雙層石墨烯高效調變器現身
- 上線日期：2012/4/11 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國研究人員研發出一種新型的雙層石墨烯調變器(modulator)，此高效能元件的操作頻率為1 GHz，有許多超越矽基光電元件的優點，譬如佔板面積小、功率損耗低以及低光學損失。與矽光學調變器相較，此元件具有分立的電學和光學控制模組，所以能個別最佳化而毋需在速度與光學損耗之間取捨。
發現於2004年的石墨烯(graphene)為單原子厚的六角晶格平面碳材料，其獨特的電子與機械性質能應用於許多許多領域，如電子學上的超快電晶體等。石墨烯在可見光到中紅外光的波段的光學性質也相當令人矚目，而在紫外光與可見光波段中，只有單層原子厚的石墨烯吸光能力竟可達2%。
這項研究是由柏克萊大學與羅倫斯柏克萊國家實驗室所攜手合作，他們利用石墨烯獨特的光學性質，特別是石墨烯在帶電時會變得透明這項特性。元件中以雙層石墨烯形成正負電極對並施加偏壓使其變透明，這兩層石墨烯即為調變器的主動區。團隊主持人Xiang Zhang表示，此設計類似一般的順/逆向偏壓矽調變器，差別在於以石墨烯取代摻雜矽，因此能避開矽波導面臨的介入損失(insertion loss)。
此新型調變器的調制深度達6.5 dB，且其佔板面積(footprint)只有16 μm 2，創下是該類元件的最低紀錄。未來甚至可望成為該類型中最快速且頻寬最大的元件，此外還有製作容易且價格低廉等優勢。
此元件可應用於兩種領域：一是長途通信，這類系統在最後一公里的光纖中會採用光學調變器，而石墨烯調變器可作為FTTX架構裡的關鍵元件；另一則是晶片內資料傳輸(on-chip data communication)，現代電腦結構在多核心CPU普及後面臨數項難題，如高功率損耗以及I/O介面的資料擁塞。一般認為光學通訊能解決此類問題，而此石墨烯調變器的低耗電、高速寬頻，還有不易受溫度影響效能的優點使其適合此方面的應用。該團隊目前計畫將元件速度提升至50 GHz。詳見Nano Lett.｜DOI: 10.1021/nl204202k。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/48843
譯者:翁任賢(成功大學物理系)
責任編輯:劉家銘
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