Electrically Controllable Saturable Absorption in Hybrid Graphene-Silicon Waveguides

Alexander, Koen; Hu, Yingtao; Pantouvaki, Marianna; Brems, Steven; Asselberghs, Inge; Gorza, Simon-Pierre; Huyghebaert, Cedric; Campenhout, Joris Van; Kuyken, Bart; Thourhout, Dries Van

doi:10.1364/cleo_si.2015.sth4h.7

Cited by 10 publications

(9 citation statements)

References 6 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Recently, we demonstrated that also the planar integrated device shown in Fig. 2 can be used to control the saturable absorption in graphene [18]. Preliminary results are shown in Fig.…”

Section: Saturable Absorptionmentioning

confidence: 95%

See 1 more Smart Citation

Hybrid graphene-silicon photonics devices

Thourhout

Pantouvaki

et al. 2015

2015 European Conference on Optical Communication (ECOC)

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Recently, we demonstrated that also the planar integrated device shown in Fig. 2 can be used to control the saturable absorption in graphene [18]. Preliminary results are shown in Fig.…”

Section: Saturable Absorptionmentioning

confidence: 95%

“…graphene modulator (see [18] for details). At high input powers the transmission is reduced through two photon absorption in the silicon waveguide.…”

Section: Fig 5 Control Of Saturable Absorption In Hybrid Siliconmentioning

confidence: 99%

Hybrid graphene-silicon photonics devices

Thourhout

Pantouvaki

et al. 2015

2015 European Conference on Optical Communication (ECOC)

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Recently, it is reported that the evanescent field absorption may guarantee the maximum efficiency of the nonlinear effect of the layered materials in the fiber1920. And the evanescent field absorption of graphene can be conveniently tuned by the electrical signals in the fiber laser system1213. According to reports about the evanescent field absorption in the fiber laser, we believe the electrical controlled laser can also be obtained based on the waveguide, via the controllable evanescent field absorption.…”

mentioning

confidence: 98%

“…And, graphene can be used as an efficient saturable absorber (SA) in a laser system for the generation of ultrafast lasers4567. Another fascinating feature is that the Fermi level of a graphene layer can be tuned by electrical signals48910111213. A shift in the Fermi level will change the optical absorption of graphene, allowing the electrical control of the optical property of graphene.…”

mentioning

confidence: 99%

Electrically Tunable Nd:YAG waveguide laser based on Graphene

Tan

Akhmadaliev

et al. 2016

Sci Rep

View full text Add to dashboard Cite

We demonstrate a tunable hybrid Graphene-Nd:YAG cladding waveguide laser exploiting the electro-optic and the Joule heating effects of Graphene. A cladding Nd:YAG waveguide was fabricated by the ion irradiation. The multi-layer graphene were transferred onto the waveguide surface as the saturable absorber to get the Q-switched pulsed laser oscillation in the waveguide. Composing with appropriate electrodes, graphene based capacitance and heater were formed on the surface of the Nd:YAG waveguide. Through electrical control of graphene, the state of the hybrid waveguide laser was turned on or off. And the laser operation of the hybrid waveguide was electrically tuned between the continuous wave laser and the nanosecond pulsed laser.

show abstract

“…Είναι, μάλιστα, το πρώτο μη γραμμικό φαινόμενο που παρατηρήθηκε πειραματικά στο γραφένιο, μέσω της μελέτης παλμικών πηγών οπτικών ινών (pulsed fiber lasers) [82,83]. Στο κομμάτι των ολοκληρωμένων φωτονικών κυκλωμάτων, μόλις πρόσφατα το εν λόγω φαινόμενο άρχισε να απασχολεί την κοινότητα, με τις πρώτες εργασίες να δίνουν επίσης ενθαρρυντικά αποτελέσματα για τη συνέχεια της ερευνητικής δραστηριότητας [84,85].…”

Section: ιστορική και βιβλιογραφική αναδρομήunclassified

Μη Γραμμικές Νανοφωτονικές Διατάξεις Συντονισμού Της Πλασμονικής Και Του Γραφενίου

