CN113823986B

CN113823986B - 一种光生微波装置

Info

Publication number: CN113823986B
Application number: CN202110642621.XA
Authority: CN
Inventors: 闫露露; 张颜艳; 张首刚; 李铭坤; 饶冰洁; 姜海峰
Original assignee: National Time Service Center of CAS
Current assignee: National Time Service Center of CAS
Priority date: 2021-06-01
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2022-10-14
Anticipated expiration: 2041-06-09
Also published as: CN113823986A

Abstract

本申请适用于微波技术领域，提供了一种光生微波装置，包括：脉冲激光器、第一超稳激光器、第二超稳激光器、第一锁定单元、第二锁定单元以及第一光电探测器；脉冲激光器用于输出激光脉冲信号；第一超稳激光器用于输出第一超稳激光，第二超稳激光器用于输出第二超稳激光；第一锁定单元用于将激光脉冲信号中第一频率的脉冲光信号锁定在第一超稳激光上，第二锁定单元用于将激光脉冲信号中第二频率的脉冲光信号锁定在第二超稳激光上，得到第一频率和第二频率均锁定的激光脉冲信号；第一光电探测器用于探测锁定后的激光脉冲信号，得到继承超稳激光频率稳定度的微波信号，从而不用探测载波包络相移频率即可得到微波信号，提高了微波信号的稳定度。

Description

一种光生微波装置

本申请要求于2021年06月01日在中国专利局提交的、申请号为202110608214.7、发明名称为一种光生微波装置的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请属于微波领域，尤其涉及一种光生微波装置。

背景技术

微波信号广泛应用于时频体系、高精度雷达、精密测量、卫星导航、深空探测等领域。现有的光生微波的方法，一般是通过锁定光梳的一个梳齿以及载波包络相移频率，得到微波信号，因此需要对载波包络相移信号进行探测。而载波包络相移信号的探测需要通过f-2f干涉法实现。f-2f干涉法包括预啁啾、放大、压缩、高非线性扩展等一系列的操作，还需要将振荡器输出的光谱扩展为具有倍频程的超连续谱，而在超连续谱产生过程中，会引入大量噪声，并且产生的超连续谱在基频和倍频频率处的能量不太稳定，会影响探测到的载波包络相移信号的信噪比，造成载波包络相移频率的信噪比低的问题，进而影响输出的微波信号的稳定度。此外，锁定光梳梳齿频率的过程中会引起载波包络相移频率的改变，锁定载波包络相移频率的过程中也会改变重复频率。因此，载波包洛相移频率和梳齿频率锁定时是互相耦合的，难以得到很高的锁定效果，只能平衡处理两个频率的锁定效果。这也会影响输出微波信号的性能。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种光生微波装置，可以得到稳定度更好的微波信号。

本申请实施例提供了一种光生微波装置，包括：脉冲激光器、第一超稳激光器、第二超稳激光器、第一锁定单元、第二锁定单元以及第一光电探测器；所述脉冲激光器用于输出激光脉冲信号；所述第一超稳激光器用于输出第一超稳激光，所述第二超稳激光器用于输出第二超稳激光；所述第一锁定单元用于将所述激光脉冲信号中第一频率的脉冲光信号锁定在所述第一超稳激光上，所述第二锁定单元用于将所述激光脉冲信号中第二频率的脉冲光信号锁定在所述第二超稳激光上，得到锁定第一频率和第二频率的激光脉冲信号；所述第一光电探测器用于探测所述锁定第一频率和第二频率的激光脉冲信号，得到微波信号。

在一种可能的实现方式中，所述第一锁定单元包括第一输出装置、第一混频器以及第一控制电路，所述第一输出装置用于输出第一参考信号；所述第一混频器用于对所述第一参考信号以及第一驱动信号进行混频，得到第一误差信号，所述第一驱动信号是探测第一拍频信号所得到的，所述第一拍频信号由所述第一超稳激光和所述激光脉冲信号进行拍频后得到；所述第一控制电路用于根据所述第一误差信号锁定所述第一频率的脉冲光信号；

