混合芯片實現太赫茲波與光信號雙向轉換

科技日報記者 劉霞

瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）和美國哈佛大學科學家合作，研製出一款新型集成芯片，實現了太赫茲波與光信號的相互轉換。相關研究成果發表於最新一期《自然·通訊》雜誌，有助推動超高速通信、測距、高分辨光譜以及超快計算等領域的發展。

太赫茲波與光在頻率範圍和產生機制上存在顯著差異。太赫茲波指頻率在0.1太赫茲（1012赫茲）至10太赫茲之間的電磁波，在電磁波譜中位於微波（用於WiFi等電信技術）與紅外線（用於激光器和光纖）之間。光是指電磁波譜中的可見光部分。雖然太赫茲波在6G通信、無損檢測、醫療成像等領域展現出巨大潛力，但如何讓其與現有光通信技術無縫銜接，一直是困擾科學家的難題。

2023年，該研究團隊曾利用超薄鈮酸鋰光子芯片，實現了激光調控太赫茲波的突破。如今，他們更進一步：新型集成芯片就像為兩種電磁波打造了“雙語翻譯器”，不僅能讓光“説”出太赫茲波，還能把太赫茲波“譯”回光信號。這種雙向轉換能力，標誌着太赫茲—光融合技術邁上新台階。

該芯片的創新點在於，研究團隊在此前研製出的鈮酸鋰芯片上，精巧設計了兩種微米級結構：形同微型天線的傳輸線負責引導太赫茲波；相鄰的光波導則像光纖般約束光波。二者“比鄰而居”，實現了太赫茲波和光以最小的能量損失相互作用和轉換。這種設計猶如在芯片上建造了“立體交通網”，讓不同頻段的電磁波各行其道又相互連通。

該芯片可用於開發太赫茲基雷達，實現毫米級誤差測距。此外，由於“體型”小巧，還可與激光器、光調製器和探測器等光子設備兼容。進一步縮小該芯片尺寸後，可無縫集成到自動駕駛汽車中使用的下一代通信和測距系統，也有望在6G高速通信領域發揮重要作用。