基于可扩展硫系玻璃平台的石墨烯波导集成中红外光电探测

开发紧凑且可实地部署的中红外（mid-IR）光谱设备是分布式传感的关键挑战，其应用涵盖气体泄漏检测到环境监测。近期工作聚焦于中红外光子集成电路（PIC）传感平台，以及基于 PbTe、黑磷和碲烯等半导体的波导集成中红外光源与探测器。然而，材料带隙及对 SiO$_2$ 衬底的依赖将工作波长限制于 $\lambda\lesssim4\,\mu\textrm{m}$。在此，我们采用硫系玻璃-on-CaF$_2$ 的 PIC 架构并结合分裂栅光热电石墨烯光电探测器克服了这些挑战。我们的设计将工作波长拓展至 $\lambda=5.2\,\mu\textrm{m}$，其 Johnson 噪声限制的噪声等效功率为 $1.1\,\mathrm{nW}/\mathrm{Hz}^{1/2}$，在高达 $f = 1\,\mathrm{MHz}$ 时photoresponse 无衰减，且预测 3-dB 带宽为 $f_{3\textrm{dB}}>1\,\mathrm{GHz}$。该中红外 PIC 平台易于拓展至更长波长，并为分布式气体传感、便携式双光梳光谱到耐天气自由空间光通信等应用打开了大门。