大带宽、高功率的锗/硅光电探测器：100 Gb/s微波光子传输链路的新解决方案

《ACS Photonics》：Large Bandwidth and High Power Germanium/Silicon Photodetector: A Novel Solution for 100 Gb s–1 Microwave Photonic Links

Ge/Si光电探测器通过双方向模式进化耦合器创新设计，采用标准硅基光刻工艺实现高带宽（48GHz）和高功率响应（552 GHz·dBm），突破传统功率带宽权衡限制，支持100 Gb/s PAM4光通信应用。

　　

由于独特的集成优势，锗/硅（Ge/Si）光电二极管在光通信、传感和计算领域成为非常理想的选择。然而，传统设计受到锗区域指数级吸收的限制，在高光功率照射下性能会急剧下降，从而限制了其在高功率场景中的应用。在这里，我们报道了一种片上PIN型Ge/Si光电探测器，它首次通过完全非定制的晶圆级制造工艺实现了大带宽和高功率能力，支持100 Gb s^–1的脉冲幅度调制4（PAM4）接收。该设计创新性地采用了双向模式演化耦合器策略，其中利用绝热模式演化架构来精确控制电场并均匀化光模式。这一机制从根本上解决了传统Ge/Si光电探测器中固有的功率-带宽 trade-off 问题。该器件在-3 V反向偏压和5 dBm的入射光功率下表现出优异的48 GHz带宽和0.8 A/W的响应度。在12 dBm的输入功率下，实现了552 GHz·dBm的先进功率带宽积，超越了当前最先进的锗/硅PIN光电探测器。该器件采用标准硅光子工艺制造，具有竞争力的性能、成本效益和高产量兼容性，为下一代微波光子学及更广泛的应用领域铺平了道路。