研究人员开发了一种新的芯片大小的微波光子滤波器，用于将通信信号与噪声分离，并抑制整个无线电频谱中不必要的干扰。该设备有望帮助下一代无线通信技术在手机、自动驾驶汽车、联网电器和智能城市基础设施等设备信号日益密集的环境中高效传输数据。

北京大学研究员王兴军表示：“这种新型微波滤波器芯片有可能改善6G等无线通信，从而实现更快的互联网连接、更好的整体通信体验，并降低无线通信系统的成本和能耗。这些进步将直接和间接影响日常生活，提高整体生活质量，并在移动、智能家居和公共空间等各个领域带来新体验。”

在中国激光出版社和Optica出版集团联合出版的《光子研究》杂志上，研究人员描述了他们的新型光子滤波器如何克服传统电子设备的限制，在芯片大小的低功耗设备上实现多种功能。他们还展示了该滤波器在扩展到30 GHz以上的宽无线电频谱上工作的能力，表明其适用于设想的6G技术。

王教授说：“随着光电子设备的电光带宽不断增加，我们相信集成微波光子滤波器肯定会成为未来6G无线通信的重要解决方案之一。只有精心设计的集成微波光子链路才能实现低成本、低功耗和卓越的滤波性能。”

正在开发6G技术，以改进目前部署的5G通信网络。为了以更快的速率传输更多的数据，6G网络预计将使用毫米波甚至太赫兹频段。由于这将在数据速率增加的情况下将信号分布在极宽的频谱上，因此不同通信信道之间存在干扰的可能性很高。

为了解决这个问题，研究人员试图开发一种滤波器，可以保护信号接收器在整个无线电频谱上免受各种类型的干扰。为了实现广泛部署的成本效益和实用性，这种滤波器必须小、功耗低、实现多种滤波功能并能够集成在芯片上。然而，先前的演示受到其功能少、尺寸大、带宽有限或与电气组件相关的要求的限制。

对于新的滤波器，研究人员创建了一个由四个主要部分组成的简化光子结构。首先，相位调制器用作射频信号的输入，它将电信号调制到光域上。接下来，一个双环作为一个开关来形成调制格式。一个可调节的微环是处理信号的核心单元。最后，光电探测器用作射频信号的输出，并从光信号中恢复射频信号。

“这里最大的创新是打破设备之间的障碍，实现设备之间的相互协作，”王教授说。“双环和微环的协同操作使强度一致的单级可调级联微环（ICSSA-CM）架构得以实现。由于所提出的ICSSA-CM具有很高的可重构性，不需要额外的射频设备来构建各种滤波功能，这简化了整个系统的组成。”

为了测试该设备，研究人员使用高频探针将射频信号加载到芯片中，并用高速光电探测器收集恢复的信号。他们使用任意波形发生器和定向天线来模拟2Gb/s高速无线传输信号的生成，并使用高速示波器来接收处理后的信号。通过比较使用和不使用滤波器的结果，研究人员能够证明滤波器的性能。

总体而言，研究结果表明，与以前由数百个重复单元组成的可编程集成微波光子滤波器相比，简化的光子结构以更低的损耗和系统复杂性实现了相当的性能。这使得它比以前的设备更坚固、更节能、更容易制造。

研究人员计划进一步优化调制器并改进整体滤波器架构，以实现高动态范围和低噪声，同时确保器件和系统级别的高度集成。

论文： Z. Tao、Y. Tao、M. Jin、J. Qin、R. Chen、B. Shen、Y. Wu、H. Shu、S. Yu、X. Wang，“高度可重构硅集成微波光子滤波器走向下一代无线通信，” 光子学研究， 卷。11，第 5 期，第 682-694 页，（2023 年）。

DOI:https://doi.org/10.1364/PRJ.476466