香港科技大學工學院研究團隊成功開發一種注入鍺離子的硅波導光電二極管，這種新型光探測器具備高響應度、超低光學損耗和低暗電流特點，能大大提高片上功率監測器的效能，為節能、超靈敏生物感測系統提供關鍵硬件，以促進可編程光子學的實際應用。

據了解，片上功率監測器是構建可編程光子網絡不可或缺的核心組件，其性能高低直接決定系統的自適應調整精度、穩定性與整體效能。現時片上功率監測器的設計存在許多限制，包括需保持極低光學吸收損耗，以避免對傳輸中光訊號造成顯著衰減，亦需要高響應度來確保對微弱光功率之檢測靈敏度及保持低暗電流和低功耗。

科大電子及計算機工程學系系主任及教授潘永安和博士生牛玥帶領的團隊，開發出一種注入鍺離子的硅波導光電二極管，解決片上功率監測器無法兼顧高響應度和低損耗的難題。波導光電二極管是一種小型光探測器，可直接整合用於傳輸光訊號之光波導中。波導光電二極管將在波導中傳輸一小部分光，轉換為電訊號，以便傳統電子設備進行測量。注入鍺離子有助增強轉換效率，原理是透過離子轟擊在光電二極管的硅結構內部引入可控缺陷，令其可吸收比純硅吸收範圍更低的光子，使光電二極管能偵測波長範圍寬度更廣的光。

此外，科大團隊採用的鍺離子，與鍺、硅同屬第四族元素，可取代晶體結構中的硅原子，同時不會引入大量自由載流子，令裝置能在不影響光訊號的前提下，提高靈敏度。

研究團隊為評估新型光探測器的性能，進行多項對比實驗。結果顯示，鍺離子注入的硅基光電二極管在兩種常用通訊波段1310nm（O波段）和1550nm（C波段）中表現出高響應度，並展現出極低暗電流（即無光時幾乎沒有非預算輸出）和低光吸收損耗。這些特點使探測器尤為適合用於光子電路，又不會干擾主訊號流。

圖片說明：團隊利用顯微鏡觀察芯片，右邊屏幕展示了鍺離子注入的硅波導光電二極管探測器。

潘永安稱，是次研究將發掘光子計算的更多應用潛力，並促進實用、大規模的可編程光子學系統發展。

新型光探討器亦有其他應用潛力。潘永安補充，探測器的超低暗電流及低偏壓特性，對微弱光學訊號的低噪音檢測尤其重要，能為節能、超靈敏生物感測系統提供關鍵硬件。探測器亦能與微流控技術整合，集成到片上實驗室系統中，促進其在生物感測和片上實驗室系統技術的創新應用。

圖片說明：圖片展示鍺離子注入的硅波導光電二極管探測器。探測器可集成於硅波導中，用於各類型可編程光子裝置，包括微環、馬赫–曾德干涉儀及雙微環等。

頂圖說明：科大電子及計算機工程學系系主任及教授潘永安（左）、博士生牛玥（右）於科大光子器件實驗室合照。