石墨烯相位调制器：加快移动通信技术的关键

可视化技术展示的石墨烯层。来源：曼彻斯特大学

来自意大利国家大学电信联盟（CNIT）、比利时IMEC和英国剑桥大学石墨烯旗舰研究所的研究人员，创建并测试了一种优于现有硅基的石墨烯相位调制器。

现代光学数据和电信采用相位调制器来增加数据中继量和数据速率效率，这就是信息中继的速度。相位调制器可以通过将多个比特信息分组成较少的符号或分组来工作，从而减小总体尺寸或频谱宽度。频谱宽度越小，数据速率效率越高。然而，由于自然的权衡，这种效率由于硅基器件技术成熟达到了最大，因此需要一种更新颖的解决方案来弥补数据需求的增加和传输数据效率之间的差距。这种新的解决方案以石墨烯的形式出现。石墨烯由于其较大的光调制高速操作，非常理想地适合与先前存在的硅光子集成。

多国合作小组，由石墨烯旗舰合作伙伴Marco Ramagnoli，国家大学电信联盟（CNIT）领导，进行了几项测试，以了解基于石墨烯调制器的效率。通过化学气相沉积，生长单层石墨烯，并转它们移到硅光子平台上。Romagnoli解释了如何将一小片石墨烯像胶带一样放置在硅的顶部。这使得得到的相位调制器可以工作在任何波长，它的频谱效率是最先进的硅相位调制器的十倍。

这种混合相位调制器可以具有更低的光损耗，更低的能量消耗和高达50公里的传输距离。此外，通过优化过程和器件的几何结构，还可以提高射频带宽以匹配现有高端调制器。

随着世界将目光转向5G技术，这种技术要求更大的数据流和更高的速率，现在石墨烯可能是一种潜在的传递方法。Romagnoli说，从一个客户的角度来看，你想在移动设备上看电影和其他东西，但是不想增加付给运营商的费用。这意味着要增加设备性能、带宽，但同时还要降低每个数据位的成本。我们必须找到在性能上可扩展的技术，但同时也要求更便宜。Romagnoli补充道：“这就是为什么我们认为石墨烯是一个很好的候选者……这是一个实验，而且这种技术非常简单，非常便宜。”

这项技术也可能是移动技术减少碳排放的关键，正如位于石墨烯旗舰合作伙伴AMO GMH的第3部门负责人Daniel Neumaier所解释的那样，“光通信系统构成了万维网的主干网，它已经占据了全球二氧化碳排放量很大部分。这项工作表明，基于石墨烯的光学相位调制器可以成为光数据链路的关键部件，以减少能量消耗。我们报告的调制效率，是整体能源消耗的一个决定性的关键参数，它的效率已经超过传统的硅基调制器。为了使该器件走向应用，下一个关键步骤是晶片级CMOS集成。这一挑战目前由欧洲领先的石墨烯旗舰研究中心和公司解决。

结果表明，石墨烯/石墨烯硅杂化材料在电信和数据通信中的应用是非常有前途的，其中相位调制器显得尤其关键。

石墨烯旗舰科技负责人Andrea C. Ferrari教授及其管理小组主席补充说：“光子和光电子应用自研发以来就具有巨大的应用潜力。这项工作表明，这项技术及其具有竞争力，可以超越目前的技术水平。这项工作已经支撑了一个针对2020～4Gb/s数据链的先锋项目，已经准备在电信和DATACOM公司的业务单元中集成。

石墨烯旗舰项目是欧盟最大的研究计划之一。这个项目拥有10亿欧元的预算，它代表了一种前所未有规模的联合。石墨烯旗舰的总体目标是将石墨烯和相关材料从学术实验室领域引入欧洲社会，促进经济增长，创造新的就业机会，在十年的时间内。通过联合超过150个合作伙伴，包括学术和工业，研究工作涵盖整个产业链。

文章来自phys网站，原文题目为Graphene phase modulators hold the key to faster mobile technology，由材料科技在线汇总整理。