Controle Preciso Todo-Óptico de Transmissão de Luz em Microfibras Revestidas com WSe₂

Resumo

O disseleneto de tungstênio (WSe₂) atraiu interesse considerável devido às suas aplicações versáteis, como junções p-n, transistores, lasers de fibra, spintrônica e conversão de energia solar em eletricidade. Demonstramos ajuste todo-óptico de luz em microfibra (MF) revestida com WSe₂ usando a ampla largura de banda de absorção e efeito termo-óptico do WSe₂. A potência óptica transmitida (TOP) pode ser ajustada usando lasers de bomba externos (405, 532 e 660 nm). A sensibilidade sob excitação de luz de bomba de 405 nm é 0,30 dB/mW. Tempo de subida/queda de ~15,3/16,9 ms é alcançado sob excitação de luz de bomba de 532 nm. Simulações teóricas investigam o mecanismo de ajuste do TOP. As vantagens deste dispositivo são fabricação fácil, controle todo-óptico, alta sensibilidade e resposta rápida. O dispositivo ajustável todo-óptico proposto tem aplicações potenciais em circuitos todo-ópticos, moduladores todo-ópticos e dispositivos ópticos multidimensionalmente ajustáveis, etc.

Introdução

Optoeletrônica, fotônica e microeletrônica são importantes e indispensáveis em sistemas modernos de telecomunicação. Dispositivos fotônicos compostos por componentes ópticos de micro ou nanoescala são desenvolvidos para alcançar estrutura miniaturizada, resposta rápida e alta sensibilidade. Dispositivos ajustáveis todo-ópticos podem ser aplicados em comunicação óptica e processamento de sinal. O controle luz-controla-luz em fibra foi reportado, mas continua sendo um desafio melhorar o desempenho, especialmente sensibilidade da potência óptica transmitida (TOP) e tempo de resposta. Uma boa maneira de melhorar o desempenho é usar dicalcogenetos de metais de transição bidimensionais (TMDs), amplamente usados em aplicações de sensores, dispositivos optoeletrônicos, transistores, absorbedores saturáveis e dispositivos de memória. Modulação todo-óptica foi realizada com microfibra (MF) decorada com grafeno, MF coberta com grafeno e estruturas estéreo grafeno-MF. Ajuste de dispositivos MF foi alcançado quando MF é conectada a diferentes materiais, como cristal líquido, niobato de lítio e polímero. Ressonador de nó de microfibra (MKR) todo-óptico ajustável com topo e base cobertos por grafeno foi realizado. Revestir a superfície lisa e sem perdas da MF com diferentes materiais 2D permite funcionalidade luz-controla-luz de MF e ressonador MF. Controle todo-óptico de luz em MKR revestido com WS₂ foi reportado com taxa de variação de potência transmitida de ~0,4 dB/mW sob bomba violeta e tempo de resposta de ~0,1 s. Funcionalidade luz-controla-luz de MKR revestido com SnS₂ também foi realizada; taxa de variação TOP em relação à luz violeta é ~0,22 dB/mW e tempo de resposta tão rápido quanto ~3,2 ms. O TOP da MF envolvida com óxido de grafeno reduzido foi manipulado pela luz de bomba violeta com taxa de variação de ~0,21 dB/mW. Propriedades luz-controla-luz de MF revestida com MoSe₂ também foram investigadas; sensibilidade TOP é ~0,165 dB/mW sob luz de bomba violeta e tempo de subida da resposta transitória é ~0,6 s. Sensibilidade TOP e tempo de resposta são propriedades importantes dos dispositivos MF. Para aplicações como ajuste todo-óptico e modulação óptica, melhorias na sensibilidade TOP e tempo de resposta são necessárias.

