原創 狐梨 光電匯OESHOW 

2025年04月23日 17:31 上海

未來的某一天：清晨7點，你戴著AR眼鏡查看實時翻譯的英文新聞，6G網速讓手機里下載的數十部4K電影僅用幾分鐘就已完成；無人駕駛的汽車正在復雜的路況和極端天氣下也能平穩行駛；抬頭能發現“空中飛的”正在安全接送乘客告別地面擁堵......

這些看似只存在于未來的科幻場景，其實正與一種名為“光子毫米波”的黑科技息息相關。接下來，讓我們在3分鐘內，一探究竟。

一、當光子遇上毫米波：原理大揭秘

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概念解讀

官方一點的說法來看，光子毫米波技術與傳統毫米波依賴電子元器件不同，是一門運用光子學（如激光調制、光頻梳等）方法來生成、調制與處理毫米波信號的技術，隸屬于微波光子學這一新興的交叉學科。

毫米波，其頻率范圍處于30 GHz至300 GHz之間，波長在1 mm到10 mm區間，這一特性使其兼具微波與光波的部分特質。而光子毫米波技術則巧妙地將光子學的高精度、高帶寬特性，與毫米波的短波長、強穿透性優勢相結合，實現對目標的高精度探測、感知、成像以及通信等功能?？梢哉f，它就像為現代科技賦予了一雙“透視之眼”，能捕捉到傳統技術難以企及的細微信息。

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工作原理

光子毫米波技術通常包含：激光器、調制器、光電探測、光學濾波器、光子集成電路（PIC）、毫米波天線、放大器以及混頻器等關鍵器件組成。其工作的基本邏輯如下：

（1）信號生成機制

用于毫米波信號的光學方法常有光外差法、光倍頻法、諧波生成法、以及較新的光注入鎖定法等。其中，光學外差法生成的毫米波信號頻率很高并連續可調，在實際場景中常被廣泛使用。其原理將兩個具有固定頻率的激光器輸出的光波之間的頻率差則為所需毫米波信號的頻率，兩個光波進行耦合后被用一個光電探測器所接收，在探測器上進行混頻后，所輸出的電信號就是所需的毫米波信號（通常為保證毫米波信號的純凈度，常使用濾波器對輸出信號濾波處理。）其原理可見圖1所示。

圖1 光外差法生成毫米波信號原理圖 來源《光外差法產生微波（毫米波）信號的研究》

（2）信號發射與接收流程

生成的毫米波信號通過天線發射至外界，當信號遇到目標后發生反射，接收端利用光子學器件捕獲這些反射信號。例如，采用高靈敏度的光電探測器，將反射回來的毫米波信號轉換為光信號，以便后續進行處理。

（3）信號處理技術

依靠光子集成電路（PIC）和數字信號處理技術，提取目標信息并生成高分辨率圖像或點云。光子集成電路能將各類光學器件集成在一塊芯片上，實現信號處理的小型化與高效化。在數字信號處理過程中，運用快速傅里葉變換（FFT）對信號進行頻譜分析，通過合成孔徑雷達（SAR）算法提升成像分辨率，還可以借助機器學習與深度學習技術，實現對目標的精準識別與分類。

二、光子毫米波大顯身手：多場景應用

毫米波具有更短的工作波長，可以有效減小器件及系統的尺寸，并且在探測、感知成像方面將擁有更高的分辨率；其次，毫米波有著豐富的頻譜資源，可以勝任未來超高速通信的需求。雖說存在成本高昂的缺點，但近年來, 隨著毫米波關鍵器件成本的不斷降低，性能的不斷提高，毫米波在各個領域的應用可謂是風生水起。

目前基于毫米波頻段的應用主要體現在毫米波通信、毫米波成像及毫米波雷達等方面。以第5代移動通信、軌道安檢、汽車自動駕駛等民用技術為應用典型，毫米波已被廣泛應用于人們日常生活的方方面面。而光子毫米波作為傳統毫米波的升級“PLUS”版，具有更大的帶寬、更高的頻率、更強的穩定性及更小的器件尺寸等顯著優勢，有望在更快數據傳輸、更高精度感知等領域大展身手。

