据南开大学官网消息，近日，南开大学智能光子研究院祝宁华院士团队与香港城市大学携手，在微波光子学领域取得了重大突破。他们基于兼容CMOS工艺的4英寸薄膜铌酸锂平台，首次设计并构建了集成薄膜铌酸锂光子毫米波雷达。这一创新成果实现了高达厘米级的距离与速度探测分辨率，并在逆合成孔径雷达二维成像中达到了同样的卓越分辨率，成功突破了电子雷达低频段窄带宽的瓶颈，大幅提升了光子雷达的分辨率和集成度。

图1 光子毫米波雷达芯片车载雷达应用（来源：南开大学官网）

该研究工作以“Integrated lithium niobate photonic millimeter-wave radar”（集成薄膜铌酸锂光子毫米波雷达）为题，发表在国际顶级期刊Nature Photonics（《自然-光子学》）上。这一成果的发表，标志着微波光子雷达技术迈出了重要的一步。

研究团队通过紫外步进式光刻技术和干法刻蚀工艺的参数迭代优化，成功制备了集成倍频模块和回波去斜模块的片上光子毫米波雷达芯片。该芯片在片上高效地实现了毫米波雷达信号的生成与目标回波的处理，突破了先进制程下高速数模/模数转换器性能不足对雷达整体性能提升的限制。

图2 片上光子毫米波雷达的示意图和芯片（来源：南开大学官网）

为了验证集成薄膜铌酸锂光子毫米波雷达的测距、测速和成像性能，研究团队进行了一系列实验。他们在不同位置布置了不同数量的角铁，分析并采集了其距离谱图，展示了片上雷达的精准距离探测能力。同时，团队还利用感知运动的平衡车，验证了片上雷达的速度探测性能。此外，他们还采用转台模型，对多种目标进行了逆合成孔径雷达成像，通过不同时间段的成像采集，可以清晰观察到目标的姿态变化。

图3 光子毫米波雷达芯片实现（a）距离探测、（b）速度探测、（c）ISAR成像（来源：南开大学官网）

这项工作的显著成果是提升了现有微波光子雷达的频率、带宽和集成度，为高性能、小型化光子雷达系统树立了全新的标杆。这一创新技术有望在6G时代的车载雷达、机载雷达和智能家居等领域引发变革性应用，为公众提供更加智能、安全的生活体验。

南开大学为这项工作的第一完成单位，南开大学朱厦教授为第一作者，香港城市大学张依文博士为共同一作，南开大学祝宁华院士、香港城市大学潘裕斌教授和王骋副教授为论文的共同通讯作者。相关工作得到了国家自然科学基金、香港研究资助委员会等项目的资助。这一成果的取得，不仅展示了我国在微波光子学领域的创新能力，也为未来的科技发展和应用提供了有力的支撑。