Como exemplo típico de materiais TMDs, o disseleneto de tungstênio (WSe₂) recebeu grande interesse de pesquisa, sendo blocos de construção potencialmente importantes para eletrônica e optoeletrônica. WSe₂ tem alto coeficiente Seebeck, condutividade térmica ultralba e ambipolaridade, tornando-o candidato atraente para eletrônica flexível. Por exemplo, ajuste elétrico de junções p-n foi alcançado baseado na ambipolaridade do WSe₂. Controle elétrico de geração de segunda harmônica em transistor de monocamada WSe₂ foi reportado usando fortes efeitos de carga de exciton em WSe₂. WSe₂ tem grande coeficiente de absorção nas regiões visível e infravermelho próximo, explorado na conversão de energia solar em eletricidade. Comparado ao sulfeto, o seleneto é mais estável e resistente à oxidação em condições ambientes. Além disso, WSe₂ fornece alta mobilidade intrínseca de lacunas de 500 cm² V⁻¹ s⁻¹, muito maior que a de MoS₂. Usando esta propriedade, transistores de efeito de campo tipo p e n de alta mobilidade foram reportados com monocamada WSe₂. A monocamada WSe₂ mostra banda proibida direta com fotoluminescência forte. Propriedades de absorção saturável não linear de WSe₂ foram aplicadas como absorbedores saturáveis em lasers de fibra. O WSe₂ mostra grande potencial para controle todo-óptico de luz em dispositivos de fibra baseados em WSe₂.

Microfibras ópticas (MFs) são afilamentos de fibra óptica com diâmetro de vários a mais de 10 µm. A MF é fabricada por estiramento afilado aquecido a chama da fibra sob calor. Como resultado, o afilamento bicônico é formado fornecendo plataforma para interação entre luz guiada e arredores e conexão a outros componentes fibra. O perfil da MF pode ser finamente ajustado para diferentes aplicações controlando velocidade e tempo de tração no processo de fabricação. A MF tem vantagens de grandes campos evanescentes, configurabilidade, baixa perda óptica, confinamento óptico apertado e flexibilidade mecânica excepcional. O confinamento óptico apertado da MF fornece abordagem promissora para circuitos ópticos de pequena pegada e efeito não linear óptico de baixo limiar. Interação forte e rápida entre luz guiada e arredores pode ser obtida baseada em fortes campos evanescentes da MF. Esta propriedade da MF foi explorada para sensoriamento óptico com diferentes configurações, como gratings de fibra inscritos em MF, MF funcionalizada de superfície e interferômetro Mach-Zehnder. Forte interação luz-matéria fornecida por MF também foi aplicada para realizar modulador todo-óptico, lasers de fibra ultrarrápidos e funcionalidade de ajuste e luz-controla-luz.

Neste artigo, empregamos a ampla largura de banda de absorção e efeito termo-óptico do WSe₂ para realizar ajuste todo-óptico de luz em MF revestida com WSe₂. Para realizar controle todo-óptico, luz de bomba externa com comprimentos de onda de 405, 532 e 660 nm são usadas para irradiar a MF. Empregando a interação entre luz de bomba externa e WSe₂, mudança de índice efetivo é realizada e subsequentemente induz variação de potência de saída. A sensibilidade TOP medida é 0,30 dB/mW sob excitação de luz de bomba de 405 nm. A mudança de temperatura induzida por laser de bomba externo e resposta do dispositivo são investigadas. Simulações teóricas são realizadas para verificar o mecanismo de ajuste do TOP.

Métodos

A concentração de dispersões de WSe₂ foi 1 mg/ml, obtida através de método de esfoliação líquida. Para obter nanoflocos de WSe₂ com distribuição uniforme, tratamento ultrassônico das dispersões de WSe₂ por ~30 min foi realizado. Para caracterizar nanoflocos de WSe₂, espectros Raman e UV-VIS de absorção foram medidos. O espectro Raman de nanoflocos de WSe₂ excitado por laser de 488 nm é mostrado na Fig. 1a. Nanoflocos de WSe₂ exibem apenas um modo vibracional forte em torno de 252,2 cm^–1, resultado da degenerescência dos modos E_2g e A_1g. Um pico Raman adicional aparecerá a 5–11 cm⁻¹ quando flocos de WSe₂ forem mais finos que quatro camadas. O espectro de absorção de nanoflocos de WSe₂ medido por espectrofotômetro UV-VIS (UV-2600, SHIMADZU) é mostrado na Fig. 1b. No intervalo de comprimento de onda de 300 a 700 nm, nanoflocos de WSe₂ têm absorção. De 400 a 700 nm, a absorção diminui com o comprimento de onda. A absorção em três comprimentos de onda 405, 532 e 660 nm é comparada, como mostrado na Fig. 1b.

