石墨烯作为一种新型二维材料，由于其良好的光电性能和可调控性引起了光电子领域的广泛关注。以石墨烯为载体的多层阵列结构比传统的金属多层阵列具有更多优势，在中红外波段，其表面等离激元（SPPs）具有较金属更强的局域性，而石墨烯本身也具有非线性性质。利用石墨烯对表面等离激元的传输进行操控，近年来成为了研究的热点。

武汉光电国家实验室超快光学团队陆培祥教授、王兵教授、博士生王凤等针对石墨烯多层阵列结构激发的非线性等离激元超模进行了系统的数值模拟。在远红外波段，在非线性石墨烯多层阵列中存在多个非线性超模，并且可以在此结构中稳定传播。相比线性的石墨烯多层波导，非线性的石墨烯多层波导能激发更多的非对称超模。并且非对称模式的出现需要一定的能量阈值。研究表明，通过对石墨烯微结构的灵活调控，可有效地控制非对称模式的激发阈值，实现对任意超模的操控。该研究结果对深度亚波长尺度光开关，光学选择器，光学路由等诸多纳米光电子器件有一定的应用价值。

　　2017年1月17日，光学期刊Optics Express (Vol.25, No.2, pp. 1234-1241, 2017)发表了题为“Asymmetric plasmonic supermodes in nonlinear graphene multilayers”（非线性石墨烯多层结构中的非对称等离激元超模）的研究成果。该项研究得到了国家“973计划” (No.2014CB921301)、国家自然科学基金 (Nos.11304108和11674117)、教育部高等学校博士学科点专项科研基金 (No.20130142120091) 等项目的支持。

图1(a) 三层石墨烯波导中的非线性超模的横向电场分布。(b) 四层石墨烯波导中的非线性超模的横向电场分布

图2 四层石墨烯波导中非线性超模的传播