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- 發(fā)布時間2018-03-21 09:25
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光通信形成了互聯網時代的主流，預計對于發(fā)展中的5G網絡同樣重要?，F代通信依賴于以光速飛行信息的光鏈路以及諸如光電探測器和調制器之類的電路，其能夠將豐富的信息編碼到這些光束上。盡管硅是光學芯片上光子波導的首選材料，但光電探測器是由其他半導體（如GaAs，InP或GaN）制成的，因為硅在標準電信波長下是透明的。將這些其他半導體與硅集成是困難的，使制造工藝復雜化并且增加開支。而且，由于光子器件在使用更多功率時不斷縮小，熱管理正成為一個問題。
石墨烯對于電信光電探測器來說是一種很有前途的材料，因為它可以在包括標準電信波長的大帶寬上吸收光線。它也與CMOS技術兼容，這意味著它可以在技術上與硅光子集成。此外，石墨烯是優(yōu)異的熱導體，有望降低石墨烯基光子器件的熱消耗。由于這些原因，用于光通信的石墨烯一直是一個激烈的研究領域，現在正在全功率原型中獲得成果。
第一個石墨烯光電探測器是在2009年在IBM的研究實驗室開發(fā)的。這些基于晶體管的光電探測器的帶寬超過25 GHz，隨后用于通過10 Gbit s -1光學數據鏈路傳輸數據。通過采用不對稱的金屬 - 石墨烯 - 金屬晶體管配置，這些器件中的檢測效率得到改善。分析表明，這種石墨烯光電探測器的帶寬最終可能超過500 GHz。
圖：石墨烯光電探測器的加速
2013年是石墨烯光電探測器成果頻出的一年。幾個團隊報告了不同幾何形狀的石墨烯光電探測器，利用不同的物理原理，從而產生CMOS兼容的光電探測器，覆蓋所有通信頻帶，帶寬高達18 GHz。在所有這些新的實現中，石墨烯直接位于硅波導的頂部，并且光在波導下傳播時被吸收。這是第一個真正的CMOS兼容石墨烯光電探測器。
2016年，石墨烯光電探測器的帶寬達到65 GHz，利用石墨烯/硅pn結，潛在比特率為?90 Gbit s -1。早在2017年，帶寬超過75 GHz的石墨烯光電探測器就在6英寸晶圓生產線上制造。這些創(chuàng)紀錄的器件于2018年在巴塞羅那舉行的世界移動通信大會上展出，參觀者可體驗全球首個全石墨烯光通信鏈路，每條通道的數據速率為25 Gbit s -1。在這個演示中，所有主動電光操作都是在石墨烯器件上進行的。石墨烯調制器在網絡的發(fā)射器側處理數據，將電子數據流編碼為光信號。在接收器端，石墨烯光電探測器做了相反的處理，將光學調制轉換為電子信號。這些器件由 CVD法石墨烯制成，并在Graphene Pavilion展出。在同一場展出中，愛立信展示了首款基于石墨烯的光子開關的移動接入網絡中基于石墨烯的光學超快互連。從財務角度來看，如果生產成本是幾年前采用石墨烯技術的障礙，那么現在不再是了。
基于石墨烯的集成光子學被認為是未來發(fā)展的一個關鍵領域，其潛在的高速光網絡使用比基于半導體光子學的網需要絡更少的能量，同時保持低成本并能夠提供與現有技術的集成。（原作者： Marko Spasenovic）
參考來源：graphenea
來源：智識咨詢
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