世界首台光波示波器

图1 图为参与研发世界上首台光波示波器的Michael Chini教授

中佛罗里达大学的团队成功研发出了世界上首台光波示波器。示波器是一种能够测量光波电场的仪器，能将光波的振荡转换成电信号，就如同医院所用的波形显示器能把病人的心跳转换成电振荡信号一样。

由于光波振荡的速度非常快，因此读取光波的电矢量场一直以来都是一项非常大的挑战。目前，电话和网络通讯中所使用的最先进的技术，能够记录高达千兆赫频率的电场，覆盖电磁波频谱的无线电和微波频域。而光波的振荡频率远高于此区间，也正因为其超高的频率，光波能携带更高的信息密度。然而，目前用于测量光场的工具，只能检测光脉冲的平均信号，无法对脉冲中的波峰和波谷进行测量。然而对单个脉冲的峰值和最低值进行测量是非常关键的，因为光波所传递的信息通常蕴含在波峰和波谷信号中。

“借助光波进行传输的光纤通信，大大提高了信息传输的速率，但是实际上，其功能仍被示波器解码的速度所限制。” 中佛罗里达大学从事这项研究的物理学副教授Michael Chini。“我们所研发的光波示波器有望将这一速度提高1万倍左右。”

团队研发了整套设备，并在中佛罗里达大学Chini教授的实验室中实时测量了单个激光脉冲的电场。该团队的下一步目标是确定此项技术的速度极限。

此项研究结果发表在本周出版的Nature Photonics上，第一作者是中佛罗里达大学博士后Yangyang Liu。单次波形测量方案的想法来自Chini教授，他同时监督了整个研究团队的工作。Liu领导了实验工作，完成了大部分测量和仿真工作；Beetar协助测量了载波包络的相位相关性；Nesper和Gholam-Mirzaei协助搭建了实验装置、进行了数据测量；所有作者都参与了数据分析和文章撰写。

文章见：Yangyang Liu et al, Single-shot measurement of few-cycle optical waveforms on a chip, Nature Photonics (2021). DOI: 10.1038/s41566-021-00924-6。