CN116937294A - 一种微波产生装置及产生方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种微波产生装置及产生方法

技术领域

本发明涉及微波技术领域，尤其涉及一种微波产生装置及产生方法。

背景技术

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。

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。

发明内容

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。

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；

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；

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；

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；

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。

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；

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；

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；

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；

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；

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f_r，f₁、f₂、f₃、f₄和f_r满足：

|f₁-f₃|<f_r；

|f₂-f₄|<f_r；

f₁<f₃，f₂<f₄或者f₁>f₃，f₂>f₄。

可选的，所述微波信号输出端单元复用为所述微波源。

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。

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；

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；

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。

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。

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。

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。

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。

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：

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；

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；

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；

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。

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。

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。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种微波产生装置的装置示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种微波产生装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种分频单元的工作原理示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种微波产生装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的自注入锁定激光原理示意图；

图6为本发明实施例提供的一种WGM超稳腔的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种微波产生方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本发明实施例提供的一种微波产生装置的装置示意图，参考图1，该微波产生装置包括稳频激光器10、光学频率梳激光器20、分频单元30和微波信号输出单元40；稳频激光器10用于输出第一频率的第一激光a和第二频率的第二激光b；光学频率梳激光器20用于输出第一光学频率梳c，第一频率和第二频率在第一光学频率梳的频段范围内；第一激光a、第二激光b和第一光学频率梳c传输至分频单元30，分频单元30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20输出锁定重复频率的第二光学频率梳d，第二光学频率梳d传输至微波信号输出单元40，激发微波信号。

其中，第一激光a和第二激光b为超稳频激光，其频率噪声很低，具体实施时，可以利用自注入锁定到光学微腔的方式压制激光器的噪声。微波信号输出单元40可以为低噪声高速光电探测器，用于根据第二光学频率梳d相邻梳齿的拍频信号产生微波信号。

现有的光学频率分频器，存在以下不足：1)超稳激光的构建需要PDH回路；2)原有的锁定方式对光梳的频谱宽度有很大要求，即需要光梳跨倍频；3)原有系统直接产生的微波载波频率较低；4)原有系统需要十分庞大的超稳腔来压制激光噪声，加上1)2)3)三点，整个系统过于庞大，且对运行环境有很高要求。

基于上述问题，本发明实施例提出了一种新型的小型化光学频率分频器(分频单元)来产生低噪声微波的技术方案，其中第一激光a和第二激光b可以通过自注入锁定的方式构建光学频率参考源，光学频率梳激光器20输出第一光学频率梳c，通过将两点锁定法锁定光梳的重复频率，将光学频率参考源的稳定性分频到光梳重复频率对应的微波频率上。最后将光梳脉冲耦合到低噪声高速光电探测器上，产生低噪声微波。后续还可以通过各种电学手段实现微波的大范围频率输出。

本发明实施例的技术方案，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。

图2为本发明实施例提供的另一种微波产生装置的结构示意图，参考图2，可选的，分频单元30包括第一带通滤波器31、第一光电探测器32、第一混频器33、第二带通滤波器34、第二光电探测器35、第二混频器36、微波源37和伺服单元38，第一光电探测器32与第一混频器33的第一输入端连接，第二光电探测器35与第一混频器33的第二输入端连接，第一混频器33的输出端与第二混频器36的第一输入端连接，微波源37的输出端与第二混频器36的第二输入端连接，第二混频器36的输入端与伺服单元38的输入端连接，伺服单元38的输出端与光学频率梳激光器20连接。图3为本发明实施例提供的一种分频单元的工作原理示意图，参考图3，第一带通滤波器31用于透过第一光学频率梳c中第三频率f₃的第三激光c₁，第一激光a和第三激光c₁入射至第一光电探测器32产生第一拍频信号；第二带通滤波器34用于透过第一光学频率梳c中第四频率f₄的第四激光c₂，第二激光b和第四激光c₂入射至第二光电探测器35产生第二拍频信号；第一拍频信号和第二拍频信号经过第一混频器33混频后输出差频信号，差频信号和微波源37的输出信号经过第二混频器36混频后输出锁定的误差信号；伺服单元38根据误差信号，向光学频率梳激光器(图3未示出)提供反馈信号，以使光学频率梳激光器输出第二光学频率梳；其中，第三频率和第四频率均为第一光学频率梳中某一梳齿频率，第一频率为f₁、第二频率为f₂、第三频率为f₃，第四频率为f₄，第一光学频率梳的梳齿间频率差为f_r，f₁、f₂、f₃、f₄和f_r满足：

