自合成孔径激光雷达(SAL)提出以来,就以其天生的极高探测精度受到广泛关注。它也是理论上在数公里范围内获得厘米级探测精度的唯一手段。同时得益于大调谐带宽激光器的出现,SAL也在微观探测领域有着重要的发展前景。然而在实际应用中,由于光波和微波发射机制的不同,诸多因素制约了 SAL的发展,所以它还未像合成孔径微波雷达(SAR)那样得到广泛应用。在本论文中,就制约SAL发展的几点关键技术展开研究。1.由于SAL的发射源是激光器,激光器的线宽决定了出射激光的相干长度,也就决定了 SAL的实际探测范围。而一般激光器的相干长度很短,很难满足SAL的需要。针对这一问题,论文展开了对单纵模窄线宽激光器的研究。通过对单纵模选频技术和线宽压窄技术的分析,同时考虑到SAL在实际应用中对发射源体积的要求,提出并实现了一种基于相移光纤光栅和饱和吸收体相结合的新结构的单纵模窄线宽光纤激光器。通过对该光纤激光器的线宽、功率和稳定度等关键技术指标的测试,说明该激光器完全能够满足未来SAL的应用需求。2.目前大部分的SAL均使用的是线性调频激光作为发射源,而线性调频激光的线性度直接决定了 SAL距离向分辨率的好坏。为了补偿调频激光的线性度,SAL系统大多是通过对参考通道的数据进行分析,在后期对SAL的距离向相位误差加以补偿。这变相加大了后端数据处理难度,同时也无法对调频激光线性度进行实时监测和实时补偿,使得后期SAL的成像效果恶化。文中提出一种对线性调频激光信号线性度进行实时监测的新方法。该方法利用希尔伯特变换对参考通道外差中频信号进行实时处理,可以及时反映出信号频率随时间的变化,进而可以实时补偿调频激光的线性度。3.为了实时补偿SAL线性调频光源的非线性误差,系统使用现场可编辑门阵列(FPGA)作为非线性补偿系统处理器。将参考通道外差中频信号和FPGA内部的一个标准信号源做比较,使用锁相环将中频信号和标准信号进行锁定。锁相环的输出信号经过FPGA处理后转化为激光器调频元件的驱动信号,从而对SAL调频激光源的非线性进行补偿。论文首先利用希尔伯特变换法对该调频激光的线性度进行了实时监测。在不加入和加入补偿系统的不同情况下,线性度的改善非常明显。随后又利用该非线性补偿系统对SAL距离向成像效果进行了实际测试。使用非线性补偿系统后距离向的分辨率有了大幅提高,约为没使用前的26倍。4.论文还将SAL中应用的线性调频激光技术扩展到微波光子学领域。提出并实现了一种基于大带宽调频激光器和双马赫-曾德尔干涉仪(MZI)架构的新型光生微波方法,有望在将来成为基于SAL的微波光子雷达解决方案。该方法利用一路MZI的超长光纤延迟线产生的外差拍频信号来获得微波信号。另一路拥有较短光纤延迟线的MZI作为参考通道对线性调频激光的线性度进行补偿,从而优化产生的微波信号的相位噪声指标。在测试中经过优化的相位噪声指标提高了 31.34dB。同时通过改变线性调频激光的调频率,系统实现了从1.743GHz～5.134GHz微波信号的连续覆盖。由于光电探测器带宽的限制,实验结果没能获得更高频率的微波信号。如果有更合适的实验条件,该方法产生的微波信号频率有望能够突破100GHz。本论文深入分析了制约SAL实际发展的诸多问题中的两类:发射光源窄线宽问题和发射光源线性调频非线性问题。在此基础之上提出了相应的解决方案,并在实验室条件下分别实现了单纵模窄线宽光纤激光器系统和线性调频激光源非线性实时补偿系统。通过实际测试,二者均达到了预期的性能指标。另外,论文还将线性调频激光非线性补偿技术运用到新兴的微波光子学领域。提出并实现了一种全新的光生微波方法。该方法比起其他已知光生微波方法有着体积小、价格低、易于实现等等诸多优势,为未来的微波光子学和微波光子雷达提供了一条崭新的发展之道。