混合芯片实现太赫兹波与光信号双向转换

瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）和美国哈佛大学科学家合作，研制出一款新型集成芯片，实现了太赫兹波与光信号的相互转换。相关研究成果发表于最新一期《自然·通讯》杂志，有助推动超高速通信、测距、高分辨光谱以及超快计算等领域的发展。

太赫兹波与光在频率范围和产生机制上存在显著差异。太赫兹波指频率在0.1太赫兹（1012赫兹）至10太赫兹之间的电磁波，在电磁波谱中位于微波（用于WiFi等电信技术）与红外线（用于激光器和光纤）之间。光是指电磁波谱中的可见光部分。虽然太赫兹波在6G通信、无损检测、医疗成像等领域展现出巨大潜力，但如何让其与现有光通信技术无缝衔接，一直是困扰科学家的难题。

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在单芯片上集成光子和太赫兹电路进行测试，产生的太赫兹波由背面的金镜收集。

2023年，该研究团队曾利用超薄铌酸锂光子芯片，实现了激光调控太赫兹波的突破。如今，他们更进一步：新型集成芯片就像为两种电磁波打造了“双语翻译器”，不仅能让光“说”出太赫兹波，还能把太赫兹波“译”回光信号。这种双向转换能力，标志着太赫兹—光融合技术迈上新台阶。

该芯片的创新点在于，研究团队在此前研制出的铌酸锂芯片上，精巧设计了两种微米级结构：形同微型天线的传输线负责引导太赫兹波；相邻的光波导则像光纤般约束光波。二者“比邻而居”，实现了太赫兹波和光以最小的能量损失相互作用和转换。这种设计犹如在芯片上建造了“立体交通网”，让不同频段的电磁波各行其道又相互连通。

该芯片可用于开发太赫兹基雷达，实现毫米级误差测距。此外，由于“体型”小巧，还可与激光器、光调制器和探测器等光子设备兼容。进一步缩小该芯片尺寸后，可无缝集成到自动驾驶汽车中使用的下一代通信和测距系统，也有望在6G高速通信领域发挥重要作用。