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微波导可以提高控制光子集成电路(PICs)中光通量的速度

发布:optics1    |    2019-01-05 11:11    阅读:589
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为了提高光子集成电路(PICs)控制光通量的速度,研究人员正在研制具有高光学非线性的新材料。基于石墨烯的微波导很有希望成为待选材料,因为人们可以通过光学泵浦或施加偏置电压来有效控制该种材料的电荷载流子浓度。

来自下诺夫哥罗德市的国立大学——下诺夫哥罗德大学(UNN,也称Lobachevsky大学)的一个研究团队的最新成果提供了研究非稳态微波导中波动力学的新观点,这将有助于PICs的进一步发展。UNN团队在开发研制PICs潜在材料时,在精确地测算了电子与光场的相互作用后,提出了一种理论,用于解释当石墨烯中电子浓度随时间变化时在石墨烯表面传播的光波的转换。在最后的研究结果中,研究人员排除了通过改变电子浓度来放大光波的可能性。

图1 (a)在t<0时沿石墨烯片传播的表面等离子体的图示;(b)石墨烯载流子密度的时间相关性;(c)分布图显示当载流子密度从N1减小到N2时初始等离子体的频率变换。在此致谢提供图片的下诺夫哥罗德大学

研究者在求解以微观电流方程为补充的麦克斯韦方程的基础上,采用一般的理论方法计算了费米能级和载流子密度快速变化后的石墨烯等离子体转换——他们推导出载流子密度骤降后透射和反射等离子体振幅的公式,并建立了这些振幅与傅里叶变换有限差分时域(FDTD)场的关系。研究人员表示,该研究的分析学和FDTD方法结果反驳了最近理论研究中所提出的快速载流体变化下等离子体放大的说法。该团队认为,他们所提出的理论和计算方法可以为石墨烯等离子体的时变电磁学奠定基础。

Alexei Maslov教授表示:“我们的项目旨在研究集成微芯片中超快光子控制的物理原理,换言之,改善微电子和纳米电子中微电路和微芯片的性能。”该研究成果发表在了美国光学学会的OA期刊Optica上。

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