近日，兰州大学物理科学与技术学院田永辉教授团队联合上海交通大学、皇家墨尔本理工大学（RMIT），在光学无线通信领域斩获重要成果。这一成果为6G通信、卫星互联网与无人机通信等领域带来了全新的技术路径。相关论文发表于《自然-通讯》。
随着第六代移动通信对超高速率、海量连接与极低时延的需求愈发迫切，传统射频通信面临诸多瓶颈。而光学无线通信凭借其超宽频谱资源与精准方向性，成为突破困境的关键方案。
其中，光学相控阵作为能够实现无惯性高速波束控制的关键器件，备受关注。然而，现有光学相控阵器件受视场范围、旁瓣干扰与响应速度等因素限制，难以同时满足动态多目标接入与超大容量传输的应用需求。
在此背景下，团队依托薄膜铌酸锂这一高性能光子集成平台展开深入研究。薄膜铌酸锂具有独特的物理特性，为光学相控阵芯片的研发提供了理想的材料基础。团队成功研制出兼具大视场、低旁瓣与超快响应的光学相控阵芯片，并基于此搭建了多目标超高速光学无线通信系统。
在芯片性能提升方面，研究团队通过设计并制备弯曲耦合梯形光栅天线阵列，使芯片实现了62°×11°的宽视场扫描能力。同时，在保持低串扰的情况下，旁瓣抑制比达到 -13.6 dB，有效减少了旁瓣干扰对通信质量的影响。
此外，团队利用独立调控相位与波长的方法，演示了动态生成点云矩阵并投影特定图案的能力。在40°×10°视场内，芯片成功生成4×4点云矩阵，并清晰投射出“L”“Z”“U”字符，充分展示了其在多目标自由空间通信与结构光成像等方向的应用潜力。
得益于薄膜铌酸锂材料的强电光效应，该系统实现了平均158 ps的高速波束切换，单次相位调制能耗低至8.73 pJ/π，大大提高了通信系统的效率和节能性。在通信性能测试中，系统采用16-QAM调制，在31°×3.2°视场内多个角度均实现了单通道320 Gbps的稳定传输，并成功完成未压缩高清视频的实时无线传输，彰显了其强大的数据传输能力。
值得一提的是，该系统支持多目标动态接入，可在62°×11°视场内实现实时波束切换与多用户并行通信，且全程无需机械运动部件或外部透镜。这一特性使得系统在集成化、智能化方面具有显著优势，首次在全固态、芯片级系统中实现了超大容量传输与动态多目标接入能力的有机结合。
这项研究成果为众多领域提供了高性能硬件方案。在室内高速Li-Fi网络中，可实现更快速、稳定的无线数据传输；在无人机集群通信方面，能够满足多架无人机之间实时、高效的信息交互需求；对于卫星激光链路，有助于提升卫星间的通信质量和数据传输速率；在沉浸式元宇宙交互场景中，也能为用户带来更加流畅、真实的体验。
相关论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67696-3
光学相控阵芯片应用场景示意图、工作原理图及显微镜照。兰州大学供图。本文链接：兰州大学团队在光学无线通信领域取得突破性进展http://www.sushuapos.com/show-11-29900-0.html
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