1.1 研究目的

随着社会的发展和科技的进步，各种电子设备的性能也不断提高。在众多领域中，如电子对抗、雷达、无线通信等，对微波信号源的工作频率、频谱纯度、可调谐性等性能提出了更高的要求。传统的电子学方法受限于器件带宽，在产生及处理高频、大带宽信号时，会遇到电子“瓶颈”。相较于传统电生微波信号的方法，光生微波方法具有大带宽、低损耗、宽调谐范围和抗电磁干扰等优点，具有重要研究意义。目前光子微波信号产生技术是光载无线系统的主要构成部分，如何产生高质量、系统复杂度小、低成本的光子微波信号是目前研究的重点。

本文通过研究半导体激光器的非线性动态特性，利用MATLAB进行外光注入半导体激光器系统的仿真，通过调节注入的外光波长和光功率，来达到系统输出不同频率的光子微波发生器。本文旨在通过实现一个微波频率可调的光子微波发生器，进一步了解外部参量对半导体激光器的影响。

1.2 研究意义

伴随着数字光纤通信系统的高速发展，光通信的研究领域得到了极大的扩展，目前光通信在通信领域的核心骨干网中承担了高速传输的作用。利用光子大带宽、低损耗、抗电磁干扰等优势,可以实现高频率和大带宽的微波信号产生及处理,因而研究微波光子信号产生及处理具有非常重要的战略意义和应用价值。常见的光生微波技术有光外差法、直接调制法、利用光电振荡器产生光子微波、半导体激光器非线性特性光生微波技术等。本文采取的方式为利用半导体激光器的非线性单周期振荡特性，产生的光生微波具有很好的调谐性。同时，可以控制载波光谱的边带特性，以此获得具有单边带或双边带光谱特性的微波载波。

半导体激光器是一种非线性动态系统，该系统的输出共有三种状态，分别为稳态、非稳态及混沌态，其输出状态依次是短暂的弛豫振荡和比较稳定的输出。当给半导体激光器添加一个外部扰动（诸如光电反馈、光反馈或光注入等），容易观察到系统呈现出如低频起伏、单周期振荡、四倍周期振荡、准周期振荡以及混沌振荡等非线性动态现象，从而影响其输出激光的单色性和功率稳定性。在半导体激光器的诸多动态特性中,单周期振荡现已被广泛运用于众多领域。例如,在光载无线电系统中，研究者利用半导体激光器的单周期振荡状态进行光生微波以及调制格式转换工作。又如研究者将单周期振荡用于光时分复用系统中的全光时钟分频。

2. 研究的基本内容与方案

（1）基于外光注入半导体激光器的可调光子微波发生器系统的设计

基于外光注入半导体激光器的可调光子微波发生器系统如图所示。该系统主要由主激光器、从激光器、反光镜、可调光衰减器、光电探测器组成。其中主激光器对从激光器提供光源，从激光器作为光子微波源

（2）阅读相关文献，理解外光注入半导体激光器的速率方程模型，对模型中各个参数的作用有基本认识。

（3）参考相关书籍，掌握利用二阶荣格-库塔积分进行外光注入半导体激光器数值模拟的方法，以便用于后续程序设计。

（4）基于外光注入半导体激光器的可调光子微波发生器系统程序设计及实现

基于外光注入半导体激光器的可调光子微波发生器系统将利用Matlab进行设计，此软件优点在于可以进行数据可视化、数据分析以及数值计算等。通过使用Matlab模拟半导体激光器系统，运用前述学习的外光注入半导体激光器的速率方程模型二阶荣格-库塔积分进行外光注入半导体激光器数值模拟的方法，通过调节注入光的波长和光功率，实现微波频率可调的光子微波产生。