石墨烯集成设备成为光通信发展的关键因素

近日消息，Graphene Flagship项目中的研究人员工作成果表明基于石墨烯的集成光子器件为下一代光通信提供了独特的解决方案。研究人员已经证明石墨烯可以实现超宽带通信以及低功耗，从根本上改变数据在光通信系统中的传输方式。这可能使石墨烯集成设备成为5G，物联网（IoT）和工业4.0发展的关键因素。研究结果发表在Nature Reviews Materials上，并在封面上突出显示。

“随着传统半导体技术正在接近其物理限制，我们需要探索全新技术，以实现我们对未来网络化全球社会最雄心勃勃的愿景，”德国诺基亚贝尔实验室收发器研究部门负责人Wolfgang Templ解释说，他们是石墨烯旗舰的合作伙伴之一。 “石墨烯有望在光学和无线电通信的关键部件性能方面迈出重要一步，超越当今传统半导体元件技术的性能极限。” 诺基亚IP和光网络技术人员Paola Galli对此表示赞同：“石墨烯光子学提供了一系列优势，可以成为改变游戏规则的人。我们需要探索新材料，超越现有技术的限制，满足未来的容量需求网络”。

Graphene Flagship的最新论文展示了基于石墨烯的集成光子学的未来愿景，并提供了改善功耗，可制造性和晶圆级集成的策略。 与此同时，Graphene旗舰合作伙伴还为基于石墨烯的光子器件提供了一个路线图，超越了由5G，物联网和工业4.0驱动的数据通信和电信市场发展的技术要求。“集成在光子电路中的石墨烯是一种低成本，可扩展的技术，可以以非常高的数据速率运行光纤链路，”来自意大利国家电信联盟电信联盟的Graphene旗舰合作伙伴CNIT的Marco Romagnoli说。

来自Graphene Flagship合作伙伴Ericsson Research的Antonio D'Errico解释了“石墨烯对于光子学有可能以颠覆性的方式改变信息和通信技术的前景。本文发表在Nature Reviews Materials上，解释了如何启用新的功能丰富的光学网络。 我很高兴地说，这些基本信息现在可供全球任何感兴趣的人使用。

这个由五个不同欧洲国家的公司和研究中心组成的工业和学术合作伙伴关系已经为石墨烯光子集成的未来发展了一个引人注目的愿景。该团队涉及CNIT，爱立信，IMEC，诺基亚，诺基亚贝尔实验室，AMO，ICFO和剑桥大学的研究人员。这些合作是石墨烯旗舰的核心，由欧洲委员会设立，以支持石墨烯和相关材料的商业化，直到2023年。“石墨烯旗舰是一个独特的生态系统，工业和学术合作伙伴在一起工作的时间比一个正常的欧盟项目。这种持久的协同作用在科学和创新方面产生了前所未有的结果，“罗马尼奥利评论道。

“行业和学术界之间的合作是探索全新组件技术的关键。这一阶段的研究具有重大风险，因此学术研究和行业研究实验室加入最聪明的思维来解决根本问题是非常重要的。行业可以给予视角 关于未来系统潜力的相关研究问题，“诺基亚贝尔实验室的Templ补充道。“由于相互交换信息，我们可以使技术成熟，并考虑未来工业化和石墨烯基组件大规模生产的所有要求。”

“这个案例体现了石墨烯技术在电信领域应用前沿应用的强大功能。在从材料开发转向组件和系统级集成时，我们已经开始看到石墨烯旗舰投资的成果，”创新负责人Kari Hjelt解释道。

与现有技术相比，石墨烯光子学在性能和制造方面都具有优势。石墨烯可以确保调制，检测和开关性能，满足光子器件制造下一步发展的所有要求。

“我们的目标是高度集成的光学收发器，这将使每个光学通道的超高比特率超过每秒1太比特。这些目标系统将通过大幅降低复杂性，能量耗散和外形尺寸来实现与基于半导体的前端系统的区别。更高的灵活性和可调性，“Templ解释道。

来自Graphene旗舰合作伙伴AMO GmbH的Daniel Neumaier也是电子和光子集成石墨烯旗舰部门的领导者，他补充说：“光学通信链路在5G中将变得越来越重要，以支持所有节点所需的高数据速率。基于石墨烯集成在硅平台上的光学元件将能够提供更高的性能和低成本的生产工艺，因此有望成为5G时代的关键部件。

“这篇论文清楚地说明了为什么石墨烯和硅基光子学的综合方法能够满足并超越未来电信系统中不断增长的数据速率的可预见要求。”大学教授Andrea C. Ferrari说。剑桥石墨烯旗舰科技官员及其管理小组主席。“物联网和5G时代的到来为石墨烯展示其最终潜力提供了独特的机会，”他总结道。

石墨烯旗舰是欧盟最大的研究计划之一。它的预算为10亿欧元，是一种前所未有的新型联合协调研究计划。石墨烯旗舰的总体目标是将石墨烯和相关材料从学术实验室领域带入欧洲社会，促进经济增长并在十年内创造新的就业机会。 通过一个由近150个学术和工业合作伙伴组成的联盟，研究工作涵盖整个价值链，从材料生产到组件和系统集成，并针对利用石墨烯和相关材料的独特属性的几个特定目标。