集成光子学推动超宽带光纤—无线通信

更快连接为何重要

向大量用户同时推送 8K 视频、控制无人机编队或连接庞大数据中心，都依赖于以极低延迟传输海量信息。如今的网络把这项任务分摊在脚下的光纤和空气中的无线链路之间，但这两种媒介并不天然“用同一种速度语言”交流。本文介绍了一种基于芯片的新技术，帮助光纤与无线链路共享更宽的频谱片段，有望为未来类 6G 网络及更远的应用带来更平稳、更快且更灵活的通信。

电缆与无线之间的鸿沟

现代光纤已经能够传输惊人的数据量，但无线端尤其是在称为太赫兹的超高射频段方面一直难以跟上。容易在光纤中传输的信号在广播前需要被重新混频和转换，必须通过体积庞大的电子设备，这些设备会增加噪声、成本和延迟。这些转换也难以覆盖极宽的频率范围，从而限制了同时服务的用户数量和可传输的信息量。结果是长期存在的不匹配：光纤链路能够传输的数据量往往超过无线“最后一跳”能舒适承载的容量。

一种新型的基于光的“翻译器”

研究人员使用一种集成光子学平台——本质上是微小的光学电路板——来解决这一问题，该平台既能把电信号写入光信号，也能在超宽频率范围内把光转换回电信号。在芯片的一端，铌酸锂调制器类似于极快速的光阀，能以超过 250 吉赫兹的带宽切换红外光束的开关或不同强度等级；在另一端，采用磷化铟制成的专门工程化光电二极管能高效地将入射光再次转换为电波，带宽同样超过 250 吉赫兹。两者合力构成了一座基于光的“桥”，将光纤与太赫兹无线链路视为同一连续系统的组成部分。

把数据速率推向新高

为测试这座桥的性能，团队首先在类似数据中心内部的短光纤链路中进行了验证。使用简单的强度调制且未采用复杂纠正方法，他们达到了超过 200 吉波符号率。当将硬件与一种名为复杂双向门控循环单元的定制人工智能算法配合使用时，他们把单个光纤通道推到每秒 512 吉比特，同时保持误码率在标准纠错方案可处理的范围内。随后他们把试验扩展到约 180 吉赫兹的无线测试，使用相同的芯片元件产生和接收太赫兹波。在常规数字处理下，他们已经超越了先前纪录；启用 AI 均衡器后，每个无线信道达到每秒 400 吉比特，同样在短距离和多米距离下维持在实用的误差限内。

为众多用户共享空中资源

除了原始速率外，该系统还需同时为众多用户提供服务。作者构建了一个概念性接入网，数十台视频服务器将信号注入光学芯片，经转换为太赫兹波后再被转换回光并路由到客户端机器。通过将无线载波在约 140 至 220 吉赫兹之间分步移动，他们创建了 86 个相邻的频道，每个频道宽度为 1 吉赫兹，并用它们实时传输 8K 视频并实现清晰播放。这表明该芯片可以在无需复杂电子设备或大量数字开销的情况下，支持密集的宽带接入——远超当前 5G 的做法。

这对日常连接意味着什么

简而言之，这项工作表明一组微小的基于光的器件可以将超高速光纤和太赫兹无线链路缝合在一起，以创纪录的速度和效率同时处理两者。通过将超宽带调制器与探测器和智能的 AI 信号清理结合，系统在每单位频谱上移动的信息量超过以往方法，并可扩展到许多并发通道。对未来网络而言，这可能意味着在用户群中更顺畅的流媒体体验、更快速响应的云服务，以及在难以铺设电缆的地方可靠的高容量链路。虽然实用产品还需进一步的集成与改进，但该演示指向了体积小、能效高的网络硬件，使光纤与无线不再是分离的世界，而成为一个无缝的高速网络结构的一部分。

引用: Zhang, Y., Shu, H., Guo, Y. et al. Integrated photonics enabling ultra-wideband fibre–wireless communication. Nature 651, 348–355 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10172-9

关键词: 超宽带光子学, 光纤与无线融合, 太赫兹通信, 集成光学芯片, 6G 网络