近年來(lái)，隨著實(shí)時(shí)視頻通話(huà)、虛擬化數(shù)據(jù)中心等寬帶網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展，數(shù)據(jù)量呈爆炸式增長(zhǎng)。為滿(mǎn)足數(shù)據(jù)流的增長(zhǎng)所帶來(lái)的巨大帶寬需求，實(shí)現(xiàn)更高傳輸速率和更大傳輸距離的大容量光纖通信系統(tǒng)是當(dāng)前光通信領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)于高速信號(hào)探測(cè)的研究也在同步發(fā)展。實(shí)時(shí)示波器是分析高速信號(hào)的重要儀器，對(duì)于光學(xué)性能監(jiān)測(cè)、超快現(xiàn)象研究及高速光通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)都有著重要的作用。然而，由于電學(xué)帶寬的限制，目前商用實(shí)時(shí)示波器最高可達(dá)110GHz帶寬。采用多通道相干合成的方案，可實(shí)現(xiàn)百GHz的等效實(shí)時(shí)帶寬，但系統(tǒng)復(fù)雜?；诋惒讲蓸臃桨改艽蠓嵘郎y(cè)量帶寬，但僅適用于重復(fù)性周期信號(hào)，通常用于光學(xué)性能監(jiān)測(cè)等應(yīng)用，例如商用化的通信信號(hào)分析儀或眼圖分析儀。通過(guò)時(shí)域透鏡放大時(shí)間軸來(lái)降低對(duì)于探測(cè)帶寬的需求，可探測(cè)非重復(fù)性、大帶寬信號(hào)，但難以觀測(cè)信號(hào)的相位信息。因此，面向高速信號(hào)的探測(cè)技術(shù)對(duì)于提升測(cè)量帶寬、提高測(cè)量速率和增加測(cè)量信息維度具有迫切需求。

圖1．（A）光發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)超過(guò)100Gbaud的符號(hào)速率和多路復(fù)用信道示意圖；（B）傳統(tǒng)多路復(fù)用信道探測(cè)原理示意圖；（C）基于傅里葉變換的實(shí)時(shí)光學(xué)矢量示波器原理示意圖。

針對(duì)上述難題和需求，張新亮教授研究團(tuán)隊(duì)張馳教授等人提出了一種基于超快光譜技術(shù)的大帶寬實(shí)時(shí)矢量示波器，能夠同時(shí)滿(mǎn)足超寬帶、高分辨和全光場(chǎng)測(cè)量的要求，其原理如圖1所示。該系統(tǒng)結(jié)合啁啾相干探測(cè)技術(shù)，其中啁啾的本征光頻－時(shí)映射關(guān)系與色散傅里葉變換的頻－時(shí)映射關(guān)系相同，因此相干接收機(jī)探測(cè)可以覆蓋整個(gè)光譜范圍，極大地降低了對(duì)于電學(xué)探測(cè)帶寬的需求，并同時(shí)捕獲信號(hào)全光場(chǎng)（強(qiáng)度和相位）信息。在DSP中重構(gòu)待測(cè)信號(hào)的頻譜全場(chǎng)信息和大帶寬時(shí)域全場(chǎng)信息。該實(shí)時(shí)光學(xué)矢量示波器在520ps的記錄長(zhǎng)度上實(shí)現(xiàn)了280fs的分辨率，其中時(shí)間記錄長(zhǎng)度與分辨率比值達(dá)1857，是單幀測(cè)量技術(shù)所取得的最大值。首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)多路波分復(fù)用高級(jí)調(diào)制格式信號(hào)（4×160 gigabit／s QPSK）的同步實(shí)時(shí)觀測(cè)（圖2），預(yù)示著該系統(tǒng)在波分復(fù)用系統(tǒng)應(yīng)用中的巨大前景。

本文報(bào)道的超大帶寬實(shí)時(shí)光學(xué)矢量示波器具有大帶寬、超快幀率及高魯棒性等優(yōu)勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)高速矢量信號(hào)測(cè)量探索了新的思路。同時(shí)其結(jié)構(gòu)復(fù)雜度低，有望結(jié)合硅基光子學(xué)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)片上集成的超大帶寬實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)。

該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃及國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家研究中心博士生李侖和張馳教授為論文共同第一作者，華中科技大學(xué)張新亮教授、張馳教授和國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心肖希博士為論文共同通訊作者。論文第一單位為華中科技大學(xué)。香港大學(xué)Kenneth Kin－Yip Wong教授、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）李響教授、國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心張紅廣博士、華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家研究中心碩士生蔡宇翀及博士生李耀帥為共同作者參與相關(guān)工作。