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Gain-assisted critical coupling for enhanced optical absorption in graphene

机译：增强石墨烯增强光学吸收的增强关键耦合

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Enhanced optical absorption in two-dimensional (2D) materials has recently moved into the focus of nanophotonics research. In this work, we present a gain-assisted method to achieve critical coupling and demonstrate the maximum absorption in undoped monolayer graphene in the near-infrared. In a two-port system composed of photonic crystal slab loaded with graphene, the gain medium is introduced to adjust the dissipative rate to match the radiation rate for the critical coupling, which is accessible without changing the original structural geometry. The appropriate tuning of the gain coefficient also enables the critical coupling absorption within a wide wavelength regime for different coupling configurations. This work provides a powerful guide to manipulate light-matter interaction in 2D materials and opens up a new path to design ultra-compact and high-performance 2D material optical devices.
机译：增强二维（2D）材料的光吸收最近已成为纳米光子学研究的重点。在这项工作中，我们提出了一种增益辅助方法来实现临界耦合，并证明了未掺杂单层石墨烯在近红外中的最大吸收。在一个由石墨烯加载的光子晶体板构成的双端口系统中，引入增益介质来调整耗散率，以匹配临界耦合的辐射率，这在不改变原始结构几何的情况下是可以实现的。增益系数的适当调整还可以在不同耦合配置的宽波长范围内实现临界耦合吸收。这项工作为在二维材料中操纵光与物质的相互作用提供了强有力的指导，并为设计超紧凑、高性能的二维材料光学器件开辟了新的途径。

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