CN107845941B - 基于气体吸收光谱的光电级联微波信号发生装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明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及方法，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。
Description
技术领域
本发明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及方法，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。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于气体吸收光谱的光电级联微波信号发生装置及方法，该装置是一种基于电光外调制、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。
本发明的技术解决方案是提供一种基于气体吸收光谱的光电级联微波信号发生装置，其特殊之处在于：包括参考信号源、信号发生系统及激光稳频系统；
上述参考信号源29的出射端连接有微波放大器28；
上述信号发生系统包括半导体激光器1、设置在半导体激光器出射光路中的1×2分束器2、与1×2分束器2一路输出端连接的1×n分束器3及与1×n分束器3输出端连接的n级串联的气体吸收光谱调制系统，其中n为大于等于1的正整数；
上述半导体激光器为连续工作的单色半导体激光器；
上述气体吸收光谱调制系统包括依次连接的调制器、气体吸收池14、光电探测器及微波放大器；
各级气体吸收光谱调制系统中的调制器的光学输入端分别与1×n分束器的输出端连接；
第一级气体吸收光谱调制系统中的调制器5的驱动输入端与参考信号系统中的微波放大器28的输出端连通；其余各级气体吸收光谱调制系统中的调制器的驱动输入端与上一级气体吸收光谱调制系统中的微波放大器的输出端连接；第n级气体吸收光谱调制系统中的输出端光电探测器20用于输出信号；
上述激光稳频系统包括气体吸收池，上述气体吸收池与气体吸收光谱调制系统中的气体吸收池为同一气体吸收池14，用于将激光光源波长锁定在气体吸收光谱上，气体吸收池中气体光谱的形状关于中心波长对称；激光稳频系统的输入端与1×2分束器的另一路输出端连接，激光稳频系统的输出端与半导体激光器连通。
优选地，上述气体吸收池14的输入端及输出端均设有光纤准直器。
优选地，气体吸收池14中的气体光谱的中心位置与激光光源波长相等(非常接近)，方便激光稳频系统将光源波长锁定在气体吸收光谱上。
优选地，气体吸收光谱调制系统中的调制器为相位调制器或强度调制器，当为强度调制器时，还包括强度调制器的偏置点控制器。优选地，上述激光稳频系统包括依次连接的调制器4、气体吸收池14、光电探测器32；
上述激光稳频系统还包括固定频率信号源30、设置在固定频率信号源30出射光路中的微波功率分配器31及分别位于微波功率分配器31两个输出端的微波放大器27及混频器33；
上述调制器4的光学输入端与1×2分束器2连接，上述调制器4的驱动输入端与上述微波放大器27的输出端连接，上述光电探测器32的输出端与所述混频器33的输入端连接，上述混频器33的输出端依次连接低通滤波器34、伺服控制器35及电流驱动器36，上述电流驱动器36的输出端与半导体激光器1连接。
本发明还提供一种上述的基于气体吸收光谱的光电级联微波信号发生装置的微波信号发生方法，包括以下步骤：
步骤一：利用激光稳频系统调节半导体激光器的出射光波锁定于气体吸收池中气体光谱的中心位置；
步骤二：参考信号源29产生的微波信号进入微波放大器28，经微波放大器28放大后产生微波信号驱动调制器5；
步骤三：半导体激光器1在激光稳频系统的驱动下发出光波，光波依次经1×2分束器2、1×n分束器3到达各级调制器的注入端口，光波在调制器5中受到步骤二微波信号的相位调制；
步骤四：步骤三中经相位调制的光波穿过气体吸收池14，与气体吸收光谱相互作用；
步骤五：穿过气体吸收池14的光波经光电探测器21转变为光电信号，光电探测器21输出的光电信号是参考信号源29输出的信号的二倍频：
