據南開大學官網消息，近日，南開大學智能光子研究院祝寧華院士團隊與香港城市大學攜手，在微波光子學領域取得了重大突破。他們基于兼容CMOS工藝的4英寸薄膜鈮酸鋰平臺，首次設計并構建了集成薄膜鈮酸鋰光子毫米波雷達。這一創新成果實現了高達厘米級的距離與速度探測分辨率，并在逆合成孔徑雷達二維成像中達到了同樣的卓越分辨率，成功突破了電子雷達低頻段窄帶寬的瓶頸，大幅提升了光子雷達的分辨率和集成度。
圖1 光子毫米波雷達芯片車載雷達應用（來源：南開大學官網）
該研究工作以“Integrated lithium niobate photonic millimeter-wave radar”（集成薄膜鈮酸鋰光子毫米波雷達）為題，發表在國際頂級期刊Nature Photonics（《自然-光子學》）上。這一成果的發表，標志著微波光子雷達技術邁出了重要的一步。
研究團隊通過紫外步進式光刻技術和干法刻蝕工藝的參數迭代優化，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芯片。該芯片在片上高效地實現了毫米波雷達信號的生成與目標回波的處理，突破了先進制程下高速數模/模數轉換器性能不足對雷達整體性能提升的限制。
圖2 片上光子毫米波雷達的示意圖和芯片（來源：南開大學官網）
為了驗證集成薄膜鈮酸鋰光子毫米波雷達的測距、測速和成像性能，研究團隊進行了一系列實驗。他們在不同位置布置了不同數量的角鐵，分析并采集了其距離譜圖，展示了片上雷達的精準距離探測能力。同時，團隊還利用感知運動的平衡車，驗證了片上雷達的速度探測性能。此外，他們還采用轉臺模型，對多種目標進行了逆合成孔徑雷達成像，通過不同時間段的成像采集，可以清晰觀察到目標的姿態變化。
圖3 光子毫米波雷達芯片實現（a）距離探測、（b）速度探測、（c）ISAR成像（來源：南開大學官網）
這項工作的顯著成果是提升了現有微波光子雷達的頻率、帶寬和集成度，為高性能、小型化光子雷達系統樹立了全新的標桿。這一創新技術有望在6G時代的車載雷達、機載雷達和智能家居等領域引發變革性應用，為公眾提供更加智能、安全的生活體驗。
南開大學為這項工作的第一完成單位，南開大學朱廈教授為第一作者，香港城市大學張依文博士為共同一作，南開大學祝寧華院士、香港城市大學潘裕斌教授和王騁副教授為論文的共同通訊作者。相關工作得到了國家自然科學基金、香港研究資助委員會等項目的資助。這一成果的取得，不僅展示了我國在微波光子學領域的創新能力，也為未來的科技發展和應用提供了有力的支撐。
