High-performance electro-optical switch using an anisotropic graphene-based one-dimensional photonic crystal

材料科学 时域有限差分法 光学 光子晶体 消光比 光电子学 传递矩阵法(光学) 光开关 石墨烯 各向异性 光子学 光子 波长 物理 纳米技术
作者
Shahab Tavana,Shahram Bahadori-Haghighi,Mohammad Hossein Sheikhi
出处
期刊:Optics Express [The Optical Society]
卷期号:30 (6): 9269-9269 被引量:13
标识
DOI:10.1364/oe.448607
摘要

A novel electro-optical switch is proposed and investigated using the transfer matrix method (TMM) and three-dimensional finite-difference time-domain (3D FDTD) analysis at the near-infrared range. The structure is made of a defect at the middle of a one-dimensional photonic crystal. The defect consists of two anisotropic graphene (AG) sheets separated by a dielectric layer. As a result, a sharp transmission peak with a high quality factor of 5000 appears at the wavelength of 1552.4 nm where light is trapped by the defect. When an external voltage is applied across the AG sheets, their chemical potentials shift in such a way that the trapped photons are absorbed and the switch changes to ON state. According to the presented results, a high extinction ratio of 14.26 dB with a very low insertion loss of 0.18 dB are obtained. The required switching voltage and energy consumption are as low as 4.68 V and 226 fJ/bit, respectively. The 3 dB bandwidth is also calculated to be as high as 17.5 GHz, which makes our proposed switch promising for high speed optical systems.
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