|f₁-f₃|<f_r；

|f₂-f₄|<f_r；

f₁<f₃，f₂<f₄或者f₁>f₃，f₂>f₄。

其中，第一激光a和第二激光b为超稳频激光，相对频率噪声很小，构建了光学频率参考。然而由于两束激光的频率间隔较大，一般为THz量级，难以用电学手段进行测量。因此后续需要通过光学频率分频将光学频率参考分频到微波波段，具体的方法是通过两点锁定光梳重频实现的。光梳的两点锁定法，由于不需要得到光梳的载波频率偏移信号，因此不需要进行f-2f自参考，也不需要光梳频谱跨倍频程。详细的原理和步骤如下：

1)用带通滤波器分别滤出两束超稳激光邻近的光梳梳齿，并分别与两束超稳激光一起耦合到两个光电探测器上，即第一带通滤波器31滤出与f₁邻近的第m个梳齿(第三频率f₃的第三激光c₁)，第二带通滤波器34滤出与f₂邻近的第n个梳齿(第四频率f₄的第四激光c₂)，具体实施时可以根据光谱仪测得的光谱判断，然后选择带通滤波器，第一激光a和第三激光c₁入射至第一光电探测器32产生频率为f₁-f₃的第一拍频信号，第二激光b和第四激光c₂入射至第二光电探测器35产生频率为f₂-f₄的第二拍频信号。此过程需要注意两束超稳激光要在两根梳齿的同侧，本实施例中，f₃和f₄分别在f₁和f₂的左侧，即f₁>f₃，f₂>f₄，在另一实施例中，还可以设置f₃和f₄分别在f₁和f₂的右侧，即f₁<f₃，f₂<f₄，具体实施时可以根据实际情况选择。

2)将1)中得到的两个拍频信号用混频器进行混频，混频后会产生和频和差频分量，选取合适的低通或带通滤波器提取差频分量，该差频分量的频率为可以表示为|f₂-f₄-(f₁-f₃)|＝|f₂-f₁-(n-m)f_r|，即超稳激光频率差与光梳若干个重频的差值。

3)2)中产生的信号可以用来衡量光梳重频相对两束激光光学频率参考的误差，然而由于它是一个交流信号不能用来做锁定的误差信号，因此需要去除交流分量。可以将微波源频率调节至|f₂-f₁-(n-m)f_r|附近，并与2)中得到的信号进行混频，同样混频后会产生和频和差频分量。用低通滤波器提取低频分量，即可得到锁定的误差信号。低通滤波器的滤波带宽的选取需要考虑误差信号的抖动范围以及4)中的反馈带宽。

4)将误差信号经过伺服单元38处理即可得到锁定的反馈信号，反馈给光学频率梳激光器即可实现光梳系统重频的锁定。

5)锁定完成后，光梳重频的噪声水平δf_r ²＝[δ(f₁-f₂)²+δf_o ²]/(n-m)²，即成功地将光学频率参考的稳定性分频到光梳重频稳定性上。

上述步骤得到低重频噪声的光梳，还需进一步将光信号转化为电信号才能实现低噪声微波信号的输出。可以将锁定后的光梳脉冲信号打到低噪声高速光电探测器上，即可得到频率为锁定后光梳重频的微波电信号，由于光学分频过程中的噪声抑制效果，合成的微波信号可以达到极低的相噪水平。由于微腔光梳本身重频较大，直接合成的微波信号载波频率也较高。

