基于石墨烯的光電探測器因其帶寬大、占地面積小、與硅基光子學(xué)平臺兼容等優(yōu)點，在高速光通信領(lǐng)域引起了人們的極大關(guān)注。大帶寬硅基相干光接收機(jī)（OCR）是采用先進(jìn)調(diào)制格式的大容量光通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件。在這里，我們提出并用實驗證明了一種基于90度光混合和石墨烯等離子體縫隙波導(dǎo)光電探測器的集成相干光接收器，其具有占地面積小、大帶寬遠(yuǎn)超過67 GHz的特點。結(jié)合均衡檢測，接收到的90 Gbit/s二元相移鍵控信號具有較高的信噪比。此外，在單極化載波上實現(xiàn)了200 Gbit/s正交相移鍵控和240 Gbit/s 16正交振幅調(diào)制信號的接收，附加功耗低于14 fJ/bit。這種基于石墨烯的相干光接收器在400千兆以太網(wǎng)和800千兆以太網(wǎng)技術(shù)中具有潛在的應(yīng)用前景，為未來的高速相干光通信網(wǎng)絡(luò)鋪平了另一條道路。
圖1. PSW上帶有石墨烯的OCR。(a)所提出的基于石墨烯的OCR示意圖。GS電極：接地信號電極。(b,c)分別在(b)端口4和(c)端口2的光輸入下MMI耦合器模式圖。(d) MMI耦合器的偽色SEM圖像（90度光混合）。(e)所提出的OCR的光學(xué)顯微鏡圖像。在將石墨烯轉(zhuǎn)移到器件之前拍攝的圖像。(f)PSW PD上石墨烯的偽色SEM圖像。
圖2. 90度光混合性能。(a)混合動力中四個輸出端口的測量傳輸。CH表示輸出通道，該數(shù)字與輸出端口數(shù)字對應(yīng)。插圖：測量混合動力的相位偏差。(b)測量混合動力的功率失衡。藍(lán)線(紅線)表示輸出通道1和4(通道2和3)之間的功率失衡。
圖3. 石墨烯-PSW PDs的性能。(a)四個PDs在1550 nm處的偏置電壓函數(shù)的響應(yīng)度。(b)四個PDs的頻率響應(yīng)。VNA：矢量網(wǎng)絡(luò)分析器。
圖4. 平衡檢測測試。(a)平衡檢測的測量裝置。AWG:任意波形發(fā)生器，TL：可調(diào)諧激光器，EDFA：摻鉺光纖放大器，PC：偏振控制器，ATT：光衰減器，EA：電放大器，RTO：實時示波器。(b,f) (b)50Gbit/s和(f)90Gbit/s BPSK信號的實時信號波形(藍(lán)線代表I+分支，紅線代表I−分支)。(c-e) (c)I+分支，(d)I−分支以及(e)平衡檢測的50 Gbit/s BPSK眼圖。(g–i) (g)I+分支，(h)I−分支以及(i)平衡檢測的90 Gbit/s BPSK眼圖。
圖5. 相干檢測的實驗演示。(a)相干檢測的測量設(shè)置。(b-e) (b)25 Gbaud、(c)50 Gbaud、(d)90 Gbaud和(e)100 Gbaud 的QPSK信號星座圖。(f)50 Gbaud QPSK信號的測量BERs與接收光功率的關(guān)系。SD:軟判決。(g-h) (g)40 Gbaud和(h)60 Gbaud的16QAM信號星座圖。
相關(guān)研究成果由華中科技大學(xué)光電信息學(xué)院、武漢光電國家實驗室Yilun Wang等人于2021年發(fā)表在nature communications (https://doi.org/10.1038/s41467-021-25374-0)上。原文：Ultrahigh-speed graphene-based optical coherent receiver。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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