科技 | 高校科研取得突破性進(jìn)展！有望引發(fā)重大變革

　　近日，南開大學(xué)智能光子研究院祝寧華院士團隊與香港城市大學(xué)合作，基于兼容CMOS工藝的4英寸薄膜鈮酸鋰平臺，首次設(shè)計并構(gòu)建了集成薄膜鈮酸鋰光子毫米波雷達(dá)，實現(xiàn)了高達(dá)厘米級的距離與速度探測分辨率，同時在逆合成孔徑雷達(dá)二維成像中也達(dá)到了厘米級的卓越分辨率，成功突破了電子雷達(dá)低頻段窄帶寬的瓶頸，大幅提升了光子雷達(dá)的分辨率和集成度，是我國目前分辨率最高的片上光子雷達(dá)，標(biāo)志著微波光子雷達(dá)發(fā)展達(dá)到了一個重要的里程碑。

　　光子毫米波雷達(dá)芯片車載雷達(dá)應(yīng)用

　　微波光子學(xué)起步于上世紀(jì)70年代，開創(chuàng)了電磁波與光波融合的新領(lǐng)域，并逐步應(yīng)用于通信、雷達(dá)、電子戰(zhàn)、環(huán)境監(jiān)測等軍用和民用領(lǐng)域。微波光子雷達(dá)作為這一技術(shù)的延伸，突破了傳統(tǒng)電子雷達(dá)需要在頻率和帶寬之間權(quán)衡的限制。

　　薄膜鈮酸鋰具有高線性電光系數(shù)、寬波長透明窗口、大折射率差等優(yōu)異特性，并兼容CMOS工藝，是實現(xiàn)高性能電光調(diào)制的理想材料，是新一代光電子材料的核心引擎。

　　通過結(jié)合薄膜鈮酸鋰等先進(jìn)光子集成材料與工藝的突破，微波光子雷達(dá)有望向更高頻率、更大帶寬和更小尺寸方向發(fā)展，在車載雷達(dá)、機載雷達(dá)和智能家居等多個領(lǐng)域引發(fā)變革性應(yīng)用。

　　片上光子毫米波雷達(dá)的示意圖和芯片

　　研究團隊通過紫外步進(jìn)式光刻技術(shù)和干法刻蝕工藝的參數(shù)迭代優(yōu)化，基于兼容CMOS工藝的4英寸薄膜鈮酸鋰平臺的加工制備技術(shù)，成功制備了集成倍頻模塊和回波去斜模塊的片上光子毫米波雷達(dá)芯片，在片上高效地實現(xiàn)毫米波雷達(dá)信號的生成與目標(biāo)回波的處理，突破先進(jìn)制程下高速數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能不足對雷達(dá)整體性能提升的限制。

　　為驗證雷達(dá)的性能，研究團隊進(jìn)行了測距、測速和成像性能測試。結(jié)果顯示，該雷達(dá)能夠精準(zhǔn)探測距離和速度，并對不同目標(biāo)進(jìn)行高清晰度的成像。

　　該研究成果1月27日發(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》(Nature Photonics)。南開大學(xué)為論文第一完成單位，南開大學(xué)智能光子研究院朱廈教授為論文第一作者，香港城市大學(xué)張依文博士為共同第一作者，南開大學(xué)祝寧華院士、香港城市大學(xué)潘裕斌教授和王騁副教授為論文共同通訊作者。

　　“祝寧華院士是微波光子學(xué)的先驅(qū)，為我國微波光子器件與集成領(lǐng)域的發(fā)展作出了突出貢獻(xiàn)。在祝院士的指導(dǎo)下，這項研究不僅顯著提升了現(xiàn)有微波光子雷達(dá)的頻率、帶寬和集成度，還為高性能、小型化光子雷達(dá)系統(tǒng)樹立了全新的標(biāo)桿，將在6G時代車載雷達(dá)、機載雷達(dá)和智能家居等領(lǐng)域開啟變革性應(yīng)用。”朱廈說。

　　基于光子毫米波雷達(dá)技術(shù)的重大突破，南開大學(xué)團隊正致力于推動光電融合集成技術(shù)發(fā)展，構(gòu)建一套“智慧感知網(wǎng)絡(luò)”，研發(fā)集通信、感知與計算于一體的智能芯片。該芯片將賦予雷達(dá)探測、5G/6G通信及邊緣計算的功能，仿佛為每個雷達(dá)裝備了一個“思考的大腦”。當(dāng)這種芯片被集成于車載雷達(dá)時，車輛不僅能夠識別百米開外的障礙物，還能與其他車輛實時通信，共享道路信息，帶來更多的便利。

　　來源：南開大學(xué)