图 （a）Optica第9卷11期封面；（b）超构调制芯片示意图；（c）超构调制芯片实物图；（d）通信系统测试现场；（e）实测眼图

　　在国家自然科学基金项目（批准号：61931006、61921002、62101111）等资助下，电子科技大学张雅鑫教授团队与中国电子科技集团公司第十三研究所冯志红研究员团队合作在太赫兹片上高速直接调制超构芯片方面取得进展。研究成果以“基于片上双层近场耦合的太赫兹波超快调制（ Ultrafast modulation of terahertz waves using on-chip dual-layer near-field coupling）”为题，于2022年11月16日在《光学》（Optica）上正式发表，论文链接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.469461），同时该论文还被选为Optica第9卷11期封面（图a）。

　　太赫兹高速直接调制技术是发展新一代集成化、低复杂度、高速率太赫兹通信的核心关键技术。近年来虽屡有突破和进展，但对太赫兹波同时实现高速率、低插损、高调制深度的直接调制仍是太赫兹领域的一大科学难题，目前尚无基于太赫兹直接调制器件构建低复杂度通信系统的报道。

　　围绕上述难题，该研究团队提出在太赫兹微带传输电路中，将肖特基二极管电子输运、人工微结构电磁谐振与太赫兹波片上传输模式三者相互耦合，形成双层芯片结构（图b、c）。芯片上表面为双肖特基二极管与矩形开口环人工微结构嵌套的动态调控单元，下表面为太赫兹传输线结构。在调制物理过程中，太赫兹波经下表面传输线中形成的片上传输模式与上表面微结构中的电磁谐振模式发生近场耦合，通过外加电压信号控制肖特基二极管中载流子输运特性，调控近场耦合强度。在弱耦合时对传输太赫兹波表现微扰影响，在强耦合时对其进行谐振和反射，以此实现对太赫兹波的幅度高速开关键控调制。基于该方法，他们研制出调制深度大于99%（20dB）、最高单音调制速率大于32GHz、芯片封装后插损优于-7dB的太赫兹调制芯片及器件。同时，基于该调制器，构建了低复杂度太赫兹直接调制通信系统（图d），实现了25Gbps的眼图传输（图e）以及无压缩4K视频传输。该系统中，发射端的数字信号通过直接调制器加载至太赫兹载波上，接收端采用直接检波器件对调制后的太赫兹波进行幅度检测和解调，整个系统无需模拟-数字转换芯片（ADC）。

　　该研究工作是项目团队继2021年在Nature Photonics上发表关于运用片上电路结合人工微结构的超构芯片后，再次成功将超构芯片运用至太赫兹高速直接调制技术中，不仅为太赫兹高速调制技术的发展提供了新的思路，同时也为开发高性能太赫兹集成芯片开辟了一种新的设计方法。