移动通信网 云坪
10月16日，第十届未来网络发展大会在南京上秦淮国际文化交流中心开幕，中国科学院院士、紫金山实验室主任尤肖虎在开幕式上发布“太赫兹通信光电转换器件优化设计方法与实践”成果。本次大会由南京市人民政府主办，紫金山实验室、中国通信学会等承办，主题聚焦“智能未来网·十年CENI路”。“十五五”规划已将6G等六大方向列为未来产业，太赫兹作为6G技术最前沿，频段资源丰富，可支撑超宽带通信、沉浸式通信、高精度通信感知一体化等典型场景。当前太赫兹通信存在两条并行技术路线：纯电子方案将毫米波频段继续抬升，但频段越高，器件与带宽受限越突出；光子路线通过两束光差拍产生太赫兹信号，其枢纽在于光信号到太赫兹信号的转换核心器件。长期以来，此类超高速光电转换芯片技术由日本、德国等极少数国家掌握，国内尚属空白，成为制约我国太赫兹产业化的“卡脖子”环节。
【关键数据】
[1] 3dB带宽236GHz（超宽带高功率单行载流子光电探测器芯片）
[2] 26公里外场试验距离（江宁四进山瞭望塔至国华大厦）
[3] 100Gbps空口传输速率（D波段双极化）
[4] 2600Gbps·km速率—距离积
[5] DC—260GHz分频段自动化测试平台覆盖频率范围
超高速光电转换芯片是衔接光纤传输与太赫兹无线链路的核心器件，其工作带宽、射频输出功率与封装集成度，直接决定系统能否实现高速率、远距离传输。尤肖虎团队围绕材料、电极、封装三大关键环节逐一攻关。材料环节面临高速与高功率相互制约的矛盾，团队通过外延、能带与电磁电场的一体化协同优化，在带宽拓展与饱和功率之间求得折中。电极环节，宽带频响长期依赖复杂经验调试，团队融合物理仿真与多任务神经网络，提出器件结构与高频电极协同优化方法，以目标频响为输入开展逆向设计，使电极结构由“反复试错”转向“按需定制”。封装环节，极高频段下寄生效应显著，稍有偏差便拖累性能，团队以高速互联与电磁场协同设计实现高频信号的低损耗封装集成。最终研制出3dB带宽高达236GHz的超宽带高功率单行载流子光电探测器芯片，并搭建DC—260GHz分频段自动化测试平台，完成DC—110GHz同轴及110—260GHz波导封装器件研制。
从系统验证能力看，基于自研器件，尤肖虎团队在江宁四进山瞭望塔与国华大厦之间搭建26公里外场试验平台，实现D波段双极化100Gbps空口传输，空口速率—距离积达到2600Gbps·km。速率与距离通常难以兼顾，业界多以二者乘积衡量系统能力，这一指标表明自研核心器件已具备支撑百Gbps级远距离无线传输的实力。横向对比，当前国际主流商用光电探测器芯片的3dB带宽多集中在100GHz量级，日本、德国头部厂商在D波段及以上器件长期占据垄断地位且对中国实施技术封锁；尤肖虎团队的236GHz带宽指标已进入国际第一梯队，完成了从芯片研制到长距离系统传输的贯通验证，填补了国内在该领域的空白，也改变了太赫兹核心器件完全依赖进口的被动局面。
从产业链维度看，此次突破覆盖了从智能设计、微纳制备、封装测试到系统验证的全链条研发体系。成果走出实验室依赖于覆盖设计、制造、应用与落地的完整链条：团队联合东南大学加速芯片设计智能化，联合苏州纳米所为芯片制造全流程赋能，联合中国移动构建芯片应用新方案，联合紫金山集团探索芯片落地应用新范式。从高校到科研院所，从运营商到产业集团，一条贯通上下游的创新链正在成形。在上游，外延材料、能带设计等环节的自主化，摆脱了对海外化合物半导体供应链的依赖；在中游，波导封装、高频电极等工艺的打通，降低了流片与封装成本；在下游，运营商的参与使芯片需求与网络部署场景直接对接，缩短了从实验室指标到商用产品的转化周期。
商业化与应用场景层面，太赫兹光电转换芯片的落地路径已经清晰。在6G超宽带通信场景，D波段及以上频段可支撑单链路百Gbps级传输，满足沉浸式XR、全息通信等业务对空口速率的极限需求；在通信感知一体化场景，大带宽信号支持厘米级甚至更高精度的感知分辨率，可用于低空无人机监测、智能交通等新兴领域；在光纤与无线融合组网场景，光电转换芯片可作为光纤骨干网与高频无线接入网之间的桥接节点，替代传统电子中频链路，简化基站架构并降低功耗。26公里外场试验验证了远距离点对点传输的可行性，可直接用于跨江跨海通信、基站回传、应急通信等部署环境苛刻、布线困难的场景。中国移动的参与，意味着该器件将优先进入运营商现网试验序列。
行业趋势层面，“十五五”规划将6G列为未来产业后，太赫兹核心器件的自主化具有战略紧迫性。国际电联已明确6G将于2030年前后商用，3GPP预计2025年后启动6G标准研究，核心器件的可用性直接决定标准话语权。尤肖虎团队的成果使我国在光电融合路线上获得与国际同行同台竞争的技术底座，DC—260GHz自动化测试平台的建立，也为后续更高频段、更高速率器件的迭代提供了基础设施。紫金山实验室此前已在6G太赫兹通信领域多次刷新传输纪录，此次从器件层面补齐最短板，形成“器件—系统—网络”的完整技术布局。日德企业垄断格局被打破后，国内设备商在毫米波及以上频段的整机研发将不再受制于人，太赫兹产业化进程有望明显提速，从材料、电极到封装测试的全链条自主突破，为我国6G产业竞争力提供了坚实支撑。