步骤六：光电探测器21输出的信号再经过微波放大器26；放大后的信号驱动调制器6，将二倍频的微波信号加载于光波上；光波再经过气体吸收池14、探测器，又获得了一次二倍频，即四倍频；
步骤七：重复步骤六n次，直到从输出端光电探测器20输出2n倍频的信号。
优选地，上述步骤一具体为：
半导体激光器1发出的光波经过1×2分束器2进入调制器4；
固定频率信号源30发出的微波信号经过微波功率分配器31，其中一路经微波放大器27放大用于驱动调制器4；另一路进入混频器33；
在调制器4中经过相位调制后的光波经过气体吸收池14、光电探测器32后获得加载光谱信息的光电信号；将该光电信号导入混频器33，光电信号与固定频率信号源30产生的信号实现乘法运算，再经低通滤波器34的作用产生误差信号；
上述误差信号进入伺服控制器35，输出控制信号，控制信号进入电流驱动器36输出半导体激光器的驱动电流，控制半导体激光器输出激光。
优选地，步骤三中光波在调制器5中受到步骤二微波信号的相位调制后光源光谱产生调制边带，其光电场为：
其中E0是光电场幅度，j为虚数单位，v0是光频率，是相位调制的深度，正比于调制器的驱动信号的幅度，νm是调制信号的频率，/>是n阶贝塞尔函数；
步骤四中经过气体光谱吸收的光波为：
其中Tn是第n个边带对应的光谱透过率。
优选地，光波经准直进入气体吸收池14后经准直输出气体吸收池14进入光电探测器。
通常会有顾虑认为经过多次光电转换，噪声会迅速的累积起来。但是经过我们的分析认为，噪声的累积是非常缓慢的。分析的过程如下：
任取倍频系统的某一级来考察噪声传递的问题。由于倍频的主要器件是相位调制器，前一级微波信号的噪声施加在光波上只会表现为相位噪声。光波穿过调制器后的光谱为
其中表示卷积，ΦN(ν)是相位噪声的光谱，这里假设光源的光谱是纯粹的单色光，其光谱用狄拉克δ函数δ(ν-ν0)表示。由于光源线宽远小于气体吸收光谱，这个假设是成立的。
如果ΦN(ν)的非0值的宽度远小于调制频率νm，经过气体之后，光谱可写为(化简的过程运用了δ函数的卷积性质)
然后通过计算光谱的逆傅里叶变换，可以得到光电场的时域形式，化简的过程利用了傅里叶变换的位移性质，
可以看出，上一级的噪声只表现在光波的相位上，不会被平方律形式的光电探测器检出，因而也就不会传递到下一级上。当然实际上不会完全隔绝噪声的传递，因为相位噪声的频谱总是有一定带宽的。这里的分析说明，在本发明的构架下，噪声传递是非常小的。
本发明的有益效果是：
1、本发明利用气体吸收光谱配合电光调制器能够对任意形式的低频参考信号实现倍频，可以保证大调谐范围、可控的初相位、很高的相位稳定性；
2、本发明只需要一套稳频系统就可以确保各级的波长对准，其中各级气体吸收光谱调制系统与激光稳频系统共用一个气体吸收池，降低了系统复杂度；
3、本发明提出光电转换级联的工作方式，通过研究误差传递，可以确定这种方法累积噪声不显著，可以产生高质量的信号。
附图说明
图1是实施例一的结构示意图；
图2是气体光谱产生二倍频的示意图；
图3是实施例二的结构示意图；
图4是误差信号与波长偏移量的关系。
图中附图标记为：1-半导体激光器，2-1×2分束器，3-1×n分束器；4，5，6，7，8-相位调制器，9，10，11，12，13，15，16，17，18，19-光纤准直器，14-气体吸收池，20-输出端光电探测器，21，22，23，32-光电探测器，24，25，26，27，28-微波放大器，29-参考信号源，30-固定频率信号源，31-微波功率分配器，33-混频器，34-低通滤波器，35-伺服控制器，36-电流驱动器；
51，61，71，81-强度调制器。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例一
结合图1可以看出，本实施例包括参考信号源29、信号发生系统及激光稳频系统；
其中参考信号源29出射光路中设置有微波放大器28，参考信号源29产生的任意形式微波信号进入微波放大器28，经放大后驱动相位调制器5。
