Graphene Flagship-onderzoekers hebben voor het eerst een gate-afstembare derde harmonische generatie in grafeen aangetoond. Dit onderzoek, geleid door Graphene Flagship Partner University of Cambridge, in samenwerking met Politecnico di Milano en IIT-Istituto Italiano di Tecnologia in Genua en gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , zou on-chip breedband optische schakelaars voor gegevenstransport in optische systemen mogelijk kunnen maken.

Optische harmonische generatie is het creëren van nieuwe frequenties (kleuren) wanneer licht van hoge intensiteit interageert met een niet-lineair materiaal. Third Harmonic Generation (THG) kan licht creëren met drie keer de energie van het invallende licht. THG maakt gebruik van een niet-lineaire interactie tussen licht van hoge intensiteit van een laser en een materiaal. Niet-lineaire optische effecten worden gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen, inclusief lasertechnologie, materiaalverwerking en telecommunicatie. In principe kunnen alle materialen nieuwe lichtfrequenties genereren door THG, de efficiëntie van dit proces is echter meestal klein en kan niet extern worden gecontroleerd. Grafeen heeft een sterke interactie tussen lichte materie en een sterke niet-lineaire respons van de derde orde, bieden dus een groot potentieel voor THG.

Graphene Partners uit Cambridge, Milaan, en Genova toonde experimenteel, Voor de eerste keer, gate-afstembare THG in grafeen. Elektrische besturing van de niet-lineaire optische respons van een materiaal maakt toepassingen mogelijk zoals gate-tunable schakelaars en frequentieomvormers. De onderzoekers toonden aan dat de sterke THG in grafeen kan worden gecontroleerd door een extern elektrisch veld en ook in efficiëntie kan worden verhoogd over een ultrabrede bandbreedte.

Dit type optische THG-schakelaar zal meer 'kleuren' beschikbaar maken voor gebruik in spectroscopie, onderzoekers in staat stellen een nieuw begrip van materie te krijgen. Graphene THG optische schakelaars kunnen ook voorheen ongebruikte optische frequenties gebruiken om gegevens langs optische kabels te verzenden, het vergroten van de hoeveelheid gegevens die kan worden verzonden en daardoor de gegevenssnelheden verhogen.

"Ons werk laat zien dat de efficiëntie van de derde harmonische generatie in grafeen met meer dan 10 keer kan worden verhoogd door een toegepast elektrisch veld af te stemmen. Elektrische controle van de derde harmonische verbetering kan worden bereikt over een ultrabrede bandbreedte, de weg vrijmaken voor elektrisch afstembare breedband frequentieomvormers voor toepassingen in optische communicatie en signaalverwerking, " zei hoofdauteur Giancarlo Soavi van het Cambridge Graphene Centre, Universiteit van Cambridge, VK.

Er zijn momenteel commerciële apparaten die niet-lineaire optica gebruiken voor optische schakelaars in spectroscopie. Echter, het gebruik van grafeen voor THG kan integratie in apparaten mogelijk maken die over een ultrabrede bandbreedte werken. "Ons eerste onderzoek toont de haalbaarheid van deze aanpak aan, dus nu willen we dichter bij de productie van geïntegreerde apparaten in optische vezels en golfgeleiders komen. ' zei Soavi.

"De auteurs hebben opnieuw iets unieks gevonden aan grafeen:de afstembaarheid van THG over een breed golflengtebereik. Omdat steeds meer toepassingen volledig optisch zijn, dit werk effent de weg naar een veelheid aan technologieën, zei ICREA Professor Frank Koppens van ICFO (The Institute of Photonic Sciences), Barcelona, Spanje, die de leider is van het Photonics and Optoelectronics Work Package binnen het Graphene Flagship.

Professor Andrea C. Ferrari, Science and Technology Officer van het Graphene Flagship, en voorzitter van zijn managementpanel, toegevoegd "Grafeen blijft verrassen als het gaat om optica en fotonica. Het Graphene Flagship heeft aanzienlijke investeringen gedaan om de optische eigenschappen van grafeen te bestuderen en te exploiteren. Dit samenwerkingswerk zou kunnen leiden tot optische apparaten die werken op een reeks frequenties die breder is dan ooit tevoren , waardoor een grotere hoeveelheid informatie kan worden verwerkt of verzonden."