2月19日，国际学术期刊《自然》（Nature）在线发表了题为“Integrated photonics enabling ultra-wideband fibre-wireless communication”（集成光子学助力超宽带光纤-无线通信）的研究论文。该研究由上海科技大学陈佰乐教授团队、北京大学王兴军教授-舒浩文研究员团队、鹏城实验室余少华院士团队及多家科研机构联合攻关，通过开发超高带宽的集成光子器件，成功打通了光纤通信与无线通信之间的“带宽鸿沟”，实现了单路超500 Gbps的光纤传输和400 Gbps的无线传输。
随着万物互联（IoE）时代的到来，未来的通信网络不仅需要极高的单路传输速度，更需要光纤有线网络与无线接入网络之间的无缝融合。然而，长期以来，光纤通信巨大的带宽资源与无线通信相对有限的频率资源之间存在严重的不对称，这成为了制约6G通信、远程医疗及大规模数据中心互联的瓶颈。
针对这一挑战，研究团队基于薄膜铌酸锂（TFLN）调制器和单行载流子光电二极管（UTC-PD），研发出一套超宽带（UWB）集成光子学方案。其核心在于研发了性能指标处于世界领先地位的光电（OE）与电光（EO）转换器件——即改良后的单行载流子光电二极管（UTC-PD）与薄膜铌酸锂（TFLN）调制器，两者的3-dB带宽均超过了250 GHz。利用这种极致的器件性能，团队在光纤传输中实现了512 Gbps的单路超高数据速率，并在无线领域达成了400 Gbps的太赫兹（THz）高速通信。此外，系统通过全光辅助的超宽带无线方案，在138至223 GHz的频谱范围内实现了跨越86个通道的实时 8K 视频无缝传输，其接入带宽密度比传统 5G 协议提高了一个数量级，为6G通信迈向高吞吐、低延迟的有线-无线融合网络铺平了道路。
图 1：该图展示了由集成光子系统支撑的全光超宽带通信连接的概念示意，包括光纤—无线无拥塞传输、高速光纤互连以及高密度光纤—无线接入等应用场景。
图 2：超宽带调制器/探测器及其电光/光电性能表征
北京大学信息工程学院、鹏城实验室与北京大学电子学院联合培养博士研究生张云皓，北京大学电子学院舒浩文研究员，北京大学电子学院博士研究生郭艺君，国家信息光电子创新中心高级工程师周佩奇以及上海科技大学信息科学与技术学院博士研究生王鲁玉为论文共同第一作者。北京大学电子学院王兴军教授、鹏城实验室余少华院士、上海科技大学信息科学与技术学院陈佰乐教授以及北京大学电子学院舒浩文研究员为论文的共同通讯作者。相关器件加工测试得到上海科技大学材料器件中心及信息科学与技术学院电子学科平台的支持。
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