《Nat Commun》突破：我国团队研制全谱段集成电光调制器，为下一代超宽带光通信奠定芯片基础

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前言

近日，国际顶级学术期刊《Nature Communications》发表了一项重磅成果(https://doi.org/10.1038/s41467-025-67902-2)。由华中科技大学、复旦大学、中国科学院半导体研究所等机构组成的联合团队，成功研制出一种基于“薄膜铌酸锂”的超宽带电光调制器，其性能之强悍，堪称通信领域的“全能选手”。

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核心内容

该研究成功设计并制备了一种基于薄膜铌酸锂平台的电光调制器，实现了前所未有的超宽带操作范围（1260-2060nm），无缝覆盖了传统光通信的O、E、S、C、L、U波段以及新兴的2微米波段。

关键性能突破包括：

1.超宽光谱覆盖：连续工作带宽达800纳米，是已知集成调制器中最宽的。

2.超高电光带宽：在O、S、C、L波段（如1310、1550nm）实现了约100GHz的3-dB电光带宽；在2微米波段也达到了>50GHz，为该波段最高纪录。

3.创纪录的数据传输速率：首次使用单一调制器，在O至U波段实现了单通道超过240Gbps的PAM-4信号传输，在2微米波段实现了170Gbps的PAM-4传输，所有误码率均低于工业标准前向纠错阈值。

4.高效率与低损耗：通过创新的绝热模式演化工程设计（如宽带光斑尺寸转换器和功分器），以及优化的行波电极，在保证宽带性能的同时，维持了较低的插入损耗和驱动电压。

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研究意义

这项研究的意义，远不止于刷新了几项世界纪录。

破解“带宽危机”：我们正处于AI、云计算、元宇宙的时代，数据需求永无止境。传统频谱资源已近枯竭。这项技术像一把钥匙，打开了从近红外到中红外的一片广阔、未充分开发的频谱“富矿”，为下一代通信网络提供了近乎无限的容量潜力。

统一“碎片频谱”：过去，不同波段需要不同的设备，系统复杂、成本高。现在，一个芯片就能处理所有波段，未来可以构建灵活、统一的全频谱光网络，根据需求动态调度资源，极大简化系统架构并降低成本。

抢占未来赛道：2微米波段被称为“下一代通信窗口”，在新型光纤中传输损耗极低。在此波段率先实现高性能调制，意味着我国在未来的技术标准和产业竞争中占据了先发优势。

平台优势凸显：该成果再次证明了“薄膜铌酸锂”是一种极具潜力的光子集成平台。它结合了高速、高效、低损耗和可大规模制造等优点，是未来建设高速“信息高速公路”的理想基石。

图1：全光谱光调制器

图2：薄膜铌酸锂(TFLN)调制器的设计

图3：薄膜铌酸锂(TFLN)调制器的测量性能

图4：数据传输结果

图5：短波红外高速电光(EO)调制器的3-dB带宽比较

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