集成了亚环境噪声的光子毫米波接收器
射频(RF)晶体管和接收器前端数十年来的进步已深刻影响了无线通信、遥感、导航和仪器仪表领域。6G网络对数据吞吐量的日益增长需求、定位系统的定时精度要求,以及大气传感和汽车雷达的分辨率需求,正推动接收器前端进入毫米波(mmW)和亚毫米波/太赫兹(THz)领域。然而,在这些频率下,场效应晶体管(FET)的噪声性能因寄生效应、有限的载流子迁移率、热电子和散粒噪声而迅速恶化。将电磁信号耦合到光场的参量换能器可在室温下提供量子极限灵敏度。电光材料使接收器能够将射频信号转换为光相位偏移。虽然早期演示使用了谐振器件,且最近的研究重点集中在低温微波-光量子转换上,但室温电光接收器尚未实现与其电子对应物相当的噪声系数。该研究团队展示了一种基于钽酸锂(LiTaO3)光子集成电路的室温集成腔电光毫米波接收器,具有2.5%的片上光子数转换效率,在59.33 GHz频率下实现了250 K的噪声温度——与最先进的低噪声放大器(LNA)相当。该工作首次直接解析了腔电光转换中的热噪声,表明该系统从根本上受到毫米波腔中热光子占据数(约100)的限制。该研究确立了集成光子学作为超越电子低噪声放大器的途径,同时提供对强电磁输入的卓越抗扰性和电磁干扰(EMI)免疫力,确立了腔电光学作为毫米波应用和光学域可扩展模拟处理的一种低噪声、芯片级、抗电磁干扰的接收器前端技术。



