Integrierte Photonik bietet eine vielversprechende Alternative zur konventionellen Elektronik, da sie eine hochbandbreitige und energieeffiziente Datenverarbeitung ermöglicht. Photonic Integrated Circuits (PICs) haben das Potenzial, elektrische Verbindungen durch Photonen als Informationsträger zu ersetzen, jedoch erfordert ihre weitere Entwicklung kompakte und einstellbare optische Komponenten wie effiziente Lichtquellen, Hochgeschwindigkeitsfrequenzkonverter und Breitband-Photodetektoren. Während die Siliziumphotonik die aktuelle Spitzentechnologie für PICs darstellt, schränken ihre schwache nichtlineare optische Antwort, die begrenzte Modulationsgeschwindigkeit und die eingeschränkte Bandlücken-Tunbarkeit die zukünftige Miniaturisierung und Leistungsfähigkeit von Geräten ein. Zweidimensionale (2D) Materialien, einschließlich Graphen und Übergangsmetall-Dichalkogeniden (TMDs), stellen eine vielversprechende Alternative dar, da sie eine starke Wechselwirkung von Licht und Materie, eine große nichtlineare optische Antwort und einstellbare optoelektronische Eigenschaften bieten. Diese Dissertation untersucht die optoelektronischen und nichtlinearen optischen Eigenschaften von 2D-Materialien und ihren Heterostrukturen für fortschrittliche photonische Anwendungen. Die Arbeit demonstriert ultrakurze optische und optoelektronische Modulation der zweiten und dritten Harmonischen in Monolayer-MoS2- und Graphen-Geräten. In Graphen wird eine Modulationstiefe von 85 % bei der dritten Harmonischen mit einer sub-Pikosekunden-Einstellbarkeit erreicht, während die all-optische Modulation in Monolayer-MoS2 nahezu 100 % Modulationstiefe erreicht. Darüber hinaus werden current-induced zweite Harmonische in Graphen und durch Ladungstransfer getriebene Exziton-Trion-Konversion in MoS2/Graphen-Heterostrukturen untersucht. Auch der Einfluss des interschichtigen Ladungstransfers auf die zweite Harmonische in bilayer MoS2/Graphen-Geräten wird analysiert. Schließlich wird der Effekt der Legierungszusammensetzung in MoWSe2 auf die zweite Harmonische und die Zwei-Photonen-Photolumineszenz systematisch untersucht. Diese Ergebnisse legen eine Grundlage für zukünftige ultrafast photonische integrierte Schaltungen auf Basis von 2D-Materialien.
Omid Ghaebi (Do,) untersuchte diese Frage.