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東京工業大學物理系Masaya Notomi課題組--負載石墨烯的深亞波長等離子體波導用于超快高效全光開關

現今,全光開關吸引了人們的注意,因為它們有可能克服電開關的速度限制。然而,由于現有材料固有的光學非線性小,所以實現超快,節能的全光開關一直是一項挑戰。作為解決方案,我們提出使用石墨烯負載的深亞波長等離子體波導(30×20 nm2)。由于極端的光限制,我們大大增強了石墨烯的光學非線性吸收,實現了超快的全光開關,開關能量為35 fJ,開關時間為260 fs。與以前的石墨烯基器件相比,開關能量要小4個數量級,是任何在幾皮秒或更短時間內工作的全光開關所報告的最小值。該器件可有效地與傳統的硅波導相連接,用于硅光子集成電路。我們相信,這種基于石墨烯的器件將為芯片上的超快和節能光子處理鋪平道路。

Fig. 1用于全光控制的負載石墨烯的金屬-絕緣體-金屬WG的示意圖和仿真。

 

Fig. 2所制樣品的SEM圖。


Fig. 3:負載石墨烯的MIM-WG的線性吸收測量。
 
 
Fig. 4:全光開關的飽和吸收和演示。
 
 
Fig. 5:飛秒激光脈沖全光開關演示。
 相關研究結果于2019年由東京工業大學物理系Masaya Notomi課題組,發表在Nature Photonics (https://doi.org/10.1038/s41566-019-0547-7) 上。原文:Ultrafast and energy-efficient all-optical switching with graphene-loaded deep-subwavelength plasmonic waveguides
 

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