الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۳۱
کد مقاله
ELC131
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
دو پایداری نوری و دینامیک حامل آزاد در کاواک های بلور فوتونی گرافن ـ سیلیکون ارتباطات نوری
نام انگلیسی
Optical bistability and free carrier dynamics in graphene–silicon photonic crystal cavities
ابراتوار نانوساختارهای نوری، مرکز علوم جامع و مهندسی، علوم و مهندسی حالت جامد و مهندسی مکانیک، دانشگاه کلمبیا، ایالات متحده
بخش مهندسی مکانیک دانشگاه کلمبیا
انستیتو میکروالکترونیک، سنگاپور
الزویر
مرجع به انگلیسی
Optics Communications; Optical Nanostructures Laboratory, Center for Integrated Science and Engineering, Solid-State Science and Engineering, and Mechanical Engineering, Columbia University, New York, United States; Mechanical Engineering, Columbia University, New York, United States; Institute of Microelectronics, Singapore; Elsevier
کشور
ایالات متحده، سنگاپور
دو پایداری نوری و دینامیک حامل آزاد در کاواک های بلور فوتونی گرافن ـ سیلیکون ارتباطات نوری
چکیده
در این مقاله ما ابزاره های غیرخطی هیدرید گرافن ـ سیلیکون را ارائه می نماییم که حوزه فعالیت آن انرژی گردشی در یک کاواک چند فمتوژول، شامل وارد ذیل، می باشد: (۱) کاواک تکی و دوبل با قابلیت دوپایداری نوری، (۲) دینامیک سوئیچینگ تفصیلی و پهن باند، و (۳) حامل / کاریر آزاد و تأثیرات حرارتی در نوسانات احیاکننده. نانوساختارهای زیر طول موج قابلیت محدودسازی نور در یک تشدید کننده سیلیکون مود واحد با یک نسبت بالای Q/V را داشته و قابلیت برقراری تعامل نوری قدرتمندی را با لایه پوششی گرافن به وجود می آورند.
دو پایداری نوری و دینامیک حامل آزاد کاواک های بلور فوتونی گرافن
۱- مقدمه
خواص منحصربفرد فوتونیک گرافن ـ شفافیت نوری ـ طبیعت ناپراکندگی پهن باند، تحرک بالای حامل / کاریر و ساختار نازک لایه اتمی ـ این ماده را به عنوان یک مورد منحصربفرد برای ابزاره های یکپارچه فوتونیک مطرح می نماید. بر این اساس، گرافن با توجه به ویژگی های انتقال نوری متغیر گیت مورد بررسی قرار گرفته است [۱، ۲] و کاربردهای آن بیشتر در خصوص ماژوله کننده های جذب الکتریکی پهن باند [۳] و گیرنده های نوری [۴، ۵] شامل تشخیص گرهای نوری ارتقاء یافته میکرو کاواک سطحی [۶، ۷] و همچنین جذب اشباع پذیر برای مود ـ قفل شدگی [۸] مد نظر قرار گرفته است. قابلیت غیرخطی مرتبه سوم گرافن به صورت [۹]، همراه با جذب دو فتون (TPA) با نرخ پنج برابر مرتبه بزرگی در مقایسه با سیلیکون [۱۰] و ویژگی های عدم خطیت بزرگ در تراهرتز [۱۱] گزارش شده است. این موارد جفت شده با ویژگی های حامل آزاد ایجادی ـ TPA و متعاقب آن دینامیک حرارتی، یک کاواک بلور فوتونیک موضعی با مقیاس طول موج سبب می شود تا قابلیت حصول سوئیچینگ دو پایدار نوری فراآهسته قدرت و همچنین نوسانات احیاکننده خودالقایی در انرژی های کاواک فمتوژول در تراشه نیمه رسانا به وجود آید [۱۲]. در اینجا ما اقدام به انتقال یک گرافن تک لایه بر روی غشاهای بلور فوتونیک سیلیکون تعلیق شده نموده و متعاقباً دو پایداری نوری و نوسانات احیاگر القا شده غیرخطی حامل / حرارتی بر روی تراشه را مورد بررسی قرار می دهیم. تغییر شاخص انکساری برای رسانه هیبرید، القا شده به وسیله حاملهای آزاد تولیدی TPA، به میزان ۲۰ برابر بزرگتر از نمونه یکپارچه آن بوده و بنابراین به طور معناداری سبب کاهش توان پمپ نوری می شود [۲۷].
