兰州大学在光学无线通信领域取得新进展

面向第六代移动通信对超高速率、海量连接与极低时延的迫切需求，光学无线通信凭借超宽频谱资源与精准方向性，被认为是突破传统射频通信瓶颈的关键方案。其中，能够实现无惯性高速波束控制的光学相控阵是关键器件之一。但受限于视场范围、旁瓣干扰与响应速度等因素，现有器件仍难以同时满足动态多目标接入与超大容量传输的应用需求。

近日，兰州大学物理科学与技术学院田永辉教授团队联合上海交通大学、皇家墨尔本理工大学（RMIT），在光学无线通信领域取得重要进展。相关成果以“Multi-target and ultra-high-speed optical wireless communication using a thin-film lithium niobate optical phased array”为题发表在《Nature Communications》。团队首次基于薄膜铌酸锂光学相控阵芯片构建多目标、超高速、全固态光学无线通信系统，为6G通信、卫星互联网与无人机通信等提供了新的技术路径。

团队依托薄膜铌酸锂这一高性能光子集成平台，研制出兼具大视场、低旁瓣与超快响应的光学相控阵芯片，并据此搭建多目标超高速光学无线通信系统。研究通过设计并制备弯曲耦合梯形光栅天线阵列，实现了62°×11°的宽视场扫描能力；在保持低串扰的同时，旁瓣抑制比达到-13.6 dB。进一步地，团队通过独立调控相位与波长，演示了动态生成点云矩阵并投影特定图案的能力：在40°×10°视场内生成4×4点云矩阵，并成功投射“L”“Z”“U”字符，显示出其在多目标自由空间通信与结构光成像等方向的应用潜力。得益于薄膜铌酸锂材料的强电光效应，系统实现平均158 ps的高速波束切换，单次相位调制能耗低至8.73 pJ/π。在通信性能方面，系统采用16-QAM调制，在31°×3.2°视场内多个角度均实现单通道320 Gbps稳定传输，并完成未压缩高清视频的实时无线传输。系统支持多目标动态接入，可在62°×11°视场内实现实时波束切换与多用户并行通信，全程无需机械运动部件或外部透镜。该工作首次在全固态、芯片级系统中实现超大容量传输与动态多目标接入能力的有机结合，为室内高速Li-Fi网络、无人机集群通信、卫星激光链路以及沉浸式元宇宙交互等场景提供了高性能硬件方案，推动光学无线通信向集成化、智能化与实用化方向进一步迈进。

兰州大学物理科学与技术学院博士生马晓悦、袁明瑞青年研究员为论文第一作者，田永辉教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、甘肃省科技重大专项、甘肃省重点研发计划和甘肃省联合科研基金项目支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-67696-3