Tunable Electromagnetically Induced Transparency-Like in Graphene metasurfaces and its Application as a Refractive Index Sensor

材料科学 慢光 谐振器 光电子学 电磁感应透明 石墨烯 光学 时域有限差分法 折射率 耦合模理论 物理 光子晶体 纳米技术
作者
Zhongpeng Jia,Li Huang,Jiangbin Su,Bin Tang
出处
期刊:Journal of Lightwave Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:39 (5): 1544-1549 被引量:70
标识
DOI:10.1109/jlt.2020.3035041
摘要

We present numerical and theoretical analysis of the tunable electromagnetically induced transparency-like (EIT-like) effect based on graphene metasurfaces. The unit cells of metasurfaces are composed of a pair of parallel graphene strips and a two-split rectangular graphene ring resonator, both of which are performed as bright modes. The physical mechanism behind the EIT-like effect results from the frequency detuning and hybridization coupling of two bright modes. The FDTD simulation results show an excellent agreement with the theoretical analysis based on the coupled Lorentz oscillators model. Moreover, the transparency window of EIT-like effect can be modulated not only by changing the geometry of the nanostructure, but also by adjusting the Fermi level of graphene, allowing for an actively tunable group time delay of the light. In addition, owing to the peak frequency of the transparency window is highly sensitive to the variation of refractive index of the surrounding media, we demonstrate a refractive index sensor with sensitivity of ~ 6800 nm/RIU, and the calculated FOM can reach up to about 14.2. Therefore, our proposed nanostructure provides a feasible platform for slow light and sensing applications.

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