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石墨烯/硅混合波导的增强光学克尔非线性

DOI：10.1063/1.5064832 期刊：Applied Physics Letters 出版年份：2019 更新时间：2025-11-28 14:23:57
摘要： 在本研究中，我们通过实验探究了具有增强自相位调制特性的石墨烯/硅混合波导的光学克尔非线性效应。在适用于非线性光信号处理的CMOS兼容材料领域，过去十年间硅波导和氮化硅波导已被广泛研究。然而硅波导在通信波长下存在强烈的双光子吸收（TPA）现象，这会显著降低其非线性品质因数（FOM）。相比之下，基于氮化硅的材料体系虽能抑制TPA，但同时会使克尔非线性降低一个数量级。本研究通过在波导顶部转移石墨烯层，开发出一种既保持硅波导光学特性与CMOS兼容性，又能增强克尔非线性的石墨烯/硅混合波导。实测数据显示，该混合波导的非线性参数从硅波导的150 W?1cm?2提升至510 W?1cm?2，其非线性FOM达到2.48±0.25——是硅波导（0.6±0.1）的四倍。本工作揭示了这种兼具高克尔非线性和优异FOM的石墨烯/硅混合波导在非线性全光信号处理中的潜在应用价值。
作者： Qi Feng，Hui Cong，Bin Zhang，Wenqi Wei，Yueyin Liang，Shaobo Fang，Ting Wang，Jianjun Zhang
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究石墨烯/硅混合波导中光学克尔非线性的增强，用于非线性全光信号处理。

研究成果

单层石墨烯的引入显著增强了硅基波导中的克尔非线性和非线性品质因数，使其适用于通信波长窗口内的非线性光子学应用。

研究不足

该研究的局限性在于石墨烯/硅混合结构中相对较弱的倏逝场，以及硅波导与石墨烯之间场强相互作用存在进一步优化的潜力。

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