11月10日，上海科技大学信息科学与技术学院陈佰乐教授团队联合复旦大学余建军教授团队在《自然-光子学》（Nature Photonics）在线发表研究论文“Modified uni-travelling-carrier photodiodes with 206 GHz bandwidth and 0.81 A/W external responsivity”，报道了在高速光电探测器领域的重要突破：器件同时实现了超过200 GHz 的超宽带宽与0.81 A/W 的外部响应度，并以133.5 GHz 的“带宽–效率乘积”（bandwidth–effciency product, BEP）刷新世界纪录，成功攻克了该领域带宽与效率之间难以兼顾的长期瓶颈。这一成果为下一代单通道400 Gbps 乃至 800 Gbps 光互连提供了关键器件方案，同时也为高速、低功耗的 6G 与太赫兹通信提供了重要器件基础。
波导型修正型单行载流子光电探测器(MUTC-PD)示意图
近年来，随着算力需求和高速数据流量的爆发式增长，光芯片的带宽与能效已成为制约数据中心性能提升的核心瓶颈之一。与此同时，面向6G 的新一代无线系统也在借助光子辅助太赫兹链路向毫米波和亚太赫兹频段拓展，对高性能光芯片提出了更高要求，以获取更宽的可用频谱和更大的传输容量。
作为这些系统中实现光-电转化的主要光芯片，光电探测器（photodiode, PD）长期面临带宽与效率难以兼顾的技术瓶颈。尤其当系统带宽需求突破 100 GHz 乃至更高时，这一固有矛盾被进一步放大，难以同时满足高吞吐与低功耗的严格要求，从而成为制约数据中心光互连和6G/太赫兹通信持续发展的重点难题。
波导型MUTC-PD光电协同设计示意图
为解决这一问题，研究团队在波导型单行载流子（uni-travelling-carrier, UTC）结构的基础上，结合电场的精确调控，引入 BCB 平面化工艺，并集成模斑转换器（spot-size converter, SSC）设计，实现了“高速载流子输运—低寄生电容—高效光耦合”的协同统一。该器件同时实现了 206 GHz 的3 dB 超高带宽和 0.81 A/W 的外部响应度，其带宽–效率乘积（bandwidth–efficiency product, BEP）超过 130 GHz，刷新了国际高速光电探测器的性能纪录，代表了该领域的最新技术前沿。
带宽–效率指标全面领先国际前沿成果
在光互连场景下，器件可支撑单路400 Gbps乃至800Gbps的传输速率；在无线通信场景下，团队基于该器件完成了太赫兹（THz）光混频模组的封装，并在无需外部低噪声放大器（LNA）的条件下，实现了150 GHz 载波、120 Gbps 数据速率、54 m 链路距离的光子辅助无线传输演示，充分展示了该器件在6G/太赫兹通信中的重要应用潜力。
基于MUTC-PD模组的光载太赫兹通信实验结果
上海科技大学信息科学与技术学院陈佰乐教授和复旦大学信息科学与工程学院余建军教授为共同通讯作者，上海科技大学2022级博士生李林泽、2024级博士生龙天宇和复旦大学博士生杨雄伟为本工作共同第一作者。上海科技大学为第一完成单位。该工作的芯片工艺制备得到了上海科技大学材料器件中心的支持。
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