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高频谱纯度、高射频稳定性和低相位噪声的光电振荡器是微波毫米波产生、射频和光系统信号处理中极具关键和开发潜力的器件。但是要获得高性能的光电振荡器,需要解决模式竞争、频率稳定性、相位噪声等问题。论文采用光域耦合双环结构来提高信号的边模抑制比和频谱纯度,采用非泵浦掺铒光纤来提高长期频率稳定性,使用偏振调制获得了基频和倍频的微波信号,并采用自再生锁模机制进一步降低系统的相位噪声。论文首先理论和实验研究了基于偏振调制和偏振复用的耦合倍频光电振荡器,利用偏振调制突破电光调制器调制带宽的限制,不仅获得了基频和倍频微波信号,还因未加偏置电压而减少了偏压波动导致的信号不稳定；通过偏振分束器,偏振调制器—偏振控制器—偏振分束器成为实现偏振调制转换成强度调制的机制,同时,偏振分束器也将调制光信号分成偏振态相互正交的两束信号,形成光域耦合的双环结构,实现偏振复用,该系统只需要一个光电探测器,从而降低了系统噪声和成本,并且偏振分束器的使用避免了光耦合器合路时产生的3dB损耗,降低了对光电振荡回路中电放大器增益的要求。实验获得9.95GHz的基频信号,边模抑制比达到78dB,同时产生19.9GHz的倍频微波信号,相位噪声为-103.45dBc/Hz@10kHz,并且该10kHz频偏处的重复相位噪声在2分钟内的波动范围不超过±0.4dBc/Hz,说明信号的短期频率稳定性非常好。实验还证明信号的边模抑制比与激光器的波长无关。论文最后提出了基于非泵浦掺铒光纤的稳定耦合光电振荡器。由于系统中元器件和连接器产生的信号反射,在非泵浦掺铒光纤中形成驻波,产生烧孔效应,消除模式竞争,提高微波信号的边模抑制比和长期频率稳定性；系统采用自再生锁模机制与光电振荡回路共用一个调制器,构成光纤激光回路,进一步降低光电振荡器的相位噪声。实验产生10.664GHz的微波信号和光脉冲,相位噪声达到-120.58dBc/Hz@10kHz,并能持续稳定振荡20分钟以上,获得了很好的长期频率稳定性和频谱纯度。同时,实验还证明,非泵浦掺铒光纤的长度越长,对边模的抑制效果越好。但是,非泵浦光纤的长度不能无限制地加长,因为饱和吸收作用将会降低振荡环路的增益,以至于不能起振。