所述第二锁定单元包括第二输出装置、第二混频器以及第二控制电路，所述第二输出装置用于输出第二参考信号；所述第二混频器用于对所述第二参考信号以及第二驱动信号进行混频，得到第二误差信号，所述第二驱动信号是探测第二拍频信号所得到的，所述第二拍频信号由所述第二超稳激光和所述激光脉冲信号进行拍频后得到；所述第二控制电路用于根据所述第二误差信号锁定所述第二频率的脉冲光信号。

在一种可能的实现方式中，所述脉冲激光器的光学腔包括第一压电陶瓷和电光调制器，所述第一控制电路用于对所述第一误差信号进行比例积分运算，输出第一控制信号；所述第一控制信号包括折射率控制信号和长度控制信号，所述电光调制器用于在所述折射率控制信号的驱动下进行折射率调整，所述第一压电陶瓷用于在所述长度控制信号的驱动下进行长度调整，以锁定所述第一频率的脉冲光信号。

在一种可能的实现方式中，所述第二控制电路用于对所述第二误差信号进行比例积分运算，输出第二控制信号，所述第二控制信号用于调节输入所述脉冲激光器的电流，以锁定所述第二频率的脉冲光信号。

在一种可能的实现方式中，所述第一锁定单元还包括第一预处理单元，所述第一预处理单元包括依次电连接的第一带通滤波器、第一放大器、第一功分器以及第一分频器；所述第一带通滤波器用于对所述第一驱动信号进行滤波，得到滤波后的第一驱动信号；所述第一放大器用于对所述滤波后的第一驱动信号进行放大，得到第一放大信号；所述第一功分器用于对所述第一放大信号进行能量分配，得到第一预设能量的信号；所述第一分频器用于对所述第一预设能量的信号进行分频，并将分频后的信号输入所述第一混频器。

在一种可能的实现方式中，所述脉冲激光器是飞秒激光器，所述激光脉冲信号是飞秒脉冲光信号，所述飞秒脉冲光信号中，相邻两个脉冲之间的时间间隔相等，所述第一频率的脉冲光信号是第一频率的飞秒脉冲光信号，所述第二频率的脉冲光信号是第二频率的飞秒脉冲光信号。

在一种可能的实现方式中，所述第一超稳激光器包括第一激光器以及第一频率控制装置，所述第一频率控制装置用于调节所述第一激光器输出的第一激光的频率，得到所述第一超稳激光。

在一种可能的实现方式中，所述第一频率控制装置包括第一调制单元、第一角度调整单元、第二光学腔、第二光电探测器、第三混频器、第一移相器以及第三控制电路；所述第一调制单元用于对所述第一激光进行调制，得到调制后的第一激光；所述第一角度调整单元用于改变所述调制后的第一激光的角度，使得所述调制后的第一激光馈入所述第二光学腔，输出第一反射信号；所述第二光电探测器用于探测所述第一反射信号，得到第一探测信号；所述第一移相器用于对所述第一调制单元的调制信号进行相位调节，得到相位调节后的调制信号；所述第三混频器用于对所述相位调节后的调制信号以及所述第一探测信号进行混频，得到第三误差信号；所述第三控制电路用于根据所述第三误差信号调节所述第一激光的频率，得到所述第一超稳激光。

在一种可能的实现方式中，所述第一激光器包括第二压电陶瓷，所述第三控制电路用于对所述第三误差信号进行比例积分运算，得到第三控制信号，所述第二压电陶瓷用于根据所述第三控制信号调节所述第一激光的频率，得到所述第一超稳激光。

