2.2.2 光学锁相环

光学外差法还可以利用光学锁相环实现两路光波相位锁定。光学锁相环生成毫米波工作原理如图2.3所示。锁相环系统主要由两个激光器、一个PD、一个相位检测器、一个低通滤波器、射频信号放大器和参考RF信号生成器组成。锁相环系统中两个激光器输出光波耦合后通过 PD 拍频生成频率等于两个光波波长间隔频率的毫米波信号，然后这个电信号被输入一个由电混频器和低通滤波器组成的相位检测器。相位检测器还需要一个参考 RF 信号生成器，相位检测器的输出信号频率即为参考 RF 信号与生成的毫米波信号的相位差，然后再利用反馈线路将这个信号反馈到其中的一个激光器，从而实现对两个不相干激光器输出光波的锁相工作。该方法的锁相范围受两个激光源的线宽和反馈线路长度两个参数的影响，为了保证有效的锁相，不仅需要两个激光源应使用窄线宽光源，而且要尽量缩短光学锁相环线路的长度。和光注入锁定技术相比，该方法适合光信号远程分布的毫米波生成方案。值得注意的是，RF参考源信号的频率不需要和拍频生成 RF 信号频率相同。光学锁相环技术与光注入锁定技术相比，可以实现相对更大的锁相频率范围，但是系统结构相对更复杂，对器件性能要求会更高。

图2.3 光学锁相环法生成毫米波工作原理

光学锁相环和光注入锁定技术都能较好地对输入 PD 的两路光波信号进行锁相，获得的毫米波相位噪声性能都比较好，但是两种方法都需要额外的 RF参考源，并且锁相效果和结构复杂度及器件要求是成正比的，因此这将对他们在实际工作中的应用起到非常大的限制作用。