项目名称： 面对宽带泛在接入的微波光子器件与集成系统基础讨论首席科学家： 纪越峰 北京邮电大学起止年限： 2025.1-2025.8依托部门： 教育部一、关键科学问题及讨论内容1、关键科学问题围绕“宽带泛在接入”的国家重大需求，针对所面临的“高频宽带微波与光波相互线性高效的能量转换、基于光子技术的微波信号传输与精细灵活的调控、分布式天线系统中微波光波资源的高效利用与动态管理”三大挑战，本项目凝炼并拟解决以下三个关键科学问题。（1）关键科学问题之一：微波和光波高效线性转换与高性能集成器件的形成机理要实现微波与光波能量的高效线性转换，必须提高微波与光波相互作用的效率。微波与光波的相互作用是通过介质中非线性极化来完成的，两者的相互作用效率与作用系数和光场与电场重叠积分因子的乘积成正比关系。这一关系揭示出相互作用效率涉及二个因素，也是难点所在。其一是作用系数，分析半导体材料内载流子的相互作用过程可以发现，关键在于载流子输运过程的速度、载流子寿命与光子寿命等关键参数必须得到优化来增强效应和提高速度，以满足高性能微波光子器件的要求。其难点在于需要揭示半导体材料、器件结构、能带结构与微波光波能量相互传递的内在关联规律及高效、高速响应的机理。其二是光场与电场重叠积分因子，由于微波和光波的频率相差很大，两者在介质中的介电常数/折射率差别较大，导致两者在介质中的传播速度失配严重，同时微波和光波的模场尺寸也严重失配。在高速条件下相互作用时间短，难以实现高效转换。因此，本项目将这一挑战凝炼为第一个关键科学问题，即微波和光波高效线性转换与高性能集成器件的形成机理。围绕这一科学问题，本项目将深化讨论新的光学和电学结构,探究微波光子新材料，提高有源区内相互作用强度与速度，并将电场和光场高效局限在器件有源区，获得电场和光场在空间和时间上的高度交叠，从而提高微波和光波的相互作用效率。通过解决这一科学问题，将为实现微波和光波的高效转换，并形成高性能微波光子集成器件提供坚实的理论基础。（2）关键科学问题之二：非线性条件下光域微波信号的超精细调控方法传统数字光信号处理是通过超快光学非线性来实现光开关与光逻辑等数字信号处理功能，而面对微波信号的模拟光信号处理则完全不同，它的本质是将电域上“超宽带微波信号处理问题”转化为“光域上的窄带模拟信号处理问题”。由于光波频率比微波高 3-5 个数量级，光载微波信号的处理实际上是超窄带模...
