青年学生基础研究项目负责人在光电融合芯片赋能无线通信领域取得进展

图 超宽带光电融合集成技术赋能超宽带泛在接入无线网络示意图

　　在国家自然科学基金青年学生基础研究项目（批准号：623B2004）、重点项目（批准号：62235002）、国家重大科研仪器研制项目（批准号：62327811）和青年科学基金项目B类和C类（批准号：62322501、12204021）的资助下，在国家自然科学基金项目（批准号：623B2004, 62235002, 62327811, 62322501 and 12204021）资助下，北京大学陶子涵博士生、王兴军教授、舒浩文研究员和香港城市大学王骋教授团队在下一代无线通信（6G）和光电融合领域取得进展，首次实现基于光电融合集成芯片的自适应全频段高速无线通信。2025年8月27日，相关研究成果以“全频谱无线通信的超宽带集成光电融合芯片（Ultrabroadband on-chip photonics for full-spectrum wireless communications）”为题，在线发表于《Nature》上，论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09451-8。该论文第一作者陶子涵博士获得了首批国家自然科学基金青年学生基础研究项目资助，项目名称为“面向6G全频谱接入的集成微波光子射频前端芯片研究”，为该论文相关工作的开展提供了重要支撑。

　　为满足日益增长的泛在接入需求，未来下一代无线通信网络将动态实时利用全频谱资源来支持多样化应用场景（图a）。然而，传统电子学硬件仅可工作在单个频段，不同频段的器件依赖不同的设计规则、结构方案和材料体系，难以实现跨频段乃至全频段范围的工作。因此，亟须一种通用型硬件解决方案，以兼容全频段无线信号，并满足小型化/轻量化集成和低功耗运行的需求。

　　研究团队提出了“通用型光电融合无线收发引擎”的概念，基于先进的薄膜铌酸锂光子材料平台成功研制出超宽带光电融合集成芯片，实现了超过110 GHz覆盖范围的自适应可重构高速无线通信（图b）。该芯片在11 mm × 1.7 mm的微小功能区域内（图d和e），集成了宽带无线-光信号转换、可调谐低噪声载波/本振源产生以及数字基带调制等完整无线信号处理功能，实现了系统级的高度集成（图c）。相比传统基于倍频器的电子学方案，该片上OEO系统首次实现了0.5 GHz至115 GHz中心频率的实时、灵活、快速重构能力。其跨越近8个倍频程的低噪声信号调谐性能，是迄今为止任何其他平台或技术方案均无法企及的里程碑式突破。

　　这一方案从原理上规避了传统倍频链因噪声累积而导致高频段相位噪声急剧恶化的问题，从而彻底克服了以往系统在带宽、噪声性能与可重构性之间难以兼顾的根本挑战。实验验证表明，该系统可实现 >120 Gbps 的超高速无线传输速率，满足 6G 通信的峰值速率要求。研究成果有望成为下一代无线通信技术革命的技术引擎，带动整个产业生态的协同创新与跨越式发展，实现我国在该领域从跟跑、并跑到领跑的跨越式发展。