Journal of Communications Technology and ElectronicsJournal of Communications Technology and ElectronicsРадиотехника и электроника0033-84943034-5901The Russian Academy of Sciences65061610.31857/S0033849423010084CDKSICELECTRODYNAMICS AND RADIO WAVE PROPAGATIONЭЛЕКТРОДИНАМИКА И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛНUnknownFrequency Converters for the Terahertz and Infrared RangesПреобразователи частоты терагерцового и инфракрасного диапазонов на основе двумерно-периодических графеновых решетокLererA. M.ЛерерА. М.lerer@sfedu.ruMakeevG. S.МакееваГ. С.lerer@sfedu.ruCherepanovV. V.ЧерепановВ. В.lerer@sfedu.ruSouthern Federal UniversityЮжный федеральный университетPenza State UniversityПензенский государственный университет01012023681303631012025Copyright ©; 2023, А.М. Лерер, Г.С. Макеева, В.В. ЧерепановCopyright ©; 2023, А.М. Лерер, Г.С. Макеева, В.В. Черепанов2023А.М. Лерер, Г.С. Макеева, В.В. ЧерепановА.М. Лерер, Г.С. Макеева, В.В. Черепановhttps://innoscience.ru/0033-8494/article/view/650616

A method for solving the problem of nonlinear diffraction on two-dimensional periodic gratings of graphene ribbons has been developed. The third-order nonlinear conductivity of graphene under the action of two waves is taken into account, which is determined by the field of the pump wave, for which we use the field on graphene ribbons obtained by solving the linear diffraction problem. Numerical analysis shows the efficiency of nonlinear frequency conversion in the terahertz and infrared ranges when the frequencies of the incident pump and signal waves coincide with the resonant frequencies of the fundamental and higher order modes of surface plasmon polaritons in graphene ribbons.

Разработан метод решения задачи нелинейной дифракции на двумерно-периодических решетках из графеновых лент. Учитывается нелинейная проводимость третьего порядка графена при воздействии двух волн, которая определяется полем волны накачки, в качестве которого используем поле на графеновых лентах, полученное при решении линейной задачи дифракции. Численный анализ показывает эффективность нелинейного преобразования частот терагерцового и инфракрасного диапазонов, когда частоты падающих волн накачки и сигнала совпадают с резонансными частотами мод основного и высшего порядков поверхностных плазмон-поляритонов в графеновых лентах.

nonlinear diffractiongraphene ribbonssurface plasmon polaritonsNagatsuma T., Horiguchi Sh., Minamikata Y. et al. // Opt. Express. 2013. V. 21. № 20. P. 23736.HouY., Jiang C. // Current Chinese Physics. 2021. V. 1. № 3. P. 299. https://doi.org/10.2174/221029810166621020416263Hu X., Zeng M., Wang A., Zhu L. et al. // Opt. Express. 2015 V. 23. № 20. P. 26158.Deng H., Huang., He Y., Ye F. // Chinese Physics. B. 2021. V. 30. № 4. P. 044213.Ooi K. J.A., Cheng J.L., Sipe J.E. et al. // APL Photonics. 2016. V. 1. № 4. P. 046101. https://doi.org/10.1063/1.4948417Cox J.D., Garcia de Abajo F.J. // ACS Photonics. 2015. V. 2. № 3. P. 306.Cao J., Kong Y., Gao S., Liu C. // Optics Commun. 2018. V. 406. P. 183.Лepep A.M. // PЭ. 2012. T. 57. № 11. C. 1160. https://doi.org/10.1134/S106422691210004XЛерер А.М., Иванова И.Н. // РЭ. 2016. Т. 61. № 5. С. 435. https://doi.org/10.1134/S1064226916050089Лерер А.М., Макеева Г.С., Черепанов В.В. // РЭ. 2021. Т. 66. № 6. С. 543. https://doi.org/10.31857/S0033849421060188Hanson G.W. // J. Appl. Phys. 2008. V. 103. № 6. P. 064302.Cheng J.L., Vermeulen N., Sipe J. // Phys. Rev. B. 2015. V. 91. № 23. P. 235320.Mikhailov S.A. // Phys. Rev. B. 2016. V. 93. № 8. P. 085403.Лерер А.М., Иванова И.Н., Макеева Г.С., Черепанов В.В. // Оптика и спектроскопия. 2021. Т. 129. № 3. С. 342.Cox J.D., Garcia de Abajo F.J. // Accounts Chemical Research. 2019. V. 52. № 9. P. 2536.Lerer A.M., Makeeva G.S., Cherepanov V.V. // Mater. 2020 Int. Conf. Actual Problems of Electron Devices Engineering (APEDE). Saratov. 24–25 Sept. N.Y.: IEEE, 2020. P. 269. https://doi.org/10.1109/APEDE48864.2020.9255492