集成于硅微环谐振器上的高响应度石墨烯光电探测器

石墨烯集成光子学相比传统 Si 光子学具有若干优势。单层石墨烯（SLG）可实现快速、宽带且节能的电光调制器、光开关和光电探测器（GPDs），并与任何光波导兼容。基于 SLG 的光接收器最后的重大障碍在于 GPD 相较于传统 PD 的响应度——每光输入的电输出——较低。本文通过将光热电场（photo-thermoelectric）GPD 与 Si 微环谐振器集成克服了这一不足。在临界耦合下，我们沿 Si 波导在 $\sim$6 $\mu$m SLG 通道中实现了 $>$90% 的光吸收。利用腔增强的光-物质相互作用，使 SLG 中载流子对于 $\sim$0.6 mW 的输入功率达到 $\sim$400 K，我们获得了 $\sim$90 V/W 的电压响应度，证明了我们方法的可行性。我们的器件能够检测高达 20 Gbit/s 的数据速率，其接收机灵敏度使其能以 10$^{-9}$ 误码率工作，与成熟的半导体技术相当。自然产生电压而非电流，消除了对跨阻放大的需求，与传统的基于半导体的接收机相比，降低了每比特能耗与占用面积。