A MF foi fabricada usando técnica "flame-brushing". A MF foi obtida estirando um pedaço de fibra monomodo padrão da Corning Inc. a velocidade de ~0,2 mm/s, aquecida por chama. Para realizar controle todo-óptico de luz em MF revestida com WSe₂, cintura apropriada da MF é necessária. Cintura menor da MF permite interação mais forte entre luz e WSe₂, mas o TOP pode ser muito fraco para ser detectado já que a perda é grande. A Figura 2a mostra a MF fabricada com diâmetro de ∼9,5 µm na região de cintura uniforme. O inseto da Fig. 2a é imagem microscópica da MF com laser de 650 nm lançado na entrada. O diâmetro da MF foi medido usando microscópio óptico (microscópio Zeiss Axio Scope A1). Como mostrado na Fig. 2b, a região de cintura da MF tem comprimento de ∼6 mm e diâmetro de ∼9,5 µm. O comprimento total da MF é ∼25 mm.

Próximo passo foi deposição dos nanoflocos de WSe₂ na MF. Antes da deposição, a MF foi fixada a uma bacia de vidro (20 mm × 5 mm × 1 mm) feita de vidro e adesivo UV (Loctite 352, Henkel Loctite Asia Pacific). Depois, a dispersão de WSe₂ foi gotejada na MF usando pipeta. O TOP da MF durante o processo de deposição foi monitorado usando laser DFB (distributed feedback) de 1550 nm. Como mostrado na Fig. 3, antes da deposição, o TOP é cerca de −10 dBm. Após 5 min de deposição, o TOP diminui acentuadamente para −43 dBm. Então o TOP aumenta para −35 dBm após 14 min. O TOP torna-se estável em −37 dBm, indicando que a deposição está completa.

A imagem de microscopia eletrônica de varredura (MEV) da MF revestida com nanoflocos de WSe₂ é mostrada na Fig. 4. A Figura 4a mostra nanoflocos de WSe₂ precipitados na MF com diâmetro de ~9,5 µm, e sua imagem ampliada é mostrada no inseto da Fig. 4a. A vista de seção transversal da MF revestida com nanoflocos de WSe₂ é mostrada na Fig. 4b. O inseto da Fig. 4b mostra que a espessura dos nanoflocos de WSe₂ depositados é ~150 nm.

Para investigar absorção de luz do filme de WSe₂, guiamento de luz em MF revestida com WSe₂ foi simulado por método de elementos finitos no COMSOL. No modelo, uma camada de WSe₂ de 150 nm é envolvida ao redor da MF de ~9,5 µm. Os índices de refração da MF e nanofloco de WSe₂ são 1,46 e 2,64 + 0,2i, respectivamente. A janela de cálculo é 20 µm × 20 µm e tamanho de malha é 50 nm. O comprimento de onda foi fixado em 1550 nm. Distribuições de campo de modo da MF e MF revestida com WSe₂ foram calculadas. A Figura 5a mostra distribuição de modo 2D a 1550 nm. O índice efetivo do modo na MF com camada de WSe₂ correspondente à Fig. 5a é 1,4567–2,04 × 10⁻³ i, indicando absorção do WSe₂. A distribuição de campo radial da MF nua e MF revestida com WSe₂ ao longo da linha tracejada branca da Fig. 5a é plotada na Fig. 5b. A distribuição de campo radial tem mesma intensidade de pico em ~0 µm. Na imagem ampliada da Fig. 5b, a distribuição de campo da MF revestida com WSe₂ mostra variação abrupta como resultado de descontinuidade de índice.