信号发生系统包括半导体激光器1及依次位于半导体激光器1出射光路中的1×2分束器2、1×n分束器3及n级串联的吸收调制系统；在该实施例中n等于4，在其他实施例中n可以为任意的整数；每级吸收调制系统包括依次连接的相位调制器、输入端光纤准直器、气体吸收池14、输出端光纤准直器、光电探测器及微波放大器；每一级的气体吸收池14互相连通；各级吸收调制系统中的相位调制器的光学输入端分别与1×n分束器的输出端连接，第一级吸收调制系统中的相位调制器5的驱动输入端与参考信号系统中微波放大器28的输出端连接，其余各级吸收调制系统中的相位调制器的驱动输入端与上一级吸收调制系统中的微波放大器的输出端连接；例如，第二级吸收调制系统中相位调制器6的驱动输入端与第一级吸收调制系统中的微波放大器26的输出端连接；第三级吸收调制系统中相位调制器7的驱动输入端与第二级吸收调制系统中的微波放大器25的输出端连接等；第四级吸收调制系统中的光电探测器作为输出端光电探测器20输出倍频信号。
本发明中气体池中所含气体的光谱应该满足以下条件(如图2中c所示)：
1、气体光谱的中心位置应该与光源波长非常接近，方便稳频系统将光源波长锁定在气体吸收光谱上；
2、气体光谱的线宽略大于调制的频率νm，否则产生倍频的效率太低；
3、气体光谱的形状相对于中心波长对称。
微波信号在某一级光谱吸收调制系统中产生倍频的原理如下文所述。参考信号源29产生的任意形式微波信号进入微波放大器28，经放大后驱动相位调制器5；调制器5的注入光来自半导体激光器1，半导体激光器1是一个连续工作的单色半导体激光器，其光谱如图2中a所示。光源发出的光波依次经1×2分束器2、1×n分束器3，到达调制器5的注入端口。光波在调制器5中受到前述参考微波信号的相位调制，光源光谱产生了调制边带(如图2中b所示)，其光电场为
其中E0是光电场幅度，j为虚数单位，v0是光频率，是相位调制的深度，正比于调制器的驱动信号的幅度，νm是调制信号的频率，/>是n阶贝塞尔函数。
相位调制的光波经过光纤准直器12进入空间，穿过气体吸收池14，与气体吸收光谱相互作用(如图2中c所示)。若光波的波长与气体光谱的中心波长精确对准，则经过气体光谱吸收的光波为
其中Tn是第n个边带对应的光谱透过率。
穿过气体吸收池14的光波耦合进入光纤准直器18，再经光电探测器21转变为光电信号S(t)，有关系
其中k是与n类似的另一个求和式的序号。
利用欧拉公式，并且忽略掉信号的直流项，可得信号的余弦形式
令k＝n+q，可得信号中的q次谐波为
利用关系J-n＝(-1)nJn以及光谱的对称性T-n＝Tn可得：
若q为奇数，则谐波的系数为零；若q为偶数，则谐波的系数不为零。即光电探测器21输出的微波信号应是参考信号源29输出信号的偶次倍频。考虑到高阶贝塞尔函数幅度很小，偶次倍频中的高次项如4、6、8等倍频可被忽略，因此最后得到的就是信号的二倍频。
光电探测器21输出的信号再经过微波放大器26，放大后的信号驱动相位调制器6，将二倍频的微波信号加载于光波上；光波再经过光纤准直器11、气体吸收池14、光纤准直器17，探测器22，又获得了一次二倍频，即4倍频；这个过程可以重复n次，直到从输出端光电探测器20输出2n倍频的信号。
根据外调制法产生信号倍频的一般原理(见图2)，需要确保光源波长与气体光谱的中心波长对准，这一点是通过激光稳频系统实现的。稳频系统可以采用调制或者非调制的形式，如边频锁定、DAVLL法等。该实施例采用调制稳频的形式，工作的过程类似于经典的P-D-H稳频，只是将频率标准从干涉标准具转换为气体吸收光谱。用同一个气体吸收池，既作为各级光谱调制的装置，又作为光源稳频的装置。
激光稳频系统包括：固定频率信号源30、微波功率分配器31、微波放大器27、相位调制器4、光纤准直器13、气体吸收池14、光纤准直器19、光电探测器32、混频器33、低通滤波器34、伺服控制器35、半导体激光器电流驱动器36。其中相位调制器4的光学输入端与1×2分束器的一路输出端连接，其输出端依次连接光纤准直器13、气体吸收池14、光纤准直器19与光电探测器32；固定频率信号源30的输出端连接微波功率分配器31，微波功率分配器31的两路输出端依次连接微波放大器27及混频器33，微波放大器27的输出端与相位调制器4的驱动输入端连接，光电探测器32的输出端接混频器33，混频器33的输出端依次连接低通滤波器34、伺服控制器35及电流驱动器36，电流驱动器36的输出端与半导体激光器1连接。
