Grafikerer spektakulær ydelse i højhastighedsoptisk kommunikation

Integrering af grafenark i siliciumfotonik kunne danne grundlag for næste generations datakommunikation. Forskere fra Graphene Flagship-initiativet har skubbet teknologien tættere på applikationen ved at demonstrere verdens første højhastigheds-grafenbaserede datakommunikation med en datahastighed på 50 Gb/s.

Graphene Flagship -programmet sigter mod at fungere som en katalysator for udviklingen af ​​banebrydende applikationer ved at samle akademi og industri for at tage dette alsidige materiale ind i samfundet inden for 10 år. Betydningen af ​​at integrere grafen i siliciumfotonik var tydelig i de fælles resultater, der blev frembragt af samarbejdet mellem Flagship -partnerne AMO GmbH (Tyskland), det nationale interuniversitetskonsortium for telekommunikation (CNIT) (Italien), Ericsson (Sverige), Ghent University (Belgien), Institute of Photonic Sciences (ICFO) (Spanien), imec (Belgien), Nokia (Tyskland og Italien), Vienna University of Technology (TU Wien) (Østrig) og University of Cambridge (UK).

One-chip undren

Silicium er blevet bredt hyldet som egnet til monolitisk integration til fotonik. Imidlertid, at øge hastigheden og reducere effekten og fodaftrykket af nøglekomponenter i silicium fotonik teknologi er ikke opnået i en enkelt chip, til dato. Men grafen - med sin kapacitet til signalemission, modulering og detektion - kan være den næste forstyrrende teknologi for at opnå dette.

"Graphene tilbyder en alt-i-en-løsning til optoelektroniske teknologier, "bemærker Daniel Neumaier fra AMO GmbH, Leder for Graphene Flagships Division om elektronik og fotonik integration. Dens indstillelige optiske egenskaber, høj elektrisk mobilitet, spektral bredbåndsoperation og kompatibilitet med siliciumfotonik muliggør monolitisk integration af fase- og absorptionsmodulatorer, kontakter og fotodetektorer. Integration på en enkelt chip kan øge enhedens ydeevne og reducere dens fodaftryk og fabrikationsomkostninger betydeligt.

Ikke helt fast på silicium

Lysmodulation og detektion er nøgleoperationer i fotoniske integrerede kredsløb. Mangler en bandgap, grafen muliggør bredbåndslysdetektering med et enkelt materiale, da det absorberer ensartet over et bredt område i det synlige og infrarøde spektrum. 2-D-materialet viser også elektroabsorbering og elektrobrydningseffekter, der kan bruges til ultrahurtig modulering.

I stedet for at stole på den dyre silicium-på-isolator-wafer-teknologi, der er meget udbredt i siliciumfotonik, Forskere fra Graphene Flagship foreslog en mere bekvem konfiguration. Dette bestod af et par enkeltlags grafen (SLG) lag, en kondensator bestående af en SLG-isolator-SLG-stak oven på en passiv bølgeleder. "Et sådant arrangement kan prale af flere fordele i forhold til silicon fotoniske modulatorer, "forklarer Neumaier. Som han yderligere skitserer, modulatorfabrikation er ikke afhængig af bølgeledermaterialet eller mekanismerne til elektroabsorption og elektrobrydning. Ud over, udskiftning af germanium fotodetektorer med SLG fjerner behovet for de temmelig dyre moduler af germanium epitaxy og de ledsagende specialiserede dopingprocesser.

Siliciumnitrid (SiN) gav et godt substrat til syntetisering af grafen, muliggør høj mobilitet, gennemsigtighed over de synlige og infrarøde områder og perfekt kompatibilitet med silicium- og komplementære metaloxidhalvleder (CMOS) teknologier. Som en passiv bølgeleder -platform, SiN letter laserintegration og fiberkobling til bølgelederen, derved muliggør design af miniaturiserede enheder.

En lys fremtid for grafenbaseret fotoelektronik

At udnytte potentialet i grafen, forskere viste med succes datakommunikation med grafenfotoniske komponenter op til en datahastighed på 50 Gb/s. En grafenbaseret modulator behandlede dataene på netværks transmitterside, kodning af en elektronisk datastrøm til et optisk signal. På modtagersiden, en grafenbaseret fotodetektor konverterede den optiske modulering til et elektronisk signal. "Disse resultater er en lovende start for brug af grafenbaserede fotoniske enheder i næste generations datakommunikation, "Slutter Neumaier.