11月10日，上海科技大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院陳佰樂(lè)教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)余建軍教授團(tuán)隊(duì)在《自然-光子學(xué)》（Nature Photonics）在線(xiàn)發(fā)表研究論文“Modified uni-travelling-carrier photodiodes with 206 GHz bandwidth and 0.81 A/W external responsivity”，報(bào)道了在高速光電探測(cè)器領(lǐng)域的重要突破：器件同時(shí)實(shí)現(xiàn)了超過(guò)200 GHz 的超寬帶寬與0.81 A/W 的外部響應(yīng)度，并以133.5 GHz 的“帶寬–效率乘積”（bandwidth–effciency product, BEP）刷新世界紀(jì)錄，成功攻克了該領(lǐng)域帶寬與效率之間難以兼顧的長(zhǎng)期瓶頸。這一成果為下一代單通道400 Gbps 乃至 800 Gbps 光互連提供了關(guān)鍵器件方案，同時(shí)也為高速、低功耗的 6G 與太赫茲通信提供了重要器件基礎(chǔ)。

波導(dǎo)型修正型單行載流子光電探測(cè)器(MUTC-PD)示意圖

近年來(lái)，隨著算力需求和高速數(shù)據(jù)流量的爆發(fā)式增長(zhǎng)，光芯片的帶寬與能效已成為制約數(shù)據(jù)中心性能提升的核心瓶頸之一。與此同時(shí)，面向6G 的新一代無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)也在借助光子輔助太赫茲鏈路向毫米波和亞太赫茲頻段拓展，對(duì)高性能光芯片提出了更高要求，以獲取更寬的可用頻譜和更大的傳輸容量。

作為這些系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光-電轉(zhuǎn)化的主要光芯片，光電探測(cè)器（photodiode, PD）長(zhǎng)期面臨帶寬與效率難以兼顧的技術(shù)瓶頸。尤其當(dāng)系統(tǒng)帶寬需求突破 100 GHz 乃至更高時(shí)，這一固有矛盾被進(jìn)一步放大，難以同時(shí)滿(mǎn)足高吞吐與低功耗的嚴(yán)格要求，從而成為制約數(shù)據(jù)中心光互連和6G/太赫茲通信持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)難題。

波導(dǎo)型MUTC-PD光電協(xié)同設(shè)計(jì)示意圖

為解決這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)在波導(dǎo)型單行載流子（uni-travelling-carrier, UTC）結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合電場(chǎng)的精確調(diào)控，引入 BCB 平面化工藝，并集成模斑轉(zhuǎn)換器（spot-size converter, SSC）設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了“高速載流子輸運(yùn)—低寄生電容—高效光耦合”的協(xié)同統(tǒng)一。該器件同時(shí)實(shí)現(xiàn)了 206 GHz 的3 dB 超高帶寬和 0.81 A/W 的外部響應(yīng)度，其帶寬–效率乘積（bandwidth–efficiency product, BEP）超過(guò) 130 GHz，刷新了國(guó)際高速光電探測(cè)器的性能紀(jì)錄，代表了該領(lǐng)域的最新技術(shù)前沿。

帶寬–效率指標(biāo)全面領(lǐng)先國(guó)際前沿成果

在光互連場(chǎng)景下，器件可支撐單路400 Gbps乃至800Gbps的傳輸速率；在無(wú)線(xiàn)通信場(chǎng)景下，團(tuán)隊(duì)基于該器件完成了太赫茲（THz）光混頻模組的封裝，并在無(wú)需外部低噪聲放大器（LNA）的條件下，實(shí)現(xiàn)了150 GHz 載波、120 Gbps 數(shù)據(jù)速率、54 m 鏈路距離的光子輔助無(wú)線(xiàn)傳輸演示，充分展示了該器件在6G/太赫茲通信中的重要應(yīng)用潛力。

基于MUTC-PD模組的光載太赫茲通信實(shí)驗(yàn)結(jié)果

上?？萍即髮W(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院陳佰樂(lè)教授和復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院余建軍教授為共同通訊作者，上?？萍即髮W(xué)2022級(jí)博士生李林澤、2024級(jí)博士生龍?zhí)煊詈蛷?fù)旦大學(xué)博士生楊雄偉為本工作共同第一作者。上?？萍即髮W(xué)為第一完成單位。該工作的芯片工藝制備得到了上海科技大學(xué)材料器件中心的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41566-025-01784-0