射頻譜是指電磁場的強(qiáng)度包絡(luò)的功率譜。光也是一種電磁波，可以做一種載波，具有帶寬大、抗電磁干擾等優(yōu)點。隨著光通信技術(shù)和微波光子學(xué)技術(shù)等技術(shù)迅速發(fā)展，光載波的射頻譜測量已被廣泛地運(yùn)用在了光通信的信號質(zhì)量監(jiān)測、無線電通信、雷達(dá)系統(tǒng)等科學(xué)研究中。目前，該射頻譜測量經(jīng)典方案是基于電譜儀。它通過將光載波信號通過光電探測器轉(zhuǎn)換為電信號后，再通過電譜儀來測量其射頻譜信息。由于受限于光電探測器帶寬的限制，一般在100 GHz以下，很難應(yīng)用在超大射頻帶寬的場景（100 GHz以上）。近年來發(fā)展的一種基于交叉相位調(diào)制的射頻譜測量方案具有大于100 GHz的探測帶寬。它通過交叉相位調(diào)制，將待測光載波信號的射頻譜轉(zhuǎn)換到探測光的光譜上，然后通過光柵型光譜儀來直接讀取其射頻譜信息。這種方法利用超快的非線性效應(yīng)，避免了光電探測器的轉(zhuǎn)換帶寬限制，能測量較大帶寬的射頻譜，目前已有報道可測量高達(dá)2.5 THz的帶寬。但由于受限于光譜儀的掃描速率，其射頻譜探測的幀速在KHz量級以下。通過對現(xiàn)有技術(shù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)前技術(shù)在大帶寬射頻譜的實時動態(tài)分析這個領(lǐng)域的處理能力極為有限。

武漢光電國家實驗室光電子集成與器件功能實驗室張馳副教授帶領(lǐng)博士生陳燎等人，利用交叉相位調(diào)制和超快光譜測試技術(shù)，提出了一種超快大帶寬射頻頻譜分析系統(tǒng)，實現(xiàn)了高達(dá)800GHz的測量帶寬、91MHz的測量幀速，測量精度控制在3.8 GHz內(nèi)。系統(tǒng)中，待測光信號的包絡(luò)先通過交叉相位調(diào)制加載在連續(xù)探測光的相位上，從而使該信號的射頻譜加載在探測光附近的光譜上。然后探測光附近的光譜通過先進(jìn)的超快光譜測試技術(shù)-PASTA映射到時域上，最后可用光探測器和實時示波器對所測光信號頻譜進(jìn)行實時測量。

2017年4月17日，該工作以論文“Real-time broadband radio frequency spectrum analyzer based on parametric spectro-temporal analyzer (PASTA)”發(fā)表在Optics Express (Vol. 25 (8), pp. 9416-9425, 2017)上。

圖1、超快大帶寬射頻譜測量原理圖

圖2、(a) 帶寬的測量結(jié)果(b) 射頻譜分辨率(c) 500 GHz時連續(xù)兩幀圖