• 中文
  • 注册
  • 查看作者
  • 浙大:在光通信的关键技术中,实现高性能波导光电探测器!

    ​硅光子学被认为是在近红外波段1.31/1.55μm进行现代光通信的关键技术,目前,硅光子学研究人员已经尝试将该技术扩展到超过1.55μm(例如2μm)的波长带,用于在光通信、非线性光子学和片上传感中的重要应用。然而,在1.55μm以上的高性能硅基波导光电探测器的实现仍然面临着挑战,这是因为存在一些制造问题和波长带宽的限制。

    浙大:在光通信的关键技术中,实现高性能波导光电探测器!

    作为另一种选择,如石墨烯等二维材料提供了一种很有前途的解决方案,因为它具有宽工作波长的能力,并且在设计和制造中避免了结构失配的优点。在《光:科学与应用》期刊上发表的新研究中,浙江大学和东南大学的科学家,通过引入一种新型的硅-石墨烯混合等离子体波导,提出并演示了超过1.55μm的高性能波导光电探测器。

    浙大:在光通信的关键技术中,实现高性能波导光电探测器!

    特别地,引入了顶部带有金属帽的超薄宽硅脊核心区,以获得独特的模场分布,从而增强了石墨烯的光吸收。此外,与以往的硅-石墨烯混合波导相比,制作简单,石墨烯-金属接触电阻降低。例如,对于20μm和50μm长的吸收区,当工作在1.5μm和2μm时,石墨烯的吸收效率分别高达54.3%和68.6%。对于工作在2μm的光电探测器,测量到的3dB带宽>20 GHz(受实验装置的限制)。

    浙大:在光通信的关键技术中,实现高性能波导光电探测器!

    在-0.3V偏置电压下,对于0.28 mW的输入光功率,其响应度为30-70 mA/W。对于工作在1.55μm的光电探测器,3dB带宽>40 GHz(受设置的限制),而在-0.3V偏置电压下,对于0.16 mW的输入光功率,测得的响应度约为0.4A/W。研究详细分析了石墨烯光电探测器的机理,认为在零偏压下工作时,光热电效应是光响应的主要机理。当光电探测器在非零偏压下工作时,主导机制变成测辐射或光导效应。

    浙大:在光通信的关键技术中,实现高性能波导光电探测器!

    这种综合分析有助于更好地理解石墨烯-金属界面中光电流的产生。科学家们总结了他要点:研究已经提出并展示了超过1.55μm的高性能硅-石墨烯混合等离子体波导光电探测器。特别是,通过引入一个顶部有金属帽的超薄宽硅脊核心区,使用了一种新型硅-石墨烯混合等离子体波导。光学模式场可以在垂直和水平方向上进行操纵,因此,石墨烯中的光吸收得到了增强,同时金属吸收损失最小。

    浙大:在光通信的关键技术中,实现高性能波导光电探测器!

    这极大地有助于在短吸收区域内实现石墨烯的足够光吸收。研究展示了工作在2μm的硅-石墨烯波导光电探测器,3dB带宽在20μ以上。在输入光功率为0.2 mW的偏置电压为-0.3V时,测得的响应度为30-70 mA/W。在1.55μm的光电探测器也表现出了优异性能。本研究为在硅上实现近红外/中红外波段的高响应度和高速波导光电探测器铺平了道路。

    浙大:在光通信的关键技术中,实现高性能波导光电探测器!

    在未来的研究中,应该更多地努力引入一些特殊结结构,以最大限度地减少暗电流,并进一步扩大工作波长频带。石墨烯波导光电探测器可能在中红外硅光子学中发挥重要作用,这将在时间分辨光谱、芯片上实验室传感、非线性光子学以及光通信方面发挥重要作用。

    博科园|研究/来自:中国科学院/浙江大学、东南大学

    参考期刊《光:科学与应用》

    DOI: 10.1038/s41377-020-0263-6

    博科园|科学、科技、科研、科普

    关注【博科园】看更多大美宇宙科学

  • 0
  • 0
  • 0
  • 2.3k
  • 请登录之后再进行评论

    登录
  • 实时动态
  • 做任务
  • 偏好设置
  • 返回顶部
  • 单栏布局 侧栏位置:
    浙大:在光通信的关键技术中,实现高性能波导光电探测器!-海报-博科园
    海报正在生成中,请稍等...
    关闭窗口
    下载海报