O controle todo-óptico de luz em MF revestida com WSe₂ é caracterizado usando o setup experimental mostrado na Fig. 6. O laser DFB de 1550 nm (SOF-155-D DFB LASER SOURCE, ACCELINK) é conectado à entrada do dispositivo, e a saída é monitorada pelo medidor de potência óptica. Lasers de 405, 532 e 660 nm são usados para bomba externa. A MF revestida com WSe₂ é irradiada pelos lasers colocados ~10 cm acima da amostra. Primeiro, o TOP da MF sem WSe₂ é medido usando este setup experimental.

Resultados e Discussão

A Figura 7a–c mostra variação de potência relativa para várias potências de bomba dos lasers de 405, 532 e 660 nm, respectivamente. Como mostrado na Fig. 7a, as mudanças de TOP da MF nua são menores que 0,03 dB sob irradiação de laser de 405 nm. Resultados similares são obtidos para lasers de 532 e 660 nm. As variações de TOP são menores que 0,02 e 0,03 dB para lasers de 532 e 660 nm, respectivamente.

Então o TOP da MF revestida com nanoflocos de WSe₂ é medido sob diferentes potências de bomba. Experimentos são realizados com laser de 405 nm (violeta) com potência (LSR405NL, Lasever Inc.) variando de 0 a 13,3 mW. A Figura 8a plota variação de potência relativa da MF revestida com nanoflocos de WSe₂ sob iluminação de laser de 405 nm. O TOP aumenta com potência de bomba. Quando potência de bomba de laser de 405 nm aumenta de 0 a 13,3 mW, a variação de TOP é 4,2 dB. A variação de TOP também é 4,2 dB quando potência de laser de 405 nm diminui de 13,3 a 0 mW. Para analisar relação entre TOP e potência de laser de 405 nm, valores médios de TOP para diferentes degraus de potência de bomba na Fig. 8a são extraídos. A mudança de TOP com potência de luz de bomba é mostrada na Fig. 8b. A sensibilidade de variação de TOP à potência de bomba é determinada pela inclinação da curva de ajuste linear. Sensibilidade de 0,30 dB/mW é obtida para ambos aumento e diminuição de potência violeta, verificando que controle todo-óptico de luz tem boa repetibilidade e estabilidade. O controle todo-óptico de luz da MF revestida com nanoflocos de WSe₂ é analisado com lasers de 532 e 660 nm. A Figura 8c apresenta variação de TOP quando potência de laser de 532 nm (verde) aumenta de 0 a 13,3 mW. O TOP muda com potência do laser verde. Variações de potência relativa são 3,2 dB para ambos aumento de potência de bomba (0 a 13,3 mW) e diminuição de potência de bomba (13,3 a 0 mW). A variação de TOP para diferentes potências de luz de bomba é plotada na Fig. 8d. Sensibilidades são 0,23 dB/mW para ambos processos de aumento e diminuição. Resultados similares são obtidos para bomba de laser vermelho de 660 nm. Como mostrado na Fig. 8e, o TOP aumenta em 2,9 dB quando potência do laser vermelho aumenta de 0 a 17,0 mW, e a mudança de potência é a mesma para processo de diminuição. Sensibilidades sob iluminação de laser vermelho são obtidas da Fig. 8f, que são 0,16 dB/mW para ambos aumento de potência de bomba (0 a 17,0 mW) e diminuição de potência de bomba (17,0 a 0 mW). Na Fig. 8b, d e f para ajuste todo-óptico, a linearidade é diferente. Durante processo de aumento de potência, valores R² são 0,907, 0,976 e 0,984 para lasers violeta, verde e vermelho, respectivamente. Valores R² de 0,915, 0,977 e 0,991 são obtidos no processo de diminuição de potência para lasers violeta, verde e vermelho, respectivamente. Aqui, o laser violeta fornece melhor sensibilidade mas linearidade do laser vermelho é melhor. No entanto, para controle todo-óptico de luz em MF revestida com MoSe₂, a luz de 980 nm tem melhor linearidade e sensibilidade que a luz de 405 nm. Portanto, não há relação consistente entre linearidade e sensibilidade para diferentes dispositivos sob diferentes lasers de bomba. Acreditamos que linearidade e sensibilidade estão relacionadas ao material 2D, método de deposição, estrutura da fibra e estabilidade da luz de bomba.

