在全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型加速推進(jìn)的背景下，光子毫米波技術(shù)作為微波光子學(xué)領(lǐng)域的前沿突破，正從實(shí)驗(yàn)室走向規(guī)模化應(yīng)用，成為6G通信、智能駕駛、低空經(jīng)濟(jì)等戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵使能技術(shù)。這項(xiàng)融合光子學(xué)高精度特性與毫米波高頻段優(yōu)勢的交叉學(xué)科技術(shù)，不僅革新了傳統(tǒng)信號處理范式，更在物理層構(gòu)建了“高速連接”與“精準(zhǔn)感知”的雙重能力，為未來信息社會奠定技術(shù)基石。

    一、技術(shù)原理：光子學(xué)與毫米波的深度融合創(chuàng)新
    光子毫米波技術(shù)突破了傳統(tǒng)電子學(xué)框架，通過光子學(xué)手段實(shí)現(xiàn)毫米波信號的生成、調(diào)制與處理。其核心原理基于光外差效應(yīng)：利用兩臺波長穩(wěn)定的激光器產(chǎn)生頻率差為目標(biāo)毫米波頻率的光信號，經(jīng)光耦合器混合后由高靈敏度光電探測器轉(zhuǎn)換，通過拍頻效應(yīng)直接生成純凈的毫米波電信號（如下圖）。相較于電子器件受限的30-100GHz處理能力，該技術(shù)可支持300GHz以上超寬帶信號生成，且相位噪聲降低兩個數(shù)量級，從根本上解決了電子瓶頸問題。
    技術(shù)優(yōu)勢集中體現(xiàn)在三個維度：
    1.帶寬性能躍升：基于光子集成電路（PIC）的信號處理能力，可實(shí)現(xiàn)百GHz級瞬時帶寬，較5G提升10倍以上，滿足全息通信、元宇宙等未來場景的Tbps級傳輸需求；
    2.感知精度突破：短波長特性結(jié)合光載信號的高相位穩(wěn)定性，使距離分辨率達(dá)厘米級，速度測量精度提升至0.1m/s，在復(fù)雜環(huán)境下的抗多徑干擾能力增強(qiáng)40%；
    3.系統(tǒng)集成優(yōu)化：薄膜鈮酸鋰（TFLN）等新型材料平臺支持單芯片集成激光器、調(diào)制器與信號處理模塊，器件尺寸縮小至傳統(tǒng)方案的1/10，功耗降低80%，為移動終端與嵌入式設(shè)備提供微型化解決方案。

    二、應(yīng)用拓展：從通信到感知的全領(lǐng)域賦能
    （一）6G通信：構(gòu)建通感一體化網(wǎng)絡(luò)基石
    在6G技術(shù)架構(gòu)中，光子毫米波承擔(dān)“頻譜擴(kuò)展”與“功能融合”雙重使命。其30-300GHz頻段的豐富頻譜資源可支撐單鏈路4Tbps峰值速率，滿足AR/VR實(shí)時交互、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)海量連接需求。中興通訊研發(fā)的6G通感一體化基站，通過光子毫米波技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信信號與感知信號的共頻帶傳輸，基站在傳輸數(shù)據(jù)的同時，可構(gòu)建半徑500米內(nèi)的三維高精度環(huán)境地圖，為低空無人機(jī)群協(xié)同導(dǎo)航提供厘米級定位服務(wù)，推動“通信即感知”（C&S）技術(shù)落地。
    （二）智能駕駛：突破環(huán)境感知技術(shù)瓶頸
    傳統(tǒng)電子毫米波雷達(dá)在100GHz以上頻段面臨器件非線性失真與噪聲惡化問題，而光子毫米波雷達(dá)憑借光生信號的低相位噪聲特性，在200-300GHz頻段實(shí)現(xiàn)超寬帶信號輸出，將距離分辨率提升至2厘米，角度測量精度達(dá)0.5°。光迅科技開發(fā)的磷化銦（InP）雷達(dá)發(fā)射模塊，已通過AEC-Q100車規(guī)認(rèn)證，2024年起為新能源車企批量供貨，單套系統(tǒng)可支持192通道相控陣天線，實(shí)現(xiàn)全天候高分辨成像，助力自動駕駛從L2+向L4級跨越。
    （三）新興領(lǐng)域：開啟低空經(jīng)濟(jì)與工業(yè)檢測新空間
    在低空交通領(lǐng)域，鋮昌科技的毫米波相控陣T/R芯片與光子集成技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)256通道陣列的片上集成，為無人機(jī)避障雷達(dá)提供重量小于100g的微型化方案，支撐城市空中交通（UAM）的安全運(yùn)行；農(nóng)業(yè)場景中，華測導(dǎo)航的無人農(nóng)機(jī)系統(tǒng)搭載光子毫米波雷達(dá)后，農(nóng)田作業(yè)定位精度達(dá)3厘米，結(jié)合差分GPS實(shí)現(xiàn)“厘米級播種”，推動精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的規(guī)模化應(yīng)用。工業(yè)檢測領(lǐng)域，其穿透性可對航空航天復(fù)合材料內(nèi)部缺陷進(jìn)行0.1mm級成像，檢測效率較傳統(tǒng)超聲技術(shù)提升3倍。

