提出了一种基于光学外调制器倍频产生W波段线性调频（LFM）信号并用于高分辨率测距的新方案。通过光调制器将来自任意波形发生器（AWG）的LFM信号调制到光载波的边带上，利用光电探测器（PD）拍频完成光电转换，从而产生四倍频W波段LFM信号，其中心频率与带宽均为原始LFM信号的四倍。发射上述宽带LFM信号对相距为50 cm的2个目标分别测距，测量结果为48.8 cm，误差为1.2 cm。为进一步验证实验的可靠性，调整2个目标的距离为40 cm，测量结果为38.9 cm，误差为1.1 cm。该系统克服了难以直接在电域产生高频信号的“电子瓶颈”，通过光子辅助产生宽带LFM信号实现了高分辨率感知测距，为未来超高分辨率的线性调频连续波雷达系统提供了一种解决方案。

为了提升调频连续波激光雷达调制带宽、从而提高距离分辨率，采用基于双平行Mach-Zehnder调制器的外调制方式，结合无光滤波器的微波光子倍频技术，通过1 GHz的射频源实现8 GHz的宽带射频调制信号，并利用搭建的模型研究了微波光子倍频子系统中消光比、调制系数和移相器相位偏移3个参数的变化对调频连续波激光雷达系统性能的影响。结果表明，大部分商用调制器的消光比可以满足使用需求，调制系数在2.385~2.425范围内或电移相器误差不大于1.3°时，该激光雷达探测信号峰的功率抑制比可以保持在20 dB以上。此研究结果为微波光子倍频技术在调频连续波激光雷达中的应用提供了理论支持，对工程实现有一定的参考意义。

量子阻抗Lorentz振子（QILO）是基于Bohr-Sommerfeld理论和量子力学选择定则对Lorentz振子量子化所新近建立的模型。根据该模型，分别对Li₂SnTeO₆、CsClO₃和Na₂Nb₄O₁₁ 三种光学晶体二次谐波特性进行了分析与数值模拟，尝试提出了一种估算晶体二阶非线性光学系数的方法。首先，根据晶体线性吸收光谱的峰值频率和半峰全宽，利用QILO模型计算了晶体的原子跃迁前后的有效量子数，然后根据QILO的二阶非线性效应参数的计算公式推算了晶体二阶电极化率，由此得到上述三种晶体在波长532 nm的倍频系数分别为0.17 pm/V、0.69 pm/V和1.17 pm/V，且与第一性原理的数值吻合较好。结果表明，基于QILO模型的二阶电极化率，有助于分析和提高材料的和频、差频以及倍频的效率，且方法简单、计算耗时少、运算效率高。

提出一种基于偏振复用-双平行马赫-曾德尔调制器的可调倍频因子微波移相信号生成新方案。在不使用滤波器的情况下，通过改变调制器的射频驱动信号和直流偏置电压，可以生成2倍频、4倍频、6倍频、8倍频微波信号，同时控制检偏器与调制器主轴之间的夹角，就能实现相位0°~360°连续可调。仿真结果表明，频率为5 GHz的射频信号可以转换为10、20、30、40 GHz的全范围线性相移微波信号，相位连续变化过程中，功率波动小于0.5 dB，并且该方案具有良好的频率可调谐性。此外，研究分析了该方案的工作频率范围，以及调制器消光比、直流偏置电压漂移和电移相器幅相不平衡对系统性能的影响。

太赫兹源辐射功率较低已成为制约太赫兹科学技术发展的主要瓶颈问题。为有效提高太赫兹源辐射功率, 提出了基于多双漂移雪崩管的分立腔体倍频方法, 在此基础上设计和实现波导结构的太赫兹功率合成器。在倍频器的输入端对各独立激励源的中频信号进行移相, 完成倍频输出的精确相位控制, 从而实现各单元输出的太赫兹信号同相位合成, 提高功率合成效率, 避免使用太赫兹频段移相器等部组件的问题, 降低实现复杂度, 易于实现。仿真和实测结果表明, 4路激励源太赫兹功率合成器的合成效率约 79%~89%。

将调制频率为1 GHz的正弦波光信号的高阶谐波分量注入直调激光器,信号的光场强度和载流子浓度相互作用形成光电流,光电流经过直调激光器的射频(RF)端口形成微波倍频信号。实验通过检测RF端口的倍频信号功率变化,反馈控制直调激光器的波长,完成直调激光器的自动锁定,产生无光电探测器的10 GHz、12 GHz微波倍频信号。对比无自动锁定回路的注入锁定方案,自动锁定产生的微波倍频信号更稳定,其功率波动在10 min内稳定在2 dB,10 kHz处的相位噪声恶化程度控制在2.2 dB。微波倍频信号的最高倍频数取决于直调激光器的最高调制速率。

遥感设备需要配备高精度的本地时钟源与卫星平台时钟同步,数字锁相环设计是时钟同步和倍频的关键技术,而长周期输入信号和大倍频系数从两方面增加了设计难度。 设计了一种针对秒脉冲同步和10000倍倍频条件下的数字锁相环,通过建立Z 域模型和S域近似分析了其响应特性,用现场可编程门阵列予以实现。实验表明,本设计实现的数字锁相环最短可以在5个输入时钟 周期内进入锁定状态,稳定工作时每秒累积误差小于0.1 ms,在实际应用中可以稳定输出本地时钟,满足遥感设备时钟同步和倍频的需求。

提出了一种基于改进的光载波抑制调制方式的光学生成高倍频可调谐毫米波的方案.该方案利用均匀光纤光栅型声光可调谐滤波器选取光载波抑制信号中的两个边带分量进行拍频, 实现高倍频且倍频因子可调的毫米波信号的生成.为避免色散所致的码元时移效应, 将基带数据信号仅调制到光载波抑制信号的一个边带分量上.仿真验证了倍频因子分别为2,6,10,14,18和22的毫米波信号的生成.另外, 对22倍频下的光载无线电系统的链路性能进行了仿真分析, 毫米波信号在调制2 Gbit/s的非归零码型数据信号经50 km的光纤传输后, 系统的眼图仍保持良好的睁开度, 链路的功率代价仅为0.4 dB.系统具有良好的传输性能, 可以满足通信系统的需求.

基于电光调制器产生微波信号的倍频方法结构简单、调谐性好、稳定性较高, 为产生毫米波频段乃至太赫兹频段信号提供了一种有效的解决方法。重点介绍了基于电光调制器的几种典型倍频方案与关键技术及其最新研究进展, 综合比较了各个方案的优缺点, 并给出了下一步研究与发展的方向。