ACS Photonics 浙江大学智能光电芯片团队：集成波导型约翰逊噪声读出双层石墨烯辐射热计

研究概述

基于零偏置约翰逊噪声读出的石墨烯辐射热计，可消除传统光阻读出器件存在的测量不稳定、线性度差等问题。该类器件结构简易、易于大规模集成且具备宽光谱工作特性，在片上高灵敏探测领域具备广阔应用前景，但目前相关研究仍较为匮乏，且尚未出现系统化的波导集成方案。浙江大学智能光电芯片团队研制了硅基波导集成、采用约翰逊噪声读出的石墨烯辐射热计，实现高效的片上光 – 石墨烯相互作用。研究团队构建了整机系统理论模型，阐明石墨烯电子热容、电路积分时间、工作温度等参数对探测性能的影响规律。室温环境下，该器件可精准测量 269 pW至 6.7 mW范围内的光功率；在 1.55 微米工作波长下，等效噪声功率可达 185 pW·Hz^−0.5。实验结果表明，该器件性能优于传统表面入射型石墨烯辐射热计。本器件实验数据重复性优异，相较于外加偏压工作的传统光阻读出石墨烯辐射热计，具备更高的稳定性与抗干扰能力。后续研究可将该方案拓展至更长工作波段，推动探测器件与读出电路的光电一体化集成，为片上光功率监测、传感、光谱分析等场景下的宽带硅基集成高灵敏光电探测提供关键技术方案。

该研究工作以“Waveguide-Integrated Johnson Noise Readout Bilayer Graphene Bolometers”为题发表在国际知名期刊《ACS Photonics》上，并被选为封面文章。浙江大学智能光电芯片团队郭敬书研究员为文章通讯作者，Li Yuanrong和Li Junhuan为共同第一作者，合作者包括浙大/中计量戴道锌教授、中国科学院金属研究所任文才研究员和马来鹏研究员等。

文章信息

Waveguide-Integrated Johnson Noise Readout Bilayer Graphene Bolometers. Yuanrong Li, Junhuan Li, Tiannan Han, Hengtai Xiang, Yiding Zheng, Laiwen Yu, Guojiang Yang, Laipeng Ma, Jingshu Guo*, Wencai Ren, and Daoxin Dai. ACS Photonics 2026, 13, 14, 3963–3971

https://doi.org/10.1021/acsphotonics.6c00673

作者信息

郭敬书，2012年和2017年于华中科技大学获学士和博士学位，后加入浙江大学光电学院硅基纳米光子学研究团队，历任博士后、特聘研究员、百人计划研究员。围绕片上光电探测及光场调控方向，引入硅基单片集成兼容新型低维材料解决硅基跨波段高性能光电探测难题，并聚焦光电器件智能设计及创新建模方法在硅光无源器件、发光器件模拟方面取得突破，以（共同）第一/通讯作者在Nature, Light, LPR等期刊发表论文二十余篇（含ESI热点论文1篇，ESI高被引论文3篇），主持国家高层次青年人才计划项目、浙江省杰青延续项目、国家自然科学基金、京东方产业合作项目等。