在一种可能的实现方式中，所述第一超稳激光器还包括光纤噪声抑制单元，所述光纤噪声抑制单元用于通过光纤输出所述第一超稳激光，并对所述光纤传输时引入的噪声进行抑制。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过第一锁定单元将所述激光脉冲信号中第一频率的脉冲光信号锁定在第一超稳激光上，第二锁定单元用于将激光脉冲信号中第二频率的脉冲光信号锁定在第二超稳激光上，得到第一频率和第二频率均锁定的激光脉冲信号；第一光电探测器再探测锁定第一频率和第二频率的激光脉冲信号，得到具有超稳激光频率稳定度的微波信号。从而可以不用探测载波包络相移频率即可得到微波信号，提高了第一频率的脉冲光信号和第二频率的脉冲光信号锁定的稳定度，进而提高了得到的微波信号的稳定度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本申请一实施例提供的光生微波装置示意图；

图2是本申请另一实施例提供的光生微波装置示意图；

图3是本申请一实施例提供的第一锁定单元的示意图；

图4是本申请一实施例提供的第二锁定单元的示意图；

图5是本申请实施例提供的第一超稳激光器的结构示意图；

图6是本申请一实施例提供的第一频率控制装置的示意图；

图7是本申请另一实施例提供的第一频率控制装置的示意图；

图8是本申请实施例提供的第三控制电路的控制原理示意图；

图9是本申请另一实施例提供的第一超稳激光器的示意图；

图10是本申请实施例提供的光纤噪声抑制单元的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面对本申请提供的光生微波装置进行示例性说明。

请参阅附图1，本申请一实施例提供的光生微波装置包括：脉冲激光器1、第一超稳激光器2、第二超稳激光器3、第一锁定单元4、第二锁定单元5以及第一光电探测器6；脉冲激光器1用于输出激光脉冲信号；第一超稳激光器2用于输出第一超稳激光，第二超稳激光器3用于输出第二超稳激光；第一锁定单元4用于将激光脉冲信号中第一频率的脉冲光信号锁定在第一超稳激光上，第二锁定单元5用于将激光脉冲信号中第二频率的脉冲光信号锁定在第二超稳激光上，得到锁定第一频率和第二频率的激光脉冲信号，锁定第一频率和第二频率的激光脉冲信号就具有了超稳激光频率稳定度；第一光电探测器6用于探测锁定第一频率和第二频率的激光脉冲信号，即可探测到激光脉冲信号的重复频率及其谐波，得到微波信号，从而实现了将超稳激光的频率稳定度传递到微波频率上。对微波信号进行频率变换，可以得到频率为50kHz～12GHz的低噪声微波信号。

本申请实施例中，第一超稳激光的频率为υ₁，第二超稳激光的频率为υ₂，则υ₁＝f_ceo+nf_r+f_beat1，υ₂＝f_ceo+mf_r+f_beat2(公式1)，为了说明，此种情况只考虑f_beat1和f_beat2均为正数的情况。

其中，f_ceo为激光脉冲信号的载波包络相移频率，f_r为激光脉冲信号的重复频率，f_beat1为第一频率的脉冲光信号和第一超稳激光2的拍频信号，f_beat2为第二频率的脉冲光信号和第二超稳激光3的拍频信号，nf_r为第一频率，mf_r为第二频率，f_beat1和f_beat2均为正数，当υ₁和υ₂确定后，n和m也就确定了，根据公式1，将υ₁和υ₂相减，即可求解出f_r。

因此，不用探测载波包络相移频率即可得到微波信号，提高了第一频率的脉冲光信号和第二频率的脉冲光信号锁定的稳定度，进而提高了得到的微波信号的稳定度。

在一实施例中，脉冲激光器1是飞秒激光器，激光脉冲信号是飞秒脉冲光信号，飞秒脉冲光信号中，相邻两个脉冲之间的时间间隔相等，第一频率的脉冲光信号是第一频率的飞秒脉冲光信号，第二频率的脉冲光信号是第二频率的飞秒脉冲光信号。相邻两个脉冲之间的时间间隔相等的飞秒脉冲光信号与飞秒光梳的波形以及性能一致，对应地，第一频率的脉冲光信号是飞秒光梳的第n个梳齿，第二频率的脉冲光信号是飞秒光梳第m个梳齿，第n个梳齿锁定于第一超稳激光上，第m个梳齿锁定于第二超稳激光上。飞秒光梳相对于其他形式的激光脉冲信号，可以得到稳定度更好的微波信号。

