激光的动态相干性是指激光在频率、功率等参数动态变化过程中仍能保持高的相干性,其在光谱学、频率计量、激光测量、激光雷达、相干光通信、光束控制以及微波光子学等领域有重要的应用需求。然而,激光产生的物理机理和激光器的结构特征,使得激光频率或功率等参数的调谐能力与其相干性相互制约,研究激光动态相干性的控制与增强方法具有重要的理论意义和应用价值。光锁相技术是目前最有效的激光动态相干性控制技术。然而,由于激光的相位噪声、锁相带宽有限等因素的限制,基于光锁相技术的激光动态相干性控制仍面临诸多技术难题和挑战。本论文围绕激光动态相干性控制的理论和技术开展研究,重点解决激光频率调谐范围和相干性之间的制约问题。论文以基于光锁相技术的激光动态相干性控制为基础,开展大范围扫频激光的相干性控制技术及其应用研究。主要研究内容和创新点体现在以下方面:1.基于光锁相技术的光相干控制理论与实验研究论文对光锁相技术进行了理论建模,分析了锁相环路中关键因素的影响,研究了基于复合环路光锁相的相干性传递机理。实验验证了复合环路光锁相对激光动态相干性的控制能力和效果。2.基于延迟自外差光锁相的动态相干性控制方法研究论文提出了基于延迟自外差光锁相的激光动态相干性控制方法,通过延迟自外差干涉获得激光的相频误差,通过反馈控制激光相位和频率,校正激光的相频噪声,提升其动态相干性。利用分布反馈式(DFB)半导体激光器,实现了扫频范围80 GHz、相位误差小于0.8°、相干长度提升约60倍的线性扫频激光。3.基于频率牵引式互锁相的激光动态相干性控制方法研究论文提出了基于频率牵引式互锁相的激光动态相干性控制方法,以光频梳的梳齿为光频参考,采用复合环路光锁相技术,将待控制的激光相位锁定于该梳齿,然后通过调谐光频梳的梳齿间隔,牵引激光扫频。本方法能将光频梳的高相干性和大范围调谐特性高效地传递至待控制的激光,为解决激光扫频范围和相干性之间的制约问题提供了有效的技术途径。4.梳齿间隔连续可调的光频梳生成技术研究梳齿间隔可连续调谐的光频梳是频率牵引式光锁相的关键技术,本论文提出光电延迟匹配的级联光调制光频梳生成方法,通过精确匹配级联电光调制中的光电延迟,实现了梳齿间隔在8.5-19.0 GHz连续调谐、平坦度变化小于4 dB的光频梳。针对级联调制光频梳的频谱范围有限的问题,研究了基于非线性四波混频的光频梳生成方法,建立了七波耦合理论模型,分析了相位匹配和非线性作用强度的影响,为实现频谱范围更宽、调谐范围更大的光频梳奠定了理论基础。5.光频域后向散射仪(OFDR)原型样机研制解决了频率牵引式激光动态相干性控制技术的实用化和工程化问题,完成了距离分辨率2 mm、测量距离3 km的OFDR原型样机的研制及其成果转化,填补了我国在OFDR产品研究方面的空白。6.基于双光梳锁相的线性扫频微波信号生成技术研究论文研究了基于双光梳锁相的线性扫频微波信号生成技术,通过光锁相技术解决了双光梳混频中光链路扰动造成的相位噪声,生成了中心频率253GHz、线性扫频范围20GHz、均方根频率误差小于90 kHz的线性扫频微波信号。在光生微波信号的时间带宽积、相噪抑制方面取得进展。