未来的某一天：清晨7点，你戴着AR眼镜查看实时翻译的英文新闻，6G网速让手机里下载的数十部4K电影仅用几分钟就已完成；无人驾驶的汽车正在复杂的路况和极端天气下也能平稳行驶；抬头能发现“空中飞的”正在安全接送乘客告别地面拥堵......

　　这些看似只存在于未来的科幻场景，其实正与一种名为“光子毫米波”的黑科技息息相关。接下来，让我们在3分钟内，一探究竟。

　　官方一点的说法来看，光子毫米波技术与传统毫米波依赖电子元器件不同，是一门运用光子学（如激光调制、光频梳等）方法来生成、调制与处理毫米波信号的技术，隶属于微波光子学这一新兴的交叉学科。

　　毫米波，其频率范围处于30 GHz至300 GHz之间，波长在1 mm到10 mm区间，这一特性使其兼具微波与光波的部分特质。而光子毫米波技术则巧妙地将光子学的高精度、高带宽特性，与毫米波的短波长、强穿透性优势相结合，实现对目标的高精度探测、感知、成像以及通信等功能。可以说，它就像为现代科技赋予了一双“透视之眼”，能捕捉到传统技术难以企及的细微信息。

　　光子毫米波技术通常包含：激光器、调制器、光电探测、光学滤波器、光子集成电路（PIC）、毫米波天线、放大器以及混频器等关键器件组成。其工作的基本逻辑如下：

　　用于毫米波信号的光学方法常有光外差法、光倍频法、谐波生成法、以及较新的光注入锁定法等。其中，光学外差法生成的毫米波信号频率很高并连续可调，在实际场景中常被广泛使用。其原理将两个具有固定频率的激光器输出的光波之间的频率差则为所需毫米波信号的频率，两个光波进行耦合后被用一个光电探测器所接收，在探测器上进行混频后，所输出的电信号就是所需的毫米波信号（通常为保证毫米波信号的纯净度，常使用滤波器对输出信号滤波处理。）其原理可见图1所示。

　　图1 光外差法生成毫米波信号原理图 来源《光外差法产生微波（毫米波）信号的研究》

　　生成的毫米波信号通过天线发射至外界，当信号遇到目标后发生反射，接收端利用光子学器件捕获这些反射信号。例如，采用高灵敏度的光电探测器，将反射回来的毫米波信号转换为光信号，以便后续进行处理。

　　依靠光子集成电路（PIC）和数字信号处理技术，提取目标信息并生成高分辨率图像或点云。光子集成电路能将各类光学器件集成在一块芯片上，实现信号处理的小型化与高效化。在数字信号处理过程中，运用快速傅里叶变换（FFT）对信号进行频谱分析，通过合成孔径雷达（SAR）算法提升成像分辨率，还可以借助机器学习与深度学习技术，实现对目标的精准识别与分类。

　　毫米波具有更短的工作波长，可以有效减小器件及系统的尺寸，并且在探测、感知成像方面将拥有更高的分辨率；其次，毫米波有着丰富的频谱资源，可以胜任未来超高速通信的需求。虽说存在成本高昂的缺点，但近年来, 随着毫米波关键器件成本的不断降低，性能的不断提高，毫米波在各个领域的应用可谓是风生水起。

　　目前基于毫米波频段的应用主要体现在毫米波通信、毫米波成像及毫米波雷达等方面。以第5代移动通信、轨道安检、汽车自动驾驶等民用技术为应用典型，毫米波已被广泛应用于人们日常生活的方方面面。而光子毫米波作为传统毫米波的升级“PLUS”版，具有更大的带宽、更高的频率、更强的稳定性及更小的器件尺寸等显著优势，有望在更快数据传输、更高精度感知等领域大展身手。

　　光子毫米波技术当前处于快速发展阶段。中国通过政策扶持（如工信部频谱规划）和产业链协同（产学研平台），已在智能交通、6G通信、工业检测等领域开展应用测试，冬奥会等场景完成技术验证。该技术正从实验室向规模化商用过渡，成为5G+/6G、自动驾驶、低空经济等战略产业的关键支撑。

