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有读书笔记A graphene-based broadband optical modulator

唐唐 添加于 2011-5-18 01:25 | 2327 次阅读 | 0 个评论

  •  作 者

    Liu M, Yin X, Ulin-Avila E, Geng B, Zentgraf T, Ju L, Wang F, Zhang X

  •  摘 要

    Integrated optical modulators with high modulation speed, small footprint and large optical bandwidth are poised to be the enabling devices for on-chip optical interconnects1, 2. Semiconductor modulators have therefore been heavily researched over the past few years. However, the device footprint of silicon-based modulators is of the order of millimetres, owing to its weak electro-optical properties3. Germanium and compound semiconductors, on the other hand, face the major challenge of integration with existing silicon electronics and photonics platforms4, 5, 6. Integrating silicon modulators with high-quality-factor optical resonators increases the modulation strength, but these devices suffer from intrinsic narrow bandwidth and require sophisticated optical design; they also have stringent fabrication requirements and limited temperature tolerances7. Finding a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS)-compatible material with adequate modulation speed and strength has therefore become a task of not only scientific interest, but also industrial importance. Here we experimentally demonstrate a broadband, high-speed, waveguide-integrated electroabsorption modulator based on monolayer graphene. By electrically tuning the Fermi level of the graphene sheet, we demonstrate modulation of the guided light at frequencies over 1 GHz, together with a broad operation spectrum that ranges from 1.35 to 1.6 µm under ambient conditions. The high modulation efficiency of graphene results in an active device area of merely 25 µm2, which is among the smallest to date. This graphene-based optical modulation mechanism, with combined advantages of compact footprint, low operation voltage and ultrafast modulation speed across a broad range of wavelengths, can enable novel architectures for on-chip optical communications.

  •  详细资料

    • 文献种类: Journal Article
    • 期刊名称: Nature
    • 期刊缩写: Nature
    • 期卷页: 2011年
    • ISBN: 0028-0836

  • 学科领域 信息系统 » 计算机科学

  •  所属群组

    信息科学综合  

  • 相关链接 DOI URL 

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    科学家利用石墨烯研制出调制器
    数秒内下载一部三维高清电影有望成为现实

     
    据美国物理学家组织网5月8日报道，美国科学家使用石墨烯研制出了一款调制器，科学家表示，其能大幅提高数据包的传输速度，实现超快数据通讯。
     
    加州大学伯克利分校教授、美国国家科学基金会纳米尺度科学和工程中心主任张翔（音译）领导 的科研团队将石墨烯铺展在一个硅波导管的顶部，建造出了这款能打开或关闭光的光调制器（调制器是控制数据传输速度的关键），其调制速度目前为1吉赫（千兆 赫），但从理论上来讲，未来单个光调制器的调制速度可达500吉赫。
     
    科学家们发现，施加不同电压，石墨烯中电子的能量（费米能级）会改变，而石墨烯是否吸收光 线也会决定其费米能级。当施加充足的负电压时，电子被吸出石墨烯并不再能吸收光子，因此，当光子通过石墨烯时，石墨烯完全透明，光被“打开”。当施加某种 正电压时，石墨烯也是透明的，但电子紧密地包裹在一起，使它们无法吸收光子，从而有效地“关闭”光线。科学家在石墨烯上找到了一个最有效的位置来施加足够 的电压，以此让该石墨烯调制器拥有了打开或关闭光线的能力。
     
    张翔表示，与基于电学的组件相比，基于光学的组件有多种优势，包括能携带更密集的数据包更 快地传输。新调制器是全球最小的光调制器，仅为25平方微米，比一般为几平方毫米的普通商用调制器小很多，其能在现有最快速度10多倍的速度下操作，新技 术有望显著提升超快光通讯和光计算的能力，未来，使用该石墨烯调制器，消费者只需几秒，就能将整部三维高清电影“搬”到智能手机上。
     
    即使体形如此“纤细”，但石墨烯的频宽容量很大，石墨烯能吸收的光涵盖数千纳米，从紫外线 到红外线都可。科学家指出，这使石墨烯调制器能比现有最顶级调制器（其操作带宽为10纳米）携带的数据更多。且用来制作调制器的石墨烯非常少，一支铅笔中 的石墨提供的石墨烯足以制造出10亿个光调制器。
     
    张翔表示，新石墨烯调制器不仅可用于消费电子产品上，还可用于任何受限于数据传输速度的领 域，包括生物信息学以及天气预报等，未来也会广泛应用于工业领域。该试验的参与者、伯克利分校超快纳米光学小组的负责人王峰（音译）表示，新调制器也可用 于调制其他频率范围的光线，比如中波红外线（广泛适用于分子传感等方面）等。（来源：科技日报 刘霞）
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