薄膜铌酸锂上的无线毫米波电光技术

全球数据流量的快速增长正加速对超宽带通信技术的需求，尤其是在云基础设施和新兴的6G无线系统中。光计算和量子信息处理也需要快速、可扩展的方式来连接光信号和电子信号。集成电光调制器提供了一种紧凑高效的解决方案，但将其工作范围扩展到毫米波（mmWave）频段，并同时具备宽带宽和与无线信号的兼容性，仍然是一个重大挑战。笨重的电气封装和高毫米波损耗仍是可扩展性的主要障碍。在此，我们展示了一种无线宽带电光调制架构，该架构可直接连接毫米波与光信号，从而无需阻抗匹配的毫米波探头和电缆。通过在薄膜铌酸锂平台上集成片上天线与协同设计的传输线，我们在WR9.0（82-125 GHz）和WR2.8（240-380 GHz）频段实现了宽带调制。我们调制器的宽带特性使该器件能够作为高速探测器，检测调制速率高达6 GHz的毫米波载波，并实现平坦且宽带的响应，这是6G和高速毫米波传感的关键要求。通过将天线耦合传输线配置为谐振腔，我们的无线平台实现了三谐振电光频率梳生成，模式间隔分别为123.2 GHz和307.9 GHz。在123.2 GHz和307.9 GHz处，提取的单光子电光耦合速率分别为$g_{0} =2\pi\times 4.98$ kHz和$2\pi\times 9.93$ kHz，展示了随毫米波频率提高的有利缩放。这些结果引入了一类用于高速调制、探测和频率梳生成的新型无线电光器件，在通信、传感和量子技术中具有重要应用。