电子科技大学张健/李沫团队 | 光子学太赫兹跳频：既要“跳得宽”，也要“跳得稳”

《光学学报（网络版）》精心策划并推出 “先进集成微波光子科学与技术”专题，首期专题文章于2026年第14期正式出版。本文为当期亮点文章。

文章来源：杨帆, 刘畅, 杨镇灿, 姜昊, 刘洋, 陈飞良, 李沫, 张健. 基于MRR滤波器高精度微扰鉴频的光子学太赫兹跳频源（特邀）[J]. 光学学报（网络版）, 2026, 3(14): 1404004

导读

6G太赫兹有望满足大型场馆、交通枢纽等高密度场景海量终端数据传输需求，但仍需借助跳频等技术增强抗干扰和防窃听能力。传统电子跳频带宽不足，光子跳频存在频率漂移缺陷。针对这一问题，电子科技大学张健、李沫团队的杨帆副研究员等人提出微环高精度微扰鉴频光子太赫兹跳频方案，利用鉴频误差信号在线监测并反馈锁定微环滤波频率，在拓展跳频带宽的同时提高动态选频的稳定性，使太赫兹跳频既能“跳得宽”，也能“跳得稳”。

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研究背景

太赫兹频段被视为6G的重要候选频段之一，其海量的可用频谱资源为扩大跳频范围和提高跳频处理增益提供了条件。所谓跳频，是指让载波按照预设序列在多个频率间快速切换该技术应用于无线通信能够增强系统的抗干扰和防窃听能力。现有跳频源主要依赖直接数字频率合成、固态倍频等电子学技术。这些方案在微波和毫米波频段已较成熟，但受器件带宽、变频损耗和相位噪声等因素制约，跳频带宽通常仅为数吉赫兹，难以覆盖太赫兹通信所需的宽频段。光子学方法利用光外差拍频，可将光域的宽带调谐能力转化为太赫兹载波的大范围频率切换。

微环谐振器（MRR）结构紧凑、选频精度高，并具有片上集成潜力，适合用作太赫兹跳频源中的动态选频器件。但微环谐振频率容易受温度和环境扰动影响，滤波中心在频道切换后可能偏离目标频率，降低跳频的准确性和稳定性。如何在线判断频偏的大小和方向，并及时校正微环滤波频率，是需要解决的关键问题。

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国内外工作进展

光子学方案为太赫兹跳频提供了新的技术路径。两束光经过光电拍频后，可以将光频差转换为太赫兹载波，并借助光域宽带调谐实现频率切换。围绕这一思路，研究人员已探索光电振荡器、光数模转换、激光非线性动力学调控、光子倍频和梳状谱整形滤波等多种方案，推动太赫兹跳频向更大的带宽和更快的切换速度发展。但是对于光学选频方案，可调滤波器能否在切换后准确对准目标频率并保持稳定，仍是影响系统性能的关键问题。

本文构建了一种基于微环谐振器（MRR）滤波选频的光子学太赫兹跳频源，如图1所示。首先产生一组等间隔排列的光频率，再由微环从中选出目标频率，并与参考光拍频产生太赫兹载波。改变微环选中的光频率，即可切换太赫兹载波。针对环境扰动容易引起微环滤波频率漂移的问题，研究团队引入微扰鉴频技术，利用可同时表征频偏大小和方向的误差信号，对微环滤波频率进行在线监测与反馈锁定，提高微环滤波器动态选频的准确性与稳定性。

图1 基于微环微扰鉴频滤波的光子学太赫兹跳频源系统

微扰鉴频工作原理如图2所示。所谓“微扰”，就是在微环原有的调谐电压上叠加一个幅度很小的单频调制信号，让微环的谐振中心在当前工作点附近轻微往返移动，相当于对工作点做一次小范围探测。微环输出经过光电转换后，系统以这个微扰信号为参考进行相干检测，只提取与微扰同频的响应，再经低通滤波得到一个直流量，这就是鉴频误差信号。微环谐振曲线两侧的斜率方向相反，因此目标光频率位于谐振中心的不同侧时，误差信号会呈现不同的正负符号；在谐振点附近，误差信号的大小随频偏近似线性变化。当目标光频率与微环谐振中心对准时，误差信号恰好过零。根据这一信号判断频偏的大小和方向，反馈调节微环电压，可以使滤波中心回到目标频率。

图2 微扰鉴频技术工作原理

图3为跳频切换原理。跳频前，系统依次扫描微环谐振器的调谐电压，找出微环滤波中心与各候选光频率准确对准时的电压，并保存频道与调谐电压之间的对应关系。随后根据预设的跳频序列调用目标频道对应的调谐电压，将微环滤波中心移到目标光频率附近，微扰鉴频会判断偏差的大小和方向，再通过反馈微调电压，使微环滤波中心准确锁定目标光频率。被选出的光频率与参考光拍频，产生目标频道的太赫兹载波。系统按跳频序列重复这一过程，完成多个太赫兹频道之间的稳定切换。

图3 基于MRR滤波器的太赫兹跳频源的跳频切换原理

研究团队构建了J频段光子学太赫兹跳频实验系统，实现了234 GHz和288 GHz之间的动态切换，跳频带宽达到54 GHz，如图4所示。该结果验证了基于MRR微扰鉴频滤波的光子学太赫兹跳频源可行性，也表明该机制可通过增加候选梳齿和建立多频点微扰鉴频扩展至更多频道。

图4 太赫兹跳频源测试结果。（a）234 GHz静态工作频谱；（b）288 GHz静态工作频谱；（c）234 GHz下变频后的时频图；（d）288 GHz下变频后的时频图

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工作展望

该研究为光子学太赫兹跳频源兼顾宽带切换与频率稳定提供了一种可行方法。未来，该方案可向更多频道和更高跳频速率扩展：增加候选光频率并完善锁定控制，可支持多频点稳定切换；优化微环滤波结构，可抑制未选频道形成的杂散信号；引入响应更快的电光调谐方式，则有望缩短频道切换时间。相关光源、滤波器和控制模块还可进一步集成，推动太赫兹跳频源向小型化、片上化发展。

团队简介

电子科技大学光电融合太赫兹研究中心（团队负责人：张健教授，李沫教授），主要从事从事电子学和光子学深度融合的光电融合毫米波太赫兹科学技术研究，中心聚焦多尺度光电融合物理机制与理论、新原理微纳电子与光电子器件、器件辐照效应及其激光模拟、毫米波太赫兹产生/辐射/检测、及其在通信/探测/遥感中的应用等重点研究方向，致力于解决器件与系统在高频率、超宽带、低噪声、大功率、微纳集成等方面的科学技术问题。

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