天津这所高校重大突破！

民生 2025-02-05 10:24 天津

近日，南开大学智能光子研究院祝宁华院士团队与香港城市大学合作，基于兼容CMOS工艺的4英寸薄膜铌酸锂平台，首次设计并构建了集成薄膜铌酸锂光子毫米波雷达，实现了高达厘米级的距离与速度探测分辨率，同时在逆合成孔径雷达二维成像中也达到了厘米级的卓越分辨率，成功突破了电子雷达低频段窄带宽的瓶颈，大幅提升了光子雷达的分辨率和集成度，是我国目前分辨率最高的片上光子雷达，标志着微波光子雷达发展达到了一个重要的里程碑。

光子毫米波雷达芯片车载雷达应用

微波光子学起步于上世纪70年代，开创了电磁波与光波融合的新领域，并逐步应用于通信、雷达、电子战、环境监测等军用和民用领域。微波光子雷达作为这一技术的延伸，突破了传统电子雷达需要在频率和带宽之间权衡的限制。

薄膜铌酸锂具有高线性电光系数、宽波长透明窗口、大折射率差等优异特性，并兼容CMOS工艺，是实现高性能电光调制的理想材料，是新一代光电子材料的核心引擎。

通过结合薄膜铌酸锂等先进光子集成材料与工艺的突破，微波光子雷达有望向更高频率、更大带宽和更小尺寸方向发展，在车载雷达、机载雷达和智能家居等多个领域引发变革性应用。

片上光子毫米波雷达的示意图和芯片

研究团队通过紫外步进式光刻技术和干法刻蚀工艺的参数迭代优化，基于兼容CMOS工艺的4英寸薄膜铌酸锂平台的加工制备技术，成功制备了集成倍频模块和回波去斜模块的片上光子毫米波雷达芯片，在片上高效地实现毫米波雷达信号的生成与目标回波的处理，突破先进制程下高速数模/模数转换器性能不足对雷达整体性能提升的限制。

为验证雷达的性能，研究团队进行了测距、测速和成像性能测试。结果显示，该雷达能够精准探测距离和速度，并对不同目标进行高清晰度的成像。

该研究成果1月27日发表于国际知名学术期刊《自然·光子学》（Nature Photonics）。南开大学为论文第一完成单位，南开大学智能光子研究院朱厦教授为论文第一作者，香港城市大学张依文博士为共同第一作者，南开大学祝宁华院士、香港城市大学潘裕斌教授和王骋副教授为论文共同通讯作者。

“祝宁华院士是微波光子学的先驱，为我国微波光子器件与集成领域的发展作出了突出贡献。在祝院士的指导下，这项研究不仅显著提升了现有微波光子雷达的频率、带宽和集成度，还为高性能、小型化光子雷达系统树立了全新的标杆，将在6G时代车载雷达、机载雷达和智能家居等领域开启变革性应用。”朱厦说。

基于光子毫米波雷达技术的重大突破，南开大学团队正致力于推动光电融合集成技术发展，构建一套“智慧感知网络”，研发集通信、感知与计算于一体的智能芯片。该芯片将赋予雷达探测、5G/6G通信及边缘计算的功能，仿佛为每个雷达装备了一个“思考的大脑”。当这种芯片被集成于车载雷达时，车辆不仅能够识别百米开外的障碍物，还能与其他车辆实时通信，共享道路信息，带来更多的便利。

编辑｜王彦淇

来源｜南开大学

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