突破性混合晶片問世！光學與太赫茲雙向轉換開創超高速通訊新紀元

由瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）與哈佛大學共同研發的革命性晶片，成功實現了太赫茲波與光學訊號的雙向轉換。這項突破將為超高速通訊、光譜分析及量子運算等領域帶來全新可能。

太赫茲波在電磁波譜上位於微波與紅外線之間，其短波長特性使其具備傳輸海量資料的潛力。然而如何將太赫茲技術與現有的光纖通訊系統整合，一直是科學界亟欲克服的難題。

2023年，混合光子學實驗室團隊曾成功研發出一款超薄鈮酸鋰光子晶片，透過雷射光束激發可產生精準調控的太赫茲波。如今該團隊更上一層樓，開發出能同時產生並偵測太赫茲波的新型晶片，實現訊號的雙向轉換功能。

這項研究成果已發表於《自然通訊》期刊，團隊負責人Cristina Benea-Chelmus表示：「我們不僅首次在鈮酸鋰光子晶片上實現太赫茲脈衝偵測，更將電場強度提升百倍以上，頻寬更從680GHz擴充套件至3.5THz。」

研究團隊的創新設計關鍵在於：在晶片中嵌入微米級傳輸線結構，這些線路就像晶片級的射頻電纜，能引導太赫茲波傳輸。透過在旁設定另一組光波導結構，大幅提升兩種波長的互動作用效率。

第一作者Yazan Lampert說明：「我們能在單一平臺上同時控制光學與太赫茲脈衝，這種結合光子電路與太赫茲電路的設計，創造了前所未有的頻寬表現。」

這項技術可應用於太赫茲雷達系統，其精準度可達1毫米範圍。由於採用節能設計，該晶片能與現有雷射、光調製器等光子元件完美相容。團隊現正著手將晶片進一步微型化，未來可望整合至自動駕駛等新一代通訊系統。

共同第一作者Amirhassan Shams-Ansari指出：「薄膜鈮酸鋰技術為積體光子學開創嶄新應用領域，看到這項技術延伸至太赫茲領域，著實令人振奮。」

Benea-Chelmus教授預測：「我們提出的設計架構，將在6G高速通訊等未來太赫茲應用中扮演關鍵角色，其中感測與測距技術將成為通訊網路的重要組成部分。」

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