科研进展 | 信息学院陈佰乐课题组在OFC2025发表光电探测器研究新成果

近日，信息学院后摩尔器件与集成系统中心陈佰乐课题组在美国旧金山举行的第50届国际光纤通信会议（Optical Fiber Communication Conference, OFC 2025）上，发表两项超高速光电探测器研究成果，分别为“基于薄膜铌酸锂平台的230 GHz带宽MUTC光电探测器”与“面向200 Gbaud高速互连的波导型MUTC光电探测器”，前者被本届大会评为Top-Scored Paper，展示了课题组在光电子器件异质集成与高速通信应用方向的最新突破。

OFC作为光通信与光电子领域最具影响力的国际会议之一，自1975年创办以来始终站在全球光子器件、系统与网络研究的前沿。本次上海科技大学信息学院两项高速探测器相关研究成果被大会收录，体现了其在高速光电集成与光通信芯片技术方向的持续创新能力。

第一篇工作题为“230 GHz MUTC Photodiodes Integrated on Thin-film Lithium Niobate”，该工作由上海科技大学与香港城市大学联合完成，首次实现了改进型单载流子光电二极管（MUTC-PD）在薄膜铌酸锂（TFLN）波导平台上的异质集成，显著提升了光耦合效率与带宽性能。研究采用超薄BCB键合工艺，并提出双匹配层结构，以缓解铌酸锂（n≈2.13）与InGaAs吸收层（n≈3.59）之间的光学模式不匹配问题。该结构可在短距离内实现有效模式转移，实现7 μm器件长度内的快速吸收，使器件内响应度达到 0.51 A/W，测得3-dB带宽达 230 GHz，为目前TFLN平台下光电探测器的最佳性能，更为集成调制-探测-发射的片上THz源系统提供了关键支撑。

图1 ( a)异质集成工艺流程 (b)异质集成探测器的结构图 (c)异质集成芯片的显微照片

信息学院陈佰乐课题组2023级博士研究生王鲁玉为第一作者，论文由陈佰乐教授和香港城市大学王骋教授共同指导，上海科技大学为论文第一完成单位。

另一篇题为“Ultrafast Waveguide MUTC Photodiode Targeting Over 200 GBaud”的工作则专注于高速光互连系统（200 Gbaud+）的应用需求，展示了一种适用于1310 nm与1550 nm双波段的波导型单载流子光电二极管（MUTC-PD）。同时满足下一代直调直检（IM/DD）和相干光接收等高速互联系统的带宽需求，并可提供高效的光电转换。

在具体性能方面，器件在1550 nm波段实现 0.52 A/W 的响应度，在1310 nm也保持 0.35 A/W，同时在-1 V偏压和3 mA光流条件下，测得3-dB带宽超 170 GHz。在160 GHz频点处可实现 0.77 dBm 输出功率，具备优异的线性与饱和性能。通过对电场分布、漂移区长度及载流子过冲效应的精准设计，器件在不牺牲带宽的前提下保障了高SNR与稳定性，显示出在数据中心短距通信与相干互连系统中的广泛应用潜力。

图2 探测器结构与性能测试结果

信息学院陈佰乐课题组2022级博士研究生李林泽为第一作者，2024级博士研究生龙天宇、张周泽为共同作者，上海科技大学为论文第一完成单位。

图3 课题组参会同学在交流后与德国弗劳恩霍夫海因里希-赫兹研究所 (Fraunhofer HHI) 所长Martin Schell教授合影

以上两项成果均由上海科技大学陈佰乐教授课题组主导完成，体现了团队在高性能光电探测器方向的持续积累，课题组也在积极推进相关技术的落地与转化。