宽带激光锁相技术将主要应用于零差激光相干探测,由于目标反射的激光较弱,同时受空间光(如日光、空间散射光、人工光源)的干扰,难以直接远距离探测和跟踪。通过宽带激光锁相技术,可以实现回波脉冲激光与本振激光的频率一致和相位锁定,从而实现对微弱脉冲激光回波信号的零差相干探测。同时近年来国内外对激光锁相技术的关注和研究,推动了光锁相技术在相干光通信、微波光子学、相干太赫兹光子学等领域的应用。本课题研究宽带低延时光锁相环路,考虑环路的带宽和延时,在环路设计研制中,通过微型化环路元器件和缩短环路路径,提高锁相环路宽带和降低延时。本文首先介绍了激光锁相环路的应用背景,分析了国内外激光锁相环的研究进展和发展方向。目前激光锁相技术通常应用于连续激光,以实现脉冲激光锁相为目标,提出了宽带激光锁相环方案。选用平衡锁相环的结构,简单分析了平衡锁相环的基本原理,同时对激光锁相环路主要元器件包括90°光混频器、环路滤波器、宽带可调谐激光器进行了分析,采用线性相位模型建立和分析了脉冲激光锁相环路模型。理论分析和仿真了环路捕捉带和捕捉时间,通过减小环路延迟,增大调频带宽,环路捕捉带可达到120 MHz。同时,通过合理选取环路增益,可以在脉冲上升沿完成锁相。且初始频差越小,捕获时间越短,脉冲波形恢复效果越好。采用Simulink搭建激光锁相环路模型,仿真了环路捕捉时间,对锁相环路的热噪声、散粒噪声、相对强度噪声以及锁相精度和锁相激光功率进行了理论分析。进一步完成了激光锁相环路的设计方案,设计了激光锁相环路的整体结构,并设计了激光锁相环路的整体光学机械底座结构,同时完成了激光锁相环路中90°光混频器、平衡光电探测器和环路滤波器的设计方案,并进行了性能仿真分析。搭建了激光锁相环路实验平台,并分别运用所设计的有源环路滤波器和无源环路滤波器,实现了激光相位锁定,同时测量环路延时仅为1.2 ns,环路带宽达到40 MHz。