光子芯片新“眼睛”，新型光电二极管助推可编程计算与生物传感

近日，香港科技大学研究人员研发出一种锗离子注入硅波导光电二极管。该器件专为可编程光子学系统设计，旨在通过低损耗片上光功率监测实现自适应控制。目前的可编程光子学系统受限于片上功率监测器，难以兼顾高响应度与低光吸收损耗的难题。除了可编程光子学应用，该光电探测器还可用于高能效、超灵敏生物传感系统，满足低噪声光学探测需求。

可编程光子学通过可重构光子电路实现高带宽、低能耗的计算与信号处理。相较于电子技术，其独特优势使其特别适用于实时深度学习和数据密集型计算等高要求任务。

香港科技大学电子及计算机工程学系系主任兼教授Andrew Poon（左）与博士生Niu Yue在光子器件实验室

片上监测器是构建可编程光子网络的核心组件，其性能直接决定了系统的自适应调节精度、稳定性和有效性。现有的光电探测器需要在维持极低的光学吸收损耗（以避免传输光信号显著衰减）的同时，兼具高响应度以探测微弱光功率，并具备低暗电流与极小功耗特性。

研发的锗离子注入硅波导光电二极管，攻克了现有片上功率监测器难以平衡响应度与损耗的难题。这是一种可直接集成于光波导中的微型光探测器，其功能是将波导中传输的微量光信号转换为可用常规电子设备测量的电信号。

通过离子注入技术在硅波导中引入受控缺陷态，器件响应度得以显著提升。锗离子注入实现了亚带隙吸收而不引入显著自由载流子损耗，从而将检测范围拓展至通信波段。

该光电二极管在1310nm和1550nm波长下均表现出高响应度，同时具备超低暗电流以及低至可避免波导信号显著衰减的光学吸收损耗。这些特性的结合使得该器件能无缝集成至光子电路中，且不会干扰主信号流。

该器件同样适用于高能效、超灵敏生物传感平台，这类平台对弱光信号的低噪声检测具有严苛要求。其特性支持与微流控片上实验室平台集成，可应用于低噪声生物传感领域。