导语
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。
图 1：nature官网截图
在这一突破性进展的背后，高性能光电转换器件的研制起到了至关重要的作用。该研究的核心方案基于薄膜铌酸锂（TFLN）调制器和单行载流子光电二极管（UTC-PD），研发出一套超宽带集成光子学系统。其中，具有世界领先性能指标的改良型单行载流子光电二极管（UTC-PD）探测器，是由陈佰乐教授团队在上海科技大学材料器件中心实现全流程自主研发制备的。
图 2：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。
陈佰乐教授团队依托材料器件中心先进的化合物半导体加工平台，利用中心配备的电感耦合等离子体刻蚀（ICP-RIE）等关键微纳制造设备，克服了InP基材料在刻蚀中的技术难题，精确控制了器件的台面结构与欧姆接触质量。正是得益于中心稳定、高效的工艺环境，团队成功研制出3-dB带宽超过250 GHz的超高速探测器。利用这种极致的器件性能，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。
图 3：超宽带调制器/探测器及其电光/光电性能表征。
北京大学博士生张云皓、北京大学电子学院研究员舒浩文、北京大学博士生郭艺君、 国家信息光电子创新中心周佩奇以及上海科技大学信息科学与技术学院2023级博士生王鲁玉，为本论文的共同第一作者。北京大学电子学院王兴军教授、鹏城国家实验室余少华院士、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本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学院电子学科平台的支持。
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