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Performance of integrated optical switches based on 2D materials and beyond

Yuhan YAO, Zhao CHENG, Jianji DONG, Xinliang ZHANG

2020, 13(2): 129-138

https://doi.org/10.1007/s12200-020-1058-3

【推荐理由】

为了满足数据中心不断增长的性能要求，光开关在光计算和互连中的应用越来越受到重视。为了使光开关更好地适用于高性能的光电系统，开发出兼具低能耗、小尺寸和超快响应时间的光开关是非常必要的。传统的基于热光效应或等离子体色散效应的集成光开关性能已经达到了体材料固有特性所带来的技术极限，无法充分满足日益增长的需求。因此，研究人员将2D材料、聚合物等先进材料引入传统光学器件中，开发了混合结构以改善光开关的性能。近年来，基于石墨烯、黑磷和过渡金属硫化物等2D材料及其他材料的集成光开关在速度和能耗方面已显示出许多优势，也受到了越来越多的关注。2D材料原子尺寸的薄层结构降低了材料的维度，从而带来了独特的光学和电学性质。它们具有高的电子迁移率、强的各向异性、强的光致发光效应、可调的带隙和较大的光学非线性，为提高光电器件的性能提供了巨大的机遇。将2D材料与CMOS兼容的集成光子学器件相结合，可以弥补波导本身的固有缺陷，有望实现高性能的光开关。本论文按全光、热光和电光三种不同的工作机理对基于不同材料的集成光开关进行归纳总结，阐述了基于不同材料特别是2D材料的集成光开光的最新研究进展，统计了近十年来具有代表性的全光、热光、电光开关的性能，并分析了数据背后存在的挑战和发展趋势。论文中所有数据均取自2020年4月之前发布的研究，这些数据将随着该领域的研究进展不断更新，从而为相关研究人员提供有价值的参考和指南。

【图片摘要】