空間中的單色光傍軸衍射過程與時(shí)域中窄帶脈沖色散過程具有類比性，即所謂的時(shí)間-空間二相性。利用這一概念，空間光學(xué)中的一些光器件和系統(tǒng)都可以借鑒、引申到時(shí)域中，例如時(shí)域成像、時(shí)域傅里葉變換、任意波形產(chǎn)生等，為時(shí)域光信號(hào)處理提供一種新的方法和途徑。特別是近年來，由于在超快光信號(hào)處理中的廣泛應(yīng)用，基于時(shí)間-空間二相性的時(shí)域光處理技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注。另一方面，在射電天文學(xué)、電子戰(zhàn)等需要對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用場(chǎng)景，超快的射頻頻譜分析技術(shù)顯得尤為重要。然而，傳統(tǒng)的基于電子技術(shù)的電譜儀由于電子瓶頸的限制，其測(cè)量幀速率、帶寬都很難得到進(jìn)一步的提高。而一些基于光子輔助的射頻分析技術(shù)，或受限于測(cè)量單一頻率，或需要后續(xù)的電域信號(hào)處理，因而難以對(duì)復(fù)雜信號(hào)進(jìn)行超快的頻譜分析。

武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室光電子集成與器件功能實(shí)驗(yàn)室張馳副教授帶領(lǐng)碩士生段玉華等人，利用時(shí)間-空間二相性的概念，提出了一種基于全光傅里葉變換及時(shí)域放大的超快射頻頻譜分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了20GHz以上的測(cè)量帶寬、100MHz的測(cè)量幀率，測(cè)量精度控制在1GHz內(nèi)。系統(tǒng)中，鎖模光纖激光器輸出的超短光脈沖通過一段長(zhǎng)光纖色散實(shí)現(xiàn)時(shí)域傅里葉變換后由電光強(qiáng)度調(diào)制器加載待測(cè)射頻信號(hào)，再經(jīng)過一段相同色散量的反向色散光纖后實(shí)現(xiàn)反傅里葉變換。根據(jù)傅里葉變換卷積原理，射頻頻率映射成了超短脈沖的時(shí)間位置，因此通過時(shí)域透鏡放大系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)域拉伸后就可用光探測(cè)器和實(shí)時(shí)示波器對(duì)所測(cè)信號(hào)頻譜進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。

2017年3月23日，該工作以論文“Ultrafast electrical spectrum analyzer based on all-optical Fourier transform and temporal magnification”發(fā)表在Optics Express (Vol. 25, pp. 7520-7529, 2017)上。

該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（No. 61631166003, 61675081, 61505060, 61320106016, 61125501）和湖北省自然科學(xué)基金（No. 2015CFB173）等項(xiàng)目的資助。

圖1、基于全光傅里葉變換和時(shí)域放大的超快射頻頻譜測(cè)量原理圖

圖2、（a）不同頻率的測(cè)量結(jié)果（b）10GHz頻率下輸出的連續(xù)10個(gè)測(cè)量周期

來源：武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(籌)