关键词：光无线通信、薄膜铌酸锂、光相控阵、电光调制、超高速数据传输
研究团队在《Nature Communications》发表题为“Chip-scale thin-film lithium niobate optical phased array for multi-target ultrahigh-speed optical wireless communication”的研究成果，报道了一种基于薄膜铌酸锂（Thin-Film Lithium Niobate, TFLN）的芯片级光相控阵系统，在完全无机械扫描结构的情况下，实现了多目标、高速率的光无线通信链路。
该工作在单通道条件下实现了高达320 Gbps的数据传输速率，展示了光无线通信在速率、灵活性与集成度方面的显著提升，为未来高速光通信系统提供了新的实现路径。
光无线通信因其超大带宽、强抗电磁干扰能力和高安全性，被认为是突破传统射频通信瓶颈的重要方向。然而，现有系统多依赖体光学器件或机械扫描方式，难以同时满足高速调制、多用户接入与紧凑集成的需求。
针对这一问题，研究团队提出了一种基于薄膜铌酸锂光子平台的二维光相控阵方案，利用铌酸锂材料强电光效应，实现了波束的快速、精确调控，从而在芯片尺度上完成光束指向控制与高速数据调制的深度融合。
该光相控阵通过电光相位调制实现水平方向的快速波束扫描，并结合波长调谐实现垂直方向的角度控制，在不引入机械结构和外部透镜的前提下，实现了62°×11°的大视场角扫描能力。
实验结果显示，该系统能够在自由空间中稳定生成多目标光束分布，并成功构建了规则的二维点阵结构，直观验证了其多目标空间寻址与动态波束控制能力。这种全固态、片上集成的波束操控方式，为复杂通信场景中的多用户接入提供了关键技术支撑。
得益于薄膜铌酸锂材料的高速电光响应特性，该系统在性能上显著优于依赖热调制或载流子效应的硅基方案。实验测得相控阵单元的半波电压约为4.7 V，相位调制能耗约8.73 pJ/π，波束切换时间约158 ps，旁瓣抑制比最低可达−13.6 dB。
这些结果表明，该光相控阵在保持较低功耗的同时，实现了皮秒量级的波束重构速度，为高速动态通信提供了物理基础。
在系统级通信实验中，研究团队构建了相干检测光无线通信链路，采用 16-QAM 调制格式，在多个波束方向上实现稳定数据传输。
实验结果显示，系统在单通道条件下实现了 320 Gbps 的数据速率，误码率低于 1.1×10⁻³，满足前向纠错要求。此外，研究人员还完成了无压缩高清视频的光无线传输演示，进一步验证了该系统在实际通信场景中的稳定性与可靠性。
该研究展示了薄膜铌酸锂光相控阵在高速光无线通信领域的独特优势，为构建集高速调制、快速波束控制与多目标通信于一体的片上光通信系统提供了重要示范。
随着片上光源、多波长并行传输以及更高集成度方案的引入，这一技术有望在未来高速光通信、空天地网络以及新一代无线通信体系中发挥关键作用。
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