Graphene Flagship -forskare har för första gången visat gate tunable tredje harmoniska generationen i grafen. Denna forskning, ledd av Graphene Flagship Partner University of Cambridge, i samarbete med Politecnico di Milano och IIT-Istituto Italiano di Tecnologia i Genova och publicerad i Naturnanoteknik , kan möjliggöra bredbandiga optiska switchar för datatransport i optiska system.

Optisk harmonisk generation är skapandet av nya frekvenser (färger) när högintensivt ljus interagerar med ett olinjärt material. Third Harmonic Generation (THG) kan skapa ljus med tre gånger energin från det infallande ljuset. THG utnyttjar en olinjär interaktion mellan högintensivt ljus från en laser och ett material. Olinjära optiska effekter utnyttjas i en mängd olika applikationer, inklusive laserteknik, materialbehandling och telekommunikation. I princip kan alla material generera nya ljusfrekvenser med THG, effektiviteten hos denna process är emellertid vanligtvis liten och kan inte styras externt. Grafen har stark ljusmaterialinteraktion och en stark tredje ordning olinjärt svar, ger därmed stor potential för THG.

Graphene Partners från Cambridge, Milano, och Genova visade experimentellt, för första gången, grindjusterbar THG i grafen. Elektrisk styrning av ett olinjärt optiskt svar för ett material möjliggör applikationer såsom grindjusterbara switchar och frekvensomformare. Forskarna visade att den starka THG i grafen kan styras av ett externt elektriskt fält och även öka effektiviteten över en ultrabred bandbredd.

Denna typ av THG optisk omkopplare kommer att göra fler "färger" tillgängliga för användning i spektroskopi, gör det möjligt för forskare att få en ny förståelse för materia. Graphene THG optiska switchar kan också utnyttja tidigare oanvända optiska frekvenser för att överföra data längs optiska kablar, öka mängden data som kan överföras och därför öka datahastigheterna.

"Vårt arbete visar att den tredje harmoniska generationens effektivitet i grafen kan ökas med över 10 gånger genom att ställa in ett tillämpat elektriskt fält. Elektrisk styrning av den tredje harmoniska förbättringen kan uppnås över en ultrabred bandbredd, banar väg för elektriskt inställbara bredbandsfrekvensomvandlare för applikationer inom optisk kommunikation och signalbehandling, "sade tidningens huvudförfattare Giancarlo Soavi från Cambridge Graphene Center, Universitetet i Cambridge, STORBRITANNIEN.

Det finns för närvarande kommersiella enheter som använder olinjär optik för optiska switchar i spektroskopi. Dock, genom att använda grafen för THG kan det integreras i enheter som arbetar över en ultrabred bandbredd. "Vår inledande forskning visar genomförbarheten av detta tillvägagångssätt så nu vill vi gå närmare att producera integrerade enheter i optiska fibrer och vågledare, sa Soavi.

"Författarna fann igen något unikt med grafen:avstämbarhet av THG över ett brett våglängdsområde. Eftersom fler och fler applikationer är helt optiska, detta arbete banar väg för en mängd tekniker, "sade ICREA -professor Frank Koppens från ICFO (The Institute of Photonic Sciences), Barcelona, Spanien, som är ledare för arbetspaketet för fotonik och optoelektronik inom Graphen Flagship.

Professor Andrea C. Ferrari, Vetenskaps- och teknikchef för Graphene Flagship, och ordförande för dess ledningsgrupp, tillade "Graphene slutar aldrig att överraska när det gäller optik och fotonik. Graphen Flagship har lagt stora investeringar för att studera och utnyttja grafens optiska egenskaper. Detta samarbetsarbete kan leda till att optiska enheter arbetar på en rad frekvenser som är bredare än någonsin tidigare , vilket gör det möjligt att bearbeta eller överföra en större mängd information. "