Deve-se notar que a temperatura da MF revestida com WSe₂ muda sob iluminação a laser. A temperatura é registrada por termopar quando a potência de bomba muda. A Figura 9a mostra mudança de temperatura para várias potências de bomba violeta. A temperatura aumenta com potência de bomba. A temperatura aumenta de 21,6 a 28,1 °C quando potência de bomba violeta aumenta de 0 a 13,3 mW. Quando potência de bomba violeta diminui de 13,3 a 0 mW, a temperatura diminui de 28,1 a 22,0 °C. Variações de temperatura também são monitoradas para lasers de bomba verde e vermelho. Como mostrado na Fig. 9b, aumentar e diminuir potências do laser verde no intervalo de 0 a 13,3 mW pode induzir variações de temperatura de 6,7 °C e 6,1 °C, respectivamente. A Figura 9c mostra variação de temperatura sob bomba de laser vermelho, que tem mesma tendência variável. A temperatura muda em 7,1 °C e 7,0 °C quando potência de bomba vermelha varia entre 0 e 17,0 mW. A temperatura como função de potência de bomba é plotada na Fig. 10. Como mostrado na Fig. 10a, o ajuste linear da variação de temperatura dá sensibilidades de 0,46 °C/mW e 0,44 °C/mW para aumento e diminuição de potência de bomba violeta, respectivamente. A Figura 10b mostra sensibilidades de temperatura que são 0,44 °C/mW e 0,41 °C/mW para aumento e diminuição de potência de bomba verde, respectivamente. Para processo de aumento e diminuição de potência de bomba vermelha, sensibilidades de temperatura são medidas como 0,41 °C/mW. Os resultados indicam que WSe₂ pode ser considerado aquecedores eficientes e compactos para controle todo-óptico e ajuste termo-óptico. Para investigar influência da temperatura ambiente no desempenho do dispositivo, a MF revestida com nanoflocos de WSe₂ é colocada em chapa cerâmica aquecida (CHP-250DF, AS ONE) para medição de TOP. Como mostrado na Fig. 11a, as variações de TOP são menores que 0,03 dB quando temperatura da câmara muda de 22 a 30 °C. Os resultados verificam que este dispositivo é insensível à temperatura ambiente. Como mostrado na Fig. 11a, as variações de TOP são menores que 0,03 dB quando temperatura da câmara muda de 22 a 30 °C. Os resultados verificam que este dispositivo é insensível à temperatura ambiente. Este dispositivo é relativamente estável quando usado em alta temperatura para ajuste todo-óptico. Como mostrado na Fig. 11b, quando temperatura é aumentada de 70 a 100 °C lentamente, as variações de TOP são menores que 0,55 dB.

