CN107395284B - 无本振低相噪微波信号光学倍频产生装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无本振低相噪微波信号光学倍频产生装置及方法，属于微波信号产生技术领域。该装置和方法利用偏振复用双平行马赫‑曾德尔调制器（DP‑QPSK调制器）中集成的一个双平行马赫‑曾德尔调制器（DP‑MZM）的等效相位调制特性与相移光纤布拉格光栅（PS‑FBG）构成窄带微波光子滤波器，在光电振荡器内实现频率可调谐的低相噪微波谐振信号生成。生成的微波谐振信号通过DP‑QPSK调制器中集成的另一个DP‑MZM实现信号倍频，产生高频微波信号。本发明可以克服电子系统在高频低相噪微波信号生成方面电子瓶颈的限制，实现几十GHz甚至百GHz量级低相噪微波信号的生成。

Description

无本振低相噪微波信号光学倍频产生装置及方法
技术领域
本发明涉及微波信号产生技术领域，尤其是一种频率大范围可调谐无本振低相噪微波信号光学倍频产生装置及方法。
背景技术
随着无线通信、雷达等技术的不断发展，人们对无线通信速率的要求越来越高、对雷达的成像分辨率要求也在不断提高，这必然推动通信、雷达等技术对无线频谱资源的需求由低频段不断的向更高的频段发展。如60GHz频段的无线通信技术由于接入速率高且不需要另外申请牌照等优点正成为宽带接入的热门技术，毫米波雷达技术以其优秀的分辨率得到了越来越多的关注和研究，而太赫兹通信及成像技术将需要至少100GHz的微波信号，这就意味着人们对无线载波的需求已经在向几十GHz甚至上百GHz发展。高信号质量的高频微波载波信号的生成技术将是这些技术发展、成熟、应用的前提，近年来已经成为学术界及工业界关心的一大问题。
高频的微波载波信号在一定的频率范围之内可以在电域通过传统的低频本振信号多次倍频的方式实现，但基于传统电子技术的微波信号产生方法，受到电子器件速率瓶颈和工艺的限制，配置成本高、系统复杂，生成的高频微波信号频率可调谐范围窄，且生成高频信号的相位噪声性能由低频本振信号的相位噪声性能决定，经过低频本振信号多次倍频后(总倍频因子达到几百)生成的高频信号相位噪声性能较差，不能很好的满足实际的使用需求，特别是对于未来达到百GHz的微波信号，传统的电域方法实现成本极高、甚至难以实现。
光纤技术和微波技术互相融合产生的微波光子技术可以利用光信号极大的带宽优势实现微波信号的光学产生，克服电子瓶颈的限制，同时还可以将信号的生成与传输相结合，利用光纤损耗低的特点实现微波信号的长距离、低损耗馈送，在接收端再将其由光信号转换成高频微波信号。为了产生可以应用于未来高频通信系统和雷达系统的高频微波信号，可以采用光学倍频的方式，利用低频的微波本振信号产生高频的微波信号。文献报道的基于双平行马赫-曾德尔调制器(DP-MZM)的方法和基于级联马赫-曾德尔调制器(MZM)的方法均可以实现四倍频、六倍频、八倍频微波信号的生成，可以将用于高频微波信号生成的低频本振信号频率降低至1/8，大大降低光生微波信号的系统成本。基于光外调制器的微波信号倍频生成方法虽然可以大大降低生成高频微波信号所需的本振信号的频率，但是生成高频微波信号的相位噪声性能还是受到本振信号相位噪声性能的限制。
