为了研究光注入半导体激光器(SL)产生的光子微波信号的性能, 基于SL的速率方程和光纤布喇格光栅(FBG)滤波理论, 采用数值仿真的方法进行了理论分析, 得到了各种注入参量下的光谱、功率谱和线宽, 并讨论了反馈参量对微波线宽的影响, 考虑到光注入下产生的微波线宽较宽, 进一步引入FBG光反馈窄化了微波信号的线宽。结果表明, 当SL仅在光注入作用下时, 通过改变注入参量, 可实现微波频率连续可调谐和微波强度最大化; 微波线宽随着反馈强度的增加逐渐变窄, 通过适当调节反馈参量可将微波线宽压缩到10kHz以下。该研究结果可为半导体激光器在光生微波中的应用提供一定的理论参考。

二能级量子体系的相干操控对于精密测量和量子信息处理非常重要,如原子钟、原子干涉仪和量子计算等。在实验上观察到相干微波-射频(MW-RF)场驱动下的铷原子超精细基态的双光子Rabi振荡现象。基于塞曼子能级之间热弛豫过程的标定和微波跃迁的测量,清晰地分辨出叠加有热弛豫过程的原子态布居相干振荡。实验测得并详细讨论了广义Rabi频率与中间态失谐和微波/射频功率的关系。当中间态失谐较大时,实验结果与等效二能级理论模型非常吻合;但当中间态失谐较小时,少量原子占据中间态造成实测的Rabi频率偏离理论值。这些结果为二能级量子系统的相干操控提供了有力的理论支持。

结合光注入半导体激光器的单周期动力学态与光电环路, 提出了一种可获得频率大范围可调、窄线宽的光子微波信号的方案并进行了实验研究.结果表明, 光注入半导体激光器在一定条件下能够实现单周期振荡, 且光子微波信号的频率在8~67 GHz范围内连续可调; 在合适的注入参数下, 获得了频率为24.3 GHz且光谱具有单边带结构的光子微波信号; 通过引入光电环路结构, 能够有效地将该光子微波的线宽由8.6 MHz压缩至30 kHz, 并获得了40 dB以上的信噪比.

提出了一种基于受激布里渊散射效应的瞬时频率测量方法.未知信号经过强度调制作为泵浦光, 矢量网络分析仪产生的信号经过相位调制作为扫描信号光, 当泵浦光和扫描信号光之间满足相位匹配条件时, 受激布里渊散射效应发生并实现相位调制到强度调制的转换, 未知信号的频率被测量.实验验证可以测量0.5 GHz-27 GHz的微波信号的频率, 最大误差小于20 MHz.

基于1 550 nm垂直腔面发射激光器在平行偏振光注入下呈现的单周期非线性动力学状态, 进一步引入光电负反馈, 得到了高质量的微波信号．实验研究结果表明: 平行偏振光注入下, 通过调节注入光的注入强度及频率, 1 550 nm垂直腔面发射激光器可呈现注入锁定、单周期、倍周期、混沌等多种非线性动力学状态; 在合适的注入参量下, 平行偏振光注入1 550 nm垂直腔面发射激光器可产生光谱具有单边带结构、频率超过10 GHz的光子微波信号, 但该微波信号的线宽较宽(达MHz量级); 进一步引入光电负反馈后, 通过选取合适的光电反馈强度, 可将该微波信号的线宽减小至一百多kHz(减小两个量级以上); 在选择优化的反馈强度条件下, 仅通过简单调节注入光强度, 可实现窄线宽光子微波信号的频率在一定范围内连续可调谐．