Električno nastavljiv nelinearni optični odziv tretjega reda v grafinu

Osnovni zakoni električnih krogov (Junij 2019).

Anonim

Raziskave osredotočajo na 2-D materiali se je okrepil s svojim potencialom, da modulira svetlobo za boljše delovanje in uresniči aplikacije, ki lahko izboljšajo obstoječe tehnologije. Grafen, najbolj znan 2-D material, izveden iz 3-D grafita, predstavlja monosloj iz ogljikovih atomov, razporejenih v 2-D heksagonalni rešetki, ki kaže močne ultra-širokopasovne interakcije z lahkimi snovmi, ki lahko delujejo pri zelo širokem spektralnem ki je primeren za fotoniko naslednje generacije in optoelektronske naprave. Edinstvene elektronske lastnosti grafena izvirajo iz Diracovih stožcev, značilnosti v elektronskih tračnih strukturah, ki gostijo nosilce polnjenja z ničelno efektivno maso, tako imenovane brezmadežne faze Dirac, ki se pojavljajo v 2-D materialih. Znanstveniki s področja materialov so trenutno na stopnji eksperimentalnega otroštva, da bi spoznali številne zanimive lastnosti nelinearnih optičnih odzivov grafena, da bi pomagali obljubiti, da bodo motili obstoječo tehnologijo in olajšali široko uporabo.

Rojstvo nelinearne optike se pripisuje eksperimentu, ki ga je leta 1961 izvedel Peter Franken in sodelavci z impulznim ruby ​​laserjem, pri čemer so prvič opazili nelinearni učinek druge generacije (SHG, podvojitev frekvence). Dinamični nadzor optičnih nelinearnosti ostaja omejen na raziskovalne laboratorije kot spektroskopsko orodje.

Zdaj pisanje v Nature Photonics, Tao Jiang et al. poročajo, da se nenehna generacija tretje harmonije (THG, frekvenčno tripliranje) lahko široko nastavi v grafenu z električno izhodno napetostjo. To ima veliko potencialnih aplikacij-nastavljivi, nelinearni optični mehanizmi grafena in drugih 2-D grafen podobnih materialov so zaželeni za inženiranje prihodnjih čipskih fotonskih in optoelektronskih aplikacij z izredno visoko hitrostjo in komplementarnostjo kovinskega oksidnega polprevodnika (CMOS) za izdelavo naprave. Električno nastavljiva generacija drugega harmonona je bila predhodno opisana v drugih 2-D materialih, kot je volframov diselenid (WSe 2) z eksitoni, čeprav je bila spektralna pasovna širina omejena. Eksperimentalno lahko nastavitev vhodnih frekvenc ali kemijskega potenciala (Ef) grafena zagotovi podrobne informacije o nelinearnem optičnem odzivu tretjega reda, ki je bila doslej predlagana v teoriji.

Nelinearni procesi tretjega reda so znani tudi kot mešanje v štirih valovih, saj tvorijo četrta polja tri polja. Najnovejši rezultati Jiang et al. izhajajo iz sposobnosti prilagajanja kemijskega potenciala (Ef) grafena in električnega vklapljanja ali izklapljanja posameznih fotonskih in večfotonskih resonančnih prehodov z ionsko-gelastimi žlebovi (znanimi tudi kot dopiran nadzor z vratom) za določen niz vhodnih frekvenc. Eksperimentalni rezultati so se dobro ujemali s teoretičnimi izračuni, da bi zagotovili trdno podlago za razumevanje nelinearnih optičnih procesov tretjega reda v grafenu in grafenu podobnih materialih Dirac.

Operativna pasovna širina prehodnega THG-ja je znašala od 1300 nm do 1650 nm, ki pokriva najpogostejši spektralni obseg optičnih vlakenskih telekomunikacij pri 1550 nm. Takšna pasovna širina širokega delovanja je posledica porazdelitve energije fermionov grafena Dirac. Opazovanje je podobno vzporedni preiskavi, objavljeni v Naravni nanotehnologiji za električno kontrolo efektivnosti THG (THGE) grafena, ki se pripisuje tudi množičnim fazam Dirac. Na splošno eksperimentalno opažene širokopasovne optične nelinearnosti grafita, ki jih je mogoče nastaviti, ponujajo nov pristop za izdelavo električno nastavljivih nelinearnih optičnih naprav v praksi.

Obstoječe elektronske povezave (bakreni kabli), na primer, trpijo zaradi izgube pasovne širine zaradi omejitev zmogljivosti, kar ovira pospešeno obdelavo informacij, ki je potrebna za pretok medijev, računalništvo v oblaku in internet stvari (IoT). Obstaja vedno večja potreba po regulaciji svetlobe in razvoju kompaktnih, stroškovno učinkovitih in zmogljivih optičnih povezav za večjo pasovno širino in manjšo izgubo.

Prihodnja raziskovalna prizadevanja verjetno povečajo opažene učinke z uporabo različnih pristopov, vključno z integracijo valovodov / vlaken in optičnih resonatorjev. Poleg tega lahko različni polaritoni in fotonični metamateriali omogočajo lokalizirano izboljšanje in manipulacijo optičnih nelinearnosti v 2-D materialih za ustvarjanje površinskih plazmonov in reševanje predvidenih izzivov nelinearnih nanopotonskih in nanofizičnih naprav z naprednimi optičnimi rešitvami.

Znanje se lahko razširi tudi na druge nelinearne optične procese v grafenu, vključno s harmonično generacijo visokega reda. Obstoječa tehnologija s tradicionalnimi kristali v razsutem stanju je dosegla tehnično mejo za realizacijo predvidenih optoelektronskih aplikacij zaradi njihove sorazmerno majhne nelinearne optične dovzetnosti ter kompleksnih in dragih, izdelovalnih in integracijskih metod. Dokazano izboljšanje nelinearne optične interakcije v 2-D materialih bi bilo idealno treba razviti ob obsežni in visokokakovostni proizvodnji 2-D materiala, da bi omogočili popolnoma drugačne pristope za električno nastavljivo gradnjo nanodelcev. Takšni nanodelci lahko olajšajo predlagani napredek v metrologiji, zaznavanju, slikanju, kvantni tehnologiji in telekomunikacijah.

menu
menu