近日，华中科技大学武汉光电国家研究中心王健教授团队与北京大学电子学院王兴军教授、舒浩文研究员团队合作，在集成光子学与光通信领域取得重要进展。相关研究成果以 Exploiting a centrally powered coherent microcomb for lightweight optical transmission 为题发表在《Nature Communications》。

随着人工智能和物联网的爆发式增长，网络边缘的数据流量呈指数级上升，这对光传输架构提出了根本性的创新需求。传统的骨干网高容量传输方案依赖于增加物理通道数量，但这往往伴随着体积庞大、功耗高昂等问题，难以满足边缘计算节点或模块化数据中心对空间和能效的严苛限制。如何实现“轻量化”且“高通量”的光传输，成为亟待解决的关键瓶颈。该研究创新性地利用集成自注入锁定暗脉冲微腔光梳作为并行光源，构建了超紧凑、高容量的光传输系统，为下一代分布式边缘计算网络提供了全新的解决方案。

传统波分复用（WDM）并行光源通常面临相干性受限和载波信噪比（OCNR）低的问题，限制了系统吞吐量的扩展。研究团队采用了一种基于自注入锁定的集成微腔光梳光源（图1），该光源将半导体激光器与高品质因子氮化硅微环谐振器直接耦合。这种设计不仅实现了约40 dB的频率噪声抑制，还确保了极高的转换效率（>60%）。实验测试表明，在C波段生成的16根梳齿线宽均低于600 Hz，单信道功率超过-10 dBm。这种兼具高相干性和高功率的并行光源，成为实现轻量化高容量传输的核心引擎。

基于这一高性能光源，研究团队探索了多维复用传输架构，以极简的资源实现了超高的传输速率。如图2所示，团队结合了WDM与空分复用（SDM）技术，利用多芯光纤（MCF）等新型光纤，在仅使用16个波长通道的情况下，实现了超过200 Tbps的聚合传输速率。相比于传统系统，该方案将波长资源需求和通道数量减少了十倍以上，且单波长单芯传输速率达到了1 Tbps。这一成果打破了依赖堆砌波长数量来提升容量的传统路径，展示了结构化光场与集成光源结合的巨大潜力。

图1. 面向边缘计算节点的轻量化传输架构概念与集成微腔光梳光源。（a）轻量化边缘计算场景示意图；（b）封装后的微腔光梳模块，体积仅约为一枚硬币大小；（c）通过集成光源和新型光纤实现WDM+SDM传输结构；（d）传输光源的发展趋势。

为了进一步满足边缘节点对设备体积的极致追求，研究团队还研发了一种芯片级并行载波发生器与发射机（图3）。该系统摒弃了体积庞大的掺铒光纤放大器（EDFA）和波长选择开关（WSS），转而采用集成的半导体光放大器（SOA）和硅基光波整形芯片。得益于SIL微腔光梳优异的初始线宽和信噪比优势，光载波能够容忍集成器件较高的插入损耗和噪声系数。该方案将系统体积缩小了100倍，同时仍能提供5 Tbps的传输容量。这标志着在极度受限的空间内实现高性能光互连成为可能。

这项研究对下一代光通信网络架构的演进具有重要意义。在基础技术层面，它验证了窄线宽（<1 kHz）对于提升单载波速率的重要性，确立了微腔光梳在高速相干通信中的核心地位。在应用层面，该成果提出的轻量化传输方案，不仅大幅降低了硬件成本和能耗，还通过多维复用技术极大地提升了频谱效率。这种“小身材、大能量”的光传输系统，有望在未来的绿色数据中心、分布式高性能计算集群以及智能边缘网络中发挥关键作用，推动光互连技术向更紧凑、更高效的方向发展。

图2. 基于微腔光梳的多维复用光传输性能展示。(a) 利用SDM技术在节点和数据中心之间进行传输； (b) 24芯MCF间串扰；(c) 通过24芯MCF实现通信容量超过200Tbps；(d) LP模式和OAM模式相互串扰；(e) (f) 7% HD-FEC 阈值下的LP和OAM 模式MDM传输。

图3. 高度集成的发射机演示。(a) 轻型发射机方案；(b) 发端模块实物图；(c) SiPh集成波形整形芯片的显微照片；(d) 各个光梳线的固有线宽特性；(e) 40Gbaud DP-16QAM 信号WDM传输结果；(f) 频率噪声的功率谱密度；(g) 两个SOA或EDFA在2dBm输出功率下引起的OCNR-OSNR衰减。

该研究于2025年12月29日发表在《Nature Communications》上，华中科技大学武汉光电国家研究中心和光学与电子信息学院为论文第一单位，博士生韩君豪、颜国锋、李康、沈碧涛以及舒浩文研究员为论文的共同第一作者，华中科技大学王健教授、北京大学王兴军教授和舒浩文研究员为论文的共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

全文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67603-w