示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器，它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖像，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。且隨著技術的不斷發(fā)展，研究人員發(fā)現(xiàn)可高速震蕩的光波能夠傳輸更高密度的信息，于是開始將目光由電信號逐漸轉移到光信號的電場探測中。然而，當前用于測量光場的工具只能解析與光“脈沖”相關的平均信號，而不能解析脈沖內(nèi)的波峰和波谷等信息，這也使得讀取光電場成為了長久以來的巨大挑戰(zhàn)。

為了應對這挑戰(zhàn)，中佛羅里達大學（UCF）的Michael Chini等人基于硅基圖像傳感器芯片中的非線性光電流設計了一種理想的“超快門”，并由此開發(fā)了一款“世界上第一臺光學示波器”，其相關成果已經(jīng)發(fā)表在Nature Photonics中。

研究團隊負責人Michael Chini教授

Michael Chini教授對此表示：“光纖通信可以通過光波來加快信號的傳輸速度，但在本質上仍然受到示波器速度的限制，而我們所提出的光學示波器有望將其速度提高大約10000倍。”

通常情況下，完整表征光波形的主要要求是生成所需的超快門，即其持續(xù)時間需要低于要測量場震蕩的半周期持續(xù)時間，Michael Chini等人正是基于這一目標發(fā)現(xiàn)了強烈的中紅外脈沖可以在硅基圖像傳感器中產(chǎn)生一種非線性光電流，而這一過程恰能滿足超快門的性能要求。

幾個周期脈沖的測試圖像

目前，該團隊已經(jīng)完成了光學示波器設備的開發(fā)，并展示了其實時測量單個激光脈沖電場的能力，未來將專注于打破該技術的速度限制。