三、光子毫米波發展進度條：科研與市場

光子毫米波技術當前處于快速發展階段。中國通過政策扶持（如工信部頻譜規劃）和產業鏈協同（產學研平臺），已在智能交通、6G通信、工業檢測等領域開展應用測試，冬奧會等場景完成技術驗證。該技術正從實驗室向規模化商用過渡，成為5G+/6G、自動駕駛、低空經濟等戰略產業的關鍵支撐。

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科研新進展

近期，大家似乎都被這一則科研消息刷屏了吧：2025年初，南開大學與香港城市大學聯手，研發出薄膜鈮酸鋰（TFLN）光子毫米波雷達芯片，在光子毫米波技術領域邁出關鍵一步。TFLN被譽為“光學硅”，因其高性能電光調制的特性，能將信號處理速度提升至傳統電子芯片的10倍，功耗卻降低80%。該芯片基于兼容 CMOS 工藝的 4 英寸薄膜鈮酸鋰平臺設計，實現了厘米級距離與速度探測分辨率，在逆合成孔徑雷達（ISAR）二維成像方面精度卓越。團隊通過優化制備技術，在尺寸僅只有指甲蓋大小的單一芯片上，集成了倍頻模塊和回波去斜模塊，完成了高效的毫米波雷達信號產生、處理和接收。

在傳感性能方面，傳統毫米波雷達受電子元器件的限制，始終難以在更高頻段（如100 GHz以上）進行高效的信號處理，從而限制了其分辨率和抗干擾能力。而光子毫米波雷達則能夠生成超過300 GHz頻段的超寬帶信號，極大地提升了距離和速度的分辨率。其光載毫米波的相位穩定性更高，從而能夠有效減少環境噪聲的影響并提升抗干擾能力。此外，光子芯片與毫米波天線的融合，使得設備便于小型化，更適合于車載、無人機等復雜應用場景。

除了在實驗室大放異彩，在工業化市場上也開始逐步實現量產。

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市場化進程

隨著智能駕駛和低空經濟崛起，融合光子技術的毫米波雷達正成為產業鏈升級核心環節。國內企業在芯片設計、農機導航、6G通信等環節形成技術閉環，加速市場化進程，展現出在全球新質生產力競爭中的獨特優勢。

光迅科技：作為國內光芯片領軍企業，目前開發基于磷化銦（InP）的光子毫米波雷達發射模塊，已通過車規級認證，2024年量產交付某頭部車企，預計這一單就能帶來超過3億元的營收。

鋮昌科技：專注于毫米波相控陣T/R芯片的研發，與光子技術結合實現超大規模陣列集成，所研發產品適配低空無人機避障雷達。

華測導航：推出集成光子毫米波雷達的無人農機導航系統，定位精度達厘米級，該產品中標農業農村部智慧農業試點項目。

中興通訊：通過子公司中興創投參投光子雷達初創企業，布局 6G 通感一體化基站，預計2025年完成技術驗證......

四、光子毫米波也有弱點：存在問題和挑戰

光子毫米波技術雖然前景應用廣泛，科研空間廣闊，也正因如此，機遇與挑戰均并存。

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工藝集成問題

盡管有像薄膜鈮酸鋰等新材料和集成工藝的進展，但要實現大規模量產，仍需進一步提升薄膜鈮酸鋰等材料的刻蝕精度和器件制造的良品率。同時，如果想要追求更高的集成度和更小的器件尺寸，面臨著材料兼容性、工藝復雜度和散熱等諸多問題。

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成本與市場

光子毫米波技術用到的關鍵器件，像激光器、光子晶體這類器件，價格不菲，導致整個技術系統的研發和生產成本和低廉的傳統技術還存在差距。另外光子毫米波技術屬于新技術，市場周期化進程較長。雖然有很多應用場景，企業想把它推廣出去，給產品找好定位，就像在迷霧里走路，得花費不少功夫。

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行業標準缺失

隨著光子毫米波技術在通信、雷達這些領域越來越活躍，高頻段毫米波的頻譜資源分配成為主要難題，需要全球一起商量著來規劃管理，在數據隱私保護、電磁輻射安全這些方面，制定行業標準也要趕緊提上日程，避免數據隱私泄露的風險。

結語

在這個數據洪流奔涌的時代，光子毫米波技術就像打通任督二脈的武林高手，既繼承了光通信的大帶寬優勢，又兼具毫米波的靈活特性。當這項技術走出實驗室，它帶來的不僅是網速的數量級提升，更將重構人類感知世界的維度。