如图2所示，在一实施例中，第一锁定单元4包括第一输出装置41、第一混频器42以及第一控制电路43，第一输出装置41用于输出第一参考信号；第一混频器42用于对第一参考信号以及第一驱动信号进行混频，得到第一误差信号，第一驱动信号是探测第一拍频信号所得到的，第一拍频信号由第一超稳激光和激光脉冲信号进行拍频后得到；第一控制电路43用于根据第一误差信号锁定第一频率的脉冲光信号。第二锁定单元5包括第二输出装置51、第二混频器52以及第二控制电路53，第二输出装置51用于输出第二参考信号；第二混频器52用于对第二参考信号以及第二驱动信号进行混频，得到第二误差信号，第二驱动信号是探测第二拍频信号所得到的，第二拍频信号由第二超稳激光和激光脉冲信号进行拍频后得到；第二控制电路5用于根据第二误差信号锁定第二频率的脉冲光信号，从而可以得到准确的误差信号，进而得到输出稳定的脉冲光信号。

在一实施例中，脉冲激光器1的光学腔包括第一压电陶瓷(PiezoelectricTransducer，PZT)和第一电光调制器(Electro-Optic Modulator，EOM)，第一控制电路43用于对第一误差信号进行比例积分运算，输出第一控制信号；第一控制信号包括折射率控制信号和长度控制信号，第一EOM用于在折射率控制信号的驱动下进行折射率调整，第一PZT用于在长度控制信号的驱动下进行长度调整，以锁定第一频率的脉冲光信号。通过调整第一EOM的折射率以及调整第一PZT的长度，实现脉冲激光器1的光学腔的长度的调整，从而锁定第一频率的脉冲光信号，提高了锁定带宽。

在一实施例中，第二控制电路53用于对第二误差信号进行比例积分运算，输出第二控制信号，第二控制信号用于调节输入脉冲激光器1的电流，以锁定第二频率的脉冲光信号。具体地，输入脉冲激光器1的电流是输入脉冲激光器1的泵浦激光管的驱动电流，在电流变化时，脉冲激光器1的光学腔的色散会发生变换，色散变化等效于光学腔的长度变化，从而实现第二频率的脉冲光信号的锁定，且可以避免锁定第一频率的脉冲光信号和第二频率的脉冲光时相互干扰的问题。

如图3所示，在一实施例中，第一锁定单元4还包括第一预处理单元44，所述第一预处理单元44包括依次电连接的第一带通滤波器441、第一放大器442、第一功分器443以及第一分频器444；第一带通滤波器441用于对第一驱动信号进行滤波，得到滤波后的第一驱动信号；第一放大器442用于对滤波后的第一驱动信号进行放大，得到第一放大信号；第一功分器443用于对第一放大信号进行能量分配，得到第一预设能量的信号，经过第一功分器443能量分配后的另一信号用于评估锁定效果；第一分频器444用于对第一预设能量的信号进行分频，并将分频后的信号输入第一混频器42，从而可以提高第一误差信号的准确度。

在一实施例中，第一锁定单元4还包括第一低通滤波器45，第一低通滤波器45用于对第一混频器42输出的信号进行滤波，得到第一误差信号，进一步提高了得到的第一误差信号的准确度。

