表面等離子體波導(dǎo)能夠局域光在亞波長尺寸（突破光衍射極限），被視為未來大規(guī)模光集成電路的候選者，是目前片上光互連技術(shù)的研究熱點,。超表面和石墨烯作為一種新穎的表面結(jié)構(gòu)和二維材料已經(jīng)被越來越多的關(guān)注和研究,，尤其是在光電子器件領(lǐng)域。

　　武漢光電國家實驗室王健教授領(lǐng)銜的多維光子學(xué)實驗室（MDPL：Multi-Dimensional Photonics Laboratory）致力于硅基光子集成器件設(shè)計研制及其在光信號處理中的應(yīng)用研究，近來在這個領(lǐng)域取得了系列研究進展。

　　最近，在王健教授的指導(dǎo)下,，碩士研究生張仲來設(shè)計了一種long-range hybrid wedge plasmonic (LRHWP) waveguide; 比起之前設(shè)計的hybrid wedge surface plasmon polariton (SPP) waveguide結(jié)構(gòu)，在具有幾乎相同的模式限制效果的情況下,，該波導(dǎo)可以增加一個量級的光傳播距離,。該工作“Long-range hybrid wedge plasmonic waveguide,”發(fā)表在 Scientific Reports 上。此外,，博士生桂成程設(shè)計了一種新型的楔形hybrid plasmonic terahertz (THz) waveguide,，該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有長傳播距離以及非常小的亞波長尺寸模式限制的特征。該工作“Wedge hybrid plasmonic THz waveguide with long propagation length and ultra-small deep-subwavelength mode area,” 發(fā)表在Scientific Reports 上,。本科生向超設(shè)計了一種深亞波長尺寸的非常緊湊的有源混合等離子體環(huán)形諧振器,，可應(yīng)用于激光領(lǐng)域。該結(jié)構(gòu)具有很高的品質(zhì)因子（Q）,、很小的模式面積（V）,、高Purcell 因子 (Fp)、低閾值增益以及亞微米級的非常小的尺寸,。該工作“Proposal and numerical study of ultra-compact active hybrid plasmonic resonator for sub-wavelength lasing applications,”發(fā)表在Scientific Reports  上,。另外，博士生杜竫設(shè)計了一種V型天線陣列,，實現(xiàn)了一到四路軌道角動量（OAM：orbital angular momentum）的廣播,，此結(jié)構(gòu)具有小于-15 dB串?dāng)_的特性。該工作“Design of on-chip N-fold orbital angular momentum multicasting using V-shaped antenna array,”發(fā)表在Scientific Reports 上,。

　　(a) 設(shè)計的long-range hybrid wedge plasmonic (LRHWP) waveguide結(jié)構(gòu),；(b) 楔形hybrid plasmonic terahertz (THz) waveguide結(jié)構(gòu); (c) 環(huán)形諧振器的三維和二維結(jié)構(gòu)示意圖及模式的能流密度分布；(d) 基于V型天線陣列OAM廣播的概念和原理,。

　　石墨烯作為一種二維材料,，由于其特殊的能帶結(jié)構(gòu)使得它具有很多優(yōu)異的光電子性質(zhì),，同時具有很高的三階非線性?；谑┑乃牟ɑ祛l已經(jīng)被實驗證實,，包括最早的石墨烯放在玻璃基片上，后續(xù)的石墨烯和光子晶體結(jié)合,，石墨烯和普通單模光纖,、微納光纖結(jié)合等。在王健教授的指導(dǎo)下,，通過和武漢大學(xué)付磊教授,、博士生曾夢琪合作，博士生胡曉轉(zhuǎn)移石墨烯到普通單模光纖端面,，實驗上證實基于石墨烯增強四波混頻的高級調(diào)制格式（如QPSK）信號波長轉(zhuǎn)換。該工作“Graphene-assisted nonlinear optical device for four-wave mixing based tunable wavelength conversion of QPSK signal,”發(fā)表在Optics Express上,。石墨烯不僅具有很高的三階非線性,，還具有電吸收可調(diào)節(jié)性（調(diào)節(jié)石墨烯費米能級的位置）。結(jié)合相干完美吸收（CPA）效應(yīng),，在太赫茲波段,，博士生胡曉設(shè)計了一種基于石墨烯的開口諧振圓環(huán)結(jié)構(gòu)，通過改變石墨烯的費米能級來改變吸收入射光的強弱,，繼而實現(xiàn)高速可調(diào)節(jié)的CPA,。該結(jié)構(gòu)可應(yīng)用太赫茲波段的高速調(diào)制器、探測器,、傳感器等,。該工作“High-speed gate-tunable terahertz coherent perfect absorption using a split-ring graphene,”發(fā)表在Optics Letters上。

　　(a) 石墨烯制備工藝流程圖,、石墨烯增強四波混頻效應(yīng)光譜圖,、QPSK波長轉(zhuǎn)換BER曲線及星座圖; (b) 太赫茲波段基于石墨烯開口諧振圓環(huán)可調(diào)節(jié)CPA工作原理。