We demonstrate the enhanced four-wave mixing of monolayer graphene on slow-light silicon photonic crystal waveguides. 200-μm interaction length, a four-wave mixing conversion efficiency of −23 dB is achieved in the graphene-silicon slow-light hybrid, with an enhanced 3-dB conversion bandwidth of about 17 nm. Our measurements match well with nonlinear coupled-mode theory simulations based on the measured waveguide dispersion, and provide an effective way for all-optical signal processing in chip-scale integrated optics.

1.
2.
F.
Bonaccorso
,
Z.
Sun
,
T.
Hasan
, and
A.
Ferrari
,
Nat. Photonics
4
,
611
(
2010
).
3.
S. J.
Koester
and
M.
Li
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
171107
(
2012
).
4.
T.
Gu
,
N.
Petrone
,
J.
McMillan
,
A.
van der Zande
,
M.
Yu
,
G. Q.
Lo
,
D. L.
Kwong
,
J.
Hone
, and
C. W.
Wong
,
Nat. Photonics
6
,
554
(
2012
).
5.
Q.
Bao
,
H.
Zhang
,
Y.
Wang
,
Z.
Ni
,
Y.
Yan
,
Z. X.
Shen
,
K. P.
Loh
, and
D. Y.
Tang
,
Adv. Funct. Mater.
19
,
3077
(
2009
).
6.
F.
Xia
,
T.
Mueller
,
Y.-M.
Lin
,
A.
Valdes-Garcia
, and
P.
Avouris
,
Nat. Nanotechnol.
4
,
839
(
2009
).
7.
H.
Fukuda
,
K.
Yamada
,
T.
Shoji
,
M.
Takahashi
,
T.
Tsuchizawa
,
T.
Watanabe
,
J.-I.
Takahashi
, and
S.-I.
Itabashi
,
Opt. Express
13
,
4629
(
2005
).
8.
R.
Salem
,
M. A.
Foster
,
A. C.
Turner
,
D. F.
Geraghty
,
M.
Lipson
, and
A. L.
Gaeta
,
Nat. Photonics
2
,
35
(
2007
).
9.
R.
Espinola
,
J.
Dadap
,
R.
Osgood
, Jr.
,
S.
McNab
, and
Y.
Vlasov
,
Opt. Express
13
,
4341
(
2005
).
10.
M. A.
Foster
,
A. C.
Turner
,
J. E.
Sharping
,
B. S.
Schmidt
,
M.
Lipson
, and
A. L.
Gaeta
,
Nature
441
,
960
(
2006
).
11.
M.
Ebnali-Heidari
,
C.
Monat
,
C.
Grillet
, and
M.
Moravvej-Farshi
,
Opt. Express
17
,
18340
(
2009
).
12.
J. F.
McMillan
,
M.
Yu
,
D. L.
Kwong
, and
C. W.
Wong
,
Opt. Express
18
,
15484
(
2010
).
13.
C.
Monat
,
M.
Ebnali-Heidari
,
C.
Grillet
,
B.
Corcoran
,
B.
Eggleton
,
T.
White
,
L.
O'Faolain
,
J.
Li
, and
T.
Krauss
,
Opt. Express
18
,
22915
(
2010
).
14.
J.
Li
,
L.
O'Faolain
,
I. H.
Rey
, and
T. F.
Krauss
,
Opt. Express
19
,
4458
(
2011
).
15.
M.
Dinu
,
F.
Quochi
, and
H.
Garcia
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
2954
(
2003
).
16.
B.
Xu
,
A.
Martinez
,
K.
Fuse
, and
S.
Yamashita
,
paper presented at the CLEO: Science and Innovations (paper CMAA6)
, May 1–6,
2011
.
17.
E.
Hendry
,
P.
Hale
,
J.
Moger
,
A.
Savchenko
, and
S.
Mikhailov
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
97401
(
2010
).
18.
Y.
Wu
,
B.
Yao
,
Y.
Cheng
,
Y.
Rao
,
Y.
Gong
,
X.
Zhou
,
B.
Wu
, and
K. S.
Chiang
,
IEEE Photonic Tech L
26
,
249
(
2014
), see http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?arnumber=6671974.
19.
C. J.
Chen
,
C. A.
Husko
,
I.
Meric
,
K. L.
Shepard
,
C. W.
Wong
,
W. M.
Green
,
Y. A.
Vlasov
, and
S.
Assefa
,
Appl. Phys. Lett.
96
(
8
),
081107
(
2010
).
20.
N.
Petrone
,
C. R.
Dean
,
I.
Meric
,
A. M.
Van Der Zande
,
P. Y.
Huang
,
L.
Wang
,
D.
Muller
,
K. L.
Shepard
, and
J.
Hone
,
Nano Lett.
12
,
2751
(
2012
).
21.
X.
Li
,
W.
Cai
,
J.
An
,
S.
Kim
,
J.
Nah
,
D.
Yang
,
R.
Piner
,
A.
Velamakanni
,
I.
Jung
, and
E.
Tutuc
,
Science
324
,
1312
(
2009
).
22.
W.
Zhao
,
P. H.
Tan
,
J.
Liu
, and
A. C.
Ferrari
,
J. Am. Chem. Soc.
133
,
5941
(
2011
).
23.
A. C.
Ferrari
,
J. C.
Meyer
,
V.
Scardaci
,
C.
Casiraghi
,
M.
Lazzeri
,
F.
Mauri
,
S.
Piscanec
,
D.
Jiang
,
K. S.
Novoselov
,
S.
Roth
, and
A. K.
Geim
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
187401
(
2006
).
24.
L.
O'Faolain
,
S. A.
Schulz
,
D. M.
Beggs
,
T. P.
White
,
M.
Spasenović
,
L.
Kuipers
,
F.
Morichetti
,
A.
Melloni
,
S.
Mazoyer
, and
J.-P.
Hugonin
,
Opt. Express
18
,
27627
(
2010
).
25.
S.
Afshar
 V
and
T. M.
Monro
,
Opt. Express
17
,
2298
(
2009
).
You do not currently have access to this content.