主编推荐 | 大规模三维光电集成模块，为微波光子相控阵提供小型化新路径

Chinese Optics Letters 2026年第4期Editors’ Pick:

Linyi Li, Zeping Zhao, Man Chen, Tianyu Yang, Lei Cao, Jianguo Liu, Yucheng Wu, "Research on large-scale three-dimensional optoelectronic integration modules for microwave photonic phased array applications," Chin. Opt. Lett. 24, 042502 (2026) 

该研究以微波光子相控阵雷达系统的高密度集成与宽带高精度探测为目标，提出了一种能实现大规模光电集成的三维混合集成结构。该结构在极其紧凑的空间中实现了光与电的一体化封装，芯片与驱动控制的高密度互联，为小型化密集成微波光子收发模块提供了可行方案。同时该结构可实现阵列化扩展排布，在相控阵雷达系统的应用中展现了宽带高精度的检测能力，为多波束相控阵系统的工程化应用奠定了技术基础。

传统射频相控阵难以实现对宽带信号的高效处理。微波光子相控阵系统通过光域信号处理可支持数千兆赫的瞬时带宽，显著提高了目标检测分辨率和识别能力。同时灵活敏捷的波束扫描能够在高速移动目标之间实现定向通信，并保持跟踪精度。

目前现有的收发模块普遍采用分立器件或平面集成架构，依靠射频与低频连接器实现器件间互连，不仅造成模块体积偏大、结构松散，也显著限制了集成密度提升，难以满足相控阵系统小型化、高集成度的发展要求。模块大多局限于单波段单通道设计，带宽覆盖与通道数量难以支撑多波段信号处理与大规模阵列系统应用。且相关研究多仅完成模块级性能测试，缺少面向实际雷达场景的相控阵系统性能验证，工程实用性与系统级应用价值明显不足。

为解决上述问题，中国科学院半导体研究所刘建国研究员团队研制了一种大规模三维光电集成模块，在极小空间内实现了大量核心组件的高密度堆叠与互连。基于该模块构建的相控阵雷达系统，实现大角度波束扫描，并在多个典型频段获得了窄波束宽度，验证了其在宽带高精度检测能力方面的出色性能。相关成果发表在Chinese Optics Letters 2026年第24卷第4期。

该工作提出了一种三维混合集成结构，基于该结构的多通道微波光子收发模块如图1所示，每个通道由光模块、微波功能电路、光与电的控制电路四个核心部分组成；采用了三维混合集成技术，在有限体积内完成上百颗芯片与功能电路的高密度堆叠与互连。基于该模块的相控阵雷达系统覆盖S-Ku波段，可实现多波段收发与幅相控制，展现出优异的系统级波束成形与探测性能。

图1 12通道微波光子发射/接收模块示意图。每个通道由四个核心部分组成，包括光模块、微波功能电路、光与电的控制电路。为实现模块小型化，提出了一种三维混合集成结构，第一层是微波功能电路，第二层是电的控制电路，第三层是光模块和光的控制电路

实验结果表明，大规模三维光电集成模块在宽波段、高增益、高集成度方面展现出优势，应用该模块搭建的微波光子相控阵雷达系统表现出大角度、高精度的扫描能力。该工作将三维混合集成技术与微波光子相控阵设计紧密结合，为高密度光电系统在雷达领域的实用化提供了可行范例，有望引导后续研究在宽带调控、规模扩展和体积压缩等方面寻找更优的工程路径。未来，团队将继续深耕微波光子相控阵领域，致力于推动微波光子技术在机载、无人平台相控阵雷达等系统中的落地与应用。

作者简介

刘建国

中国科学院半导体研究所

主要研究方向：光通信，微波光子学，信息用激光器及模块化集成技术

刘建国，中国科学院半导体研究所研究员，杰青，国家级专家，是高性能光电子器件集成与创新应用领域领军人才之一。发表学术论文120余篇，获授权发明专利100余项，出版专著2部，组织撰写并由电子四院发布标准草案8份，获国家发明二等奖、军队一等奖、光学工程学会一等奖，研究成果被相关部委3次遴选为要训上报中央机关。主要研究方向为光通信，微波光子学，信息用激光器及模块化集成技术。