在另一实施例中，实验中用来锁定的参考微波源37，实验中不一定需要，可选的，微波信号输出端单元复用为微波源。即可以将输出的微波信号进行相应的分频信号来替代。

图4为本发明实施例提供的又一种微波产生装置的结构示意图，参考图4，可选的，该微波产生装置还包括与微波信号输出单元40连接的微波调制器件50，微波调制器件50包括倍频器、分频器、和频器或差频器的至少一种。通过微波调制器件50对生成的微波信号进行倍频、分频、和频以及差频等电学信号处理过程，得到任意频率输出的低噪声微波信号。

继续参考图2，可选的，稳频激光器10包括第一激光器11、第二激光器12和第一光学微腔13；第一激光器10的输出激光耦合入第一光学微腔13，经过自注入锁定后输出第一频率的第一激光；第二激光器12的输出激光耦合入第一光学微腔13，经过自注入锁定后输出第二频率的第二激光。

其中，第一激光器11和第二激光器12可以采用分布反馈式(DFB)激光器，工作波段一般在1550nm通信波段，也可以工作在其他波段，取决于光梳的频谱范围以及第一光学微腔品质因子的分布。可选的，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。示例性的，以回音壁模式光学微腔(WGM)为例，图5为本发明实施例提供的自注入锁定激光原理示意图，其中图5中仅示意性示出第一激光器11，参考图5，第一激光器11发射的激光通过波导14耦合进入第一光学微腔13(WGM超稳腔)内，由于WGM超稳腔侧壁不是绝对光滑，激光在里面传播是会在侧壁上产生瑞利散射，从而形成反向传播的光场。由于激光器和WGM超稳腔之间没有光隔离器(isolator)，反向传播的光场沿着沿原路返回激光器，反馈激光器的光场，从而压制激光器的噪声。自注入锁定的方法最好能够将激光器噪声压制到超稳腔的热噪声极限。

若同时将两束激光自注入锁定到同一个WGM超稳腔同一个模族的不同模式，由于同一个模族的两个模式模场分布基本一致，因此这两个模式的热噪声大部分是共模的，即两个模式的频率漂移基本是同步的。利用共模抑制效应，这种方法可以大大抑制两束激光的相对频率噪声。若两个模式不属于同一个模族，则由于模场分布的不一致性，则不会有共模抑制效应，两束激光相对频率噪声很大。

然而传统的WGM超稳腔一般模场较大，且与激光器的耦合效率较低，难以实现自注入锁定。本实施例中，采用单片集成的集成化WGM超稳腔，利用波导和激光器进行耦合，且波导末端可以设计反锥度(Inverse taper)耦合结构提高耦合效率，便于实现自注入锁定。集成化WGM超稳腔还可以人为设计散射结构，方便调控反射回激光器的光场，也有利于调控自注入锁定的过程。示例性的，图6为本发明实施例提供的一种WGM超稳腔的结构示意图，通过在WGM超稳腔设计散射结构(图6中的齿状结构)，可以提升散射效率，提高自注入效果。

一般的超稳腔模式较为杂乱，含有很多高阶模式，双激光自注入锁定难以锁定到同一个模族，共模抑制效应较差。本实施例提供的集成化WGM超稳腔可以设计波导耦合结构优化单一模族的耦合，也可以设计只支持基模的窄波导超稳腔结构，便于实现同一模族的双激光自注入锁定，共模抑制效应较好。

