层状2D氧化石墨烯(GO)薄膜与微环谐振器(MRRs)集成在一起，实验证明可增强非线性光学。在掺杂有二氧化硅MRRs的互补金属氧化物半导体(CMOS)上，使用大面积、无转移、逐层涂敷GO薄膜方法，均匀涂敷(1-5层)和图形化(10-50层) GO薄膜，可精确控制薄膜厚度。图形装置进一步采用光刻和剥离工艺，确保精确控制膜的位置和涂层长度。对于不同泵浦功率和谐振波长的四波混频(FWM)测量结果表明，均匀涂敷单层 GO器件，效率显着提高了约7.6 dB，而涂有50层 GO的器件，其效率达到了约10.3 dB。测量结果与理论相吻合，这是由于GO薄膜具有较高的Kerr非线性和低损耗，再加上MRRs内部的强光-质相互作用，使得FWM效率得到了提高。从FWM测量中分析了GO的三阶非线性对层数和泵浦功率之间的关系，揭示了关于GO膜从2D单层到准块状行为演变的有趣物理见解。这些结果证实了与2D层状氧化石墨烯薄膜相结合的集成光子谐振腔具有良好的非线性光学性能。
 
Figure 1. a)氧化石墨烯涂层集成MRR的示意图。b) 2D层状GO薄膜的SEM图。c)无GO层和有两层GO集成芯片的拉曼光谱。d)测量GO薄膜厚度与GO层数。e) 50层GO的综合MRR图。f)带有GO薄膜集成MRR的制备流程示意图。
 
 
Figure 2. a,b)分别使用低功率CW光测量的均匀涂有1-5层GO并图案化10-50层GO的集成MRR透射光谱。c,d)另一台高功率连续波泵注入大约1550.18 nm的共振时，分别使用低功率连续波探头测量了具有一层均匀涂层和50层图案化GO的MRR透射光谱。
 
 
Figure 3.分别具有1-5层均匀涂层和10-50层图案化GO膜的MRR的a,b)功率相关消光比(ERs)和c,d)质量因子(Qs)。(e,f)由(a−d)得到的拟合传播损耗。
 
 
Figure 4.集成MRRs中FWM测量的实验设置。
 

Figure 5. a,b)对于具有1-5层均匀涂层和10-50层图案化GO膜的MRRs，在22 dBm泵浦功率下FWM光谱。c,d)从(a)和(b)中提取的CE增强和附加插入损失。e,f)对于具有1-5层均匀涂层和10-50层图案化GO膜的MRRs，CE与泵浦功率的关系。
 
 
Figure 6. a-c)未包覆的MRR、均匀包覆一层GO的MRR、以及包覆50层GO的MRR在不同共振波长下的光谱。d) (a−c)中MRRs测量的CE与Δλ/ FSR的关系。
 
 
Figure 7. 在FWM过程中分析GO材料特性的变化。
 
     相关研究成果于2020年由斯威本理工大学David J. Moss课题组，发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201906563)上。原文：2D Layered Graphene Oxide Films Integrated with Micro-Ring Resonators for Enhanced Nonlinear Optics