افزایش پاسخ‌دهی ردیاب‌های نوری گرافنی به کمک میکروحفره‌ها

محققان اتریشی ردیاب‌های نوری مبتنی بر گرافن با حساسیت بهتر و محدوده طول موج وسیع ابداع کردند. استفاده از یک حفره میکرونی در طراحی این سیستم، پاسخ‌دهی این ردیاب‌ها را تا حد زیادی افزایش داده است.

محققان اتریشی ردیاب‌های نوری مبتنی بر
گرافن با حساسیت بهتر و محدوده طول موج وسیع ابداع کردند. استفاده از یک
حفره میکرونی در طراحی این سیستم، پاسخ‌دهی این ردیاب‌ها را تا حد زیادی
افزایش داده است.

در حال حاضر علاقه بسیار زیادی برای استفاده از گرافن در کاربردهای
اپتوالکترونیک وجود دارد. ردیاب‌های نوری مبتنی بر گرافن قبلاً مطالعه و
کارآیی گرافن برای ردیابی نور با پهنای باند زیاد، توصیف شده‌اند.

ردیاب‌های نوری اجزای الکترونیکی هستند که نور را به سیگنال الکتریکی تبدیل
کرده و به‌عنوان دریافت‌کننده در شبکه‌های فیبر نوری به‌کار می‌روند. این
ردیاب‌ها معمولاً از نیمه‌هادی‌هایی نظیر سیلیکون یا آرسنید گالیوم ساخته
می‌شوند. هنگامی که فوتون‌ها به یک نیمه‌هادی برخورد کنند، جفت‌های
الکترون- حفره ایجاد می‌کنند که سپس در یک میدان الکتریکی از هم جدا شده و
به تولید جریان الکتریکی منجر می‌شوند.

محققان از میدان الکتریکی داخلی که در فصل مشترک گرافن و فلز به‌وجود
می‌آید استفاده می‌کنند ولی جذب نور کم گرافن پاسخ‌دهی این سیستم‌ها را
کاهش می‌دهد. پژوهشگران متعددی در نقاط مختلف جهان به‌دنبال راهی برای
افزایش برهمکنش نور با گرافن و در نتیجه افزایش جذب نور توسط گرافن هستند.
اساس یکی از این روش‌ها در دانشگاه صنعتی وین، وارد کردن گرافن به یک حفره
میکرونی است. میدان الکتریکی در داخل این حفره تقویت شده و سبب جذب انرژی
بیشتر و در نتیجه افزایش تعداد پاسخ‌های نوری می‌شود.

بر پایه این فناوری، محققان یک ردیاب نوری گرافنی با حساسیت بهتر و قوی‌تر
ابداع کردند. آنها همچنین دریافتند که به‌واسطه محدوده جذب وسیع گرافن،
ردیاب‌ آنها می‌تواند در هر طول موجی از ناحیه زیر قرمز میانه تا ماوراء
بنفش عمل کند.

در این طرح، دو آینه براگ یک حفره مسطح ظریف را می‌سازند. این آینه‌ها
انتخاب ایده‌آلی برای سیستم‌های اپتوالکترونیک میکروحفره‌ای هستند؛ زیرا
برخلاف آینه‌های فلزی انعکاس نور در آنها را می‌توان به‌خوبی کنترل کرد.
آینه‌های براگ از موادی با شکاف باند زیاد درست شده‌اند که در طول موج
تشخیص جذب ندارند. یک لایه حائل نیز سبب می‌شود تا حداکثر تقویت میدان درست
در محلی اتفاق بیفتد که صفحه گرافن در آنجا گذاشته شده است.

 

 
این روش، می‌تواند برای انواع سیستم‌های
مبتنی بر گرافن نظیر تعدیل‌کننده‌های جذب الکتریکی، تقلیل‌دهنده‌های نوری و
نشرکننده‌های نوری مورد استفاده قرار گیرد. سرعت عمل بالا و محدوده وسیع
طول موج‌ عملکرد این ردیاب‌ها، آنها را برای بسیاری از کاربردهای فوتونیک
از قبیل ارتباطات نوری، امنیت، حسگری و طیف‌بینی مناسب کرده است.