稳频系统的工作过程为：半导体激光器1发出的光波经过1×2分束器2，进入相位调制器4。一个固定频率信号源30发出的微波信号经过微波功率分配器31，其中一路经微波放大器27的放大，用于驱动调制器4。相位调制后的光波经过光纤准直器13、气体吸收池14、光纤准直器19、光电探测器32，获得了加载光谱信息的光电信号。
如前文所述，若光源波长与气体光谱相互锁定，则探测器32输出的光电信号的奇次谐波为0；若有偏离，则奇次谐波幅度与偏离量的关系如图4所示。从图中可以看出，奇次谐波幅度随频率偏离量变化的曲线穿过0点，并且在0点附件是单调的奇函数，很适合作为误差信号。
为了提取奇次谐波幅度，光电信号被导入混频器33。在混频器中，光电信号与信号源30产生的信号实现乘法运算。奇次谐波被转移到了零频率处，然后经过低通滤波器34的作用，就成为半导体激光器稳频的误差信号。误差信号进入伺服控制器35，输出控制信号；控制信号进入电流驱动器36，输出半导体激光器的驱动电流；半导体激光器1的输出波长与注入电流之间存在单调关系，因而可以被误差信号所控制，最终实现半导体激光器1的频率稳定。
稳频系统的稳频标准就是气体吸收光谱所在的位置。从图1可以看出，各个光路所用的气体池是联通的，因而只需一个稳频装置，就可以确保每一级的光波频率与吸收光谱的对准。若用FBG一类的陷波滤波器，每一级都需要一个单独的控制系统，整体的复杂度会变得很高，体积和成本也会增加到难于忍受的地步。
实施例二
该实施例与实施例一不同的是采用强度调制器以获得更高的倍频数。从图3可以看出，系统构成大体类似于实施例一的基本形式图1，只是将相位调制器5、相位调制器6、相位调制器7、相位调制器8均被替换为强度调制器，即图3中包括强度调制器51，强度调制器61，强度调制器71，强度调制器81。使用强度调制器可以在每一级获得4倍频，这样n级串联的效果比用相位调制器高2n倍。然而，若要用强度调制器产生四倍频信号，需要控制其偏置点，所以每一级会增加一套直流偏置自控装置，增加了系统的复杂度。另一方面，强度调制器会直接将噪声传递到下一级，总的信号质量比使用相位调制器要低。
Claims (9)
1.一种基于气体吸收光谱的光电级联微波信号发生装置，其特征在于：包括参考信号源、信号发生系统及激光稳频系统；
所述参考信号源(29)的出射端连接有微波放大器(28)；
所述信号发生系统包括半导体激光器(1)、设置在半导体激光器出射光路中的1×2分束器(2)、与1×2分束器(2)一路输出端连接的1×n分束器(3)及与1×n分束器(3)输出端连接的n级串联的气体吸收光谱调制系统，其中n为大于等于1的正整数；
所述半导体激光器为连续工作的单色半导体激光器；
所述气体吸收光谱调制系统包括依次连接的调制器、气体吸收池(14)、光电探测器及微波放大器；
各级气体吸收光谱调制系统中的调制器的光学输入端分别与1×n分束器的输出端连接；
第一级气体吸收光谱调制系统中的调制器(5)的驱动输入端与参考信号系统中的微波放大器(28)的输出端连通；其余各级气体吸收光谱调制系统中的调制器的驱动输入端与上一级气体吸收光谱调制系统中的微波放大器的输出端连接；第n级气体吸收光谱调制系统中的输出端光电探测器(20)用于输出信号；
所述激光稳频系统包括气体吸收池，所述气体吸收池与气体吸收光谱调制系统中的气体吸收池为同一气体吸收池(14)，用于将激光光源波长锁定在气体吸收光谱上。
2.根据权利要求1所述的一种基于气体吸收光谱的光电级联微波信号发生装置，其特征在于：所述气体吸收池(14)的输入端及输出端均设有光纤准直器。
3.根据权利要求2所述的一种基于气体吸收光谱的光电级联微波信号发生装置，其特征在于：气体吸收池(14)中的气体光谱的中心位置与激光光源波长相等，气体光谱的形状关于中心波长对称。
4.根据权利要求3所述的一种基于气体吸收光谱的光电级联微波信号发生装置，其特征在于：气体吸收光谱调制系统中的调制器为相位调制器或强度调制器，当为强度调制器时，还包括强度调制器的偏置点控制器。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种基于气体吸收光谱的光电级联微波信号发生装置，其特征在于：
