面向人工智能基础设施、云计算和数据中心互连等应用快速增长的数据传输需求，如何突破单一通信波段的容量瓶颈、提升现有光纤基础设施的频谱利用率，成为光通信领域的重要课题。电光调制器作为光通信发射端的核心器件，负责将高速电信号加载到光载波上。然而，由于不同通信波段之间存在色散，传统调制器难以同时兼顾宽带、高速和低功耗等性能。针对这一问题，兰州大学物理科学与技术学院/华北电力大学数理学院田永辉教授团队联合澳大利亚皇家墨尔本理工大学（RMIT），提出并实验验证了一种基于氮化硅辅助薄膜铌酸锂平台的双波段超高速电光调制器，在O波段1310 nm和C波段1550 nm均实现了600 Gbps的高速信号调制。该研究为O波段和C波段共用高速发射机平台提供了新的实现思路，有望减少不同波段分别设计和封装调制器的需求，提升多波段光通信系统的集成度和部署灵活性。相关成果以“Dual-Band Silicon Nitride-Loaded Lithium Niobate Electro-Optic Modulator with a Record-Breaking Speed of 600 Gbps”为题发表在著名光学期刊Optica 13(9), 1827-1837 （2026）。
双波段高速电光调制器的原理及架构
该调制器采用便于光栅刻蚀的Si3N4-LNOI光子集成平台，将双波段光栅耦合器、双波段复用器、宽带3 dB功率分束器和高速电光调制区集成在同一芯片上。与传统边缘耦合方案相比，双波段光栅耦合器具有器件摆放灵活、对封装对准要求较低、便于晶圆级测试等特点，有助于降低光子芯片的封装复杂度。双波段复用器将两个波段的光低损耗的路由至同一调制区进行高速调制。针对不同波段之间速度匹配困难的问题，研究团队对调制波导的几何结构进行了优化，并引入电容加载行波电极。通过调节波导宽度，同时兼顾调制效率和微波传输性能。在此基础上，器件实现了微波信号与两个波段光信号之间的有效速度匹配，为双波段高速调制奠定基础。
双波段高速调制器器件损耗、调制效率及电光带宽测试结果
实验测试表明，制备完成的调制器在1310 nm和1550 nm处的电光3 dB带宽均超过110 GHz，能够满足超高速数据调制需求，测试结果与设计仿真基本一致。在高速数据通信实验中，团队采用强度调制直接检测方案，对NRZ、PAM-4、PAM-6和PAM-8等多种调制格式进行了验证，均获得了清晰、张开的眼图。其中，在200 Gbaud PAM-8调制格式下，器件在1310 nm和1550 nm两个波长下均实现了600 Gbps的原始线路速率，能耗分别为0.82 fJ/bit和0.89 fJ/bit。高速调制能力与超低能耗的同时实现，表明该器件在面向人工智能计算、数据中心互连和大规模光互连系统的高容量、低功耗光通信中具有应用潜力。同时，双波段光栅耦合器和复用器结构还可进一步与阵列化调制单元、波分复用器件及多通道发射机集成，为下一代多波段光通信、数据中心互连以及空芯光纤通信系统的发展提供技术支撑。
高速数据传输应用验证
兰州大学物理科学与技术学院硕士生王泽，博士生汪励恒，萃英博士后张朴为论文共同第一作者，田永辉教授为通讯作者，兰州大学为第一完成单位。该研究得到国家自然科学基金、甘肃省重点研发计划、甘肃省科技重大专项、甘肃省联合研究基金等项目的支持。
论文链接：https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-13-9-1827
