基于石墨烯干涉仪的TE / TM独立偏振器

基于石墨烯干涉仪的TE/TM独立偏振器是一篇关于光学偏振器的研究论文，它提出了一种可以在两种操作状态下工作的新型偏振器——TE（横向电场）通过状态和TM（横向磁场）通过状态。这种偏振器利用了石墨烯覆盖在硅波导上的技术，允许独立于入射光的偏振，这是通过模式有效折射率的差异来实现的。 我们需要了解偏振器（Optical Polarizer, OP）的作用。在光学通信和成像系统中，偏振器用于从其他光线中分离出偏振光。通常情况下，一个固定的光学设备只能处理一种特定的偏振状态，例如TE偏振或TM偏振，因此入射光必须先通过偏振器才能进入光学设备。 石墨烯是一种非常有前途的材料，它在偏振器中的应用受到了广泛关注。石墨烯具有许多独特的性质，例如高导电性和可调的光学特性，这使得基于石墨烯的偏振器具有很大的研究价值。这篇论文引用了Bao实验展示的基于石墨烯的偏振器实例，其中石墨烯与TE偏振器集成。然而，之前报道的偏振器都是为单一偏振状态设计的，这限制了它们在需要多偏振状态操作的集成光学系统中的应用。 该论文提出的基于石墨烯干涉仪的偏振器具有独特的优势，可以在TE和TM偏振状态下独立工作，因此可以将TE偏振器和TM偏振器结合到一个单一的组件中。这种设备的尺寸紧凑，为69.65微米*2微米，并且具有较高的消光比，分别为TE偏振器19.15分贝和TM偏振器20.68分贝。此外，该设备的工作带宽非常宽，从1500nm到1800nm。 在这个研究中，作者提出了一个基于石墨烯辅助马赫干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer,MZI）的概念，并探索了实现光束分裂和偏振控制的可能性。石墨烯干涉仪利用石墨烯对光的吸收特性和干涉效应，从而实现对光波的调控。石墨烯的载流子浓度可以通过外部电压进行调节，这种可调性使石墨烯干涉仪可以用于实现偏振器的工作状态切换。通过控制石墨烯的载流子浓度，可以改变它的折射率，进而改变光在石墨烯覆盖的波导中的有效折射率，最终控制偏振状态的通过或截止。 光在波导中传播时，它会受到石墨烯覆盖层的光学效应影响，包括吸收和相位改变。通过对石墨烯覆盖层施加不同的电压，可以改变其对TE和TM偏振光的吸收和折射率的调控，实现对特定偏振态的选择性通过。研究者通过设计干涉仪的臂长和耦合系数来优化装置的性能，这包括确保在不同的偏振状态下实现最大偏振消光和最小插入损耗。 这项研究提出的基于石墨烯的TE/TM独立偏振器，展现了石墨烯在集成光学器件中的巨大潜力，特别是在需要多偏振状态操作的光学系统中。这项技术不仅能够提高集成度和操作效率，还可能对光学通信、显示技术、光学传感等领域的未来发展起到推动作用。随着石墨烯技术的进一步发展和优化，预计这种偏振器将会有更广泛的应用前景。