科研进展简报

超快大带宽射频谱仪

来源:武汉光电国家实验室(筹)    作者:光电子器件与集成功能实验室    发布时间:2017年07月21日

随着光通信技术和微波光子学技术等技术迅速发展,光载波的射频谱测量已被广泛地运用在了光通信的信号质量监测、无线电通信、雷达系统等科学研究中。目前,该射频谱测量的经典方案是基于电谱仪。光载波信号通过光电探测器转换为电信号后,再通过电谱仪来测量其射频谱信息,但由于受限于光电探测器带宽限制,一般在100 GHz以下。近年来发展的一种基于交叉相位调制的全光射频谱测量方案,也叫作光强度频谱分析(LISA)的方案,具有突破性的800 GHz的探测带宽。它通过交叉相位调制,将待测光载波信号的射频谱转换到连续光为探测光的光谱上,然后通过光谱仪来直接读取其射频谱信息。这种方法利用超快的非线性效应,避免了光电探测器的转换带宽限制,能测量较大带宽的射频谱,目前已有报道基于非线性波导的LISA可测量高达2.5 THz的带宽。但LISA由于受限于光谱仪的扫描速率,其射频谱探测的帧速在KHz量级以下。

武汉光电国家实验室光电子集成与器件功能实验室张驰副教授带领博士生陈燎等人,提出了一种利用时域卷积和交叉相位调制的的频域LISA系统。该系统可以当做传统的LISA的频域对应系统。在该方案中,取代传统的连续光做探测光,而是以超短脉冲为探测光,利用交叉相位调制将待测的光强信号加载在超短脉冲的频域上。再利用时域卷积系统,该待测信号的射频谱即可在时域上用实时采样系统探测得到,从而完成实时探测功能。该频域LISA实现了高达800GHz的测量带宽、94MHz的测量帧速,测量精度控制在1.25 GHz内。基于该频域LISA,对波长切换速度快达10-ns的波长切换系统做了实时监测,测试结果表明该频域LISA的大带宽和实时测量性能。

2017年7月15日,该工作以论文“Frequency-domain light intensity spectrum

analyzer based on temporal convolution”发表在Optics Letters (Vol. 42 (14), pp. 2726-2729, 2017)上。

图1 实验原理图 (a) 时域LISA原理图 (b) 射频LISA原理图

图2 (a) 带宽的测量结果 (b) 射频谱分辨率 (c) 10-ns 波长切换实时监测结果

       该研究工作得到了国家自然科学基金项目(No. 61125501, 61320106016, 61505060,
61631166003, 61675081),湖北省自然科学基金项目(No. 2015CFB173)和WNLO导向基金等项目的资助。

 

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