浙大:在光通信的关键技术中,实现高性能波导光电探测器!

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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。

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。

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)。

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