Viritettävää harmonisten generointia

EU:n Graphene Flagship tutkijat ovat osoittaneet ensimmäistä kertaa porttiviritettävän kolmannen harmonisen generoinnin grafeenissa.

Tutkimustulos, jonka tekoon osallistuivat University of Cambridge, Politecnico di Milano ja IIT-Istituto Italiano di Tecnologia Genova voisi mahdollistaa sirutasoiset laajakaistaiset kytkimet optisten järjestelmien tiedonsiirtoon.

Optisten harmonisten generointi on uusien taajuuksien (värien) luomista, kun suuren intensiteetin valo on vuorovaikutuksessa epälineaarisen materiaalin kanssa. Third Harmonic Generation (THG) voi luoda valoa kolminkertaisella energialla käytettyyn valoon nähden.

Epälineaarisia optisia tehosteita hyödynnetään erilaisissa sovelluksissa, kuten lasertekniikassa, materiaalinkäsittelyssä ja tietoliikenteessä. Periaatteessa kaikki materiaalit voivat tuottaa uusia valon taajuuksia THG:llä, mutta prosessin tehokkuus on tyypillisesti pieni eikä sitä voida ohjata ulkoisesti.

Grafeenilla on vahva valo-aine vuorovaikutus ja vahva kolmannen kertaluokan epälineaarinen vaste, mikä tarjoaa suuria mahdollisuuksia THG:lle. Materiaalin epälineaarisen optisen vasteen sähköinen ohjaus mahdollistaa sovellutukset, kuten porttiviritettävät kytkimet ja taajuusmuuttajat.

Tutkijat osoittivat, että grafeenin voimakasta THG:ää voidaan hallita ulkoisella sähkökentällä ja myös kasvattaa tehokkuutta erittäin laajan kaistanleveyden yli.

Tämäntyyppinen THG-optinen kytkin tarjoaa lisää "värejä" käytettäväksi spektroskopiassa, jonka avulla materiaalitutkijat voivat saada uudenlaisen ymmärryksen aineesta. Grafeeniset THG-optiset kytkimet voivat puolestaan hyödyntää aikaisemmin käyttämättömiä optisia taajuuksia datansiirrossa.

"Työmme osoittaa, että kolmatta harmonista tuottavaa tehokkuutta grafeenissa voidaan lisätä yli kymmenkertaisesti sovelletun sähkökentän virittämisellä. Kolmannen harmonisen sähköisen ohjauksen parannus voidaan saavuttaa erittäin laajan kaistanleveydelle, mikä avaa tietä sähköisesti säädettäville laajakaistaisille taajuusmuuttajille optisen tiedonsiirron ja signaalinkäsittelyn sovelluksiin", sanoo tutkimuspaperin johtava kirjoittaja Giancarlo Soavi Cambridgen Graphene Centeristä.