第一控制电路43包括第一比例积分(PI)控制器431、第二放大器432、第一积分器433以及第三放大器434，第一比例积分控制器43用于对第一误差信号进行比例积分运算，得到折射率控制信号。第二放大器用于对折射率控制信号进行放大，得到电压位于第一预设范围内的控制信号，采用该控制信号用于控制第一EOM12的折射率。第一积分器433用于对折射率控制信号再次进行积分后，得到长度控制信号，输入第三放大器434，得到电压位于第二预设范围内的控制信号，采用该控制信号控制第一PZT的长度。其中，第一预设范围为-150V～150V，第二预设范围为0～150V。

如图4所示，在一实施例中，第二锁定单元5还包括第二预处理单元54，所述第二预处理单元54包括依次电连接的第二带通滤波器541、第四放大器542、第二功分器543以及第二分频器544；第二带通滤波器541用于对第二驱动信号进行滤波，得到滤波后的第二驱动信号；第四放大器542用于对滤波后的第二驱动信号进行放大，得到第二放大信号；第二功分器543用于对第二放大信号进行能量分配，得到第二预设能量的信号，另一输出端用于锁定性能评估；第二分频器544用于对第一预设能量的信号进行分频，并将分频后的信号输入第二混频器52，从而可以提高第二误差信号的准确度。

在一实施例中，第二锁定单元5还包括第二低通滤波器55，第二低通滤波器55用于对第二混频器52输出的信号进行滤波，得到第二误差信号，进一步提高了得到的第二误差信号的准确度。

如图5所示，在一实施例中，第一超稳激光器2包括第一激光器21以及第一频率控制装置22，第一频率控制装置用于调节第一激光器21输出的第一激光的频率，得到第一超稳激光，提高了得到的第一超稳激光的频率稳定度。

如图6所示，第一频率控制装置22包括第一调制单元221、第一角度调整单元222、第二光学腔223、第二光电探测器224、第三混频器225、第一移相器226、第三控制电路227以及分束器228；第一激光器21输出的激光经过分束器228后，输入第一调制单元221，第一调制单元221用于对第一激光进行调制，得到调制后的第一激光；第一角度调整单元221用于改变调制后的第一激光的角度，使得调制后的第一激光馈入第二光学腔223，输出第一反射信号。在一实施例中，第一激光经过环形器220馈入第二光学腔223后，再经环形器220输出第一反射信号。第二光电探测器224用于探测第一反射信号，得到第一探测信号；第一移相器226用于对第一调制单元的调制信号进行相位调节，从而使调制信号与第一探测信号的相位正交，得到相位调节后的调制信号；第三混频器225用于对相位调节后的调制信号以及第一探测信号进行混频，得到第三误差信号；第三控制电路227用于根据第三误差信号调节第一激光的频率，从分束器228输出第一超稳激光，提高了第一超稳激光的稳定度。

如图7所示，在一实施例中，第一调制单元221包括第一声光调制器(Acousto-optical Modulators，AOM)2211、第一1/4波片2212、第一透镜2213、第一反射镜2214、第一1/2波片2215以及第一偏振分束棱镜2216；第一AOM2211的响应频率为80MHz，具有较高的响应速度。第一角度调整单元222包括第二反射镜2221、第二透镜2222、第三透镜2223、第三反射镜2224、第二偏振分束棱镜2225、第二1/4波片2226以及第二EOM2227。第一频率控制装置22还包括第一光路229，第一光路229包括保偏光纤2291、准直器2292、第二1/2波片2293、第三偏振分束棱镜2294。