A resposta transitória da MF revestida com nanoflocos de WSe₂ é medida usando setup experimental mostrado na Fig. 12. O laser de 1550 nm é conectado à entrada da MF. As saídas dos lasers violeta, verde e vermelho são moduladas por gerador de sinal (AFG 3102, Tektronix). A saída do gerador de sinal é onda quadrada. Um fotodetector (Modelo 1811, New Focus) e um osciloscópio (DS1052E, RIGOL) são usados para monitorar a saída da MF. A Figura 13a–c mostra resposta monitorada pelo osciloscópio sob iluminação de lasers violeta, verde e vermelho, respectivamente. Como mostrado na Fig. 13a, as potências de bomba violeta são 16,8, 20,3 e 22,8 mW para medição de tempo de resposta. Tempo de subida e queda são medidos como 17,9 e 18,4 ms para laser violeta, respectivamente. Para iluminação de laser verde, as potências de bomba são 8,3, 13,7 e 20,0 mW, como mostrado na Fig. 13b. Tempo de subida e queda são medidos como 15,3 e 16,9 ms para laser verde, respectivamente. Como mostrado na Fig. 13c, sob iluminação de laser vermelho com potências de bomba de 10,7, 16,8 e 20,5 mW, tempos de subida e queda são 16,9 e 18,3 ms, respectivamente.

A sensibilidade de ajuste do TOP é diferente para lasers de bomba violeta, verde e vermelho. Isto é porque a absorção é muito mais forte em comprimentos de onda mais curtos, como mostrado na Fig. 1b. O controle todo-óptico do TOP é devido à combinação de efeito termo-óptico e portadores gerados por fótons em MF com WSe₂. A interação entre luz de bomba externa e WSe₂ induz mudança de índice efetivo de WSe₂. Nanoflocos de WSe₂ absorvem luz de bomba. A temperatura da MF com WSe₂ aumenta com potência de bomba, como mostrado nas Figs. 9 e 10. A parte real do índice de refração (n_r) de WSe₂ diminui quando temperatura da MF com WSe₂ aumenta. O n_r também diminui devido ao aumento de concentrações de portadores relacionado à condutividade dos nanoflocos de WSe₂. Como resultado, o índice de refração efetivo (n_eff) de modos guiados em MF revestida com WSe₂ é variado por iluminação a laser externa. Portadores gerados por fótons também levam a variação de índice de WSe₂ e mudança do n_eff. Portanto, o TOP pode ser mudado com lasers de bomba externos. Usando método de elementos finitos, simulações são realizadas para investigar mecanismos de ajuste do TOP. Como mostrado na Fig. 14a, a parte real de n_eff aumenta com n_r. A parte real de n_eff aumenta de 1,4559 a 1,4567 com n_r variando de 2,44 a 2,64. A distribuição de campo elétrico do modo com n_eff de 1,4559 é mostrada no inseto da Fig. 14a. Variação de n_r fornece diferentes distribuições de campo elétrico do modo. Integrando distribuição de campo elétrico de toda a seção transversal, a energia elétrica de saída é calculada. Como mostrado na Fig. 14b, a energia elétrica de saída diminui com n_r de 2,44 a 2,64 com taxa de 1,76 × 10⁷ W/m². Portanto, a potência de saída aumenta com potência de bomba externa. Resultados de simulação concordam bem com resultados experimentais. Para investigar impacto do número de camadas de WSe₂ no desempenho do dispositivo, simulações foram realizadas por método de elementos finitos no COMSOL. A espessura do nanofloco de WSe₂ de quatro camadas é 2,8 nm, e o índice de refração correspondente de WSe₂ é 3,7 + 0,2i. O ajuste linear da parte real de n_eff versus n_r é mostrado na Fig. 15a. A parte real de n_eff aumenta com n_r quando variado de 3,50 a 3,70. A distribuição de campo elétrico do modo para n_eff de 1,4550619 é mostrada no inseto da Fig. 15a que é circularmente simétrica. Em comparação, a distribuição de campo elétrico do modo na Fig. 14a é assimétrica já que a luz é absorvida pelo nanofloco de WSe₂ de 150 nm. A energia elétrica de saída diminui quando n_r aumenta de 3,50 a 3,70 com taxa de 1,41 × 10⁴ W/m², como mostrado na Fig. 15b. A taxa de variação de energia elétrica de saída do nanofloco de WSe₂ de 150 nm é muito maior que a do nanofloco de WSe₂ de 2,8 nm, indicando que nanofloco de WSe₂ espesso fornece melhor desempenho para ajuste todo-óptico.

