利用集成二维氧化石墨烯薄膜增强CMOS器件中的三阶光学非线性性能
光学
2021-06-22 v1 应用物理
摘要
我们报道了通过分层二维（2D）氧化石墨烯（GO）薄膜在互补金属氧化物半导体兼容光子平台中实现增强的非线性光学。我们将GO薄膜与绝缘体上硅纳米线（SOI）、高折射率掺杂石英玻璃（Hydex）和氮化硅（SiN）波导及环形谐振器集成，展示了包括克尔非线性和四波混频（FWM）在内的增强光学非线性。GO薄膜采用大面积、无转移、逐层方法集成，其放置位置和尺寸由光刻控制。在SOI纳米线中，由于高非线性的GO薄膜，我们观察到克尔非线性和非线性优值（FOM）均显著增强。自相位调制（SPM）测量显示，涂覆图案化GO薄膜的SOI纳米线光谱展宽显著增强。GO的克尔非线性对层数和脉冲能量的依赖呈现出分层GO薄膜从2D到准块体行为的趋势。涂覆GO的SOI纳米线的非线性参数提高16倍，非线性FOM提高20倍以上至大于5的FOM。我们还观察到集成2D分层GO薄膜的SiN波导中FWM效率的改善。对不同GO层数和不同泵浦功率的样品进行FWM测量，均匀涂覆1层GO的器件实现了高达7.3 dB的转换效率（CE）增强，图案化5层GO的器件实现了9.1 dB的增强。这些结果揭示了GO薄膜改善硅、Hydex和SiN光子器件非线性光学的强大潜力。
引用
@article{arxiv.2106.10779,
title = {Enhancing the third-order optical nonlinear performance in CMOS devices with integrated 2D graphene oxide films},
author = {David Moss},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.10779},
year = {2021}
}
备注
9 pages, 5 figures, 54 references. arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:2004.08043, arXiv:2006.14944