中文摘要：

高频和低噪声是未来微波和无线系统的要求，产生低成本、高稳定、窄线宽、低相位噪声、大调谐范围的高性能微波/毫米波信号，是微波光子学领域的一个重要课题。本项目研究一种新型的宽带可调谐微波/毫米波信号的全光产生方法。基于集增益介质和电光介质于一体的稀土掺杂透明铁电陶瓷材料，以及电可转波片，研究微小型的双频微片激光器，通过透明铁电陶瓷的克尔电光效应，来调节谐振腔内两个偏振模的频率差，利用外差技术实现宽调谐范围的微波/毫米波输出。本项目进一步采用消除空间烧孔效应等措施，降低微波/毫米波信号的相位噪声，以期获得高性能的宽带连续频率可调谐的微波/毫米波信号源。本项目通过对上述问题的深入系统的理论与实验研究，实现单腔结构紧凑、体积小、成本低、性能高的微波/毫米波信号源，推进其实用化，应用于未来军事和通信等系统中。

结论摘要：

高频和低噪声是未来微波和无线系统的要求，产生低成本、高稳定、窄线宽、低相位噪声、大调谐范围的高性能微波/毫米波信号，是微波光子学领域的一个重要课题。本项目研究新型的宽带可调谐微波/毫米波信号的全光产生方法。本项目系统研究了基于微片激光器的可调微波信号源，设计并研制了Nd:YAG+LiNbO3复合腔微片激光器。通过改变加在电光晶体上的控制电压，由腔内双折射获得相互正交双频激光经拍频后产生频率连续线性可调的微波信号。由于腔内两个正交激光模式是由同一个谐振腔产生，经历相同的相位波动、具有很好的相位相干性，因此拍频得到的微波信号具有很好的相位噪声性能。本项目实现的可调微波信号源具有结构紧凑、易于集成、调节带宽大、响应速度快、控制简单及信号质量高等优点。研究了PMN-PT电光陶瓷的基本电光特性，分析了交流偏置下的直流调制曲线及半波电压随交流频率和交流幅度变化曲线。研究了透明电光陶瓷PMN-PT的二次电光特性，推导直流电场和交流电场作用下的电光调制公式。研究和分析了PMN-PT电光陶瓷的压电谐振现象，及其对电光陶瓷二次电光效应的影响。研究了将Nd3+掺杂的PLZT材料作为电光调谐元件应用于可调谐微片激光器。PLZT经过了Nd3+掺杂后，对信号光有显著的增益作用，大幅降低激光器的阈值。PLZT的电光系数高，作为调谐元件可以大大降低控制电压。本项目由Nd:YAG+Nd:PLZT构成的谐振腔，其激光输出功率相对于Nd:YAG+LiNbO3谐振腔有大约5dB的增益，其阈值功率也由130mW大幅降低至90mW。微片加电以后，输出激光的波长随电压的变化偏移。基于光自外差原理的光倍频毫米波产生技术，通过对低频信号的光域处理来产生高频毫米波信号。本项目通过构建一个多次调制的光纤环形腔，结合可调光滤波器，实现了10 GHz微波信号的光学6次倍频，获得了60GHz的毫米波信号，并通过改变低频调制信号的频率实现了毫米波信号频率的可调。基于倍频光电振荡器的可调微波信号源具有极低的相位噪声和极高的频谱纯度。本项目提出了一种基于相位调制器和啁啾光纤光栅的倍频光电振荡器结构，利用一个级联了光带通滤波器的相位调制器实现双边带相位调制，实验获得高质量的8GHz基频信号和16GHz倍频信号。在此基础上，以受激布里渊散射选择性放大来获得基频反馈信号以构成振荡环路，实现了倍频光电振荡器输出信号的频率调节。