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Electrical Phase Control Based on Graphene Surface Plasmon Polaritons in Mid-infrared

机译：基于石墨烯表面等离激元极化子的中红外电相位控制

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Phase modulation of light is the core of many optoelectronic applications, such as electro-optic switch, sensors and modulators. Graphene Surface plasmon polaritons (SPPs) exhibit unique properties in phase modulation including dynamic tunability, a small driving voltage and small device size. In this paper, the novel phase modulation capability of graphene SPPs in mid-infrared are confirmed through theory and simulation. The results show that graphene SPPs can realize continuous tuning of the phase shift at multiple wavelengths in mid-infrared, covering the phase range from 0° to 360°. Based on these results, a sandwich waveguide structure of dielectric–graphene–dielectric with a device length of 800 nm is proposed, which shows up to 381° phase modulation range at an operating wavelength of 6.55 µm, given a 1 V driving voltage. In addition, the structure size is much shorter than the wavelength in mid-infrared and can realize sub-wavelength operation. This work paves the way to develop graphene-based tunable devices for mid-infrared wave-front control.
机译：光的相位调制是许多光电应用（如电光开关，传感器和调制器）的核心。石墨烯表面等离子体激元极化子（SPPs）在相位调制中表现出独特的特性，包括动态可调性，小的驱动电压和小的器件尺寸。通过理论和仿真验证了石墨烯SPP在中红外波段的新型调相能力。结果表明，石墨烯SPP可以实现中红外在多个波长范围内相移的连续调谐，覆盖从0°到360°的相位范围。基于这些结果，提出了一种器件长度为800 nm的介电-石墨烯-介电的三明治波导结构，在1 V驱动电压下，在6.55 µm的工作波长下可显示高达381°的相位调制范围。另外，结构尺寸比中红外波长短得多，并且可以实现亚波长操作。这项工作为开发用于中红外波前控制的基于石墨烯的可调设备铺平了道路。

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