一种微波产生装置及产生方法

本发明涉及微波，尤其涉及一种微波产生装置及产生方法。

背景技术：

1、低噪声微波广泛应用于雷达、无线通信和空间科学等领域。传统的微波信号发生器一般采用各种电子振荡回路或者晶振来产生微波信号，产生的微波载波频率基于现有的系统难以有效提高，而且相噪性能也十分有限。

2、现有的电学振荡器难以产生高频信号，且相噪性能难以进一步优化。光学频率分频器(optical frequency divider，ofd)一般采用一个跨倍频程的光梳将超稳激光的光学振荡频率分频到射频波段，利用分频过程中的噪声抑制效应来产生低噪声微波。但是传统的光学频率分频器一般系统过于庞大，功耗高，对运行环境要求十分苛刻，容易受外界噪声影响，而且需要跨倍频程的光梳。由于目前跨倍频程光梳一般梳齿间距较小，因此传统的光学频率分频器一般直接生成的微波载波频率较低，提高载波频率需要额外的光学或者电学手段，导致产生微波的成本较高。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种微波产生装置及产生方法，该微波产生装置能够有效地减小系统体积，提高系统的集成度和鲁棒性，以及增大输出微波频率的范围，同时保证微波具有足够低的相位噪声水平。

2、根据本发明的一方面，提供了一种微波产生装置，包括稳频激光器、光学频率梳激光器、分频单元和微波信号输出单元；

3、所述稳频激光器用于输出第一频率的第一激光和第二频率的第二激光；

4、所述光学频率梳激光器用于输出第一光学频率梳，所述第一频率和所述第二频率在所述第一光学频率梳的频段范围内；

5、所述第一激光、所述第二激光和所述第一光学频率梳传输至所述分频单元，所述分频单元根据光学频率分频到微波波段，锁定光学频率梳的重复频率；

6、所述光学频率梳激光器输出锁定重复频率的第二光学频率梳，所述第二光学频率梳传输至所述微波信号输出单元，激发微波信号。

7、可选的，所述分频单元包括第一带通滤波器、第一光电探测器、第一混频器、第二带通滤波器、第二光电探测器、第二混频器、微波源和伺服单元，所述第一光电探测器与所述第一混频器的第一输入端连接，所述第二光电探测器与所述第一混频器的第二输入端连接，所述第一混频器的输出端与所述第二混频器的第一输入端连接，所述微波源的输出端与所述第二混频器的第二输入端连接，所述第二混频器的输入端与所述伺服单元的输入端连接，所述伺服单元的输出端与所述光学频率梳激光器连接；

8、所述第一带通滤波器用于透过所述第一光学频率梳中第三频率的第三激光，所述第一激光和所述第三激光入射至所述第一光电探测器产生第一拍频信号；

9、所述第二带通滤波器用于透过所述第一光学频率梳中第四频率的第四激光，所述第二激光和所述第四激光入射至所述第二光电探测器产生第二拍频信号；

10、所述第一拍频信号和所述第二拍频信号经过所述第一混频器混频后输出差频信号，所述差频信号和所述微波源的输出信号经过所述第二混频器混频后输出锁定的误差信号；

11、所述伺服单元根据所述误差信号，向所述光学频率梳激光器提供反馈信号，以使所述光学频率梳激光器输出所述第二光学频率梳；

12、其中，所述第三频率和所述第四频率均为所述第一光学频率梳中某一梳齿频率，所述第一频率为f1、所述第二频率为f2、所述第三频率为f3，所述第四频率为f4，所述第一光学频率梳的梳齿间频率差为fr，f1、f2、f3、f4和fr满足：

