076 – COMSOL石墨烯相位调制器（带讲解视频）

基本介绍：

• 主要内容：根据发表在 Nanophotonics（SCI一区）上的论文《Broadband high-efficiency near-infrared graphene phase modulators enabled by metal–nanoribbon integrated hybrid plasmonic waveguides（作者：Longfang Ye等）》，复现了其中的图2、图3、图4、图5；需要注意：本文中由于作者疏忽出现几处计算错误，我在做出的模型中纠正了，并在讲解视频中进行了解释，介意者勿买；
• 基于 COMSOL 频域求解，使用的软件版本为 COMSOL 6.0 (6.0.0.318)；
• 计算所需的内存：2 GB；
• 涉及的内容：全局参数、自定义石墨烯材料、过渡边界条件、散射边界条件、参数化扫描、模式分析求解、导出计算数据后在MATLAB中进一步处理 等；
• 绘制了：石墨烯的电导率（实部和虚部），石墨烯的化学势和外加电压的关系曲线，等离激元波导的有效折射率（实部和虚部），电场E_x、E_y、E_z和|E|的分布图，改变石墨烯化学势后的相位变化，改变石墨烯化学势后的传输损耗变化，改变石墨烯化学势后的透射率曲线；
• 本次课录制了时长为 70 min 的讲解视频；（从打开软件开始录到画出结果为止）。
• 付费后可以观看讲解视频，并下载案例文件。购买此案例不附带答疑指导。

包含的文件截图：

详细描述：

如上图所示，调制器主体结构由两个半圆形的Ag纳米条带、Al₂O₃ 绝缘体、石墨烯电容器组成，该石墨烯电容器置于 Si 衬底、Topas（一种环烯烃类树脂材料）和 SiO₂ 波导之上。图中 s = 100 nm，p = 800 nm，l = 600 nm，t = 5 nm，r = 100 nm，g = 10 nm。

银的相对介电常数由 Lorentz-Drude 模型得到，石墨烯的表面电导率由 Kubo 公式计算：

在石墨烯- Al₂O₃-石墨烯电容器上施加栅极电压 V_g，通过静电掺杂来控制石墨烯的化学势（μ_c）和电导率（σ_g），达到相位调制效果，如上面图(a)所示。

计算的内容和结果：

1、石墨烯的电导率（实部和虚部），（上：论文中的结果；下：本例的结果）👇

2、波导的有效折射率（实部和虚部），（ 左：论文中的结果；右：本例的结果）👇

3、μ_c = 0.55 eV时的电场分布（上面四张图：论文中的结果；下面四张图：本例的结果） 👇

这张图的 colorbar 他标注错误。从他的图上看，E_x、E_y、E_z 的最大值分别为 10、5、20 V/m 左右，而 |E| 的最大值高达 700 V/m。根据

|E| 不可能达到 700 这么大。

论文中的结果：

本例的结果：

4、改变石墨烯化学势（μ_c）后的相位差和损耗（左：论文中的结果；右：本例的结果） 。论文中，这张图中两个 y 轴的单位都标注错误。左 y 轴的单位应该是 rad 而不是 π rad；右 y 轴的单位应该是 1/μm 而不是 dB/μm。👇

5、石墨烯化学势和偏置电压的关系 （左：论文中的结果；右：本例的结果）👇

6、相位差与化学势的关系，注意纵坐标单位是 rad，而不是 π。 （左：论文中的结果；右：本例的结果）👇

7、透射率与化学势的关系（左：论文中的结果；右：本例的结果） 👇

由于 Δφ 的数值差了一个 π，所以在 μ_c = 0.65 eV 处的 Δφ 不是 π，这样 T 不可能在 μ_c = 0.65 eV 处为 -∞ dB。这张图中，我将错就错，令 Δφ 的单位为 π，令 α 的单位为 dB/μm，才能画出和论文中一样的图。

付费后将能看到讲解视频，并下载讲解过程中做出来的模型文件。

再次提醒：购买案例不附带答疑指导服务。