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用于传感和通信应用的波导集成石墨烯光子器件的最新进展

DOI：10.3389/fphy.2020.00037 期刊：Frontiers in Physics 出版年份：2020 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 石墨烯是一种具有诸多迷人光学特性的二维材料，因此石墨烯光子器件在传感和通信应用领域引起了极大关注。然而，由于石墨烯原子层级的厚度，表面照射式石墨烯光子器件通常存在光与物质相互作用微弱的问题，这严重限制了此类器件的性能。为解决该问题，自2010年起人们已研制出波导集成型石墨烯光子器件，其优势在于相比表面照射式器件，能实现光波导倏逝场与石墨烯之间更长的相互作用长度。此外，波导集成型石墨烯光子器件的制备工艺与CMOS技术兼容，有望实现低成本、高密度的片上集成。迄今为止，由石墨烯与硅基光子集成电路构成的混合集成平台正引发广泛关注。本文综述了波导集成型石墨烯光子器件的最新研究进展及其在传感与通信领域的应用。
作者： Jiaqi Wang，Zhengkun Xing，Xia Chen，Zhenzhou Cheng，Xuejin Li，Tiegen Liu
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研究概述 实验方案

研究目的

回顾波导集成石墨烯光子器件的最新进展及其在传感和通信领域的应用。

研究成果

波导集成石墨烯光子器件在传感和通信应用中具有显著优势，包括增强的光-物质相互作用以及与CMOS技术的兼容性。未来研究应聚焦于提升传感器灵敏度与特异性、优化调制器与光电探测器设计，并推进大规模集成的制备工艺。

研究不足

波导集成石墨烯光子传感器的发展仍处于起步阶段，目前大多数研究集中于光纤和表面等离子体共振（SPR）传感器，而非光子集成电路（PIC）。需要进一步探究石墨烯的掺杂与缺陷效应以提高灵敏度和特异性。对于调制器和光电探测器，需设计增强光-物质相互作用并改善载流子传输的结构。其制备工艺有待改进以满足晶圆生产线标准，同时需要开发与CMOS兼容的金属接触制备技术以实现大规模芯片制造。

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