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大发体育_张晗课题组:利用黑磷的非线性光克尔效应实现全光信号处理

发布时间:2020-11-18 00:12:02来源:大发体育-官网编辑:大发体育-官网阅读: 当前位置:首页 > 历史年表 > 手机阅读

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大发体育:在高速光信息网络如通信和计算出来领域,传统的电子瓶颈问题日益突显。虽然信号传输大都使用高速光信号,但是光信号的处置几乎倚赖电阈方式来构建,遵循的是“光-电-光”的模式,即先把光信号转换成电信号,经过电信号处理之后再度转换成光信号展开传输。

该方式面对着相当严重的速率有限、格式不半透明等棘手问题,于是人们将更加多的目光投向仅有光信号处理技术。信息的互相交换技术是目前高速信息网络的众多瓶颈,因此仅有光互相交换是未来仅有光信号处理技术当中被抱有众望的一项愿景。

光电源和基于波长切换的路由转换是光互相交换技术的主要方法,而全光互相交换的构建必须仅有光电源和基于仅有光波长切换的路由转换的承托。作为解决传统电子信号处理瓶颈的有效地手段,仅有光信号处理急需先进设备的非线性光学材料与器件承托。

新型二维材料以其所不具备的出色非线性光学效应(饱和状态吸取效应和光克尔效应),被普遍应用于仅有光电源、波长切换、放大器和激光器、光通信信号处理、非线性光学光谱检测等多个领域。黑磷,一种新型的层状结构材料,昌一重新加入到二维材料家族中,之后引发了研究者的普遍注目。黑磷的结构与石墨烯的片层状结构相近。

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但与石墨烯具备零带隙有所不同,二维黑磷材料具备0.3-2eV可调节的必要带上隙能带结构。此外,黑磷还有相媲美于硅的高迁移率,并且其光电性质具备面内各向异性。上述特征使得黑磷在射频器件、逻辑晶体管、红外光调制器、偏振器等应用于中展现出出有独有的优势。

然而尽管黑磷纳米材料被普遍寄予厚望,但黑磷的实际应用于由于受到氧化作用以及水汽的影响,其稳定性大打折扣,性能也随之劣化。针对上述问题,张晗教授团队使用液相挤压方法制取出有少层大发体育黑磷纳米片,并更进一步通过金属离子(AgNO3或者HAuCl4)功能化标记提升黑磷材料的抗氧化性能和稳定性。在此基础上,基于黑磷材料的非线性光克尔效应研发了黑磷沉积微纳光纤填充结构用作光克尔电源和和四波混频波长切换器件。

实验结果显示该宽带器件不仅不具备比较较高的切换效率、调制消光比,还不具备较高的平稳耐用性。该项工作指出,通过金属离子标记的方法使得应用于黑磷出色的非线性光学特性来构建仅有光信号处理功能,在高性能和低稳定性方面迈进了最重要的一步。

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涉及成果公开发表在ACSPhotonics[ArticlesASAP(AsSoonAsPublishable)]上。该团队使用使用液相挤压方法制取出有少层黑磷纳米片,并更进一步通过金属离子(AgNO3或者HAuCl4)功能化标记提升黑磷材料的抗氧化性能和稳定性。然后,将较少层黑磷材料光沉积在微纳光纤的拉锥区上,制取出有黑磷-微纳光纤填充结构,其中微纳光纤作为光波导,构建光在微纳光纤中的平稳传输。

由于微纳光纤表面的倏逝场与材料的相互作用,不具备极高非线性系数的黑磷纳米材料将展现显著的非线性光克尔效应。高功率的泵浦光由于交叉振幅调制起到(XPM)将不会对信号光的偏振态展开调控,而偏振态的变异受到检偏器的投影起到而转换成信号光能量的电源转换。基于此,该团队首次构建了基于黑磷-微纳光纤填充结构的全光克尔电源功能器件,其进/关口状态下的消光于多约26dB,如图1右图。

图1全光克尔电源光谱数据实验结果:(a)泵浦光重开;(b)泵浦光关上,小插画为泵浦光的光谱。当泵浦光和信号光同时被缩放转入到该黑磷-微纳光纤填充结构时,由于非线性光克尔效应将不会产生显著的四波混频现象(FWM),新的产生的FWM分量仍将装载原本信号光所读取的信息,由此构建了所须要传输的信息从信号光波长分量拷贝至FWM分量,超过了全光波长切换功能。基于此,该团队首次构建了基于黑磷-微纳光纤填充结构的全光波长切换功能器件,消光比超过10dB以上,切换效率大约为-42.9dB,如图2右图。

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图2全光波长切换实验结果:(a)有所不同射频频率时的光谱;(b)有所不同射频频率时的消光比和切换效率;(c)有所不同射频频率时的信号光的细节图;(d)有所不同射频频率时的四波混频光的细节图,小插画为1阶边带的间隔;(e)射频频率为10GHz时的信号光细节图;(f)射频频率为10GHz时的四波混频光细节图。此外,实验还展开了长时间的稳定性反复测试,测试结果表明,这个精致的非线性光学器件不仅可用于宽带的全光信号处理,还不具备很高的稳定性。这种特性主要归咎于较高的非线性折射率以及金属离子标记黑磷所带给的维护。

该项工作指出,二维材料黑磷所享有的天然必要带上隙坐落于光通信频段,将可作为杰出的非线性光学物质用作仅有光信号处理,并且由于高性能和较好的稳定性而极具实用性。这终将为基于二维材料的光子学以及光通信和微波光子学的发展关上了一扇新的大门。|大发体育。

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