伴隨微波射頻通信技術的發展與光通信技術的日益成熟，兩者間的相互滲透成為一種需要并逐步成為可能。在現有器件條件下，在100GHz帶寬范圍內，電、光模擬信號可以很方便的自由轉換，在光域對模擬信號進行選頻濾波，放大也可以方便地實現，這就為微波光子(Microwave Photonics)技術出現提供了基礎。微波光子技術的應用主要體現在微波信號產生、用于雙向無線通信、射頻廣播、雷達系統等的微波光纖傳輸以及微波信號處理等方面。這些應用的主要思想是把微波射頻信號調制在光載波上并通過光纖網絡進行傳輸分配，這樣做的優點在于可以利用光纖重量輕、低損耗、廉價、抗電磁干擾等特點構建一個高性能，低成本，易于安裝維護的光子微波系統^[1]。

對于微波通信和光子微波技術來說，優質的微波信號源是一切微波領域應用的基礎，而傳統的電微波信號產生方式有很多不足與局限。比如，在上世紀60年代以前曾經廣泛應用的微波振蕩器幾乎都是由微波電真空器件如反射速調管、磁控管、行波管等構成。這類器件一般都存在工作電壓高、供電種類繁多、功耗大、結構復雜、體積龐大等缺點，特別是其頻譜純度低、相位噪聲大、頻率穩定度差，已不適應電子技術的發展。50年代末期出現了晶體振蕩器為主振、變容管倍頻的微波倍頻源，如石英晶體振蕩器。但石英晶振只在低頻時才具有少數幾個高Q值共振模式，這就使它不能直接產生高頻信號。加上倍頻效率的限制，不易在較高頻率下獲得大的輸出功率。這些都制約了它在頻率可調的振蕩器中的應用。在光子領域，由于激光器性能的提高和各種光子器件工藝的改善，在光域產生高品質的微波信號，特別是在高頻段(微波/毫米波段)信號的產生方面顯示出明顯的優勢。為此，總結現有的微波光子信號產生方法，發展更有效的光微波技術是一項有意義的工作。

1、微波光子信號的產生

1.1、電光調制法

最直接得到光微波信號的方法是利用電微波信號驅動電光調制器，在光載波兩側產生上、下兩個邊帶，形成光微波信號。可用的電光調制器類型主要有馬赫-曾德調制器(MZM)和電吸收調制器(EAM).在工作帶寬方面，已報道的EAM具有95GHz的工作帶寬，并仍有提高的潛力。在調制的靈活性上，MZM可以通過改變偏壓和調制信號電壓得到載波抑制或高次諧波(倍頻)信號輸出。如果MZM偏置在最小傳輸點，驅動正弦信號頻率為f/2，可以得到頻率為f的載波抑制輸出。另一種選擇是采用f/4的驅動信號，偏置在最大傳輸點并仔細調節驅動信號幅度，可以得到抑制一階邊帶的信號輸出^[2]。這些被調制信號的邊帶在光電探測器(PD)上發生拍頻，產生所需要的微波/毫米波頻段的信號。調制法的信號產生、傳輸和檢測原理框圖如圖1所示。

圖1　調制法的信號產生、傳輸和檢測原理框圖

調制法最明顯的優勢是可以直接得到光微波信號，但是驅動信號的質量會直接影響所得到的光微波信號質量。

1.2、外差法

外差法是使用兩個具有固定頻差的激光器混頻后，通過PD檢測，產生頻率為激光頻差微波信號的一類方法，如圖2所示。

圖2　外差法產生微波/毫米波信號原理示意圖

應該說在1.1中所介紹的直接調制法調制所得的光微波信號在檢測時所產生的電微波信號也是利用了這個原理，不過這種情況中所用于拍出信號的各邊帶來源于同一光源，相互間具有特定的相位關系。外差法的優勢在于，兩路激光在光纖中傳輸時不會受到光纖色散的影響，所拍出信號的功率不會隨傳輸距離而變化。另外一個好處是所產生信號的頻率連續可調，并且可以獲得很高的頻率，探測器帶寬是對所生成電信號頻率的唯一限制。目前所報道的光探測的帶寬已經可以達到300GHz以上^[3]。

考慮到激光器的自身制作工藝和外界溫度影響等因素，激光器的輸出一般都具有一定的線寬和波長波動，這會使產生的信號具有比較大的相位噪聲和頻率不穩定性。通常需要采用一些鎖相措施，如光相位鎖相環(Optical Phase-Locked Loop，OPLL)[3]和光注入相位鎖相環(Optical Injection Phase-Lock Loop，OIPLL)^[4]等技術加以控制。

除了使用兩個獨立的激光器進行外差，雙波長激光器也是一種選擇。已有報道的一種雙模DFB激光器輸出光頻差為60GHz可用于產生微波信號^[5]，而另一種雙區增益耦合的可調諧DFB激光器(two section gain coupled DFB-laser)可以實現20-64GHz的信號產生^[6]。此外基于光纖結構的雙波長激光器也有報道。一種基于光纖的DFB激光器利用刻有光纖布拉格光柵(FBG)的摻鉺-鐿光纖形成分布反饋區，可以在1-3GHz的范圍內產生微波信號，調諧性由溫度變化實現^[7]。另一類可調諧雙波長光纖激光器利用環內兩個偏振態實現，可在100kHz-14GHz實現可調諧微波產生^[8]。