2.2 光学外差法

光学外差法简称光外差法，是光生毫米波技术最基础、最容易理解的方法，工作原理即是利用两个不同的激光器输出两个不同波长的光波，两路光波耦合后通过 PD 拍频生成频率为两个光载波频率间隔的毫米波信号。光学外差法生成毫米波的工作原理如图2.1所示。两个CW激光器分别输出频率为f₁和f₂的两路光波，f₁和 f₂光波耦合后输入 PD 进行拍频，获得频率为两个光波频率差（f₁-f₂）的毫米波信号。

图2.1 光学外差法生成毫米波的工作原理

光学外差法不仅避免了光波色散的影响，还能灵活生成各种频率的毫米波信号，理论上可以生成太赫兹波信号。然而，因为两个拍频的光载波来自两个不同的激光器，两个光载波相位不相关，导致该方法生成毫米波信号具有非常大的频率波动和相位噪声。光学外差法产生毫米波技术的特点：①光学外差法生成的毫米波频率等于输入光电探测器的两列光波波长间隔；②为了减小相位噪声，两路拍频光波应相干，即两路光波的相位差稳定和偏振相同；③光电探测器拍频生成的光电流与输入光波电场振幅的平方成正比；④当两列输入光波的偏振同相时，能生成最大差额频率的毫米波信号。多年来，为了对光学外差法进行改进，在对两个光波锁相方面做了大量的研究工作，采用的方法主要可分为以下两种类型：光注入锁定法和光学锁相环法。