Задача дифракции ТЕ-волны на тонком слое кремния, покрытом графеном

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Актуальность и цели. Затронута проблема изучения оптических свойств графена с учетом присущей данному материалу оптической нелинейности и влияния окружающей среды. Цель работы – исследование задачи дифракции ТЕ-поляризованной волны на двумерном слое, покрытом монослоем графена либо регулярной решеткой из бесконечных (в одном из продольных направлений) графеновых полос. Материалы и методы. С помощью метода функций Грина задача дифракции сводится к нелинейному гиперсингулярному интегральному уравнению, для решения которого применяется метод коллокаций, дополненный итерационным методом для учета эффекта оптической нелинейности графена. Результаты и выводы. Получены результаты численного моделирования процесса рассеяния электромагнитной волны с частотой 6 ТГц на плоском диэлектрическом слое толщиной 20 мкм, заполненном кремнием и покрытом графеном. Результаты демонстрируют, что изменение химического потенциала графена влечет существенные изменения в профиле отраженной волны, что может быть использовано для управления (модуляции) оптическими сигналами.

Об авторах

Станислав Вячеславович Тихов

Пензенский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: tik.stanislav2015@yandex.ru

аспирант

(Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40)

Список литературы

  1. Geim A. K., Novoselov K. S. The rise of graphene // Nature Materials. 2007. Vol. 6. P. 183‒191. doi: 10.1038/nmat1849
  2. Castro Neto A. H., Guinea F., Peres N. M. R. [et al.]. The electronic properties of graphene // Reviews of Modern Physics. 2009. Vol. 81. P. 109–162. doi: 10.1103/RevModPhys.81.109
  3. Nair R. R., Blake P., Grigorenko A. N. [et al.]. Fine structure constant defines visual transparency of graphene // Science. 2008. Vol. 320, № 5881. P. 1308–1308. doi: 10.1126/science.1156965
  4. Wang F., Zhang Y., Tian C. [et al.]. Gate-variable optical transitions in graphene // Science. 2008. Vol. 320, № 5873. P. 206–209. doi: 10.1126/science.1152793
  5. Mikhailov S. A., Ziegler K. Nonlinear electromagnetic response of graphene: frequency multiplication and self-consistent field effects // Journal of Physics: Condensed Matter. 2008. Vol. 20, № 38. P. 384204. doi: 10.1088/0953-8984/20/38/384204
  6. Cheng J. L., Vermeulen N., Sipe J. E. Third order optical nonlinearity of graphene // New Journal of Physics. 2014. Vol. 16, № 5. P. 053014. doi: 10.1088/1367- 2630/16/5/053014
  7. Liu M., Yin X., Ulin-Avila E. [et al.]. A graphene-based broadband optical modulator // Nature. 2011. Vol. 474. P. 64–67. doi: 10.1038/nature10067
  8. Xia F., Mueller T., Lin Y. [et al.]. Ultrafast graphene photodetector // Nature Nanotech. 2009. Vol. 4. P. 839‒843. doi: 10.1038/nnano.2009.292
  9. Gorbach A. V. Nonlinear graphene plasmonics: Amplitude equation for surface plasmons // Physical Review A. 2013. Vol. 87. P. 013830. doi: 10.1103/PhysRevA.87.013830
  10. Gorbach A. V., Marini A., Skryabin D. V. Graphene-clad tapered fiber: effective nonlinearity and propagation losses // Optics Letters. 2013. Vol. 38, № 24. P. 5244–5247. doi: 10.1364/OL.38.005244
  11. Savostianova N. A., Mikhailov S. A. Third harmonic generation from graphene lying on different substrates: optical-phonon resonances and interference effects // Opt Express. 2017. Vol. 25, № 4. P. 3268–3285. doi: 10.1364/OE.25.003268
  12. Smirnov Yu., Tikhov S. The nonlinear eigenvalue problem of electromagnetic wave propagation in a dielectric layer covered with graphene // Photonics. 2023. Vol. 10, № 5. doi: 10.3390/photonics10050523
  13. Tikhov S., Valovik D. Electromagnetic guided wave in goubau line with graphene covering: Te case // Photonics. 2023. Vol. 10, № 11. doi: 10.3390/photonics10111205
  14. Smirnov Yu., Tikhov S. Boundary Integral Equations Approach for a Scattering Problem of a TE-Wave on a Graphene-Coated Slab // Photonics. 2025. Vol. 12, № 456. doi: 10.3390/photonics12050456
  15. Ervin V. J., Stephan E. P. Collocation with Chebyshev polynomials for a hypersingular integral equation on an interval // Journal of Computational and Applied Mathematics. 1992. Vol 43, № 1. P. 221‒229. doi: 10.1016/0377-0427(92)90267-2
  16. Mikhailov S. A., Ziegler K. New Electromagnetic Mode in Graphene // Physical Review Letters. 2007. Vol. 99. P. 016803. doi: 10.1103/PhysRevLett.99.016803

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).