日本團隊以孤子微光梳技術創無線傳輸紀錄：560 GHz 頻段達 112 Gbps，奠定 6G 通訊基礎

6G 無線傳輸再破紀錄

6G 無線數據傳輸的競賽剛刷新了一項重要速度里程碑。日本研究團隊開發出一套以微光梳驅動的太赫茲（THz）無線通訊系統，在 560 GHz 頻段達成高達 112 Gbps（Gigabits per second）的數據傳輸速率。

這項技術成功克服了傳統電子元件在超過 350 GHz 後面臨的功率衰減與雜訊限制，為未來 6G 網路及超高速行動回程鏈路（mobile backhaul）打下堅實基礎。

日本德島大學（Tokushima University）的安井武史教授（Prof. Takeshi Yasui）表示：「這項成果代表邁向實用化 6G 無線系統與超高速行動回程鏈路的重大一步。」

突破電子元件的物理極限

工程師們長期致力於打造下一代超高速無線網路，但卻遇到了難以跨越的瓶頸。要實現 6G 承諾的極高數據速率，數據必須搭載在超高頻的太赫茲波上傳輸。然而，傳統電子元件在被推向如此極端的頻率時便會力不從心。

當頻率攀升超過 350 GHz，電子訊號的功率急遽衰減，並被大量「相位雜訊」（phase noise）所淹沒——這就像是數位世界中令人目眩的暴風雪。

透過整合先進光子學技術與高階數據調變技術，研究團隊達成了歷史性里程碑：首次在 420 GHz 以上頻段實現 100 Gbps 等級的無線傳輸。

具體而言，他們在 560 GHz 載波上以 112 Gbps 的速率進行數據傳輸。這樣的速度足以在眨眼間下載多部 4K 電影，遠遠超越目前在這些極端頻段僅能達到數 Gbps 的實驗系統。

他們是怎麼辦到的？團隊以光取代了傳統電子電路。

這項研發的核心是一種稱為「光學微光梳」（optical microcomb）的微型元件。微光梳就像高科技的光學尺，能產生一系列間距精確、超穩定且銳利的雷射光譜線。

由於這些光譜線極為穩定，微光梳展現出極低的相位雜訊特性，使其成為產生純淨太赫茲訊號的理想基礎。

光混頻技術

為了讓這項技術能應用於真實世界，研究人員必須解決一個重大的硬體難題：光學對準。

通常，將雷射光導入微型晶片需要極度精密且脆弱的對準裝置，即使最輕微的振動都可能破壞連接。德島大學團隊的解決方案是將光纖永久性地直接鍵合到氮化矽微共振器（silicon nitride microresonator）上。

這項直接鍵合技術達成了三大突破：首先，實現極度微型化，將笨重的實驗室設備縮小為精巧的元件；其次，透過消除對準漂移，實現高功率光學泵浦，有效提升功率輸出。

此外，該元件還整合了溫度控制功能，使晶片能抵禦環境波動的影響。研究人員指出：「微共振器溫度控制功能的整合，提升了光學共振特性的再現性，並增強了對環境溫度波動的抗擾能力。」

在實際數據傳輸方面，團隊從微光梳中分離出兩個高度穩定的光載波訊號，並使用先進的調變格式——QPSK 和 16QAM——對光訊號進行編碼，藉此在每一次波傳輸中塞入更多數據。

成果不言自明：該系統在 QPSK 調變下達到 84 Gbps 的數據速率，在 16QAM 調變下更達到 112 Gbps。

無人機通訊與未來應用展望

雖然你的智慧型手機短期內不會使用到 560 GHz 頻段，但這項技術對於維持網際網路運作的基礎設施而言卻是一大突破。它非常適合應用於行動回程鏈路——連接基地台與主幹網路的高負載無線連結。

值得注意的是，此類超高速無線傳輸技術未來也可望應用於無人機的超視距通訊鏈路，為大規模無人機編隊、即時高畫質影像回傳等場景提供關鍵的頻寬支撐。

電信公司未來不必大費周章地挖掘街道鋪設昂貴的光纖電纜，而是可以利用這些微光梳太赫茲波束，在基地台之間透過空氣傳輸如同光纖等級的海量數據。

展望下一步，研究團隊計畫透過進一步抑制相位雜訊來擠出更多數據傳輸量，同時設計先進天線以提升輸出功率，目標是將這些破紀錄的速度推展到更遠的傳輸距離。

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