دو پایداری نوری و دینامیک حامل آزاد کاواک های بلور فوتونی گرافن
۲- جذب کارآمد دو فوتونی در سیستم گرافن ـ Si
ضریب جذب دو فتون β۲ در گرافن تک لایه از طریق نرخ احتمال گذار میان نواری مرتبه دوم بر حسب واحد سطح به شرح ذیل ارزیابی می شود [۱۰]
که در آن νF سرعت فرمی، ħ ثابت کاهش یافته پلانک، e بار الکترون و εω گذردهی گرافن در فرکانس درایو می باشد. برای طول موج ۱۵۵۰ نانومتری مد نظر ما، β۲ برای گرافن تک لایه از طریق برآوردهای پویش ـ z تعیین می شود و همچنین محاسبات اصل اول نیز می بایست در مرتبه تقریباً ۳۰۰۰ cm/GW [10]، در مقایسه با مرتبه ۸/۰ cm/GW در سیلیکون مد نظر قرار گیرند.
در ساختار بلور ـ گرافن فوتونیک هیدرید، غالب نورها مقید در غشای سیلیکونی ۲۵۰ نانومتری بوده و به صورت ناپایدار به تقریباً لایه پوشش گرافن یک نانومتری جفت می شوند (شکل ۱). ضریب مؤثر TPA به عنوان یک بالانس بین گرافن و سیلیکون به شمار می آید، که به وسیله توزیع های میدان نوری وزن دار می گردد. ضریب جذب حامل دو فوتونی گرافن بر روی سیلیکون به شرح ذیل تعریف می گردد:
دو پایداری نوری و دینامیک حامل آزاد کاواک های بلور فوتونی گرافن
۳- سوئیچینگ دو پایدار حالت ثابت
ما نسبت به اندازه گیری و مدل سازی انتقال های کاواک غیرخطی با استفاده از تئوری مود ـ جفتی غیرخطی حوزه زمان [۱۴] برای مشخص نمودن سیر تکاملی موقتی دامنه کاواک، چگالی های حامل و دمای مؤثر کاواک استفاده نمودیم که به شرح ذیل تعریف می گردند:
دو پایداری نوری و دینامیک حامل آزاد کاواک های بلور فوتونی گرافن
۴- سوئیچینگ دو پایدار دینامیکی
جهت تصدیق دینامیک سوئیچینگ دو پایدار، ما نسبت به شامل نمودن شدت های متغیر زمانی به کاواک دارای پوشش گرافنی اقدام نمودیم و در این راستا نوعی توان کاواک ترکیبی ـ یا مورد کاهشی را در نظر گرفتیم. شکل ۳ الف نشان دهنده یک مثال در ارتباط با انتقال خروجی حوزه زمانی برای دو مورد کاهش اولیه مختلف می باشد [δ(t=0)= -1.3 و δ(t=0)= 1.6] و همچنین معرف یک درایو مثلثی ـ شکل موج، با قدرت تفکیک نانوثانیه بر روی یک فتوگیرنده یا گیرنده نوری تقویت شده نمودیم. با توجه به یک دوره ۷۷ نانوثانیه ای، زمان استراحت حرارتی مشاهده شده تقریباً برابر با ۴۰ نانوثانیه می باشد. سوئیچینگ دو پایدار پراکنش مشابه با شبیه سازی های عددی می باشد [۲۳]. شیب های رزونانس کاواک (با عمق های مدولاسیون تقریباً ۳ dB در این مثال) برای هر دوی موارد کاهش منفی [در محدوده ای از – ۰٫۱۵ nm (d = -0.75) تا – ۰٫۱۰ nm (d = -0.5)، شکل ۳ ب] و ویژگی کاهشی مثبت [تا ۰٫۳۴ nm (d = 1.4)، شکل ۳ ج] مشاهده شده است. با ویژگی کاهشی منفی و پالسهای مثلثی، پراکنش شیفت ـ آبی با ویژگی القایی ـ حامل (Drude) بیش از حد تشدید کاواک از فرکانس درایو بوده و بنابراین به صورت حرارتی قابلیت اتصال این ویژگی به فرکانس درایولیزر را خواهد داشت. از آنجائیکه چرخه حیات حامل آزاد رسانه هیبرید در حدود ۲۰۰ ps می باشد که به طور معنی داری کمتر از مدت پالس درایو به شمار می آید، این سری های اندازه گیری ها بر حسب ویژگی های حرارتی می باشند. با توجه به این ویژگی و شدت روبش های بالا و پایین که به واسطه ویژگی های مربوط به اندازه گیری و زمان نمونه برداری کمتر از مقیاس زمانی استراحت حرارتی و همچنین دمای کاواک اولیه به صورت سردتر (گرمتر) می باشد.