为了得到低相位噪声的高频微波信号，人们提出了光电振荡器技术，该技术通过光调制器、光放大器、光纤、光电探测器、电放大器、电滤波器等构成一个闭合的光电环路，当环路内净增益大于1时即可以产生微波谐振。由于光电振荡器产生的微波信号的相位噪声性能仅与光电振荡环路的品质因数(Q)值有关，可以利用光纤低损耗的特性使用长光纤构成高Q值的光电振荡环路，从而生成低相位噪声的微波信号。因为其相位噪声性能与信号频率无关，光电振荡器特别适合用于生成高频微波信号，通过光电振荡器的方法可以大大提高生成高频微波信号的相位噪声性能。在光电振荡器的基础上，人们为了实现更高频率信号的生成，将光电振荡器技术与光学倍频技术相结合，提出了多种利用光电振荡器实现倍频微波信号生成的方法，但是这些方法的倍频因子均被限制在二或者四，且倍频因子为四的方法需要采用光陷波滤波器实现光载波的滤除，这将影响到系统的稳定度并降低系统的频率可调谐范围；相关文献还报道了一种基于偏振调制器的倍频因子在四、六、八可调的光电振荡器结构，该方法可以实现极高频率的微波信号生成，但是因为该方法采用了电滤波器对谐振信号进行频率选择，系统的频率可调谐范围非常小，这限制了该方法的应用范围。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中光电振荡器生成微波信号方法中倍频因子与频率可调谐范围难以兼顾的问题，本发明提出了一种频率大范围可调谐无本振低相噪微波信号光学倍频产生装置及方法，利用该装置可以产生二倍频、四倍频的高频微波信号，且生成信号的频率大范围可调谐，生成信号的相位噪声性能可以通过高Q值的光电振荡器得到极大优化。
本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：
一种频率大范围可调谐无本振低相噪微波信号光学倍频产生装置，特点是：该装置包括可调谐激光器、偏振复用双平行马赫-曾德尔调制器(DP-QPSK调制器)、光放大器、偏振控制器、偏振分束器、光环形器、相移光纤布拉格光栅(PS-FBG)、单模光纤、第一光电探测器、电放大器、第一电耦合器、第二电耦合器、直流电源、第二光电探测器；所述DP-QPSK调制器内集成了两个子双平行马赫-曾德尔调制器(DP-MZM)，两个子DP-MZM输出的光信号经过正交偏振复用耦合在一起在DP-QPSK调制器的输出端输出，子DP-MZM由一个主马赫-曾德尔调制器(MZM)和两个子MZM组成；所述DP-QPSK调制器设置在可调谐激光器的出射光路上；DP-QPSK调制器的输出端与光放大器的输入端连接，光放大器的输出端与偏振控制器的输入端连接，偏振控制器的输出端与偏振分束器的输入端连接；偏振分束器的一个输出端与光环形器的1口连接，光环形器的2口与PS-FBG输入端口连接，光环形器的3口与一段单模光纤连接；单模光纤的另一端与第一光电探测器的输入端连接，第一光电探测器的输出端与电放大器的输入端连接；电放大器的输出端与第一电耦合器的输入端连接，第一电耦合器的两个输出端分别与第二电耦合器的输入端和DP-QPSK调制器其中一个子DP-MZM的一个射频输入端口连接，该子DP-MZM的另一个射频输入端口无输入，第二电耦合器的两个输出端与DP-QPSK调制器的另一个子DP-MZM的两个射频输入端口连接；所述直流电源连接DP-QPSK调制器的六个直流偏置端口；偏振分束器的另一个输出端与第二光电探测器的输入端连接；所述第二光电探测器的输出端输出生成的微波信号。
所述子DP-MZM具有相同的结构和性能。
所述子DP-MZM具有独立的两个射频信号输入端口和三个直流偏置输入端口。
所述连接第二电耦合器的子DP-MZM的两个子MZM分别工作在最大传输点和最小传输点，主MZM工作在正交传输点。
所述连接第一电耦合器的子DP-MZM，当需要生成二倍频微波信号时，连接第一电耦合器的射频输入端口对应的子MZM偏置在最小传输点，另一个无输入的子MZM通过偏置电压控制，实现对光载波的完全抑制；当需要生成四倍频微波信号时，该射频输入端口对应的子MZM偏置在最大传输点，另一个无输入的子MZM通过偏置电压控制，实现在子DP-MZM的输出端对光载波的完全抑制。
