2025年2月25日，電子學院常林研究員團隊與中國科學院空天信息研究院李王哲研究員課題組合作，在Nature Electronics雜志在線發表了題為“Microcomb-synchronized optoelectronics”的研究文章，在世界上首次實現了光子芯片時鐘在信息系統中的應用。該技術基于可量產的超低損耗氮化硅光子芯片，通過光學頻率梳生成了高精度、低噪聲的時鐘信號，突破了傳統電子芯片在時鐘帶寬、能耗和噪聲等方面的性能瓶頸，為未來超高速芯片的發展提供了重要解決方案。
 

　　在當今信息時代，電子系統對高速與寬帶性能的需求呈爆發式增長。傳統電子技術生成高頻信號時問題重重，帶寬窄、信號易失真、功耗高。在光電子系統里，光學合成信號和電子時鐘的頻率嚴重不匹配，導致同步困難。這不僅降低處理精度，還減慢信息傳輸速度。雖然之前也有同步策略，可大多需要額外硬件和復雜操作，難以廣泛應用。為攻克這些難題，研究團隊聯合研發出基于片上微梳的振蕩器，用于光電子系統同步。該振蕩器結合集成超高Q值諧振器的微梳和自注入鎖定技術，能合成覆蓋從兆赫茲到105GHz的微波信號，給系統提供共享時頻參考，讓光學和電子信號自然同步。
 

　　研究團隊進一步展示了基于該芯片的多波段通感一體系統，通過單一芯片實現了5G、6G、毫米波雷達等不同電磁波波段的多種功能，并可在傳感和通信兩種模式間靈活切換。這一創新設計不僅簡化了硬件結構，還大幅降低了系統的復雜性和成本。該系統實現了厘米級別的感知精度，和調制格式高達256-QAM的6G通信。
 

光電系統時頻同步策略
 

　　未來，這項技術有望在多個領域得到廣泛應用。例如，在處理器芯片中，該方案可以將時鐘頻率提升至100G以上，提供遠超目前芯片的算力；在手機基站中，它可以顯著降低設備的能耗和成本；在自動駕駛領域，毫米波雷達的集成化設計將有助于提升感知精度和響應速度。該技術的突破將為通信和感知領域帶來革命性的變化，推動相關行業的快速發展。
 

　　該論文的共同第一作者為北京大學電子學院博士后張祥鵬、博士研究生張緒光和陳玉君。常林、李王哲和加州大學圣巴巴拉分校John E. Bowers教授為論文的共同通訊作者。主要合作者還有北京大學電子學院王興軍教授，胡薇薇教授，博士后勞成昊，博士研究生周子璇、黃佳輝，加州大學圣巴巴拉分校Warren Jin博士，中國科學院空天信息研究院董婧雯副研究員、馬尉超副研究員和劉宸鈺一級助理研究員。該工作由北京大學電子學院區域光纖通信網與新型光通信系統國家重點實驗室作為第一單位完成。