　　近期，大家似乎都被这一则科研消息刷屏了吧：2025年初，南开大学与香港城市大学联手，研发出薄膜铌酸锂（TFLN）光子毫米波雷达芯片，在光子毫米波技术领域迈出关键一步。TFLN被誉为“光学硅”，因其高性能电光调制的特性，能将信号处理速度提升至传统电子芯片的10倍，功耗却降低80%。该芯片基于兼容 CMOS 工艺的 4 英寸薄膜铌酸锂平台设计，实现了厘米级距离与速度探测分辨率，在逆合成孔径雷达（ISAR）二维成像方面精度卓越。团队通过优化制备技术，在尺寸仅只有指甲盖大小的单一芯片上，集成了倍频模块和回波去斜模块，完成了高效的毫米波雷达信号产生、处理和接收。

　　在传感性能方面，传统毫米波雷达受电子元器件的限制，始终难以在更高频段（如100 GHz以上）进行高效的信号处理，从而限制了其分辨率和抗干扰能力。而光子毫米波雷达则能够生成超过300 GHz频段的超宽带信号，极大地提升了距离和速度的分辨率。其光载毫米波的相位稳定性更高，从而能够有效减少环境噪声的影响并提升抗干扰能力。此外，光子芯片与毫米波天线的融合，使得设备便于小型化，更适合于车载、无人机等复杂应用场景。

　　随着智能驾驶和低空经济崛起，融合光子技术的毫米波雷达正成为产业链升级核心环节。国内企业在芯片设计、农机导航、6G通信等环节形成技术闭环，加速市场化进程，展现出在全球新质生产力竞争中的独特优势。

　　光迅科技：作为国内光芯片领军企业，目前开发基于磷化铟（InP）的光子毫米波雷达发射模块，已通过车规级认证，2024年量产交付某头部车企，预计这一单就能带来超过3亿元的营收。

　　铖昌科技：专注于毫米波相控阵T/R芯片的研发，与光子技术结合实现超大规模阵列集成，所研发产品适配低空无人机避障雷达。

　　华测导航：推出集成光子毫米波雷达的无人农机导航系统，定位精度达厘米级，该产品中标农业农村部智慧农业试点项目。

　　中兴通讯：通过子公司中兴创投参投光子雷达初创企业，布局 6G 通感一体化基站，预计2025年完成技术验证......

　　光子毫米波技术虽然前景应用广泛，科研空间广阔，也正因如此，机遇与挑战均并存。

　　尽管有像薄膜铌酸锂等新材料和集成工艺的进展，但要实现大规模量产，仍需进一步提升薄膜铌酸锂等材料的刻蚀精度和器件制造的良品率。同时，如果想要追求更高的集成度和更小的器件尺寸，面临着材料兼容性、工艺复杂度和散热等诸多问题。

　　光子毫米波技术用到的关键器件，像激光器、光子晶体这类器件，价格不菲，导致整个技术系统的研发和生产成本和低廉的传统技术还存在差距。另外光子毫米波技术属于新技术，市场周期化进程较长。虽然有很多应用场景，企业想把它推广出去，给产品找好定位，就像在迷雾里走路，得花费不少功夫。

　　随着光子毫米波技术在通信、雷达这些领域越来越活跃，高频段毫米波的频谱资源分配成为主要难题，需要全球一起商量着来规划管理，在数据隐私保护、电磁辐射安全这些方面，制定行业标准也要赶紧提上日程，避免数据隐私泄露的风险。

　　在这个数据洪流奔涌的时代，光子毫米波技术就像打通任督二脉的武林高手，既继承了光通信的大带宽优势，又兼具毫米波的灵活特性。当这项技术走出实验室，它带来的不仅是网速的数量级提升，更将重构人类感知世界的维度。

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