所述相移光纤布拉格光栅即PS-FBG具有平坦的反射谱，且反射谱上有一带宽极窄(几十MHz)的凹陷。
所述偏振分束器的两个偏振主轴方向通过调节偏振控制器分别与DP-QPSK调制器的两个主轴方向对准。
一种频率大范围可调谐无本振低相噪微波信号光学倍频生成方法，包括如下步骤：
1)根据需要产生的微波信号的频率调节可调谐激光器输出的波长λ，可调谐激光器输出的光信号注入到DP-QPSK调制器中；DP-QPSK调制器的两个子DP-MZM输出的光信号分别在DP-QPSK调制器输出光信号的两个正交的偏振方向上；
2)调节偏振控制器使偏振分束器的两个偏振主轴方向分别与DP-QPSK调制器的两个主轴方向对准；
3)DP-QPSK调制器的一个子DP-MZM与光放大器、偏振控制器、偏振分束器、光环形器、PS-FBG、单模光纤、第一光电探测器、电放大器、第一电耦合器、第二电耦合器一起构成了一个光电振荡器环路；DP-QPSK调制器的另一个子DP-MZM与光放大器、偏振控制器、偏振分束器、第二光电探测器一起构成了一个信号倍频器；
4)光电振荡器中的谐振信号经第一电耦合器分为两路分别输入DP-QPSK调制器的两个子DP-MZM；
5)其中一路谐振信号经过第二电耦合器注入光电振荡器环路内的子DP-MZM，通过直流电源产生的偏置电压使该DP-MZM的两个子MZM分别工作在最大传输点和最小传输点，主MZM工作在正交传输点，光信号经过该子DP-MZM的调制实现了对谐振信号的相位调制，该子DP-MZM与PS-FBG共同实现微波光子窄带滤波，实现对光电振荡器环路内信号的频率选择；
6)另一路谐振信号直接注入到另一个子DP-MZM的一个射频输入端口，该子DP-MZM的主MZM工作在最小传输点，当需要生成二倍频微波信号时，该射频输入端口对应的子MZM偏置在最小传输点，另一个无输入的子MZM通过偏置电压控制，实现对光载波的完全抑制；当需要生成四倍频微波信号时，该射频输入端口对应的子MZM偏置在最大传输点，另一个无输入的子MZM通过偏置电压控制，实现在子DP-MZM的输出端对光载波的完全抑制；
7)在第二光电探测器处可以生成二倍频、或者四倍频的低相位噪声微波信号。
本发明利用DP-MZM的相位调制特性，通过DP-QPSK调制器的一个子DP-MZM与光电振荡器环路内的PS-FBG构成窄带等效微波光子滤波器，通过该滤波器实现了对谐振频率的选择和对其它模式的抑制，从而实现低相位噪声谐振信号的生成；又利用了DP-MZM的倍频特性，利用DP-QPSK调制器的另一个子DP-MZM实现对谐振信号的二倍频或四倍频。本发明无需本振信号，通过光电振荡器的自发谐振，可以生成谐振信号二倍频、四倍频的高频微波信号，同时信号的生成频率大范围可调谐。根据不同的需求，可以通过调谐光电振荡器的谐振频率和倍频因子实现不同频率信号的生成。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明利用光电振荡器的自发谐振产生微波信号，无需外部本振信号的注入；
2.本发明利用可调谐的光电振荡器结构，生成的微波信号频率大范围可调谐；
3.本发明利用了长光纤光电振荡器结构，生成微波信号的相位噪声性能优秀；
4.本发明可以实现可调的倍频因子(二或四)，可以提高生成微波信号的频率范围。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明实施例1中光电振荡器产生的不同频率微波信号的频谱图，微波信号频率的调谐步进为1GHz左右；
