Afstembar tredje harmonisk generation i grafen baner vejen for højhastigheds optisk kommunikation og signalbehandling

Grafen Flagskibsforskere har for første gang vist gate tunable tredje harmoniske generation i grafen. Denne forskning, ledet af Graphene Flagship Partner University of Cambridge, i samarbejde med Politecnico di Milano og IIT-Istituto Italiano di Tecnologia i Genova og udgivet i Natur nanoteknologi , kunne muliggøre on-chip optiske bredbåndsswitche til datatransport i optiske systemer.

Optisk harmonisk generering er skabelsen af ​​nye frekvenser (farver), når højintensitetslys interagerer med et ikke-lineært materiale. Third Harmonic Generation (THG) kan skabe lys med tre gange energien af ​​det indfaldende lys. THG udnytter en ikke-lineær interaktion mellem højintensitetslys fra en laser og et materiale. Ikke-lineære optiske effekter udnyttes i en række forskellige applikationer, herunder laserteknologi, materialebehandling og telekommunikation. I princippet kan alle materialer generere nye lysfrekvenser af THG, effektiviteten af ​​denne proces er dog typisk lille og kan ikke styres eksternt. Grafen har stærk interaktion med let stof og en stærk tredje ordens ikke-lineær respons, giver således et stort potentiale for THG.

Graphene Partners fra Cambridge, Milano, og Genova viste eksperimentelt, for første gang, gate tuneable THG i grafen. Elektrisk styring af den ikke-lineære optiske respons af et materiale muliggør applikationer såsom gate-tunebare kontakter og frekvensomformere. Forskerne viste, at den stærke THG i grafen kan styres af et eksternt elektrisk felt og også øges i effektivitet over en ultrabred båndbredde.

Denne type THG optiske switch vil gøre flere 'farver' tilgængelige til brug i spektroskopi, gør det muligt for forskere at få en ny forståelse af stof. Graphene THG optiske switche kunne også udnytte tidligere ubrugte optiske frekvenser til at transmittere data langs optiske kabler, øge mængden af ​​data, der kan overføres og dermed øge datahastigheden.

"Vores arbejde viser, at den tredje harmoniske generations effektivitet i grafen kan øges med over 10 gange ved at indstille et påført elektrisk felt. Elektrisk kontrol af den tredje harmoniske forbedring kan opnås over en ultrabred båndbredde, baner vejen for elektrisk afstembare bredbåndsfrekvensomformere til applikationer inden for optisk kommunikation og signalbehandling, " sagde avisens hovedforfatter Giancarlo Soavi fra Cambridge Graphene Centre, University of Cambridge, Storbritannien.

Der er i øjeblikket kommercielle enheder, der bruger ikke-lineær optik til optiske switches i spektroskopi. Imidlertid, Brug af grafen til THG kan muliggøre integration i enheder, der arbejder over en ultrabred båndbredde. "Vores indledende forskning viser gennemførligheden af ​​denne tilgang, så nu ønsker vi at rykke tættere på at producere integrerede enheder i optiske fibre og bølgeledere, " sagde Soavi.

"Forfatterne fandt igen noget unikt ved grafen:justering af THG over et bredt bølgelængdeområde. Efterhånden som flere og flere applikationer er helt optiske, dette arbejde baner vejen for en lang række teknologier, sagde ICREA-professor Frank Koppens fra ICFO (The Institute of Photonic Sciences), Barcelona, Spanien, der er leder af fotonik- og optoelektronik-arbejdspakken inden for grafen-flagskibet.

Professor Andrea C. Ferrari, Videnskabs- og teknologiofficer for flagskibet grafen, og formand for dets ledelsespanel, tilføjet "Graphene holder aldrig op med at overraske, når det kommer til optik og fotonik. Grafen-flagskibet har investeret betydeligt i at studere og udnytte grafens optiske egenskaber. Dette samarbejde kan føre til, at optiske enheder arbejder på en række frekvenser, der er bredere end nogensinde før , således at en større mængde information kan behandles eller transmitteres."