光子芯片新“眼睛”，新型光電二極管助推可編程計算與生物傳感

近日，香港科技大學研究人員研發出一種鍺離子注入硅波導光電二極管。該器件專為可編程光子學系統設計，旨在通過低損耗片上光功率監測實現自適應控制。目前的可編程光子學系統受限于片上功率監測器，難以兼顧高響應度與低光吸收損耗的難題。除了可編程光子學應用，該光電探測器還可用于高能效、超靈敏生物傳感系統，滿足低噪聲光學探測需求。

可編程光子學通過可重構光子電路實現高帶寬、低能耗的計算與信號處理。相較于電子技術，其獨特優勢使其特別適用于實時深度學習和數據密集型計算等高要求任務。

香港科技大學電子及計算機工程學系系主任兼教授Andrew Poon（左）與博士生Niu Yue在光子器件實驗室

片上監測器是構建可編程光子網絡的核心組件，其性能直接決定了系統的自適應調節精度、穩定性和有效性?，F有的光電探測器需要在維持極低的光學吸收損耗（以避免傳輸光信號顯著衰減）的同時，兼具高響應度以探測微弱光功率，并具備低暗電流與極小功耗特性。

研發的鍺離子注入硅波導光電二極管，攻克了現有片上功率監測器難以平衡響應度與損耗的難題。這是一種可直接集成于光波導中的微型光探測器，其功能是將波導中傳輸的微量光信號轉換為可用常規電子設備測量的電信號。

通過離子注入技術在硅波導中引入受控缺陷態，器件響應度得以顯著提升。鍺離子注入實現了亞帶隙吸收而不引入顯著自由載流子損耗，從而將檢測范圍拓展至通信波段。

該光電二極管在1310nm和1550nm波長下均表現出高響應度，同時具備超低暗電流以及低至可避免波導信號顯著衰減的光學吸收損耗。這些特性的結合使得該器件能無縫集成至光子電路中，且不會干擾主信號流。

該器件同樣適用于高能效、超靈敏生物傳感平臺，這類平臺對弱光信號的低噪聲檢測具有嚴苛要求。其特性支持與微流控片上實驗室平臺集成，可應用于低噪聲生物傳感領域。