Χριστόπουλος¹

View full text Add to dashboard Cite

Θέμα της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη μη γραμμικών φωτονικών διατάξεων συντονισμού και πιο συγκεκριμένα η ανάλυση και ο σχεδιασμός πλήρως οπτικών νανοφωτονικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων με αυξημένη λειτουργικότητα. Βασικοί πυλώνες της διατριβής είναι η εκμετάλλευση του φαινομένου της οπτικής διστάθειας με στόχο την πρόταση αμιγώς οπτικών διακοπτικών διατάξεων και αμιγώς οπτικών στοιχείων μνήμης, και η βαθύτερη κατανόηση των πολυκαναλικών φαινομένων σε διατάξεις συντονισμού, ήτοι των φαινομένων γένεσης και μη γραμμική μίξης κυμάτων που αυτά προκαλούν. Διεξάγεται μια σε βάθος θεωρητική μελέτη των εν λόγω φαινομένων και προτείνεται, αναλύεται και σχεδιάζεται μια πληθώρα μη γραμμικών διατάξεων συντονισμού με στόχο κυρίως τη μείωση της απαίτησης σε εισερχόμενη ισχύ τροφοδοσίας. Οι προτεινόμενες διατάξεις βασίζονται σε σύγχρονες φωτονικές πλατφόρμες: στην πλασμονική, στην τεχνολογία του πυριτίου και στο γραφένιο. Πρωτίστως, αναπτύσσεται ένα συνεκτικό υπολογιστικό πλαίσιο που συνδυάζει τη θεωρία μικρών διαταραχών με τη θεωρία συζευγμένων ρυθμών στο πεδίο του χρόνου και τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων, επιτρέποντας τη γρήγορη και ακριβής ανάλυση μονοκαναλικών ή πολυκαναλικών μη γραμμικών διατάξεων συντονισμού που πρακτικά υλοποιούνται με υλικά δύο ή τριών διαστάσεων. Η ακρίβεια του αναπτυχθέντος πλαισίου εξετάσθηκε συστηματικά και βρέθηκε ικανό για την αποδοτική μελέτη μη γραμμικών κοιλοτήτων συντονισμού. Αρχικά, χρησιμοποιείται για την ανάλυση δύο πλασμονικών συντονιστών, ενός συντονιστή στασίμου κύματος τύπου Fabry-Perot και ενός συντονιστή οδεύοντος κύματος τύπου δίσκου. Και οι δύο διατάξεις υποστηρίζουν οπτική διστάθεια λόγω του φαινομένου Kerr με υψηλό εύρος ζώνης και αποδεκτές έως χαμηλές απαιτήσεις σε ισχύ, λαμβάνοντας υπ’ όψιν την απορρόφηση δύο φωτονίων και τα φαινόμενα των ελευθέρων φορέων που εμφανίζονται στο πυρίτιο. Τα εν λόγω φαινόμενα επηρεάζουν την οπτική διστάθεια λόγω φαινομένου Kerr, αν και εισάγουν άλλες ενδιαφέρουσες λειτουργίες (οπτική δυστάθεια λόγω φορέων και αυτοταλάντωση που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οπτικά ρολόγια). Στη συνέχεια, εξετάζεται το γραφένειο: ένα καινοτόμο υλικό δύο διαστάσεων με ισχυρές μη γραμμικές ιδιότητες. Στη διατριβή παρουσιάζεται η ενδιαφέρουσα δυνατότητα του γραφενίου να αποθηκεύει ενέργεια στο επιφανειακό ρεύμα που υποστηρίζει. Επιπλέον, αναλύονται και σχεδιάζονται δύο διατάξεις συντονισμού, κατάλληλες για τη μακρινή και την κοντινή υπέρυθρη περιοχή, αντίστοιχα, λόγω της τεράστιας ευρυζωνικότητας του γραφενίου. Αμφότερες οι διατάξεις αποτελούνται από έναν συντονιστή οδεύοντος κύματος τύπου δακτυλίου και εμφανίζουν οπτική διστάθεια για χαμηλή ισχύ τροφοδοσίας (λόγω του σχεδιασμού που επιτρέπει υψηλή αλληλεπίδραση του φωτός με το γραφένιο) με χαμηλή απορρόφηση δύο φωτονίων και ανίσχυρα φαινόμενα ελευθέρων φορέων. Τέλος, εξετάζονται πολυκαναλικά φαινόμενα (γένεση τρίτης αρμονικής, μίξη τεσσάρων κυμάτων) σε διατάξεις συντονισμού. Χρησιμοποιείται ένας συντονιστής στασίμου κύματος από γραφένιο, κατάλληλος για την εκφυλισμένη μίξη τεσσάρων κυμάτων στη μακρινή υπέρυθρη περιοχή. Ο τελικός σχεδιασμός οδηγεί σε υψηλές επιδόσεις (μεγάλος συντελεστής μετατροπής) με χαμηλές απαιτήσεις σε εισερχόμενη ισχύ, ενώ παρουσιάζει ενδιαφέρουσα δυναμική συμπεριφορά με την εμφάνιση οπτικής διστάθειας λόγω αυτοδιαμόρφωσης και ετερεδιαμόρφωσης φάσης αλλά και περιορισμένης ταλάντωση. Ως κατακλείδα, στη διατριβή συμπυκνώνεται η εμπειρία της ανάλυσης διατάξεων συντονισμού. Ο ακριβής χαρακτηρισμός μια κοιλότητας (υπολογισμοί συχνότητας συντονισμού και συντελεστή ποιότητας) δεν είναι απλός με τα διαθέσιμα υπολογιστικά εργαλεία, ειδικά όταν εμπλέκονται ωμικές απώλειες, απώλειες ακτινοβολίας ή/και διασπορά. Στη διατριβή παρουσιάζεται μια μέθοδος για την υπερπήδηση αυτού του εμποδίου, κάτι που λείπει από την σχετική βιβλιογραφία.

show abstract

Electrically Controllable Saturable Absorption in Hybrid Graphene-Silicon Waveguides

Abstract: Electrical tunability of saturable absorption is demonstrated in a graphene/SOI hybrid waveguide. The saturation modulation depth is tunable between 0 and 2.2 dB (∼0-40% decrease of absorption at saturation), with saturation powers between ∼1.25-2.5 W.

Cited by 10 publications

References 6 publications

Hybrid graphene-silicon photonics devices

Hybrid graphene-silicon photonics devices

Electrically Tunable Nd:YAG waveguide laser based on Graphene

Μη Γραμμικές Νανοφωτονικές Διατάξεις Συντονισμού Της Πλασμονικής Και Του Γραφενίου

Contact Info

Product

Resources

About