采用侧向亚波长光栅波导的侧耦合高功率、高速Ge-on-Si光电探测器

《ACS Photonics》：Side-Coupled High-Power and High-Speed Ge-on-Si Photodetectors using Lateral Subwavelength Grating Waveguides

高饱和功率Ge-on-Si光电探测器通过侧耦合结构和Subwavelength Grating波导优化设计，有效消除空间电荷效应，实现53.4mA饱和电流和112Gbps高速光传输，性能优于传统Butt-coupled结构。

　　

高饱和功率的Ge-on-Si光电探测器在模拟光子学和微波光子学中得到广泛应用，它们是将光信号转换为电信号的关键组件。然而，传统端面耦合光电二极管的饱和功率通常受到空间电荷效应的限制。本文提出并实现了两种采用侧耦合结构、并辅以亚波长光栅（SWG）波导的光电探测器。这些光电探测器采用了侧耦合方式，且对SWG波导进行了优化，以在高光功率下消除空间电荷效应。其中一种侧耦合光电探测器仅使用一个SWG输入波导，其饱和电流达到53.4 mA；另一种光电探测器配备了两个SWG波导，具有双向光传输功能，饱和电流为41.1 mA。在5 mA的输出电流下，该器件可实现53.4 GHz的带宽。在1 mA的光电流下，成功展示了112 Gbps非归零（NRZ）数据传输的高速开眼图；在13 mA和20 mA的光电流下，分别实现了56 Gbps和28 Gbps NRZ数据传输的开眼图。与传统端面耦合光电探测器相比，这种侧耦合Ge-on-Si光电探测器在高功率检测方面表现出更优异的性能。