Nature Communications | 紫金山实验室普适通信联合研究团队发表基于集成化克尔光频梳的光子太赫兹通信成果

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近日，紫金山实验室/东南大学尤肖虎院士、朱敏教授团队与南京大学祝世宁院士、谢臻达教授团队开展合作，共同完成了基于集成化低噪声克尔光频梳的光子太赫兹通信成果。2025年7月7日，该成果以“Low-noise frequency synthesis and terahertz wireless communication driven by compact turnkey Kerr combs”为题发表在《Nature Communications》期刊上。南京大学贾琨鹏副研究员、紫金山实验室蔡沅成副研究员、南京大学易昕炜、秦琛烨博士生为论文共同一作，紫金山实验室/东南大学黄永明教授、朱敏教授、苏州纳米所梁伟研究员、南京大学谢臻达教授为论文共同通讯作者。

亮点介绍

实现了克尔光频梳的紧凑集成封装

项目团队研制了紧凑集成的克尔微腔光频梳，在有限泵浦功率下建立光学微腔噪声模型，采用高品质因子的少模光纤法布里-珀罗谐振腔（FFPR）实现了低噪声极限的集成化克尔光频梳，封装后模块体积仅为85mm × 90mm × 25mm。

图1 基于少模光纤FP微腔的紧凑集成克尔光频梳

高频太赫兹相噪接近量子噪声极限

该光频梳克服了常规克尔光频梳在基本噪声极限上的不足，并在紧凑的电驱动封装中实现了接近量子极限的相位噪声水平。提出了基于基波混频的高频太赫兹信号精确相噪测量方法，首次在300 GHz太赫兹频段实现10 kHz偏移处-95 dBc/Hz的相位噪声水平，而基底噪声低至-133 dBc/Hz，几乎接近量子噪声极限，成功打破现有微腔光频梳的相噪纪录。

图2 频率合成器的噪声特性

极简相干太赫兹通信演示

基于该紧凑集成克尔光频梳，进一步完成了超宽带光子太赫兹通信演示，采用双克尔光频梳和太赫兹基波混频方案，实现了无载波相位恢复的极简相干太赫兹通信，单载波单偏振速率高达240 Gb/s，极大降低了超宽带光子太赫兹通信系统接收端的成本和功耗。本工作是集成克尔光频梳与相干太赫兹通信的一次新的尝试，也是一个新的里程碑，标志着集成化克尔光频梳在太赫兹通信领域向可现场部署的低噪声太赫兹源迈出了重要一步。

图3 低噪声集成化克尔光频梳驱动的极简相干太赫兹无线通信

文章信息

K. Jia, Y. Cai, X. Yi, C. Qin, Z. Zhao, X. Wang, Y. Liu, X. Zhang, S. Cheng, X. Jiang, C. Sheng, Y. Huang, J. Yu, H. Liu, B. Jin, X. You, S. Zhu, W. Liang, M. Zhu, and Z. Xie, "Low-noise frequency synthesis and terahertz wireless communication driven by compact turnkey Kerr combs," Nat. Commun. 16, 6253 (2025).

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https://www.nature.com/articles/s41467-025-60630-7