全光調(diào)制在下一代光處理中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，引起了全世界的廣泛關(guān)注。石墨烯具有非凡的光電特性以及與各種納米結(jié)構(gòu)的友好集成兼容性，在超快、節(jié)能的全光調(diào)制方面顯示出巨大的潛力。在這里，基于超薄硅/石墨烯混合波導(dǎo)實(shí)驗(yàn)證明了高效片上全光調(diào)制，該波導(dǎo)與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體兼容且易于制造。由于超薄硅光子平臺(tái)增強(qiáng)了光與石墨烯的相互作用，大大提高了石墨烯的光學(xué)非線性吸收，該結(jié)構(gòu)能夠有效增強(qiáng)波導(dǎo)中模場(chǎng)與石墨烯的作用強(qiáng)度，降低雙光子吸收，在50 μm的硅波導(dǎo)中實(shí)現(xiàn)了超過(guò)了2 dB的調(diào)制，其飽和閾值小于1×10
-12 J，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的調(diào)制效率高達(dá)52 dB/mm，初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其調(diào)制速率高達(dá)幾百GHz。。此外，所提出的全光調(diào)制器有可能在數(shù)百千兆赫的帶寬下運(yùn)行。目前石墨烯在超薄硅光子波導(dǎo)上的混合集成為片上超快、節(jié)能的全光信息處理的應(yīng)用鋪平了道路。
Fig 1. 基于超薄硅/石墨烯混合波導(dǎo)的全光調(diào)制器示意圖。 a) 所提出的超薄硅/石墨烯混合波導(dǎo)的 3D 配置。 b）超薄硅/石墨烯混合波導(dǎo)的橫截面。 c) 計(jì)算的模態(tài)場(chǎng)分布 |E|
2超薄硅/石墨烯混合波導(dǎo)的基本TE模式的圖2。纖芯寬度
wco為1μm，纖芯厚度
hco為100 nm，石墨烯的費(fèi)米能級(jí)為0.3 eV，入射波長(zhǎng)
