《自然·通讯》新研究：集成光学相控阵实现全固态、多目标高速光通信

前沿摘要

近日，国际顶尖期刊《Nature Communications》在线发表了一项光无线通信领域的突破性研究(https://doi.org/10.1038/s41467-025-67696-3)。由兰州大学、上海交通大学、澳大利亚RMIT大学等机构组成的联合团队，成功研制出全球首个基于薄膜铌酸锂光学相控阵的多目标超高速光无线通信系统。该系统在单通道通信速率上实现320Gbps的惊人速度，并支持实时多目标动态连接，被誉为“光通信领域的一项里程碑进展”。

核心内容

1.技术核心：薄膜铌酸锂光学相控阵（OPA）

研究团队创新性地采用薄膜铌酸锂作为光学相控阵的平台材料，利用其强Pockels效应实现高速、低功耗的光束调控。该器件尺寸仅为10mm×1.1mm，真正实现了“芯片级”集成。

2.三大性能突破：

超高速度：在16-QAM调制格式下，系统单通道速率高达320Gbps，超越当前5G及6G提案的峰值速率。

多目标实时连接：系统可在62°×11°视场角内动态控制光束方向，实现多用户同时通信，无需机械移动部件。

极低功耗与高速响应：相位调制器功耗仅8.73pJ/π，光束转向响应时间约158皮秒，比传统硅基系统快数个量级。

3.系统验证：

成功在六个不同角度稳定传输320Gbps数据，误码率低于行业标准。

实现未压缩高清视频的实时无线传输，系统稳定运行时间超过174分钟。

未来展望

尽管成果显著，研究团队指出，走向大规模商用仍需进一步突破。当前系统尚依赖片外激光器与放大器，未来可通过异构集成技术，将光源、放大器甚至探测器集成在同一薄膜铌酸锂平台上，实现真正意义上的“通信片上系统”。

此外，通过优化天线设计、引入波前整形控制、结合智能算法，可进一步提升光束质量、扩展扫描范围、增强多目标能力。

随着芯片制造工艺与集成技术的持续发展，薄膜铌酸锂光学相控阵有望在未来几年内实现从实验室原型向商用产品的跨越。

结语

从“光纤到户”到“光束到户”，这项研究让我们看到光通信的又一次革命正在芯片上悄然发生。中国科研团队在这一前沿领域的突破，不仅展现了我国在集成光子学与无线通信领域的实力，也为全球高速、智能、绿色的未来网络提供了关键技术支持。

图1.基于薄膜铌酸锂的光学相控阵设计

图2.光学相控阵光束转向性能表征

图3.光学相控阵性能表征

图4.基于光学相控阵的高速光无线通信系统实验结果

图5.光无线通信系统中的实时高清视频传输

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