图3为本发明实施例1中光电振荡器外用于倍频的DP-MZM输出的光信号的光谱图，光电振荡器谐振频率为12.66GHz；
图4为本发明实施例1中生成的二倍频微波信号的频谱图，光电振荡器的谐振信号调谐步进为1GHz左右；
图5为本发明实施例2中光电振荡器外用于倍频的DP-MZM输出的光信号的光谱图，光电振荡器谐振频率为10.58GHz；
图6为本发明实施例2中生成的四倍频微波信号的频谱图，光电振荡器的谐振信号调谐步进为1GHz左右；
图7为本发明实施例中8.50GHz谐振信号以及通过对该谐振信号二倍频和四倍频产生的微波信号的相位噪声性能示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
参见图1，本发明包括：可调谐激光器1、DP-QPSK调制器2、光放大器3、偏振控制器4、偏振分束器5、光环形器6、相移光纤布拉格光栅(PS-FBG)7、单模光纤8、第一光电探测器9、电放大器10、第一电耦合器11、第二电耦合器12、直流电源13、第二光电探测器14。可调谐激光器1的输出端口与DP-QPSK调制器2的光学输入端相连。DP-QPSK调制器2的光学输出端口与光放大器3的输入端口连接，光放大器3的输出端口与偏振控制器4的输入端口连接，偏振控制器4的输出端口与偏振分束器5的输入端口连接，偏振分束器5的两个输出端口一路与第二光电探测器14的输入端口连接，另一路与光环形器6的1口相连，光环形器6的2口与PS-FBG 7的输入端口连接，光环形器6的3口与单模光纤8的输入端口相连，单模光纤8的输出端口与第一光电探测器9的输入端口相连，第一光电探测器9的输出端口与电放大器10的输入端口相连，电放大器10的输出端口与第一电耦合器11的输入端口相连，第一电耦合器11的两个输出端口一路与DP-QPSK调制器的一个子DP-MZM的一个射频输入端口连接，该子DP-MZM的另一个射频输入端口无输入，第一电耦合器11的两个输出端口的另一路与第二电耦合器12的输入端口连接，第二电耦合器12的两个输出端口分别与DP-QPSK调制器2的另一个子DP-MZM的两个射频输入端口连接，直流电源13提供六路直流偏置电压分别与DP-QPSK调制器的六个直流偏置输入端口连接。第二光电探测器14的输出端口可以得到生成的微波信号。
本发明产生微波信号，具体步骤是：
步骤一、根据需要产生的微波信号的频率调节可调谐激光器输出的波长λ(与PS-FBG反射谱上极窄凹陷的位置有关，生成谐振信号的频率为激光器输出波长与PS-FBG反射谱上极窄凹陷的频率间隔)，可调谐激光器输出的光信号注入到DP-QPSK调制器中，DP-QPSK调制器的两个子DP-MZM输出的光信号分别在DP-QPSK调制器输出光信号的两个正交的偏振方向上；
步骤二、调节偏振控制器使偏振分束器的两个偏振主轴方向分别与DP-QPSK调制器的两个主轴方向对准；
步骤三、DP-QPSK调制器的一个子DP-MZM与光放大器、偏振控制器、偏振分束器、光环形器、PS-FBG、单模光纤、第一光电探测器、电放大器、第一电耦合器、第二电耦合器一起构成了一个光电振荡器环路；DP-QPSK调制器的另一个子DP-MZM与光放大器、偏振控制器、偏振分束器、第二光电探测器一起构成了一个信号倍频器；
步骤四、光电振荡器中的谐振信号经第一电耦合器分为两路分别输入DP-QPSK调制器的两个子DP-MZM；
步骤五、其中一路谐振信号经过第二电耦合器注入光电振荡器环路内的子DP-MZM，通过直流电源产生的偏置电压使该DP-MZM的两个子MZM分别工作在最大传输点和最小传输点，主MZM工作在正交传输点，光信号经过该子DP-MZM的调制实现了对谐振信号的相位调制，该子DP-MZM与PS-FBG共同实现微波光子窄带滤波，实现对光电振荡器环路内信号的频率选择；