第一激光器21输出的第一激光经过保偏光纤2291输出，再经过准直器2292和第二1/2波片2293后旋转为水平偏振光，水平偏振光投射进第三偏振分束棱镜2294后，输入第一AOM2211，得到衍射光。衍射光依次通过第一1/4波片2212后、第一透镜2213和第一反射镜2214后，又经过第一反射镜2214原路返回第一AOM2211中被二次衍射，此时的光线变为竖直偏振光。竖直偏振光通过第三偏振分束棱镜2294反射后，经过第一1/2波片2215和以及第一偏振分束棱镜2216输出，通过转动第一1/2波片2215，经第一偏振分束棱镜2216反射的光线即为第一超稳激光，经第一偏振分束棱镜2216透射的光即为调制后的第一激光。调制后的第一激光经过EOM2227调制后，依次经过第二反射镜2221、第二透镜2222、第三透镜2223、第三反射镜2224，变换为高斯光束形状，用来匹配光学腔的TEM00模的形状。高斯光束再经过第二偏振分束棱镜2225和第二1/4波片2226，保证激光能够以准确的角度和位置馈入第二光学腔223，产生TEM00模。

从第二光学腔223透射的透射光信号可以通过一个光电探测器接收，用来监视第二光学腔223内的功率、锁频状态等。从第二光学腔223反射的光信号再通过第二1/4波片2226和第二偏振分束棱镜2225后，聚焦到第二光电探测器224，光电探测器224是雪崩光电探测器上。光电探测器224探测得到的第一探测信号包含第二光学腔223的谐振频率和第一激光的频率的差频信息。第一探测信号用频率为EOM驱动频率的信号来解调，并通过第一移相器226进行相位调节，得到相位调节后的调制信号，相位调节后的调制信号以及第一探测信号在第三混频器225内混频，得到第三误差信号。将第三误差信号输入第三控制电路227中，经过比例积分运算后得到第三控制信号。第三控制信号的一路反馈到第一AOM输入端的压控振动器的电压调节端，反馈压控振动器的频率，驱动第一AOM 2211成为快速频率反馈环，另一路经过高压放大器放大后反馈至第一激光器21，用于调节第一激光的频率，输出第一超稳激光。

在一实施例中，第一激光器21包括第二PZT,第三控制电路227用于对所述第三误差信号进行比例积分运算，得到第三控制信号，第二PZT用于根据第三控制信号调节第一激光的频率，得到第一超稳激光。其中，第二PZT可以通过改变长度实现对第一激光的频率的调节。

在一实施例中，第三控制电路227的工作原理如图8所示，第三误差信号输入第三控制电路227后，比例模块对第三误差信号进行比例运算，得到比例运算后的信号，第一积分模块对第三误差信号进行一级积分运算，第二积分模块对第三误差信号进行第二积分运算，第三积分模块对第三误差信号进行三级积分运算；加法器将比例运算后的信号以及各级积分后得到的信号进行相加，得到第三控制信号。第三控制信号分成两路，其中一路信号输入第四积分模块，第四积分模块对改路信号进行慢速积分，用于控制激光器的第二PZT长期大范围的调整第一激光的频率，使之可以长期锁定在激光器的光学腔上，从而可以增加控制范围。第三控制信号中的另一路反馈到第一AOM的压控振荡器的压控端，实时调整压控振荡器的输出频率，并进行反馈，实现环路锁定。由于第一AOM的响应速度快，可以接近兆赫兹量级，因此第一AOM控制环作为快速频率控制环。

如图9所示，在一实施例中，第一超稳激光器2还包括光纤噪声抑制单元23，光纤噪声抑制单元23用于通过光纤输出第一超稳激光，并对光纤进行噪声抑制，从而降低第一超稳激光经过光纤传递过程中光纤引入的噪声，进而抑制输出的第一超稳激光的噪声，提高第一超稳的稳定度。其中，光纤可以是单模光纤。

如图10所示，光纤噪声抑制单元23包括第二调制单元231、激光输出单元232、第四控制电路233、第四混频器234以及第三光电探测器235。第二调制单元231包括第三1/2波片2311、第四偏振分束棱镜2312、第三1/4波片2313、第二AOM2314、第四反射镜2315、第四1/4波片2316以及第五反射镜2317。激光输出单元232包括第一光纤头2321、单模光纤2322以及第二光纤头2323。第四控制电路233包括低通滤波器2331、第三分频器2332以及比例积分(PI)电路2333。其中，第一光纤头2321可以是APC光纤头，第二光纤头2323可以是PC光纤头。

