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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(lián)網(wǎng)時代的主流，預計對于發(fā)展中的5G網(wǎng)絡同樣重要。現(xiàn)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(diào)制器之類的電路，其能夠?qū)⒇S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(xiàn)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(shù)據(jù)鏈路傳輸數(shù)據(jù)。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(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)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(shù)據(jù)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(diào)制器在網(wǎng)絡的發(fā)射器側處理數(shù)據(jù)，將電子數(shù)據(jù)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(diào)制轉(zhuǎn)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(wǎng)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(chǎn)成本是幾年前采用石墨烯技術的障礙，那么現(xiàn)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(wǎng)絡使用比基于半導體光子學的網(wǎng)需要絡更少的能量，同時保持低成本并能夠提供與現(xiàn)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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