2.2 光學(xué)外差法

光學(xué)外差法簡(jiǎn)稱光外差法，是光生毫米波技術(shù)最基礎(chǔ)、最容易理解的方法，工作原理即是利用兩個(gè)不同的激光器輸出兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光波，兩路光波耦合后通過(guò) PD 拍頻生成頻率為兩個(gè)光載波頻率間隔的毫米波信號(hào)。光學(xué)外差法生成毫米波的工作原理如圖2.1所示。兩個(gè)CW激光器分別輸出頻率為f₁和f₂的兩路光波，f₁和 f₂光波耦合后輸入 PD 進(jìn)行拍頻，獲得頻率為兩個(gè)光波頻率差（f₁-f₂）的毫米波信號(hào)。

圖2.1 光學(xué)外差法生成毫米波的工作原理

光學(xué)外差法不僅避免了光波色散的影響，還能靈活生成各種頻率的毫米波信號(hào)，理論上可以生成太赫茲波信號(hào)。然而，因?yàn)閮蓚€(gè)拍頻的光載波來(lái)自兩個(gè)不同的激光器，兩個(gè)光載波相位不相關(guān)，導(dǎo)致該方法生成毫米波信號(hào)具有非常大的頻率波動(dòng)和相位噪聲。光學(xué)外差法產(chǎn)生毫米波技術(shù)的特點(diǎn)：①光學(xué)外差法生成的毫米波頻率等于輸入光電探測(cè)器的兩列光波波長(zhǎng)間隔；②為了減小相位噪聲，兩路拍頻光波應(yīng)相干，即兩路光波的相位差穩(wěn)定和偏振相同；③光電探測(cè)器拍頻生成的光電流與輸入光波電場(chǎng)振幅的平方成正比；④當(dāng)兩列輸入光波的偏振同相時(shí)，能生成最大差額頻率的毫米波信號(hào)。多年來(lái)，為了對(duì)光學(xué)外差法進(jìn)行改進(jìn)，在對(duì)兩個(gè)光波鎖相方面做了大量的研究工作，采用的方法主要可分為以下兩種類型：光注入鎖定法和光學(xué)鎖相環(huán)法。