[实用新型]基于气体吸收光谱的光电级联微波信号发生装置

说明书

本实用新型属于微波光子学领域，涉及一种微波信号发生技术，具体涉及一种基于气体吸收光谱的光电级联微波信号发生装置，用于产生高频和大带宽的微波信号，在通信、雷达、遥感等领域都能够获得应用。主要括参考信号源、信号发生系统及激光稳频系统；基于电光外调制、气体吸收光谱，以及级联电光转换的微波信号产生技术，能够对任意形式的低频参考信号实现2ⁿ倍频，容易获得大带宽信号、大调谐范围、较高的倍频数、极好的相位稳定性，以及可控的初相位。

技术领域

本实用新型属于微波光子学领域，涉及一种微波信号发生技术，具体涉及一种基于气体吸收光谱的光电级联微波信号发生装置，用于产生高频和大带宽的微波信号，在通信、雷达、遥感等领域都能够获得应用。

背景技术

随着微波技术向着更高的频率和更大的带宽发展，传统的微波技术日渐不敷新的需求。近二十年来，学术和工程界将光学、光电子学与微波技术相结合，发展了微波光子学技术。将微波光子学技术应用于信号发生，能够获得丰富的功能与卓越的指标。

在先技术之一：光电振荡器。

这一类技术的典型装置是一个环形微波谐振腔，其中包括：一个激光光源、一段很长的光纤、一个光电探测器、一个微波放大器、一个电光强度调制器。其工作过程为：环路中任意的光电扰动，比如探测器暗电流的一点波动，经过微波放大器放大，再通过调制器加载于光波之上，然后再被光电探测器检出，进入下一个循环。几个循环之后，满足环形腔驻波条件的微波信号很快就能够建立起来。这种技术的优点是，经过一段很长的光纤，总的谐振腔的长度很大，可以获得很高的品质因数，但是由于其结构比较固定，不容易获得大调谐范围。

在先技术之二：光学锁相环。

这一类技术的典型装置中含有一个主动激光光源和一个从动半导体激光器，两者之间的外差获得了加载于光波上的微波信号，再经过一个光电探测器检出，即可获得微波信号。为了控制两个光源之间的相位关系，从动半导体激光器被所谓“光学锁相环”所控制。其工作过程为：外差获得的微波信号分出一路经过一个N倍分频器；分频信号与一个低频标准参考信号一同进入一个混频器+低通滤波器，获得误差信号；误差信号进入伺服控制器进而控制从动半导体激光器，最终获得的微波信号是低频标准信号的N倍频。这种技术的优点在于容易获得很高的倍频数N，缺点在于若想获得真正的相位锁定，则需要环路有非常高的反馈带宽。由于环路里插入有低通滤波器，反馈带宽的要求与相位精度是相抵触的。

在先技术之三：注入锁定外差法。

这一类技术的装置包括一个主动激光光源和一个从动半导体激光器，两者之间的外差获得了加载于光波上的微波信号。为了控制两个光源之间的相位关系，从动半导体激光器通过注入锁定的方式被主动半导体激光器所控制。其过程为：主动半导体激光器的光波通过一个电光调制器，受到一个低频参考信号的强度或相位调制；调制后的光谱分出一路进入从动半导体激光器，调制的某次边带与从动半导体激光器之间注入锁定，保证了两个半导体激光器输出的光波之间稳定的相位关系，进而保证了输出微波信号的相位稳定性。这个方法的缺点是，考虑到从动半导体激光器的纵模位置大体固定，不太容易实现大调谐范围。另外，由于调制的高阶边带幅度不大，也很难获得高的倍频数N。

在先技术之四：外调制法。

这一类技术通常采用的装置包括一个连续波单色光源，其发出的光波经过一个相位或者强度的电光调制器，获得了各阶次的调制边带，再通过一个光学陷波滤波器如FBG之类去除掉光学载波，最后上下边带的外差产生了二倍频(相位调制器)或者四倍频(强度调制器)于调制器驱动信号的光载微波；经光电探测器可以转换为微波信号。这种方法的优点在于信号的相位稳定，容易获得宽带信号等。缺点在于倍频数较低，只有二倍或者四倍。为了解决这个问题，又有级联外调制法和并联外调制法，这两种方法的缺点都在于不能显著提高倍频数，同时又导致了结构复杂、稳定性变差、信号幅度下降等诸多缺点。

实用新型内容