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『石墨烯 通信』石墨烯為光通信提速

  • 發(fā)布時(shí)間2018-03-21 09:25
  • 發(fā)布人金彩集團(tuán)
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光通信形成了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的主流，預(yù)計(jì)對(duì)于發(fā)展中的5G網(wǎng)絡(luò)同樣重要?，F(xiàn)代通信依賴(lài)于以光速飛行信息的光鏈路以及諸如光電探測(cè)器和調(diào)制器之類(lèi)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(xué)芯片上光子波導(dǎo)的首選材料，但光電探測(cè)器是由其他半導(dǎo)體（如GaAs，InP或GaN）制成的，因?yàn)楣柙跇?biāo)準(zhǔn)電信波長(zhǎng)下是透明的。將這些其他半導(dǎo)體與硅集成是困難的，使制造工藝復(fù)雜化并且增加開(kāi)支。而且，由于光子器件在使用更多功率時(shí)不斷縮小，熱管理正成為一個(gè)問(wèn)題。

石墨烯對(duì)于電信光電探測(cè)器來(lái)說(shuō)是一種很有前途的材料，因?yàn)樗梢栽诎?biāo)準(zhǔn)電信波長(zhǎng)的大帶寬上吸收光線。它也與CMOS技術(shù)兼容，這意味著它可以在技術(shù)上與硅光子集成。此外，石墨烯是優(yōu)異的熱導(dǎo)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(gè)激烈的研究領(lǐng)域，現(xiàn)在正在全功率原型中獲得成果。

第一個(gè)石墨烯光電探測(cè)器是在2009年在IBM的研究實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的。這些基于晶體管的光電探測(cè)器的帶寬超過(guò)25 GHz，隨后用于通過(guò)10 Gbit s -1光學(xué)數(shù)據(jù)鏈路傳輸數(shù)據(jù)。通過(guò)采用不對(duì)稱(chēng)的金屬 - 石墨烯 - 金屬晶體管配置，這些器件中的檢測(cè)效率得到改善。分析表明，這種石墨烯光電探測(cè)器的帶寬最終可能超過(guò)500 GHz。

圖1.jpg

圖：石墨烯光電探測(cè)器的加速

2013年是石墨烯光電探測(cè)器成果頻出的一年。幾個(gè)團(tuán)隊(duì)報(bào)告了不同幾何形狀的石墨烯光電探測(cè)器，利用不同的物理原理，從而產(chǎn)生CMOS兼容的光電探測(cè)器，覆蓋所有通信頻帶，帶寬高達(dá)18 GHz。在所有這些新的實(shí)現(xiàn)中，石墨烯直接位于硅波導(dǎo)的頂部，并且光在波導(dǎo)下傳播時(shí)被吸收。這是第一個(gè)真正的CMOS兼容石墨烯光電探測(cè)器。

　　2016年，石墨烯光電探測(cè)器的帶寬達(dá)到65 GHz，利用石墨烯/硅pn結(jié)，潛在比特率為?90 Gbit s -1。早在2017年，帶寬超過(guò)75 GHz的石墨烯光電探測(cè)器就在6英寸晶圓生產(chǎn)線上制造。這些創(chuàng)紀(jì)錄的器件于2018年在巴塞羅那舉行的世界移動(dòng)通信大會(huì)上展出，參觀者可體驗(yàn)全球首個(gè)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(gè)演示中，所有主動(dòng)電光操作都是在石墨烯器件上進(jìn)行的。石墨烯調(diào)制器在網(wǎng)絡(luò)的發(fā)射器側(cè)處理數(shù)據(jù)，將電子數(shù)據(jù)流編碼為光信號(hào)。在接收器端，石墨烯光電探測(cè)器做了相反的處理，將光學(xué)調(diào)制轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)。這些器件由 CVD法石墨烯制成，并在Graphene Pavilion展出。在同一場(chǎng)展出中，愛(ài)立信展示了首款基于石墨烯的光子開(kāi)關(guān)的移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)中基于石墨烯的光學(xué)超快互連。從財(cái)務(wù)角度來(lái)看，如果生產(chǎn)成本是幾年前采用石墨烯技術(shù)的障礙，那么現(xiàn)在不再是了。

　　基于石墨烯的集成光子學(xué)被認(rèn)為是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，其潛在的高速光網(wǎng)絡(luò)使用比基于半導(dǎo)體光子學(xué)的網(wǎng)需要絡(luò)更少的能量，同時(shí)保持低成本并能夠提供與現(xiàn)有技術(shù)的集成。（原作者： Marko Spasenovic）

 

參考來(lái)源：graphenea

 

來(lái)源：智識(shí)咨詢(xún)

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