北京大学电子学院与中科院空天信息研究院合作，首次实现光子芯片时钟在信息系统中的应用

2月25日，北京大学电子学院常林研究员团队与中国科学院空天信息研究院李王哲研究员课题组合作，在国际顶级学术期刊《Nature Electronics》在线发表了题为“Microcomb-synchronized optoelectronics”的研究文章，宣布在世界上首次实现了光子芯片时钟在信息系统中的应用。这一突破性成果标志着我国在光子芯片技术领域取得了重大进展，为未来超高速芯片的发展提供了重要解决方案。

突破传统瓶颈，实现光电子系统同步​

传统电子技术在生成高频信号时面临带宽窄、信号易失真、功耗高等问题，而光电子系统中光学合成信号与电子时钟的频率不匹配，导致同步困难。为解决这一难题，研究团队基于可量产的超低损耗氮化硅光子芯片，开发了基于片上微梳的振荡器。该振荡器结合了集成超高Q值谐振器的微梳和自注入锁定技术，能够合成覆盖从兆赫兹到105 GHz的微波信号，为系统提供共享的时频参考，从而实现光学和电子信号的自然同步。



多波段通感一体系统，简化硬件结构​

研究团队进一步展示了基于该芯片的多波段通感一体系统，通过单一芯片实现了5G、6G、毫米波雷达等不同电磁波波段的多种功能，并可在传感和通信两种模式之间灵活切换。这一创新设计不仅简化了硬件结构，还大幅降低了系统的复杂性和成本。该系统实现了厘米级别的感知精度，以及调制格式高达256-QAM的6G通信。

广泛应用前景，推动行业变革​

该技术有望在多个领域得到广泛应用。在处理器芯片中，该方案可以将时钟频率提升至100G以上，提供远超目前芯片的算力；在手机基站中，它可以显著降低设备的能耗和成本；在自动驾驶领域，毫米波雷达的集成化设计将有助于提升感知精度和响应速度。这一技术的突破将为通信和感知领域带来革命性的变化，推动相关行业的快速发展。

团队与论文信息​

该论文的共同第一作者为北京大学电子学院博士后张祥鹏，博士研究生张绪光和陈玉君。北京大学电子学院常林研究员、中国科学院空天信息研究院李王哲研究员和加州大学圣巴巴拉分校John E. Bowers教授为论文的共同通讯作者。主要合作者还包括北京大学电子学院王兴军教授、胡薇薇教授、博士后劳成昊、博士研究生周子璇、黄佳辉，加州大学圣巴巴拉分校Warren Jin博士，中国空天院空天信息研究院董婧雯副研究员、马尉超副研究员和刘宸钰一级助理研究员。该工作由北京大学电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室作为第一单位完成。

论文链接​：Microcomb-synchronized optoelectronics

这一成果的发布，不仅展示了我国在光子芯片领域的技术实力，也为全球光电子技术的发展贡献了中国智慧。随着该技术的进一步推广和应用，未来将在通信、计算、自动驾驶等多个领域带来深远影响。