石墨烯/硅混合波导的增强光学克尔非线性

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。