步骤六、另一路谐振信号直接注入到另一个子DP-MZM的一个射频输入端口，该子DP-MZM的主MZM工作在最小传输点，当需要生成二倍频微波信号时，该射频输入端口对应的子MZM偏置在最小传输点，另一个无输入的子MZM通过偏置电压控制，实现对光载波的完全抑制；当需要生成四倍频微波信号时，该射频输入端口对应的子MZM偏置在最大传输点，另一个无输入的子MZM通过偏置电压控制，实现在子DP-MZM的输出端对光载波的完全抑制；
步骤七、在第二光电探测器处可以生成二倍频、或者四倍频的低相位噪声微波信号。
具体说明如下：
输入光电振荡器环路内的子DP-MZM的谐振信号为V1cos(Ωt)，其中V1是信号幅度，Ω是信号角频率，在上述步骤中的偏置点下，该DP-MZM调制器输出的光信号为：
其中E1是该子DP-MZM输出光信号的强度，ωc是光信号角频率，Vπ是DP-QPSK调制器的半波电压，γ＝πV1/2Vπ。从(1)可以看出，输入电信号通过该子DP-MZM调制的实际效果相当于一个相位调制器的作用，实现了对光信号的相位调制。该子DP-MZM与光电振荡器环路内的其它元器件构成了闭合的环路。其中PS-FBG具有较宽的反射谱，且反射谱上具有一个极窄的凹陷，经相位调制的光信号通过PS-FBG实现相位调制到强度调制的转换，通过第一光电探测器的检测，实现了一个窄带的微波光子滤波器，该滤波器在光电振荡器环路内可以实现对光电振荡器谐振频率的选择。调节可调谐激光器输出光信号的波长可以实现对该微波光子滤波器中心频率的调谐，从而实现对谐振信号频率的调谐。当光电振荡器环路内增益大于1时，光电振荡器将起振，最终生成谐振信号。
该谐振信号通过第一电耦合器分为两路，一路通过第二电耦合器反馈输入到该子DP-MZM保证光电振荡器的谐振，另一路输入到另一个子DP-MZM。
当需要生成二倍频微波信号时，在上述步骤中要求的偏置点下，该DP-MZM调制器输出的光信号为：
其中Jn是n阶第一类贝塞尔函数，E2是该子DP-MZM输出光信号的强度，ωc是光信号角频率，Vbias是无信号输入的子MZM的偏置电压，V2是输入谐振信号幅度，Ω是输入谐振信号角频率，ξ＝πVbias/2Vπ,δ＝πV2/2Vπ。在上述推导中使用了小信号调制条件(δ<<1)。可以看到，当cos(ξ)＝0时，该输出DP-MZM输出的光信号将只包含两个一阶光边带，这两个一阶光边带在第二光电探测器出检测就可以生成二倍频的微波信号。
当需要生成四倍频微波信号时，在上述步骤中要求的偏置点下，该DP-MZM调制器输出的光信号为：
在上述推导中同样使用了小信号调制条件(δ<<1)。可以看到，当cos(ξ)＝J0(δ)时，该输出DP-MZM输出的光信号将只包含两个二阶光边带，这两个二阶光边带在第二光电探测器出检测就可以生成四倍频的微波信号。
实施例1
本实施例中PS-FBG反射谱带宽为50GHz，反射谱上极窄凹陷位置为1549.99nm，带宽为40MHz，设置可调谐激光器波长与1549.99nm间隔7.5GHz左右，并在实验中以约1GHz的间隔增加，以产生不同频率的谐振信号。DP-QPSK调制器的半波电压为3.5V。调节偏振控制器使偏振分束器的两个主轴方向与DP-QPSK调制器的两个主轴方向分别保持一致。DP-QPSK调制器的两个子DP-MZM如下设置：在构成光电振荡器环路的子DP-MZM的两个子MZM分别偏置在最大传输点和最小传输点，主MZM偏置在正交点，另一个子DP-MZM中，输入射频信号的子MZM偏置在最小传输点，无输入的子MZM设置偏置电压使得cos(πVbias/2Vπ)＝0。