石墨烯为更快的高速光通信铺平道路

石墨烯等材料可以捕获光子，将它们结合起来，并产生更强大的光束。 这一特性起因于被称为光谐波的物理现象，这种物理现象是非线性材料的特有的特征。 非线性光学效应可用于各种应用，包括激光技术，材料加工和通信。

虽然所有的材料本都应表现出这样的物理特性，但这个过程的效率通常很小，且不能从外部控制。目前，剑桥（英国），米兰和热那亚（意大利）的石墨烯旗舰项目的合作伙伴们首次展示了石墨烯不仅显示出良好的光学响应，而且还展示了如何使用电场控制这种效应的强度 （Nature Nanotechnology，“Broadband, electrically tuneable, third harmonic generation in graphene”）。

三次谐波产生（THG）的电场控制可以在单层石墨烯上实现。在THG中，三个低频光子（红色）合成产生一个高频（蓝色）光子。因此，THG可用于光学变频器。（图片来源：Giancarlo Soavi，剑桥大学）

研究人员们设想创造新的石墨烯光开关，它还可以利用新的光频率沿光缆传输数据，从而增加可传输的数据量。目前，大多数使用非线性光学的商业设备仅用于光谱学领域。石墨烯可能为制造超宽带应用的新器件铺平道路。

“我们的工作表明，通过调整施加的电场，石墨烯中的三次谐波产生效率可以提高10倍以上，”该论文的第一作者、英国剑桥大学剑桥石墨烯中心的Giancarlo Soavi解释道。

“作者们再次发现了石墨烯的一些独特之处：THG在宽波长范围内的可调谐性，随着越来越多的应用扩展到全光波段，我们的研究为多种技术铺平了道路，”西班牙巴塞罗那光子科学研究所（ICREA）Frank Koppens教授说道。Frank Koppens教授是石墨烯旗舰项目中光子学和光电子工作包的领导者。

石墨烯旗舰科学技术指挥官、管理委员会主席Andrea C. Ferrari教授补充道，“在光学和光子学领域，石墨烯永远不会停止让我们吃惊。”他还强调说：“石墨烯旗舰公司已经投入巨资对石墨烯的光学性质进行研究和开发，这项合作可以使光学器件的工作频率范围比以往更宽，从而使更大量信息可以可能处理或传输”。