频率调整后的第一激光经过第三1/2波片2311后，进入第四偏振分束棱镜2312，调节1/2波片，使大部分激光透射，小部分激光反射。经过第四偏振分束棱镜2312透射的光通过第三1/4波片2313后进入第二AOM2314，经过第四偏振分束棱镜2312反射的光经过第四1/4波片2316以及第五反射镜2317后，被第五反射镜2317反射后作为参考光。第二AOM2314调制后的激光频率为110MHz，第二AOM2314调制后的光通过第一光纤头2321耦合进单模光纤2322里，激光在单模光纤2322中传播并携带光纤参数变化所引起的噪声信息，单模光纤2322的输出端连接第二光纤头2323。根据菲涅尔定律，可以得到约4％的反射光反射回单模光纤2322中。反射回单模光纤2322中的光再次通过单模光纤2322传递后进入第二AOM2314中进行调制，调制后的光携带了2倍的光纤噪声信息和220MHz的第二AOM2314的偏移频率，经过调制后的光再次经过第三1/4波片2313后和参考光拍频获得拍频信号。第三光电探测器235探测拍频信号，得到输出信号，该输出信号中包含220MHz频率信号和2倍的光纤引入噪声。将220MHz的本地振荡器和该输出信号输入第四混频器234混频，混频后的信号进入低通滤波器2331，低通滤波器2331选择2倍的光纤噪声信号后，将该光纤噪声信号输入第三分频器2332进行分频，得到包含光纤所引入噪声信息的第四误差信号。将第四误差信号输入比例积分电路2333，得到控制信号，该控制信号反馈到第二AOM2314的压控振动器的电压调节端，反馈调节压控振荡器的压控电压，进而实时调整第二AOM2314的射频驱动频率，实现环路锁定，以补偿光纤引入的噪声，使得第二光纤头2323输出补偿后的信号，即为第一超稳激光。

第二超稳激光器3的结构和工作原理与第一超稳激光器2的结构和工作原理相同，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种光生微波装置，其特征在于，包括：脉冲激光器、第一超稳激光器、第二超稳激光器、第一锁定单元、第二锁定单元以及第一光电探测器；所述脉冲激光器用于输出激光脉冲信号；所述第一超稳激光器用于输出第一超稳激光，所述第二超稳激光器用于输出第二超稳激光；所述第一锁定单元用于将所述激光脉冲信号中第一频率的脉冲光信号锁定在所述第一超稳激光上，所述第二锁定单元用于将所述激光脉冲信号中第二频率的脉冲光信号锁定在所述第二超稳激光上，得到锁定第一频率和第二频率的激光脉冲信号；所述第一光电探测器用于探测所述锁定第一频率和第二频率的激光脉冲信号，得到微波信号；

所述探测所述锁定第一频率和第二频率的激光脉冲信号包括探测所述激光脉冲信号的重复频率及所述重复频率的谐波；

其中，所述重复频率由公式υ₁＝f_ceo+nf_r+f_beat1和公式υ₂＝f_ceo+mf_r+f_beat2相减后计算得到，f_ceo为激光脉冲信号的载波包络相移频率，f_r为所述重复频率，f_beat1为所述第一频率的脉冲光信号和所述第一超稳激光的拍频信号，f_beat2为所述第二频率的脉冲光信号和所述第二超稳激光的拍频信号，nf_r为所述第一频率，mf_r为所述第二频率，υ₁为所述第一超稳激光的频率，υ₂为所述第二超稳激光的频率。