在第二光电探测器处可以得到谐振频率二倍频的微波信号。调节可调谐激光器的波长，该谐振信号频率同时变化。图2为实验中光电振荡器环路内产生约7.5GHz到13.5GHz的频率间隔为1GHz左右的微波谐振信号的频谱图，该生成信号的频率范围受限于实验中使用的电放大器及第一光电探测器的工作带宽，采用带宽更大的器件，可以产生更大频率范围的谐振信号。图3为谐振信号频率为12.66GHz时，光电振荡器外用于倍频的DP-MZM输出的光信号的光谱图，可以看到载波和二阶边带被很好的抑制，两个一阶边带占主导地位。图4为当谐振信号为8.50GHz,9.55GHz，10.58GHz，11.58和12.66GHz时生成的二倍频微波信号的频谱图，可以看到生成了频率为17.00GH，19.10GHz，21.16GHz，23.16GHz和25.32GHz的微波信号。
实施例2
本实施例中PS-FBG反射谱带宽为50GHz，反射谱上极窄凹陷位置为1549.99nm，带宽为40MHz，设置可调谐激光器波长与1549.99nm间隔7.5GHz左右，并在实验中以约1GHz的间隔增加，以产生不同频率的谐振信号。DP-QPSK调制器的半波电压为3.5V。调节偏振控制器使偏振分束器的两个主轴方向与DP-QPSK调制器的两个主轴方向分别保持一致。DP-QPSK调制器的两个子DP-MZM如下设置：在构成光电振荡器环路的子DP-MZM的两个子MZM分别偏置在最大传输点和最小传输点，主MZM偏置在正交点，另一个子DP-MZM中，输入射频信号的子MZM偏置在最大传输点，无输入的子MZM设置偏置电压使得cos(πVbias/2Vπ)＝J0(πV2/2Vπ)。在第二光电探测器处可以得到谐振频率四倍频的微波信号。调节可调谐激光器的波长，该谐振信号频率同时变化。图5为谐振信号频率为10.8GHz时，光电振荡器外用于倍频的DP-MZM输出的光信号的光谱图，可以看到载波和一阶边带被很好的抑制，两个二阶边带占主导地位。图6为当谐振信号为8.50GHz,9.55GHz和10.58GHz时生成的四倍频微波信号的频谱图，可以看到生成了频率为34.00GH，38.20GHz和42.32GHz的微波信号。
图7为生成8.50GHz谐振信号和由该谐振信号倍频产生的17.00GHz和34.00GHz的微波信号的相位噪声性能。
综上，本发明提供的频率大范围可调谐无本振低相噪微波信号光学倍频产生装置及方法，无需本振信号的输入即可以产生自发的信号谐振并生成谐振信号二倍频和四倍频的高频低相噪微波信号，系统具有较大的频率可调谐范围，同时可以无需滤波实现二和四的倍频因子，避免了之前文献报道的光电振荡器中实现倍频因子四时需要光学滤波造成系统稳定性和可调谐性下降的问题。这使得本发明可以广泛应用于通信、雷达等需要高质量、可调谐、高频本振信号的技术领域。

Claims (4)

1.一种无本振低相噪微波信号光学倍频产生装置，其特征在于：该装置包括可调谐激光器、偏振复用双平行马赫-曾德尔调制器即DP-QPSK调制器、光放大器、偏振控制器、偏振分束器、光环形器、相移光纤布拉格光栅即PS-FBG、单模光纤、第一光电探测器、电放大器、第一电耦合器、第二电耦合器、直流电源及第二光电探测器；所述DP-QPSK调制器内集成了两个子双平行马赫-曾德尔调制器即DP-MZM，两个子DP-MZM输出的光信号经过正交偏振复用耦合在一起在DP-QPSK调制器的输出端输出，子DP-MZM由一个主马赫-曾德尔调制器即主MZM和两个子MZM