دو پایداری نوری و دینامیک حامل آزاد کاواک های بلور فوتونی گرافن
۵- نوسان احیاگر با ویژگی های عدم خطیت حامل آزاد و حرارتی
به هنگامی که شدت لیزر ورودی کاملاً فراتر از آستانه دوپایداری باشد، سیستم گرافن ـ کاواک از حالت دو تایی سوئیچینگ دوپایدار منحرف گردیده و دارای نوسان می گردد. نوسان احیاگر تنها در برخی از مطالعات قبلی پیشنهاد شده است، نظیر موارد پیش بینی کننده تئوریکی در نانوکاواک ها دارای ویژگی های عدم خطیت Kerr بزرگ [۲۴ ـ ۲۷] یا موارد مشاهده شده در میکرو دیسک های سیلیکونی سطح بالا Q (3 × ۱۰۵) [۲۸]. این نوسانات احیاگر بین جمعیت های فوتونی و حامل آزاد شکل می گیرند، که در نمونه ما به صورت شیفت های ـ قرمز حرارتی کوچک (مقیاس های زمانی تقریباً ۱۰ نانوثانیه ای) و شیفت های ـ آبی تراش پلاسما کریر ـ آزاد سریع (مقیاس های زمانی تقریباً ۲۰۰ ps) می باشد. نوسانات خود القاشده در امتداد فرکانس لیزر در توان های کاواک آستانه ای ۴/۰ mW، در دوره های تقریباً ۴/۹ ns در این سری های اندازه گیریها مشاهده شده است که مشخص کننده نرخ های مدولاسیون تقریباً ۱۰۶ مگاهرتز می باشند، آن هم با توجه به ویژگی های کاهشی بهینه شده تجربی از d(t=0)= 0.68-1.12. جذب دو فوتونی ارتقا یافته گرافن، حامل آزاد و تأثیرات حرارتی اجازه می دهند تا نوسانات احیاگر به صورت تجربی با مقادیر Q2/V قابل مشاهده باشند [۴٫۳ × ۱۰۷(l/n)3]، حداقل به میزان ۵۰ × کمتر. نوسانات احیاگر با Qs کمتر اجازه سرعت بیشتر و عملیات پهنای باند وسیعتری را داده و از دقت کمتری در نانو ساخت ابزاره برخوردار است [۲۹].
به هنگامی که توان کوپل شده در کاواک فراتر از میزان آستانه گردد سیستم مربوطه به سمت نوسانات خود پایدار حرکت خواهد داشت. همانگونه که در شکل ۴ الف نشان داده شده است، واکنش سریع حامل آزاد سبب برانگیختگی پالس مربوطه (خط بریده آبی، آغاز چرخه) خواهند شد. انتشار حرارت (خط توپر قرمز) با ثابت زمانی آهسته تر مشخص کننده بازیافت به حالت ساکن در غشای سیلیکونی تعلیقی دارای پوشش گرافن می باشد. تعریف قبلی انرژی ذاتی کاواک Uc مدنظر می باشد، که در آن w/Uc=QintinsicPl اتلاف توان از کاواک و w فرکانس برانگیختگی است [۳۰]. نرخ تپش بین جمعیت حرارتی و حامل آزاد در حدود ۵۰ مگاهرتز می باشد، همانگونه که در شکل ۴ ب نشان داده شده است. چنین موردی دارای داده های آزمایشی تطبیقی و شبیه سازی تئوری مود کوپل یا جفت شده می باشد. این میزان سبب افزایش پیک های قابل تنظیم در طیف فرکانس رادیویی می شوند (شکل ۴ب، خط توپر آبی)، که به هنگامی که توان ورودی کمتر از آستانه نوسان باشد غایب خواهند بود (خط بریده خاکستری). از طریق تنظیم این ویژگی های لیزر، مود اساسی را می توان از ۴۸ مگاهرتز (کاهش قدرت صفر) تا ۵۵ مگاهرتز (کاهش قدرت به میزان ۳/۰ نانومتر) تنظیم نمود.
دو پایداری نوری و دینامیک حامل آزاد کاواک های بلور فوتونی گرافن
۶- نتیجه گیری
در این مقاله ما اقدام به توصیف ابزاره های اپتوالکترونیک هیدرید گرافن ـ سیلیکون نمودیم که در انرژی های گردشی کاواک با صرفاً چندین فمتوژول فعالیت می نمایند که شامل دو پایداری نوری تشدیدگر توان فوق اندک و نوسانات احیاگر خود القا کننده است. این پدیده ها، در مقایسه با برآوردهای کنترلی بر روی صرفاً کاواک های سیلیکون یکپارچه، به وسیله ویژگی های عدم قطعیت کاملاً بزرگ χ(۳) در گرافن و نسبت های بزرگ Q/V در کاواک های بلور فوتونیک مقیاس طول موج ارتقا می یابند. این نتایج غیرخطی نشان دهنده امکان پذیری و همچنین قابلیت تغییر ابزارهای نانوفوتونیک گرافن ـ سیلیکون دو بعدی برای منابع نوری فرکانس رادیویی مقیاس ـ تراشه نسل بعد و همچنین مدوله کننده های نوری برای پردازش سیگنال نوری می باشند.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
