导读

太赫兹通信是6G超高速无线传输的关键技术方向，传统接收方案受限于电学带宽与多次转换损耗。本文围绕G波段薄膜铌酸锂调制器，构建全光太赫兹无线视频通信系统，突破调制器带宽瓶颈，完成单路、双路4K视频及G波段全覆盖传输，系统验证该方案在大容量、低损耗、高稳定通信场景的工程可行性。

研究背景

随着物联网、人工智能与高清视频业务快速发展，无线通信对容量与速率需求呈指数级增长，6G提出Tbps级传输、低时延、海量连接目标，现有通信技术难以支撑。太赫兹波（0.1–10 THz）具备超大带宽，理论速率可达数百Gbps至Tbps，成为突破容量瓶颈的核心技术。传统太赫兹接收依赖电学混频，存在带宽不足、损耗大、集成度低等瓶颈，全光接收凭借低损耗、高集成、与光纤网络兼容等优势，成为下一代太赫兹通信的重要技术路线。

研究内容与亮点

图1 优化设计的仿真结果。（a）电极微波折射率；（b）特征阻抗

研究团队通过HFSS仿真分析了T型电极主干宽度与高度、顶部高度、信号线宽度等关键参数对微波传输特性的影响，明确了各参数与微波有效折射率、特征阻抗的关系。优化后的电极实现了微波与光波的良好速率匹配，同时将特征阻抗稳定在50 Ω左右，与射频系统阻抗完美匹配，大幅降低了高频信号反射损耗。结合石英衬底的低介电损耗特性，从结构与材料两方面解决了传统铌酸锂调制器高频损耗大、带宽受限的问题，为实现大带宽的电光响应奠定了仿真基础。

图2 半波电压和电光带宽。（a）低频半波电压；（b）电光带宽

研究团队采用分频段测试方法，验证了调制器3 dB带宽超150 GHz，且在150 GHz频点下衰减仅约2 dB；实测低频半波电压 V，40 GHz下射频半波电压仅5.32 V，EO响应曲线下降相对平缓，具有带宽内的响应平坦性。该器件性能是目前公开报道中薄膜铌酸锂调制器在太赫兹频段的领先水平。

图3 双路视频传输光谱图

在视频传输实验中，研究团队在180 GHz载波频率下，成功实现4K视频信号的太赫兹-光域直接映射，并通过调谐激光器波长，以1 GHz为间隔完成140-220 GHz全频段的视频传输实验，结果表明所有80个信道均实现稳定传输，证明系统具备超宽带连续接入能力。在双路并行传输实验中，将两个SFP+模块作为发射源，实现两路独立4K视频的同时传输与解调，验证了系统的多通道复用潜力，为多用户高密度接入提供了实验依据。

图4 视频信号稳定性分析。（a）视频信号频谱；（b）30分钟内的频谱抖动

研究团队在信号稳定性分析中，实测视频信号有效带宽约100 MHz，信号峰值相对于噪声的信噪比超过20 dB，满足高清视频传输的质量要求；在30分钟连续测试中，信号频率漂移仅约252 MHz，远低于1 GHz的信道间隔，相邻信道仍保留约748 MHz的保护带宽，有效抑制了邻道干扰。基于HDMI 2.1标准推算，单信道误码率低于5.56×10-6，远低于人眼可感知的10-4误码率阈值，证明系统在长时间运行与多通道复用条件下仍能保持优异的信号完整性。

总结与展望

本文针对传统太赫兹接收技术带宽不足、损耗过大、集成度低的核心瓶颈，提出了基于G波段薄膜铌酸锂光载太赫兹接收机的无线视频通信系统。通过优化慢波电极结构与选用石英衬底，研制出G波段电光响应平坦的高性能电光调制器，构建了多通道兼容的全光接收链路，成功实现G波段全覆盖的单路、双路 4K 视频传输，视频信号传输过程中实测信噪比超20 dB，单信道误码率低于 5.56×10-6，为下一代超宽带太赫兹通信的产业化应用提供了关键技术支撑。

全文链接：杨林山, 张云皓, 郭艺君, 胡薇薇, 王兴军, 舒浩文. 基于G波段薄膜铌酸锂光载太赫兹接收机的无线视频通信系统（特邀）[J]. 光学学报（网络版）, 2026, 3(14): 1404001.

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