基于薄膜铌酸锂的可编程光子芯片为高性能雷达和通信应用奠定基础
2025-07-11 15:55:01   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

微波光子学（Microwave photonics）凭借其先进的高频信号处理能力，有望在下一代无线通信和雷达系统中发挥关键作用。实现高度集成、高性能和多功能的微波光子回路将为其在实际应用中的广泛部署铺平道路，而这无疑是一项重大的技术挑战。

据麦姆斯咨询报道，近期，特文特大学（University of Twente）与香港城市大学展开合作，在薄膜铌酸锂（TFLN）平台上设计了一种尖端的可编程光子芯片，为下一代高性能雷达和通信应用奠定了基础。相关研究成果以“Programmable multifunctional integrated microwave photonic circuit on thin-film lithium niobate”为题，发表于Nature Communications期刊。

一种重要的材料——薄膜铌酸锂（TFLN），正在从多个方面提升光子芯片，使其更小、更快、更高效。薄膜铌酸锂为光信号和电信号的相互作用提供了卓越的特性，使得关键组件（例如电光调制器和信号处理器）能够无缝集成到单颗芯片上。因此，光子学器件可以实现前所未有的紧凑性、效率和性能。

特文特大学与香港城市大学合作设计了一种基于薄膜铌酸锂的集成光子芯片——研究人员利用薄膜铌酸锂强度调制器和可编程级联微环谐振器，展示了一种可调谐微波光子陷波滤波器芯片。该芯片同时实现了高集成度、高动态范围、高链路增益、低噪声系数和超高抑制比。同时，该芯片也在MESA+纳米实验室进行本地制造。非线性纳米光子学小组负责人David Marpaung教授表示：“作为国家增长基金项目PhotonDelta的一部分，我们小组目前正在生产基于薄膜铌酸锂的集成光子回路（PIC）芯片。”

采用薄膜铌酸锂（TFLN）微波光子芯片的实验装置

可编程光子芯片

这项研究的一项关键突破是光子芯片的可编程性。通过将薄膜铌酸锂电光调制器与可编程级联微环谐振器集成，研究人员开发出了一种灵活的可编程光子芯片，可以处理无线电和光信号。与功能固定的传统光子芯片不同，该可编程芯片可以动态地重新配置以执行各种信号处理任务，类似于可编程电子芯片。

David Marpaung教授团队的博士生Chuangchuang Wei表示：“这项研究进展使我们更接近高性能通信和雷达系统的实际应用。该光子芯片的集成性、可编程性和大规模生产的潜力，凸显了薄膜铌酸锂在未来光子学技术和应用中的关键作用。”

基于薄膜铌酸锂的多功能高性能集成微波光子回路

保护通信免受干扰

干扰设备通过对网络施加大量干扰来扰乱无线通信。该可编程光子芯片的一项创新处理技术是抗干扰，可实现双频陷波滤波器并抑制高功率干扰信号，即可以抑制强干扰，同时保留携带信息的微弱信号。

可调谐微波光子陷波滤波器的运行原理图

与传统的滤波器不同，该可编程光子芯片不受频谱分辨率的限制。这使得它能够有效抵御频率接近通信信号的干扰信号。这种能力对于雷达和6G网络至关重要，因为传统的滤波器难以应对密集的干扰。

本研究工作展示了薄膜铌酸锂平台在高性能集成微波光子滤波和信号处理领域的潜在应用，促进了微波光子系统向实际应用的发展。

论文连接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-57441-1

延伸阅读：

《硅光子及集成光路（PIC）技术及市场-2025版》