空間中的單色光傍軸衍射過程與時域中窄帶脈沖色散過程具有類比性，即所謂的時間-空間二相性。利用這一概念，空間光學中的一些光器件和系統都可以借鑒、引申到時域中，例如時域成像、時域傅里葉變換、任意波形產生等，為時域光信號處理提供一種新的方法和途徑。特別是近年來，由于在超快光信號處理中的廣泛應用，基于時間-空間二相性的時域光處理技術得到了廣泛的關注。另一方面，在射電天文學、電子戰等需要對射頻信號進行實時監測的應用場景，超快的射頻頻譜分析技術顯得尤為重要。然而，傳統的基于電子技術的電譜儀由于電子瓶頸的限制，其測量幀速率、帶寬都很難得到進一步的提高。而一些基于光子輔助的射頻分析技術，或受限于測量單一頻率，或需要后續的電域信號處理，因而難以對復雜信號進行超快的頻譜分析。

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碩士生段玉華等人，利用時間-空間二相性的概念，提出了一種基于全光傅里葉變換及時域放大的超快射頻頻譜分析系統，實現了20GHz以上的測量帶寬、100MHz的測量幀率，測量精度控制在1GHz內。系統中，鎖模光纖激光器輸出的超短光脈沖通過一段長光纖色散實現時域傅里葉變換后由電光強度調制器加載待測射頻信號，再經過一段相同色散量的反向色散光纖后實現反傅里葉變換。根據傅里葉變換卷積原理，射頻頻率映射成了超短脈沖的時間位置，因此通過時域透鏡放大系統進行時域拉伸后就可用光探測器和實時示波器對所測信號頻譜進行實時測量。

2017年3月23日，該工作以論文“Ultrafast electrical spectrum analyzer based on all-optical Fourier transform and temporal magnification”發表在Optics Express (Vol. 25, pp. 7520-7529, 2017)上。

該研究工作得到了國家自然科學基金（No. 61631166003, 61675081, 61505060, 61320106016, 61125501）和湖北省自然科學基金（No. 2015CFB173）等項目的資助。

圖1、基于全光傅里葉變換和時域放大的超快射頻頻譜測量原理圖

圖2、（a）不同頻率的測量結果（b）10GHz頻率下輸出的連續10個測量周期

來源：武漢光電國家實驗室(籌)