    三、發(fā)展現(xiàn)狀：科研突破與產(chǎn)業(yè)落地的雙向驅(qū)動
    當(dāng)前技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)“基礎(chǔ)研究深化”與“工程應(yīng)用加速”的良性互動格局。科研層面，南開大學(xué)聯(lián)合香港城市大學(xué)研發(fā)的4英寸薄膜鈮酸鋰光子雷達(dá)芯片，首次在單一芯片上集成倍頻模塊與回波去斜模塊，實(shí)現(xiàn)120GHz信號的全光處理，距離測量誤差小于1厘米，相關(guān)成果入選2025年《光子學(xué)研究》封面論文。產(chǎn)業(yè)生態(tài)方面，我國已形成“材料-芯片-器件-系統(tǒng)”完整產(chǎn)業(yè)鏈：上游光迅科技、中際旭創(chuàng)在InP/硅光芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)突圍；中游華工科技、大族激光完成光子毫米波器件的自動化封裝；下游華為、中興通訊在6G基站、車載雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)場景驗(yàn)證，2024年冬奧會期間已完成場館周邊低空目標(biāo)監(jiān)測與高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)驗(yàn)證。
    然而，規(guī)?；瘧?yīng)用仍面臨多重挑戰(zhàn)：
    1.工藝制程瓶頸：TFLN材料的納米級刻蝕精度（需達(dá)到50nm以下）與器件良品率（當(dāng)前約60%）待提升，車規(guī)級芯片的百萬片量產(chǎn)能力尚需3-5年培育；
    2.成本優(yōu)化壓力：單套光子毫米波雷達(dá)系統(tǒng)成本約2000美元，較傳統(tǒng)電子方案高3倍，需通過硅光集成技術(shù)與自動化產(chǎn)線降低材料與封裝成本；
    3.標(biāo)準(zhǔn)體系缺失：高頻段頻譜分配（如24.25-29.5GHz、37-43.5GHz）的國際協(xié)調(diào)進(jìn)展緩慢，電磁輻射安全限值、數(shù)據(jù)接口協(xié)議等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)亟待建立。

    四、戰(zhàn)略價值：定義新質(zhì)生產(chǎn)力的競爭高地
    光子毫米波技術(shù)的發(fā)展不僅是單一技術(shù)的迭代，更是未來信息基礎(chǔ)設(shè)施的底層重構(gòu)。在6G時代，其支撐的“空天地一體化”通信網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)全域無縫覆蓋；在智能網(wǎng)聯(lián)領(lǐng)域，高精度感知能力推動“車-路-云”協(xié)同走向縱深；在低空經(jīng)濟(jì)中，其構(gòu)建的立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)為飛行器安全運(yùn)行提供保障。隨著全球主要經(jīng)濟(jì)體加速布局微波光子學(xué)產(chǎn)業(yè)（美國DARPA啟動“下一代太赫茲通信”計劃，歐盟推進(jìn)“PHORUS”光子雷達(dá)研發(fā)項(xiàng)目），我國憑借政策扶持（工信部頻譜規(guī)劃）與產(chǎn)學(xué)研協(xié)同優(yōu)勢，已在部分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)領(lǐng)跑。
    站在技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的臨界點(diǎn)，需聚焦材料工藝創(chuàng)新、成本管控與標(biāo)準(zhǔn)制定，推動技術(shù)從“樣品”走向“商品”。當(dāng)光子毫米波技術(shù)突破規(guī)模應(yīng)用瓶頸，其帶來的將不僅是通信速率的數(shù)量級提升，更是人類對物理世界認(rèn)知能力的維度拓展——從厘米級的工業(yè)檢測到千米級的空域監(jiān)測，從平面通信到立體感知，這項(xiàng)技術(shù)正以“光電融合”的獨(dú)特路徑，引領(lǐng)第四次工業(yè)革命的感知與連接革命。
 
    光子毫米波技術(shù)的演進(jìn)，標(biāo)志著信息技術(shù)從電子主導(dǎo)時代向光子-電子融合時代的跨越。在數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長的未來，這項(xiàng)技術(shù)將成為支撐智能社會運(yùn)行的“數(shù)字神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，其影響或?qū)⒊絾我患夹g(shù)范疇，重塑產(chǎn)業(yè)競爭格局與人類生活方式。隨著科研攻堅與產(chǎn)業(yè)生態(tài)的成熟，我們正見證一個“更智能、更互聯(lián)、更精準(zhǔn)”的未來徐徐展開。