Des chercheurs de Graphene Flagship ont montré pour la première fois la génération de troisième harmonique accordable par porte dans le graphène. Cette recherche, dirigé par Graphene Flagship Partner University of Cambridge, en collaboration avec Politecnico di Milano et IIT-Istituto Italiano di Tecnologia à Gênes et publié en Nature Nanotechnologie , pourrait permettre des commutateurs optiques à large bande sur puce pour le transport de données dans des systèmes optiques.

La génération d'harmoniques optiques est la création de nouvelles fréquences (couleurs) lorsque la lumière de haute intensité interagit avec un matériau non linéaire. La troisième génération harmonique (THG) peut créer de la lumière avec trois fois l'énergie de la lumière incidente. THG exploite une interaction non linéaire entre la lumière à haute intensité d'un laser et un matériau. Les effets optiques non linéaires sont exploités dans une variété d'applications, y compris la technologie laser, traitement des matériaux et télécommunications. En principe, tous les matériaux peuvent générer de nouvelles fréquences de lumière par THG, cependant, l'efficacité de ce processus est généralement faible et ne peut pas être contrôlée de l'extérieur. Le graphène a une forte interaction avec la matière légère et une forte réponse non linéaire du troisième ordre, offrent donc un grand potentiel pour THG.

Graphene Partners de Cambridge, Milan, et Genova a montré expérimentalement, pour la première fois, Gate accordable THG en graphène. Le contrôle électrique de la réponse optique non linéaire d'un matériau permet des applications telles que les commutateurs accordables par grille et les convertisseurs de fréquence. Les chercheurs ont montré que le fort THG dans le graphène peut être contrôlé par un champ électrique externe et également augmenté en efficacité sur une bande passante ultra-large.

Ce type de commutateur optique THG rendra disponible plus de "couleurs" à utiliser en spectroscopie, permettant aux chercheurs d'acquérir une nouvelle compréhension de la matière. Les commutateurs optiques en graphène THG pourraient également exploiter des fréquences optiques auparavant inutilisées pour transmettre des données le long de câbles optiques, augmenter la quantité de données pouvant être transmises et donc augmenter les vitesses de données.

"Notre travail montre que l'efficacité de génération de troisième harmonique dans le graphène peut être augmentée de plus de 10 fois en réglant un champ électrique appliqué. Le contrôle électrique de l'amélioration du troisième harmonique peut être réalisé sur une bande passante ultra-large, ouvrant la voie à des convertisseurs de fréquence large bande accordables électriquement pour des applications dans les communications optiques et le traitement du signal, " a déclaré l'auteur principal de l'article, Giancarlo Soavi du Cambridge Graphene Centre, Université de Cambridge, ROYAUME-UNI.

Il existe actuellement des dispositifs commerciaux utilisant l'optique non linéaire pour les commutateurs optiques en spectroscopie. Cependant, l'utilisation du graphène pour THG peut permettre l'intégration dans des appareils fonctionnant sur une bande passante ultra-large. "Nos premières recherches démontrent la faisabilité de cette approche, nous voulons maintenant nous rapprocher de la production de dispositifs intégrés dans les fibres optiques et les guides d'ondes, " a déclaré Soavi.

"Les auteurs ont encore trouvé quelque chose d'unique dans le graphène :l'accordabilité du THG sur une large gamme de longueurs d'onde. Comme de plus en plus d'applications sont entièrement optiques, ce travail ouvre la voie à une multitude de technologies, " a déclaré le professeur de l'ICREA Frank Koppens de l'ICFO (Institut des sciences photoniques), Barcelone, Espagne, qui est le chef du groupe de travail photonique et optoélectronique au sein du programme phare du graphène.

Professeur Andrea C. Ferrari, Officier scientifique et technologique du Graphene Flagship, et Président de son Panel de Direction, a ajouté "Le graphène ne cesse de surprendre en matière d'optique et de photonique. Le Graphene Flagship a investi des sommes importantes pour étudier et exploiter les propriétés optiques du graphène. Ce travail collaboratif pourrait conduire à des dispositifs optiques fonctionnant sur une gamme de fréquences plus large que jamais , permettant ainsi de traiter ou de transmettre un plus grand volume d'informations."