隶属于Graphene Flagship的研究人员已经展示了基于50 Gb/s数据速率的基于石墨烯的高速数据通信。将石墨烯片集成到硅光子学中可以构成下一代数据通信的基础。

该项目由Graphene Flagship合作伙伴AMO GmbH（德国），全国大学间电信联盟（CNIT）（意大利），爱立信（瑞典），根特大学（比利时），光子科学研究所（ICFO）（西班牙）合作完成。 ），imec（比利时），诺基亚（德国和意大利），维也纳技术大学（TU Wien）（奥地利）和剑桥大学（英国）。

众所周知，硅适用于光子学的单片集成。然而，迄今为止，在单个芯片中尚未实现提高速度并降低硅光子技术的关键部件的功率和占用面积。但石墨烯 - 具有信号发射，调制和检测能力 - 可以成为实现这一目标的下一个颠覆性技术。

“石墨烯为光电子技术提供了一体化解决方案，”AMO GmbH的Daniel Neumaier指出，他是电子和光子集成石墨烯旗舰部门的负责人。其可调光学特性，高电气迁移率，光谱宽带操作以及与硅光子器件的兼容性，可实现相位和吸收调制器，开关和光电探测器的单片集成。在单个芯片上集成可以提高器件性能并显着降低其占位面积和制造成本“。

光调制和检测是光子集成电路中的关键操作。由于缺乏带隙，石墨烯可以使用单一材料进行宽带光检测，因为它可以在可见光和红外光谱的宽范围内均匀吸收。石墨烯还显示可用于超快速调制的电吸收和电子折射效应。

Graphene Flagship的研究人员提出了更方便的配置，而不是依赖广泛用于硅光子学的昂贵的绝缘硅片技术。这包括一对单层石墨烯（SLG）层，一个由无源波导顶部的SLG-绝缘体-SLG叠层组成的电容器。 “与硅光子调制器相比，这种布置具有几个优点，”Neumaier解释道。正如他进一步指出的那样，调制器制造不依赖于波导材料或电吸收和电子折射调制机制。此外，用SLG代替锗光电探测器，无需昂贵的锗外延模块和随之而来的专业掺杂工艺。

氮化硅（SiN）为合成石墨烯提供了良好的基板，实现了高载流子迁移率，可见光和红外区域的透明度以及与硅和互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的完美兼容性。作为无源波导平台，SiN有助于激光器集成和光纤耦合到波导，从而实现小型化设备的设计。

研究人员成功地证明了与石墨烯光子元件的数据通信，数据速率高达50 Gb / s。基于石墨烯的调制器处理网络发射机侧的数据，将电子数据流编码为光信号。在接收器侧，基于石墨烯的光电探测器将光学调制转换为电子信号。 “这些结果是在下一代数据通信中使用基于石墨烯的光子器件的一个很有希望的开端，”Neumaier总结道。