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現(xiàn)今，全光開關(guān)吸引了人們的注意，因?yàn)樗鼈冇锌赡芸朔?/span>力開關(guān)的速度限制。然而，由于現(xiàn)有材料固有的光學(xué)非線性較小，所以實(shí)現(xiàn)超快，節(jié)能的全光開關(guān)一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。作為解決方案，我們提出使用石墨烯負(fù)載的深亞波長等離子體波導(dǎo)(30×20 nm²)。由于極端的光限制，我們大大增強(qiáng)了石墨烯的光學(xué)非線性吸收，實(shí)現(xiàn)了超快的全光開關(guān)，開關(guān)能量為35 fJ，開關(guān)時間為260 fs。與以前的石墨烯基器件相比，開關(guān)能量要小4個數(shù)量級，是任何在幾皮秒或更短時間內(nèi)工作的全光開關(guān)所報告的最小值。該器件可有效地與傳統(tǒng)的硅波導(dǎo)相連接，用于硅光子集成電路。我們相信，這種基于石墨烯的器件將為芯片上的超快和節(jié)能光子處理鋪平道路。

Fig. 1：用于全光控制的負(fù)載石墨烯的金屬-絕緣體-金屬WG的示意圖和仿真。

Fig. 2：所制樣品的SEM圖。


Fig. 3：負(fù)載石墨烯的MIM-WG的線性吸收測量。
 
 
Fig. 4：全光開關(guān)的飽和吸收和演示。
 
 
Fig. 5：飛秒激光脈沖全光開關(guān)演示。
 相關(guān)研究結(jié)果于2019年由東京工業(yè)大學(xué)物理系Masaya Notomi課題組，發(fā)表在Nature Photonics (https://doi.org/10.1038/s41566-019-0547-7) 上。原文：Ultrafast and energy-efficient all-optical switching with graphene-loaded deep-subwavelength plasmonic waveguides