Elektriliselt häälestatav kolmanda järjekorda mittelineaarne optiline vastus grapheinis

Ex Illuminati Druid on the Occult Power of Music w William Schnoebelen & David Carrico NYSTV (Aprill 2019).

Anonim

Teadusuuringute keskendumine 2-D materjalidele on intensiivistunud, kuna see suudab moduleerida valgusid suurepärase jõudluse saavutamiseks ja rakendusi, mis võivad olemasolevaid tehnoloogiaid täiustada. Grafiin, 3-D grafiidist tuletatud kõige tuntum 2-D materjal, kujutab endast 2-D kuusnurga võrega paigutatud süsinikuaatomite monokihist, millel on tugev ultralairibaühendus kergete ainetega, mis on võimelised töötama väga laia spektraaliga mis sobib järgmise põlvkonna fotoonika ja optoelektrooniliste seadmete jaoks. Grafiini ainulaadsed elektroonilised omadused pärinevad Diraci koonustest, funktsioonid elektroonilistes bändistruktuuridesse, mis võtavad vastu null-efektiivse massi laengu kandjad, nn massipõhised Dirac-fermioonid, mis esinevad 2-D materjalides. Materjalide teadlased on hetkel katselise lapseea staadiumis, et mõista grafeeni mittelineaarsete optilistest vastustest paljusid huvitavaid omadusi, et toetada oma lubadust häirida olemasolevat tehnoloogiat ja hõlbustada laiaulatuslikke rakendusi.

Mittelineaarse optika sündi loetakse 1961. aastal Peter Frankeni ja tema impulss-rubiin-laseriga töötavatele ekspertidele, kus nad täheldasid esmakordselt teise harmoonilise põlvkonna (SHG, sageduse kahekordistamine) mittelineaarset mõju. Optilise mittelineaarsuse dünaamiline kontroll jääb praegu uurimislaboritele spektroskoopilise tööriista alla.

Nüüd kirjutades Nature Photonics, Tao Jiang jt teatage, et mittelineaarse kolmanda harmoonilise põlvkonna (THG, sageduse kolmekordistus) saab grafeenil laialt häälestada elektrivoolu pingega. Sellel on palju potentsiaalseid rakendusi - graafeeni ja teisi 2-D grafeenilaadseid materjale käsitlevad mittelineaarsed optilised mehhanismid on soovitav tuleviku kiip-foton- ja optoelektrooniliste rakenduste jaoks, millel on väga kiire ja komplementaarne metalloksiid-pooljuht (CMOS) ühilduvus seadme valmistamiseks. Elektriliselt häälestatav teiseharmoni generatsioon oli varem teatatud teistes 2-D materjalides, näiteks Tungsten diseleniidis (WSe 2) koos eksitonidega, kuigi spektri ribalaius oli piiratud. Eksperimentaalselt võib grafeeni sisendageduste või keemilise potentsiaali (E f) häälestamine anda üksikasjalikku teavet kolmanda järjekorda mittelineaarse optilise vastuse kohta, mis on siiani teoreetiliselt soovitatud.

Kolmanda järjekorda mittelineaarsed protsessid on tuntud ka kui nelja laine segamine, kuna need summad ühendavad kolme välja, et tekitada neljandat. Hiljemalt Jiang et al. pärineb võimest kohandada grafeeni keemilist potentsiaali (E f) ja lülitada sisse või välja lülitada üksikute footonide ja mitmefotoonstehniliste resoneeruvate üleminekute abil ioongeeliga varjestus (tuntud ka kui gate-controlled doping) teatud sisendageduste komplekti jaoks. Eksperimentaalsed tulemused sobisid hästi teoreetiliste arvutustega, et anda kindel alus, et mõista kolmanda järjekorda mittelineaarseid optilisi protsesse grafeeni ja grafeenisarnastel Dirac materjalidel.

Värava häälestatava THG operatsiooniriba vahemikus ~ 1300 nm kuni 1650 nm, mis katab optilise kiu telekommunikatsiooni kõige sagedasema spektrivahemiku 1550 nm juures. Selline lai operatsiooni ribalaius tuleneb graafeeni Diraci fermionide energiajaotusest. Vaatlus on sarnane paralleelsele uurimusele, mis on avaldatud Nature Nanotechnology'is, et kontrollida grafeeni THG efektiivsust (THGE) elektriliselt, mis on samuti omistatud massless Dirac fermionidele. Üldiselt näitavad eksperimentaalselt täheldatud graafiini optilised mittelineaarsed lairibaväljundi optilised mittelineaarsed omadused uut lähenemisviisi, et ehitada elektriliselt tuntud mittelineaarseid optilisi seadmeid praktikas.

Olemasolevad elektroonilised ühendused (näiteks vaskkaablid) kannatavad läbilaskevõimekao tõttu toimivuse piirangute tõttu, mis takistavad meediumivoogude, pilvandmetöötluse ja asjade Interneti jaoks vajaliku kiirendatud teabe töötlemist. Kasvav vajadus on reguleerida valgust ja töötada välja kompaktsed, kulutõhusad ja suure jõudlusega optilised võrgud suuremaks ribalaiuseks ja väiksemateks kahjudeks.

Edasised uurimismeetmed suurendavad tõenäoliselt täheldatud mõjusid, kasutades erinevaid lähenemisviise, sealhulgas lainejuhi / kiudude integreerimist ja optilisi resonaatoreid. Lisaks sellele võivad mitmesugused polaritoonid ja fotonematerjalid võimaldada 2-D materjalides paiknevat optilise mittelineaarsuse suurendamist ja manipuleerimist pinnaplasmonide tekitamiseks ning lahendada ettenägematute väljakutsetega mittelineaarsete nanofotoonika ja nanofüüsika seadmete väljatöötamisel koos täiustatud optilise lahendusega.

Teadmisi saab laiendada ka teistele mittelineaarsetele optilistele protsessidele grapheinis, sealhulgas kõrgetasemeline harmooniline põlvkond. Olemasolev tehnoloogia traditsiooniliste lahtiste kristallidega on tabanud tehnilisi piiranguid kavandatud optoelektrooniliste rakenduste realiseerimiseks nende suhteliselt väikese mittelineaarse optilise vastuvõtlikkuse ja komplekssete ja kulukate valmistamis- ja integreerimismeetodite tõttu. Ideaaljuhul peaks 2-D materjalides ilmnenud mittelineaarne optilise vastastikuse täiendavuse suurendamine kõrvutama suuremahuliste ja kvaliteetsete 2-D materjalide tootmisega, et võimaldada täiesti teistsuguseid lähenemisviise elektriliselt häälestatavale nanoosakeste konstruktsioonile. Sellised nanoosakesed võivad hõlbustada metroloogia, sensori, kujutise, kvanttehnoloogia ja telekommunikatsiooni kavandatud edusamme.

menu
menu