微波光子信号的产生

外差法的主要缺陷在于需要进行差拍的两路不同频率的光保持稳定的相位关系以确保获得比较小的相位噪声，而如果能从一个光源出发通过各种非线性效应产生高次谐波分量，就可以得到具有相对稳定相位关系的若干光频率，只要能从其中选取两个进行拍频，则可以解决这个问题。在前面提到的调制非线性就是一个例子。此外，借助超连续谱、光脉冲的宽谱或光纤中的传输非线性，也是可行的方案，其基本思路如图3所示。

图3　谐波频率产生方法

对于信号是光脉冲的情况，Dalma Novak曾经给出过实验演示^[9]。一个半导体锁模激光器产生重复频率为2.5GHz的光脉冲，通过一个自由光谱区(FSR)为37.1GHz的法布里-珀罗(F-P)滤波器滤出其两个高阶边带后再在PD上产生拍频产生37.1GHz的信号。

利用光纤中的非线性效应产生高次谐波的方案也有报道。一个由频率为f=6.67GHz的正弦信号驱动的载波抑制调制信号被放大后注入高非线性光纤(HNLF)产生四波混频(FWM)效应，出现高阶闲频光，利用FBG滤出其中两个在PD上拍出了频率为40GHz(6f)的微波信号^[10]。

1.4、光电振荡器

光电振荡器(OEO)作为一种新型的微波信号发生器能产生频率从几个到上百GHz、Q值高达1010、低相位噪声(工作频率为10GHz时，低于-140dBc/Hz@10kHz)的高品质信号并具有可调谐性和光、电两种输出，是一种非常理想的信号发生装置，如图4所示。光电振荡器(OEO)一般是由光源，强度调制器，滤波器，光电探测器构成的一个正反馈环路，它利用调制器以及光纤低损耗的特性将连续光变为稳定的、频谱干净的射频/微波信号。激光器发出的连续光经电光调制器后通过光纤传输进入光电探测器，光电探测器把光转变为电信号后进入后续的选频、放大和反馈调制器件。在此过程中有源器件会产生包含各种不同频率的噪声扰动，这些扰动通过输出端由滤波器滤出希望起振的频率，并用来反馈控制电光调制器。环路中的放大器提供了增益，信号经过多次循环后，就能建立起稳定的振荡。其振荡频率主要由滤波器的通带特性决定^[11]。

在表1中给出了已报道的各种利用光子技术所产生的微波/毫米波信号的基本性能，结合前面介绍的技术方案可以看出，各种方法各有利弊，但从生成信号的相位噪声角度来看，光电振荡器具有非常优越的噪声性能。

2、总结

微波通信与光纤通信相结合出现的微波光子技术具有巨大的应用前景。从微波光子技术的各种应用上看，利用光学方法产生微波信号是其一大特色。设计出简单，低成本，高品质的光子微波信号产生方案不仅对于生产生活有着重要的意义，在国防科技上也有不可估量的作用。通过对已有的微波光子信号产生方案进行总结可以相信，随着光子技术与器件的发展，光微波技术必将发挥更大的作用。