グラフェンプラズモンを用いた350 nmのフットプリントにおける赤外光の電気的2π位相制御

光の振幅と位相の変調は、波面整形、変換光学、フェーズドアレイ、変調器、センサーなど、多くの応用の要となる。こうした変調を高効率かつ小フットプリントで行うことは、大変な課題である。メタ表面とプラズモニクスは有望であるが、金属が示す電気光学効果は弱い。グラフェンなどの二次元材料は、低い駆動電圧で変調器として過去に優れた性能を示している。今回我々は、in situで位相を0～2πの間で調節できるグラフェン・プラズモニック位相変調器を示す。この変調器の長さは350 nmであり、自由空間波長10.6 μmの30分の1以下である。空間キャリア密度プロファイルを調節できるデバイスにおいてプラズモン位相速度を空間的に制御することによって、変調を実現している。また我々は、空間密度プロファイルを通して伝搬するプラズモンの散乱理論を提示している。今回の研究は、超小型変調器やバイオセンシングを目的とした二次元変換光学に向けての最初の一歩となる。