关键词：薄膜铌酸锂、太赫兹光子学、电光调制

香港城市大学的王骋教授团队在《Nature Communications》发表题为 “Monolithic lithium niobate photonic chip for efficient terahertz-optic modulation and terahertz generation” 的研究成果，实现太赫兹产生与太赫兹–光调制，并展示了对太赫兹信号的光学操控能力。

传统太赫兹系统普遍依赖笨重器件，难以同时兼顾带宽、效率与低功耗，限制了其在 6G 通信、高分辨率成像以及精密传感中的应用。

该团队提出的单片薄膜铌酸锂平台，实现了 500 GHz 太赫兹–光调制、220–500 GHz 连续太赫兹波产生，并展示了高达65 GHz的太赫兹信号光学调制，为未来片上太赫兹系统提供了可扩展的新路径。

该平台依托薄膜铌酸锂（TFLN）在电光系数、高非线性与宽透明窗口方面的优势，选用低损耗石英基底并设计宽电极，以实现超低THz传输损耗（约2 dB/mm @ 500 GHz）。平台上分别实现了 THz–光调制器（TOM）及连续太赫兹产生器（THz generator），二者基于相同的 TFLN 设计体系。整个系统保持片上紧凑结构，并实现优异的模式重叠与速度匹配，为太赫兹信号操控奠定了关键物理基础。

实验中，团队成功实现 8 mm Mach–Zehnder 调制器在 500 GHz下的高效调制：半波电压 Vπ = 8 V @ 500 GHz、3 dB 带宽：145 GHz、6 dB 带宽：310 GHz。在连续太赫兹波产生方面，基于二阶非线性差频（DFG）机制，系统实现：220–500 GHz 连续可调太赫兹输出、输出功率约 –65 dBm、最大转换效率：4.86×10⁻⁶/W（@500 GHz）（较传统薄膜铌酸锂结构提高超过10倍）。另外，团队首次展示了太赫兹波的高速光学调制：成功实现 5 GHz、35 GHz 与 65 GHz 的太赫兹信号调制，且在噪声背景下仍保持稳定侧带结构。这些指标均表明该平台突破了太赫兹系统中带宽、效率与集成度无法兼容的传统瓶颈，为片上太赫兹器件提供了前所未有的性能空间。

研究展示了太赫兹光子学从分立器件向片上系统迈进的关键一步，证明集成平台可在保持高带宽与稳定性的基础上显著降低系统复杂度。

依托薄膜铌酸锂平台的巨大潜力，团队未来计划进一步提升太赫兹产生效率，并集成片上天线、滤波器与调制链路，打造真正意义上的全光太赫兹片上系统（THz-PIC）。