所述激光稳频系统包括依次连接的调制器(4)、气体吸收池(14)、光电探测器(32)；
所述激光稳频系统还包括固定频率信号源(30)、设置在固定频率信号源(30)出射光路中的微波功率分配器(31)及分别位于微波功率分配器(31)两个输出端的微波放大器(27)及混频器(33)；
所述激光稳频系统的调制器(4)的光学输入端与1×2分束器(2)连接，驱动输入端与激光稳频系统的微波放大器(27)的输出端连接，激光稳频系统的光电探测器(32)的输出端与所述混频器(33)的输入端连接，所述混频器(33)的输出端依次连接低通滤波器(34)、伺服控制器(35)及电流驱动器(36)，所述电流驱动器(36)的输出端与半导体激光器(1)连接。
6.一种利用权利要求1-5任一所述的基于气体吸收光谱的光电级联微波信号发生装置的微波信号发生方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：利用激光稳频系统调节半导体激光器的出射光波锁定于气体吸收池中气体光谱的中心位置；
步骤二：参考信号源(29)产生的微波信号进入其出射端的微波放大器(28)，经放大后产生微波信号驱动第一级气体吸收光谱调制系统中的调制器(5)；
步骤三：半导体激光器(1)在激光稳频系统的驱动下发出光波，光波依次经1×2分束器(2)、1×n分束器(3)到达各级气体吸收光谱调制系统的调制器的注入端口，光波在第一级气体吸收光谱调制系统中的调制器(5)中受到步骤二微波信号的相位调制；
步骤四：步骤三中经相位调制的光波穿过气体吸收池(14)，与气体吸收光谱相互作用；
步骤五：穿过气体吸收池(14)的光波经第一级气体吸收光谱调制系统的光电探测器(21)转变为光电信号，该光电信号是参考信号源(29)输出的信号的二倍频：
步骤六：第一级气体吸收光谱调制系统的光电探测器(21)输出的信号再经过第一级气体吸收光谱调制系统的微波放大器(26)；放大后的信号驱动第二级气体吸收光谱调制系统中的调制器(6)，将二倍频的微波信号加载于光波上；光波再经过气体吸收池(14)、第二级气体吸收光谱调制系统中的光电探测器，又获得了一次二倍频，即四倍频；
步骤七：重复步骤六n次，直到从输出端光电探测器(20)输出2n倍频的信号。
7.根据权利要求6所述的利用权利要求1-5任一所述的基于气体吸收光谱的光电级联微波信号发生装置的微波信号发生方法，其特征在于，所述步骤一具体为：
半导体激光器(1)发出的光波经过1×2分束器(2)进入激光稳频系统的调制器(4)；
固定频率信号源(30)发出的微波信号经过微波功率分配器(31)，其中一路经激光稳频系统的微波放大器(27)放大用于驱动激光稳频系统的调制器(4)；另一路进入混频器(33)；
在激光稳频系统的调制器(4)中经过相位调制后的光波经过气体吸收池(14)、激光稳频系统的光电探测器(32)后获得加载光谱信息的光电信号；将该光电信号导入混频器(33)，光电信号与固定频率信号源(30)产生的信号实现乘法运算，再经低通滤波器(34)的作用产生误差信号；
所述误差信号进入伺服控制器(35)，输出控制信号，控制信号进入电流驱动器(36)输出半导体激光器的驱动电流，控制半导体激光器输出激光。
8.根据权利要求7所述的利用权利要求1-5任一所述的基于气体吸收光谱的光电级联微波信号发生装置的微波信号发生方法，其特征在于：
步骤三中光波在第一级气体吸收光谱调制系统中的调制器(5)中受到步骤二微波信号的相位调制后光源光谱产生调制边带，其光电场为：
其中E0是光电场幅度，j为虚数单位，v0是光频率，是相位调制的深度，正比于调制器的驱动信号的幅度，νm是调制信号的频率，/>是n阶贝塞尔函数；
步骤四中经过气体光谱吸收的光波为：
其中Tn是第n个边带对应的光谱透过率。
9.根据权利要求8所述的利用权利要求1-5任一所述的基于气体吸收光谱的光电级联微波信号发生装置的微波信号发生方法，其特征在于：光波经准直进入气体吸收池(14)后经准直输出气体吸收池(14)进入各级气体吸收光谱调制系统中的光电探测器。
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