集成于硅光子波导的石墨烯热红外发射器
光学
2025-05-06 v1 应用物理
摘要
低成本且易集成的宽带中红外（mid-IR）光源将显著拓展光子集成电路 (PICs) 的应用空间。热 incandescent 光源在 PIC 兼容性、制造成本与带宽方面优于其他基于半导体材料的常见中红外发射器。理想热发射器应通过近场耦合直接辐射至 PIC 波导的所需模式，并能在极高温下稳定工作。石墨烯是一种半金属二维材料，其发射率与薄金属热发射器相当，可通过置于波导倏逝场中实现对波导的最大耦合。本文展示了与光子波导集成的石墨烯中红外发射器，其直接耦合至设计用于 4.2 μm 波长（与 CO₂ 传感相关）的硅波导基模。在波导集成石墨烯发射器处观测到高强度宽带发射，输出光栅耦合器处的发射证实了向波导模式的成功耦合。热仿真预测发射器温度可达 1000°C，此时黑体辐射覆盖中红外区域。估计耦合效率 η（定义为射入波导的光与总发射光之比）高达 68%，优于已发表的其他波导集成发射器数据。
引用
@article{arxiv.2308.04046,
title = {Graphene thermal infrared emitters integrated into silicon photonic waveguides},
author = {Nour Negm and Sarah Zayouna and Shayan Parhizkar and Pen-Sheng Lin and Po-Han Huang and Stephan Suckow and Stephan Schroeder and Eleonora De Luca and Floria Ottonello Briano and Arne Quellmalz and Georg S. Duesberg and Frank Niklaus and Kristinn B. Gylfason and Max C. Lemme},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.04046},
year = {2025}
}
备注
24 pages