2.根据权利要求1所述的光生微波装置，其特征在于，所述第一锁定单元包括第一输出装置、第一混频器以及第一控制电路，所述第一输出装置用于输出第一参考信号；所述第一混频器用于对所述第一参考信号以及第一驱动信号进行混频，得到第一误差信号，所述第一驱动信号是探测第一拍频信号所得到的，所述第一拍频信号由所述第一超稳激光和所述激光脉冲信号进行拍频后得到；所述第一控制电路用于根据所述第一误差信号锁定所述第一频率的脉冲光信号；

3.根据权利要求2所述的光生微波装置，其特征在于，所述脉冲激光器的光学腔包括第一压电陶瓷和电光调制器，所述第一控制电路用于对所述第一误差信号进行比例积分运算，输出第一控制信号；所述第一控制信号包括折射率控制信号和长度控制信号，所述电光调制器用于在所述折射率控制信号的驱动下进行折射率调整，所述第一压电陶瓷用于在所述长度控制信号的驱动下进行长度调整，以锁定所述第一频率的脉冲光信号。

4.根据权利要求2所述的光生微波装置，其特征在于，所述第二控制电路用于对所述第二误差信号进行比例积分运算，输出第二控制信号，所述第二控制信号用于调节输入所述脉冲激光器的电流，以锁定所述第二频率的脉冲光信号。

5.根据权利要求2所述的光生微波装置，其特征在于，所述第一锁定单元还包括第一预处理单元，所述第一预处理单元包括依次电连接的第一带通滤波器、第一放大器、第一功分器以及第一分频器；所述第一带通滤波器用于对所述第一驱动信号进行滤波，得到滤波后的第一驱动信号；所述第一放大器用于对所述滤波后的第一驱动信号进行放大，得到第一放大信号；所述第一功分器用于对所述第一放大信号进行能量分配，得到第一预设能量的信号；所述第一分频器用于对所述第一预设能量的信号进行分频，并将分频后的信号输入所述第一混频器。

6.根据权利要求1所述的光生微波装置，其特征在于，所述脉冲激光器是飞秒激光器，所述激光脉冲信号是飞秒脉冲光信号，所述飞秒脉冲光信号中，相邻两个脉冲之间的时间间隔相等，所述第一频率的脉冲光信号是第一频率的飞秒脉冲光信号，所述第二频率的脉冲光信号是第二频率的飞秒脉冲光信号。

7.根据权利要求1所述的光生微波装置，其特征在于，所述第一超稳激光器包括第一激光器以及第一频率控制装置，所述第一频率控制装置用于调节所述第一激光器输出的第一激光的频率，得到所述第一超稳激光。

8.根据权利要求7所述的光生微波装置，其特征在于，所述第一频率控制装置包括第一调制单元、第一角度调整单元、第二光学腔、第二光电探测器、第三混频器、第一移相器以及第三控制电路；所述第一调制单元用于对所述第一激光进行调制，得到调制后的第一激光；所述第一角度调整单元用于改变所述调制后的第一激光的角度，使得所述调制后的第一激光馈入所述第二光学腔，输出第一反射信号；所述第二光电探测器用于探测所述第一反射信号，得到第一探测信号；所述第一移相器用于对所述第一调制单元的调制信号进行相位调节，得到相位调节后的调制信号；所述第三混频器用于对所述相位调节后的调制信号以及所述第一探测信号进行混频，得到第三误差信号；所述第三控制电路用于根据所述第三误差信号调节所述第一激光的频率，得到所述第一超稳激光。

9.根据权利要求8所述的光生微波装置，其特征在于，所述第一激光器包括第二压电陶瓷，所述第三控制电路用于对所述第三误差信号进行比例积分运算，得到第三控制信号，所述第二压电陶瓷用于根据所述第三控制信号调节所述第一激光的频率，得到所述第一超稳激光。

10.根据权利要求7所述的光生微波装置，其特征在于，所述第一超稳激光器还包括光纤噪声抑制单元，所述光纤噪声抑制单元用于通过光纤输出所述第一超稳激光，并对所述光纤传输时引入的噪声进行抑制。