您有没有想过，我们每天都在用的手机、Wi-Fi、蓝牙，其实都挤在同一条“路”上——那就是无线电频谱。随着智能设备越来越多，视频、游戏、人工智能等应用对数据的需求爆炸式增长，这条路正变得拥堵不堪。5G还没完全普及，6G已经悄然走来。要承载未来空天地一体化的智能连接，我们必须开发一条全新的、更宽的“信息高速公路”。
这就是可见光通信（Visible Light Communication, VLC）的用武之地。它不依赖无线电波，而是使用光来传输数据，以其频谱资源丰富、安全性高、无电磁干扰等优势，被视为极具潜力的解决方案。然而，基于传统荧光粉转换型LED光源的VLC系统不仅容易受到遮挡和干扰，更大的问题是传输距离太短，最多只有十几米，这使得打造一款能同时满足远距离照明与高速通信的“光子引擎”成为巨大挑战。
透明陶瓷是理想的激光驱动光子转换材料，但其传统制备方法（如热等静压、放电等离子烧结）依赖高温高压和苛刻的前驱体原料，制造成本高、难以规模化且陶瓷加工性差。2026年5月22日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室夏志国教授团队在Cell Press细胞出版社期刊Matter上发表了一项重要成果，题为“Tailoring quasi-transparent ceramic as a laser-driven photonic engine for kilometer-level white light communication”。研究团队创新性地提出了一种温和的熔融淬冷-分步晶化策略，实现了从非晶玻璃到高结晶度Ce3+掺杂石榴石型准透明陶瓷的可控相变与绿色制备，并以此为核心构建了激光驱动的白光光子引擎，不仅实现了流明效率高达202 lm W-1的白光照明，并基于此引擎在1200米的传输距离上实现了高速可见光通信，峰值带宽达到71.8 MHz。论文的通讯作者为华南理工大学夏志国教授，第一作者为博士生孙永胜。
图1 玻璃相向准透明陶瓷转变。（A）示意图展示了致密玻璃结晶的定性能量学原理。（B）随着 Ca2+含量的变化，玻璃体系的自由能演化。（C）经过抛光的 LCMAS:Ce 陶瓷的光学照片：直径为5厘米的准透明的陶瓷片和陶瓷环。（D）通过电子背散射衍射（EBSD）获得的晶粒取向图。图中的插图分别是 LCMAS：Ce 陶瓷的（001）、（110）和（111）极图。
从玻璃到陶瓷，剪裁结晶能垒创制致密化陶瓷
研究团队通过在铝硅酸盐玻璃体系中引入网络修饰体Ca2+，结合分子动力学模拟和实验验证，揭示了玻璃网络的演变规律：Ca2+的加入拓宽了离子迁移通道，显著降低了非晶体系的结晶活化能（从755.7降至648 kJ mol-1）。通过设计的分步热处理工艺，团队成功绕过了传统晶化过程中因组分贫化导致的致密化中断难题，将前驱体玻璃转化为致密的大尺寸准透明陶瓷。
图2 LCMAS:Ce准透明陶瓷的光学性能。（A）LCMAS:Ce陶瓷和商业 YAG：Ce 透明陶瓷的 PLE 和 PL 谱（B）不同 Ce3+浓度的 LCMAS:Ce 陶瓷的内量子效率（IQE）和吸收效率（AE）。（C）LCMAS：Ce 陶瓷和商业 YAG:Ce 透明陶瓷的PL积分强度随温度的变化情况。（D）LCMAS：Ce 陶瓷的 PL 衰减曲线。（E， F）在激光功率密度增加的情况下，不同 Ce3+浓度的 LCMAS：Ce 陶瓷的发光通量（E）和发光效率（F）。（G）雷达图，对比 LCMAS：Ce 陶瓷与玻璃基传统荧光粉（PiG）和硅树脂基荧光粉（PiS）在关键性能指标（PLQY、热导率（TC）、激光照射阈值、整形能力和热稳定性）方面的差异。
卓越的材料性能：高硬度、高热导与高光效
得益于独特的玻璃全晶化策略，所制备的准透明陶瓷展现出了令人瞩目的综合性能。陶瓷的晶化度高达97.5%，硬度达到26.3 GPa，并具有极佳的可加工性和封装稳定性。陶瓷热导率为4.19 W·m-1 K-1，是有机硅胶封装的二十倍，解决了高功率激发下的热管理难题。在光学性能方面，该陶瓷在450 nm蓝光激发下呈现出明亮的宽谱黄光发射。其内量子效率（IQE）最高可达97.8%，且在150℃高温下仍能保持91%的发射强度，表现出优异的热稳定性。在激光驱动测试中，以该准透明陶瓷构建的激光驱动白光引擎展现出卓越性能。在蓝光激光器激发下，其最大光通量达到1841 lm，流明效率高达201 lm W-1，且激光饱和阈值高达20 W mm-2，远超传统荧光玻璃复合材料。
图3 激光驱动的白光光源及可见光通信应用。（A）基于激光驱动的 LCMAS：Ce陶瓷白光光源的低空空中智能网络示意图。（B）用于评估数据传输性能的实验装置示意图。（C）用于确定调制方波信号边缘上升和下降时间的强度随时间变化曲线。（D）激光驱动白光源的频率响应曲线，显示了有和没有蓝色带通滤波器（BPF）时的 -3 分贝调制带宽。（E、F）在不同数据速率下测量的带有和不带有蓝色滤波器的眼图。（G）示波器分别对字母 S、C、U和T的波形信号进行解码。（H）长距离通信（约 1200 米）的照片。插图：开启灯光前后的建筑物照片。（I）与包括 PC-LEDs、Q-LEDs、O-LEDs、OPD、LEDs 和 PC-LD 在内的现有技术相比，所实现的通信距离的对比情况。
应用验证：1200米光通信与低空经济新场景
研究团队将该光子引擎集成到可见光通信系统中，通过滤除慢速响应的荧光成分，系统的-3 dB调制带宽从7.4 MHz大幅提升至71.8 MHz。在100 Mbps的数据速率下，眼图依然保持清晰张开，验证了其高保真的信号传输能力。最终，利用这一高功率光子引擎，研究团队在华南理工大学校园建筑群内成功演示了横跨1200米的激光白光照明与可见光白光通信，清晰接收并解码了“SCUT”字符信号，完全满足千米以下低空飞行器智能组网的覆盖需求。
这项工作不仅为光学透明陶瓷提供了一种绿色、可规模化且形状可造的合成新路线，更展示了玻璃全晶化策略在突破高性能光子材料瓶颈方面的巨大潜力。所研制的激光驱动准透明陶瓷光子引擎，将高效照明与远距离高速通信融为一体，为未来的6G无线通信、低空经济智能网络以及车联网等新兴领域奠定了坚实的技术基础。
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