在多路注入锁频大功率连续波磁控管的相干功率合成实验中, 输出特性分析有利于提升合成效率。搭建了一款 S波段 20 kW连续波磁控管注入实验系统, 该系统包含幅频可调的微波源和移相器, 由磁控管信号发生系统、注入锁定系统以及相位差检测系统 3个小系统组成。利用外部注入信号, 分别对磁控管输出信号的相位稳定度、频谱和相位噪声进行实验分析, 实现了对实际磁控管在外部注入前后的特性分析。其中, 相位差波动最小不足 4°, 最大 17°, 锁频带宽在 2.9~13 MHz之间变化, 在偏移频率 1 MHz内对相位噪声抑制超过 40 dB; 并对注入锁频信号与输出信号之间的关系进行了总结, 为多路大功率磁控管的功率合成提供理论依据。

小尺寸低功耗的超窄线宽半导体激光是相干通信、光纤传感等领域的核心器件。采用品质因子Q>10 ⁸且腔长为7 mm的法布里-珀罗光腔,设计并封装了波长为1550 nm的环形结构的小型自注入锁频激光样机,采用基于100 km光纤的自延时外差方法,测得3 dB线宽约为200 Hz, 洛伦兹拟合线宽约为20 Hz。未来可通过提高Q值,改进封装,进一步压窄激光线宽,提供比光纤窄线宽激光性能更加优异的小型窄线宽激光产品。

为了获得高功率的单频可调谐1342 nm激光,研究了一种注入锁频Nd∶YVO₄环形激光器。以1.0 W可调谐单频连续1342 nm激光为种子光,“8”字环形谐振腔为从激光器功率腔,基于PDH(Pound-Drever-Hall)锁频技术实现了环形功率腔的锁定,获得了8.3 W的单频连续可调谐1342 nm的激光输出。

为了给需要大功率扫频微波源的变频微波加热、通信干扰等领域提供一种高效低成本的解决途径, 在磁控管注入锁频理论的基础上, 提出了一种基于磁控管的扫频大功率微波源。首先通过磁控管的等效电路模型对该设想进行了可行性分析, 然后在微波仿真软件CST STUDIO SUITE中对磁控管建模并进行particle-in-cell仿真验证。分析了注入比对磁控管高频电压输出以及频谱的影响。磁控管的最高扫频带宽可达21 MHz。

注入锁频技术是实现多只磁控管相干功率合成的关键技术。对 S波段 1 kW连续波磁控管输出信号频谱的改善进行研究，分析了灯丝电流对磁控管输出特性的影响，通过降低灯丝电流使磁控管自由振荡下的输出微波频带宽度由 10 MHz降低至 300 kHz。通过提高参考信号的注入功率，有效地拓展了连续波磁控管的注入锁频带宽，最终获得了高达 14 MHz的注入锁频带宽。在不同注入功率比的情况下，该连续波磁控管的外观品质因数 QE为 52~72。

注入锁频是磁控管相干功率合成的基础，本文开展了15 kW 磁控管的注入锁频实验，研究了注入微波功率与可牵引带宽之间的关系。实现了15 kW 磁控管注入锁频，分析了不同注入功率下磁控管可牵引带宽。实验结果表明，磁控管注入锁频牵引带宽随注入功率增大而增加，在165 W 注入功率下牵引带宽达到5 MHz。该15 kW 磁控管可用于大功率微波相干功率合成，为多支大功率磁控管进行功率合成研究奠定了基础。