集成超快全光极化激元晶体管与亚波长光栅微腔
光学
2026-03-24 v2 其他凝聚态物理
摘要
全光逻辑有潜力克服电子电路中持续二十年的操作速度瓶颈。然而，由于缺乏具有足够强非线性相互作用的材料来实现紧凑高效的超快全光开关并具有光学增益，可扩展架构的发展至今受到阻碍。在强光-物质相互作用机制下嵌入有机材料的微腔最近实现了室温下具有皮秒开关时间的全光晶体管。然而，主要在极化激元学中使用的垂直腔几何结构不适用于具有片上耦合晶体管的复杂电路。在这里，通过利用最先进的硅光子学技术，我们在完全集成的、高折射率对比度的亚波长光栅微腔中实现了激子极化激元凝聚，该微腔填充了π共轭聚合物作为光学活性材料。我们通过耦合两个谐振器并利用种子极化激元凝聚，展示了超快全光晶体管动作。器件面积小至2x2 um^2，我们实现了皮秒开关和高达60倍的放大，消光比高达8:1。这种具有面内集成的紧凑超快晶体管器件是可扩展全光逻辑电路平台的关键组件，其运行速度可能比电子电路快两个数量级。
引用
@article{arxiv.2404.01868,
title = {Integrated, ultrafast all-optical polariton transistors with sub-wavelength grating microcavities},
author = {Pietro Tassan and Darius Urbonas and Bartos Chmielak and Jens Bolten and Thorsten Wahlbrink and Max C. Lemme and Michael Forster and Ullrich Scherf and Rainer F. Mahrt and Thilo Stöferle},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.01868},
year = {2026}
}