石墨烯异质结构集成光纤布拉格光栅用于光运动追踪及400纳米至10.768微米超宽带光电探测

摘要： 基于石墨烯及相关二维材料的集成光子学与光电子器件是未来工业革命的核心，可推动紧凑灵活的纳米光子器件发展。追踪和检测毫米至纳米尺度宽带光的运动是一门尚未充分探索的前沿科学。本研究首次通过将石墨烯与光纤布拉格光栅器件（石墨烯-FBG）集成，实现了毫米级精度的光运动追踪与检测。当入射光靠近或远离该器件时，布拉格波长分别发生红移和蓝移，证实其光运动追踪能力。这种光追踪功能可进一步扩展至超宽波段——全光光电探测器在400纳米至10.768微米范围内呈现稳健响应，且具有线性光学特性。值得注意的是，FBG上的石墨烯-Bi2Te3异质结构在可见光及通信波段的光电响应比石墨烯-FBG高出87%，这源于异质结构中更强的声子-电子耦合与光热转换效应。该器件在100天后仍保持优异稳定性。此项研究有望开创天体物理学、光通信、光计算、光逻辑门控、光谱分析及激光生物学等领域的突破性集成纳米光子应用。