前沿进展 | 华中科技大学唐明、赵志勇等：光频梳SBS助力超宽带微波信号高精度瞬时幅频测量

华中科技大学唐明、赵志勇等研究团队提出数字光频梳赋能的宽带微波测量技术，通过光频梳SBS效应实现超宽带微波信号高精度瞬时幅频测量，解决了传统方案在瞬时带宽、响应速度和测量精度上的瓶颈问题，为动态微波信号分析提供了全新路径。研究背景与挑战传统电域测量技术难以满足现代复杂环境对宽带信号实时表征的需求，光子辅助技术因其超宽带、高速和抗电磁干扰特性成为理想解决方案。基于受激布里渊散射（SBS）的多频探测方案虽提升了频谱分辨率，但频率扫描耗时严重制约了系统的瞬时带宽、响应速度和测量精度，且现有快速方案难以兼顾信号的幅频完整性，复杂调制信号的瞬时表征面临巨大挑战。技术原理与创新光频梳探测与布里渊信息解调：研究团队利用光频梳探测光在频域上实现窄带布里渊谱的单次捕获，无需传统扫频过程即可完成宽带布里渊信息与微波信号的高效反演。光频梳由数万个等间距频率分量构成，可在单次测量中完整捕获全带宽光谱信息。泵浦-探测架构：待测微波信号驱动的泵浦光与反向传输的光频梳探测光在光纤中相互作用，激发SBS效应，产生布里渊增益或损耗。通过解析布里渊谱中心频率反演微波信号频率，同时利用泵浦光功率与微波信号振幅的线性关系解调信号振幅，实现频率与振幅的同步测量。带宽扩展与精度优化：研究团队利用布里渊增益谱与损耗谱扩展瞬时带宽，并结合幅度谱与相位谱优化测量精度。该机制保证了高频谱分辨率和测量精度，同时实现了复杂调制信号的瞬时幅频重构。图1 (A)数字光频梳赋能的宽带微波测量方案示意图(B)微波信号与布里渊谱的对应关系实验验证与性能指标瞬时带宽与频率测量精度：系统实现了50.8 GHz瞬时带宽，频率测量精度达1.1 MHz，时间分辨率缩短至500 ns，较传统扫频方案提升三个数量级以上。动态信号跟踪能力：实验通过逐帧对光频梳接收信号进行频域解调，无需平均处理即可获取各梳齿的幅相信息。例如，100 kHz正弦调频信号的布里渊谱演化轨迹及测量结果显示，系统可实现动态信号的精准跟踪，时间分辨率达500 ns。调幅信号解析能力：通过实时监测SBS强度变化，系统高精度反演了信号的调制幅度。例如，20 kHz三角波调幅信号的布里渊谱演化轨迹及测量结果表明，SBS强度与输入振幅之间呈现良好的线性响应特性，首次实现了调幅信号的高保真解析。复杂调制信号表征：系统实现了20 kHz锯齿波调频与100 kHz三角波调幅复合信号的完整幅频表征，验证了对复杂调制信号的解析能力。频谱分辨率：瞬时带宽内系统可实现20 MHz的频谱分辨率，布里渊谱线宽均控制在32.7 MHz以内。图2 (A)测量频率与输入频率对比；(B)频率测量不确定度；调频信号的（C）布里渊谱演化及(D)测量结果图3 (A) 调幅信号的布里渊谱演化；(B)SBS强度与输入信号振幅的对应关系；调频调幅信号的(C)布里渊谱演化及(D)测量结果图4 (A)单频信号对应的布里渊谱；(B)瞬时带宽内的布里渊谱线宽；(c)双频信号的布里渊谱演化及（D）测量结果研究意义与应用前景该技术攻克了复杂调制微波信号动态监测的瓶颈问题，展现出前所未有的综合性能指标，为复杂电磁环境下的宽带信号实时分析提供了新方案。该成果为6G通信、电子战等前沿领域提供了关键技术支撑，推动了光子辅助测量技术在动态微波信号分析中的应用。研究团队与作者何欢（第一作者）：华中科技大学光学与电子信息学院在读博士生，主要从事分布式光纤传感、通信传感一体化技术研究。已发表SCI论文4篇、EI论文9篇，授权发明专利2项。赵志勇副教授（通讯作者）：研究方向包括空分复用光纤及器件、多维复用光纤传感、光频梳精密测量等。唐明教授（通讯作者，团队负责人）：国家杰青，华中科技大学光学与电子信息学院党委书记，未来技术学院执行院长，致力于“传输与感知一体化”智能光通信系统研究。