一种集成光子毫米波接收器，实现亚环境噪声
光学
2026-04-01 v2 量子物理
摘要
数十年来，射频（RF）晶体管和接收前端的进步深刻影响了无线通信、遥感、导航和仪器等领域。6G 网络中数据吞吐量的需求、定位系统中计时精度的要求，以及大气感知和汽车雷达中分辨率的提升，都将接收前端推向毫米波（mmW）和亚毫米波/太赫兹频段。然而，在这些频率上，场效应晶体管（FET）的噪声性能会因串联效应、载流子迁移率受限、热电子及散粒噪声等因素而迅速恶化。参数式转换器通过耦合电磁信号与光学场，实现室温下的量子极限灵敏度。电光材料使接收器能够将 RF 信号转换为光学相位移。虽然早期演示使用共振器，近期努力则聚焦于低温微波到光学量子转换，但室温电光接收器尚未实现与电子对应器的噪声性能相当。本文展示了一个在锂铝铍酸盐（LiTaO3）集成光子电路上实现的室温集成腔电光 mmW 接收器，具备 2.5% 的芯片光子数转化效率，在 59.33 GHz 处实现 250 K 噪声温度——匹配当前低噪声放大器（LNA）的性能。我们报道了首个直接解析腔电光转换热噪声的案例，表明系统在 mmW 腔中受限于热光子占据数（约100）。本工作确立了集成光子学作为超越电子 LNA 的路径，为 mmW 应用和光学域可扩展模拟处理提供了具备抗强电磁输入输入鲁棒性和抗 EMI 能力的低噪声芯片级接收前端。
引用
@article{arxiv.2510.06176,
title = {An integrated photonic millimeter-wave receiver with sub-ambient noise},
author = {Junyin Zhang and Shuhang Zheng and Jiachen Cai and Connor Denney and Zihan Li and Yichi Zhang and Xin Ou and Gabriel Santamaria-Botello and Tobias J. Kippenberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.06176},
year = {2026}
}
备注
Main text: 10 pages, 4 figures; Supplementary information: 23 pages, 20 figures