O método de diferenças finitas no domínio do tempo 3D (FDTD) (Lumerical FDTD Solution) foi usado para calcular potência de saída da MF sobreposta com WSe₂. O esquemático da configuração do dispositivo para cálculo de potência de saída é mostrado na Fig. 16a. No modelo, a espessura da camada de WSe₂, diâmetro da MF e índice de refração da MF foram definidos como 150 nm, 9,5 µm e 1,46, respectivamente. O comprimento da MF é definido como 10 µm para cálculo qualitativo. As direções x, y e z têm resolução de grade de 10 nm. A distribuição de campo elétrico no plano de corte transversal x-z em y = 0 µm é mostrada na Fig. 16b. A transmissão calculada é mostrada na Fig. 17. Como mostrado na Fig. 17a, a transmissão da MF diminui com n_r, e a tendência de variação é consistente com resultados obtidos com COMSOL. As perdas são 10,80 e 10,94 dB/mm para n_r = 2,44 e n_r = 2,64, respectivamente. Então a transmissão da MF para comprimentos de onda de 1530 a 1570 nm foi calculada com índice de refração de nanofloco de WSe₂ fixado em 2,64 + 0,2i. Como mostrado na Fig. 17b, a transmissão diminui com comprimento de onda. A perda variou de 10,58 a 10,85 dB/mm quando comprimento de onda mudou de 1530 a 1570 nm.

O desempenho de dispositivos luz-controla-luz são comparados em termos de sensibilidade TOP e tempo de resposta em diferentes comprimentos de onda de luz de bomba, como listado na Tabela 1. A estrutura de controle todo-óptico de luz demonstrada aqui tem maior sensibilidade comparada com MF, MKR e fibra lateralmente polida (SPF) combinadas com vários materiais. A MF revestida com WSe₂ tem resposta mais rápida que estruturas de ajuste todo-óptico como MKR combinado com WS₂, MF sobreposta com MoSe₂, SPF combinado com cristais líquidos e MF coberta com WS₂. Diferentes fatores contribuem para maior sensibilidade TOP e tempo de resposta mais rápido da MF sobreposta com WSe₂. Primeiro, o WSe₂ fornece ampla largura de banda de absorção na luz visível e efeito termo-óptico para ajuste todo-óptico. Segundo, a estrutura da MF é otimizada para melhorar interação luz-matéria. Terceiro, o método de revestimento de nanoflocos de WSe₂ permite controle preciso de espessura e deposição uniforme do material.

Conclusões

Fabricamos e demonstramos ajuste todo-óptico de luz em MF revestida com WSe₂ baseado na interação entre luz de bomba externa e WSe₂. Através da irradiação externa de luz de bomba (405, 532 e 660 nm), a ampla largura de banda de absorção e efeito termo-óptico do WSe₂ prometem mudança de índice efetivo e subsequente variação de potência de saída. Sensibilidade e tempo de queda de 0,30 dB/mW e 15,3 ms podem ser obtidos, respectivamente. O mecanismo de ajuste do TOP é investigado com simulações. O desempenho da MF coberta com WSe₂ como sensibilidade TOP e tempo de resposta pode ser ainda melhorado usando filme de monocamada, métodos modernos de nanofabricação e dimensões de MF otimizadas. O trabalho é esperado para promover aplicações realísticas do WSe₂ em modulador todo-óptico, dispositivos ópticos multidimensionalmente ajustáveis, etc.

Disponibilidade de Dados e Materiais

Todos os dados estão totalmente disponíveis sem restrição.

Abreviações

2D:

Bidimensional

DFB:

Laser de realimentação distribuída; MEV: Microscopia eletrônica de varredura

MF:

Microfibra

MKR:

Ressonador de nó de microfibra

n_eff:

Índice de refração efetivo

n_r:

Índice de refração

SPF:

Fibra lateralmente polida

TMDs:

Dicalcogenetos de metais de transição

TOP:

Potência óptica transmitida