激光自注入锁定的步骤包括：

1)将激光器通过波导耦合进入超稳腔中。

2)调节激光器频率，使激光器频率在超稳腔腔模附近。

具体实施时，可以将输出光耦合到光电探测器上，并利用示波器观察光电探测器探测的透射信号来判断。

3)调节激光器的电流以及激光器和超稳腔的间距，从而改变反射光场的相位，直至完成自注入锁定过程。

4)重复1)-3)完成另一束激光的自注入锁定。

本发明实施例提供的微波产生装置，将第一激光和第二激光自注入锁定到回音壁式(WGM)光学超稳腔同一个模族的两个不同模式上来压制激光器的噪声。由于两束激光锁定的是同一个超稳腔同一个模族，具有共模抑制效应，因此两束激光相对的频率噪声还会进一步抑制。利用高Q值集成微腔中产生的微腔光梳来进行光学频率分频，输出微波的噪声水平为(k为光梳在两束激光之间的梳齿数量)。由于共模抑制效应可以大大减小δ(f₁-f₂)的数值，因此输出的微波仍然具有较高的相噪水平。由于该装置采用的WGM超稳腔体积小，可集成，其体积和重量大大减小，未来有望能在复杂环境下运行。采用注入锁定两束激光的方式，简化了系统结构并保持了较高的相噪水平。通过两点锁定的方法，降低了对光梳频谱宽度的需求。在某一实施例中，选择微腔光梳来进行光学频率分频，来直接实现高频低噪声微波信号的合成，也可以采用电学信号处理方法来实现输出微波大范围频率输出。随着微纳加工技术的不断进步，本发明创作将来有望实现片上集成化，这将进一步降低系统的功耗，减小系统的体积与重量，提高系统的鲁棒性。

在另一实施例中，可选的，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，具体实施时可以根据实际情况设计，本发明实施例对此不作限定。

其中，布里渊散射光波与声波在传输时互相作用产生的散射，基于布里渊散射效应的布里渊激光器可以获得极窄线宽、低噪声激光。PDH(Pound-Derver-Hall)是激光器发出激光后，激光经过电光调制器对激光进行一个射频电光的相位调制，经过调制后的信号，再经过一个偏振分束镜(PBS)和一个波片(λ/4)进入超稳腔与超稳腔进行谐振，反射出来的光再次经过偏振分束镜和波片被反射到光电探测器中，然后和本地振荡器(LO)一起耦合到混频器进行相位解调，再经过低通滤波器得到误差信号，误差信号输入到伺服系统得到锁定的反馈信号，反馈信号反馈到激光器的压电陶瓷或其他响应部件进行补偿频率，最终实现激光器另一路激光输出频率的稳定。光学参量振荡是利用参量振荡技术可以制作更加稳定的光源，晶体的斜度和温度等因素对光频差很敏感，因此可以通过调整这些因素使光频差固定，从而实现光学稳定。

可选的，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，具体实施时可以根据实际情况选择，本发明实施例对此不作限定。

示例性的，继续参考图2，本实施例中的光学频率梳激光器20以微腔光梳激光器为例，微腔光梳激光器包括第三激光器21和高Q值集成微腔22，第三激光器21输出的激光激发高Q值集成微腔22产生光学频率梳。

光梳的锁定除了上述实施例提及的用伺服单元反馈进行锁定之外，在其他实施例中，可选的，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。

其中，若采用电光频梳来进行光频分频，还可以采用电压控制振荡器(Voltage-controlled oscillator，VCO)来驱动电光频梳，直接反馈VCO的输入电压来进行锁定。

图7为本发明实施例提供的一种微波产生方法的流程示意图，利用上述实施例提供的任意一种微波产生装置产生微波信号，参考图7，该微波产生方法包括：

S110、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。

S120、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。

S130、分频单元接收第一激光、第二激光和第一光学频率梳，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。

S140、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。

其中，微波产生原理参见前述实施例，此处不再详述。

综上，本发明实施例提供了一种小型化的光学频率分频器产生微波信号的技术方案，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，同时保证合成微波足够低的相位噪声水平。

本发明实施例还提供了一种新型光学频率分频器架构，通过两点锁定的方法，可以克服原有的光学频率分频器需要光梳跨倍频程的限制。

本发明实施例还提供了一种新型提供光学频率参考的方案，通过双激光自注入锁定的方案，即避免了传统光学频率分频器需要PDH锁定电学回路的缺陷，又能抑制共模噪声保证合成的微波信号具有较好的相噪水平。

本发明实施例还提供了提高直接合成微波载波频率的方案，采用集成微腔中生成的微腔光梳来进行光学频率分频，提高了光梳重频间隔，增大了合成微波的载波频率。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

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；

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；

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；

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；

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。

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；

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；

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；

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；

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；

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f_r，f₁、f₂、f₃、f₄和f_r满足：

|f₁-f₃|<f_r；

|f₂-f₄|<f_r；

f₁<f₃，f₂<f₄或者f₁>f₃，f₂>f₄。

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；

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；

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。

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：

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；

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；

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；

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。