组成；所述DP-QPSK调制器设置在可调谐激光器的出射光路上；DP-QPSK调制器的输出端与光放大器的输入端连接，光放大器的输出端与偏振控制器的输入端连接，偏振控制器的输出端与偏振分束器的输入端连接；偏振分束器的一个输出端与光环形器的1口连接，光环形器的2口与PS-FBG输入端口连接，光环形器的3口与一段单模光纤连接；单模光纤的另一端与第一光电探测器的输入端连接，第一光电探测器的输出端与电放大器的输入端连接；电放大器的输出端与第一电耦合器的输入端连接，第一电耦合器的两个输出端分别与第二电耦合器的输入端和DP-QPSK调制器的第二子DP-MZM的一个射频输入端口连接，该子DP-MZM的另一个射频输入端口无输入，第二电耦合器的两个输出端与DP-QPSK调制器的第一子DP-MZM的两个射频输入端口连接；所述直流电源连接DP-QPSK调制器的六个直流偏置端口；偏振分束器的另一个输出端与第二光电探测器的输入端连接；所述第二光电探测器的输出端输出生成的微波信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述PS-FBG 具有平坦的反射谱，且反射谱上有一带宽极窄的凹陷。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过偏振控制器控制，DP-QPSK调制器的两个偏振主轴方向与偏振分束器的两个主轴方向对齐。
4.一种采用如权利要求1所述的装置的无本振低相噪微波信号光学倍频产生方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1）根据需要产生的微波信号的频率调节可调谐激光器输出的波长λ，可调谐激光器输出的光信号注入到DP-QPSK调制器中；DP-QPSK调制器的两个子DP-MZM输出的光信号分别在DP-QPSK调制器输出光信号的两个正交的偏振方向上；
2）调节偏振控制器使偏振分束器的两个偏振主轴方向分别与DP-QPSK调制器的两个主轴方向对准；
3）DP-QPSK调制器的第一子DP-MZM与光放大器、偏振控制器、偏振分束器、光环形器、PS-FBG、单模光纤、第一光电探测器、电放大器、第一电耦合器、第二电耦合器一起构成了一个光电振荡器环路；DP-QPSK调制器的第二子DP-MZM与光放大器、偏振控制器、偏振分束器、第二光电探测器一起构成了一个信号倍频器；
4）光电振荡器中的谐振信号经第一电耦合器分为两路分别输入DP-QPSK调制器的两个子DP-MZM；
5）其中一路谐振信号经过第二电耦合器注入光电振荡器环路内的第一子DP-MZM，通过直流电源产生的偏置电压使该子DP-MZM的两个子MZM分别工作在最大传输点和最小传输点，主MZM工作在正交传输点，光信号经过该子DP-MZM的调制实现了对谐振信号的相位调制，该子DP-MZM与PS-FBG共同实现微波光子窄带滤波，实现对光电振荡器环路内信号的频率选择；
6）另一路谐振信号直接注入到第二子DP-MZM的一个射频输入端口，该子DP-MZM的主MZM工作在最小传输点，当需要生成二倍频微波信号时，该射频输入端口对应的子MZM偏置在最小传输点，另一个无输入的子MZM通过偏置电压控制，实现对光载波的完全抑制；当需要生成四倍频微波信号时，该射频输入端口对应的子MZM偏置在最大传输点，另一个无输入的子MZM通过偏置电压控制，实现在子DP-MZM的输出端对光载波的完全抑制；
7）在第二光电探测器处生成二倍频、或者四倍频的低相位噪声微波信号。
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