13、|f1-f3|<fr；

14、|f2-f4|<fr；

15、f1<f3，f2<f4或者f1>f3，f2>f4。

16、可选的，所述微波信号输出端单元复用为所述微波源。

17、可选的，还包括与所述微波信号输出单元连接的微波调制器件，所述微波调制器件包括倍频器、分频器、和频器或差频器的至少一种。

18、可选的，所述稳频激光器包括第一激光器、第二激光器和第一光学微腔；

19、所述第一激光器的输出激光耦合入所述第一光学微腔，经过自注入锁定后输出第一频率的第一激光；

20、所述第二激光器的输出激光耦合入所述第一光学微腔，经过自注入锁定后输出第二频率的第二激光。

21、可选的，所述第一光学微腔包括回音壁模式光学微腔、f-p腔或螺旋形波导腔。

22、可选的，所述稳频激光器利用布里渊散射效应、pdh锁定或者光学参量振荡方式输出第一频率的第一激光和第二频率的第二激光。

23、可选的，所述光学频率梳激光器包括微腔光梳激光器、电光梳激光器或光纤光梳激光器。

24、可选的，所述光学频率梳激光器的重复频率利用稳频激光注入锁定或电压控制振荡器的输入电压锁定。

25、根据本发明的另一方面，提供了一种微波产生方法，利用上述的微波产生装置产生微波信号，所述微波产生方法包括：

26、稳频激光器输出第一频率的第一激光和第二频率的第二激光；

27、光学频率梳激光器输出第一光学频率梳，所述第一频率和所述第二频率在所述第一光学频率梳的频段范围内；

28、分频单元接收所述第一激光、所述第二激光和所述第一光学频率梳，根据光学频率分频到微波波段，锁定光学频率梳的重复频率；

29、所述光学频率梳激光器输出锁定重复频率的第二光学频率梳，所述第二光学频率梳传输至微波信号输出单元，激发微波信号。

30、本发明实施例提供的微波产生装置，包括稳频激光器、光学频率梳激光器、分频单元和微波信号输出单元；通过稳频激光器输出第一频率的第一激光和第二频率的第二激光；通过光学频率梳激光器输出第一光学频率梳，第一频率和第二频率在第一光学频率梳的频段范围内；通过分频单元接收第一激光、第二激光和第一光学频率梳，并根据光学频率分频到微波波段，锁定光学频率梳的重复频率；通过光学频率梳激光器输出锁定重复频率的第二光学频率梳，第二光学频率梳传输至微波信号输出单元，激发微波信号，该微波信号具有频率范围大、相位噪声低的优点。而且本发明实施例提供的微波产生装置与现有技术相比体积和重量大大减小，具有较高的集成度和鲁棒性。

31、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种微波产生装置，其特征在于，包括稳频激光器、光学频率梳激光器、分频单元和微波信号输出单元；

2.根据权利要求1所述的微波产生装置，其特征在于，所述分频单元包括第一带通滤波器、第一光电探测器、第一混频器、第二带通滤波器、第二光电探测器、第二混频器、微波源和伺服单元，所述第一光电探测器与所述第一混频器的第一输入端连接，所述第二光电探测器与所述第一混频器的第二输入端连接，所述第一混频器的输出端与所述第二混频器的第一输入端连接，所述微波源的输出端与所述第二混频器的第二输入端连接，所述第二混频器的输入端与所述伺服单元的输入端连接，所述伺服单元的输出端与所述光学频率梳激光器连接；

3.根据权利要求2所述的微波产生装置，其特征在于，所述微波信号输出端单元复用为所述微波源。

4.根据权利要求1所述的微波产生装置，其特征在于，还包括与所述微波信号输出单元连接的微波调制器件，所述微波调制器件包括倍频器、分频器、和频器或差频器的至少一种。

5.根据权利要求1所述的微波产生装置，其特征在于，所述稳频激光器包括第一激光器、第二激光器和第一光学微腔；

6.根据权利要求5所述的微波产生装置，其特征在于，所述第一光学微腔包括回音壁模式光学微腔、f-p腔或螺旋形波导腔。

7.根据权利要求1所述的微波产生装置，其特征在于，所述稳频激光器利用布里渊散射效应、pdh锁定或者光学参量振荡方式输出第一频率的第一激光和第二频率的第二激光。

8.根据权利要求1所述的微波产生装置，其特征在于，所述光学频率梳激光器包括微腔光梳激光器、电光梳激光器或光纤光梳激光器。

9.根据权利要求1所述的微波产生装置，其特征在于，所述光学频率梳激光器的重复频率利用稳频激光注入锁定或电压控制振荡器的输入电压锁定。

10.一种微波产生方法，其特征在于，利用权利要求1～9任一所述的微波产生装置产生微波信号，所述微波产生方法包括：

技术总结
本发明实施例公开了一种微波产生装置及产生方法。微波产生装置包括稳频激光器、光学频率梳激光器、分频单元和微波信号输出单元；稳频激光器用于输出第一频率的第一激光和第二频率的第二激光；光学频率梳激光器用于输出第一光学频率梳；第一激光、第二激光和第一光学频率梳传输至分频单元，分频单元根据光学频率分频到微波波段，锁定光学频率梳的重复频率；光学频率梳激光器输出锁定重复频率的第二光学频率梳，第二光学频率梳传输至微波信号输出单元，激发微波信号。本发明实施例的技术方案，能够有效地减小系统体积，提高系统的集成度和鲁棒性，以及增大输出微波频率的范围，同时保证微波具有足够低的相位噪声水平。

技术研发人员：杨起帆,肖云峰,张方醒,季胜强,金星,孙伽略,柏雁捷,皇甫胜男
受保护的技术使用者：北京大学长三角光电科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15