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- 发布时间2018-03-21 09:25
- 发布人 集团
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光通信形成了互联网时代的主流，预计对于发展中的5G网络同样重要。现代通信依赖于以光速飞行信息的光链路以及诸如光电探测器和调制器之类的电路，其能够将丰富的信息编码到这些光束上。尽管硅是光学芯片上光子波导的首选材料，但光电探测器是由其他半导体（如GaAs，InP或GaN）制成的，因为硅在标准电信波长下是透明的。将这些其他半导体与硅集成是困难的，使制造工艺复杂化并且增加开支。而且，由于光子器件在使用更多功率时不断缩小，热管理正成为一个问题。
石墨烯对于电信光电探测器来说是一种很有前途的材料，因为它可以在包括标准电信波长的大带宽上吸收光线。它也与CMOS技术兼容，这意味着它可以在技术上与硅光子集成。此外，石墨烯是优异的热导体，有望降低石墨烯基光子器件的热消耗。由于这些原因，用于光通信的石墨烯一直是一个激烈的研究领域，现在正在全功率原型中获得成果。
第一个石墨烯光电探测器是在2009年在IBM的研究实验室开发的。这些基于晶体管的光电探测器的带宽超过25 GHz，随后用于通过10 Gbit s -1光学数据链路传输数据。通过采用不对称的金属 - 石墨烯 - 金属晶体管配置，这些器件中的检测效率得到改善。分析表明，这种石墨烯光电探测器的带宽最终可能超过500 GHz。
图：石墨烯光电探测器的加速
2013年是石墨烯光电探测器成果频出的一年。几个团队报告了不同几何形状的石墨烯光电探测器，利用不同的物理原理，从而产生CMOS兼容的光电探测器，覆盖所有通信频带，带宽高达18 GHz。在所有这些新的实现中，石墨烯直接位于硅波导的顶部，并且光在波导下传播时被吸收。这是第一个真正的CMOS兼容石墨烯光电探测器。
2016年，石墨烯光电探测器的带宽达到65 GHz，利用石墨烯/硅pn结，潜在比特率为〜90 Gbit s -1。早在2017年，带宽超过75 GHz的石墨烯光电探测器就在6英寸晶圆生产线上制造。这些创纪录的器件于2018年在巴塞罗那举行的世界移动通信大会上展出，参观者可体验全球首个全石墨烯光通信链路，每条通道的数据速率为25 Gbit s -1。在这个演示中，所有主动电光操作都是在石墨烯器件上进行的。石墨烯调制器在网络的发射器侧处理数据，将电子数据流编码为光信号。在接收器端，石墨烯光电探测器做了相反的处理，将光学调制转换为电子信号。这些器件由 CVD法石墨烯制成，并在Graphene Pavilion展出。在同一场展出中，爱立信展示了首款基于石墨烯的光子开关的移动接入网络中基于石墨烯的光学超快互连。从财务角度来看，如果生产成本是几年前采用石墨烯技术的障碍，那么现在不再是了。
基于石墨烯的集成光子学被认为是未来发展的一个关键领域，其潜在的高速光网络使用比基于半导体光子学的网需要络更少的能量，同时保持低成本并能够提供与现有技术的集成。（原作者： Marko Spasenovic）
参考来源：graphenea
来源：智识咨询
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