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用于光生超穩(wěn)微波源的飛秒光梳頻率自動鎖定系統(tǒng)及方法

專利號
CN119275703B
公開日期
2025-03-11
申請人
中國科學(xué)院國家授時(shí)中心; 合肥國家實(shí)驗(yàn)室(陜西省西安市臨潼區(qū)驪山街道辦事處書院東路3號)
發(fā)明人
陳鑫; 張攀; 饒冰潔; 李銘坤; 胡珍源; 楊西光; 張首剛
IPC分類
H01S3/13; H01S5/068
技術(shù)領(lǐng)域
光頻,頻率,調(diào)理,電壓,鎖定,電路,相位,鎖相,鎖相環(huán),相位差
地域: 陜西省 陜西省西安市

摘要

本發(fā)明公開了一種用于光生超穩(wěn)微波源的飛秒光梳頻率自動鎖定系統(tǒng)及方法,包括:光頻梳、頻差電壓產(chǎn)生電路、電壓調(diào)理電路和鎖相環(huán)電路;光頻梳輸出光梳信號;頻差電壓產(chǎn)生電路確定輸入的光梳信號和輸入的參考信號之間的頻率差,并將頻率差轉(zhuǎn)換為電壓信號;電壓調(diào)理電路對電壓信號進(jìn)行調(diào)理,得到調(diào)理后的電壓信號,并將調(diào)理后的電壓信號反饋至光頻梳;光頻梳還用于根據(jù)調(diào)理后的電壓信號改變輸出的光梳信號的頻率;鎖相環(huán)電路用于對輸入的參考信號和輸入的頻率調(diào)節(jié)后的光梳信號進(jìn)行相位鎖定,得到相位差信號并反饋至光頻梳,光頻梳根據(jù)相位差信號鎖定光梳信號的相位。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)自動鎖定,實(shí)現(xiàn)更簡便,穩(wěn)定性高,可靠性強(qiáng),可自動化長期穩(wěn)定運(yùn)行。

說明書

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[0016] 在一些實(shí)施例中,所述系統(tǒng)包括:一個(gè)所述頻差電壓產(chǎn)生電路、一個(gè)所述電壓調(diào)理電路和一個(gè)所述鎖相環(huán)電路;所述光頻梳、一個(gè)所述頻差電壓產(chǎn)生電路和一個(gè)所述電壓調(diào)理電路構(gòu)成一個(gè)所述鎖頻環(huán)電路,并且,所述光梳信號包括:載波包絡(luò)相移頻率信號fceo、重復(fù)頻率信號fr和光拍頻頻率信號fbeat中的任意一種信號; [0017] 其中,所述電壓調(diào)理電路用于將所述重復(fù)頻率信號fr或所述光拍頻頻率信號fbeat對應(yīng)的調(diào)理后的電壓信號反饋至所述光頻梳內(nèi)的電光調(diào)制器和壓電陶瓷,或用于將所述載波包絡(luò)相移頻率信號fceo對應(yīng)的調(diào)理后的電壓信號反饋至所述光頻梳內(nèi)的泵浦驅(qū)動;所述光頻梳還用于根據(jù)反饋至所述電光調(diào)制器和所述壓電陶瓷的調(diào)理后的電壓信號改變輸出的光梳信號的頻率,或根據(jù)反饋至所述泵浦驅(qū)動的調(diào)理后的電壓信號改變輸出的光梳信號的頻率。 [0018] 在一些實(shí)施例中,所述系統(tǒng)包括:兩個(gè)所述頻差電壓產(chǎn)生電路、兩個(gè)所述電壓調(diào)理電路和兩個(gè)所述鎖相環(huán)電路,并且,所述光梳信號包括載波包絡(luò)相移頻率信號fceo,同時(shí)還包括重復(fù)頻率信號fr或光拍頻頻率信號fbeat; [0019] 其中,所述光頻梳、第一個(gè)所述頻差電壓產(chǎn)生電路和第一個(gè)所述電壓調(diào)理電路構(gòu)成第一個(gè)所述鎖頻環(huán)電路,第一個(gè)所述鎖頻環(huán)電路與第一個(gè)所述鎖相環(huán)電路并聯(lián);并且,第一個(gè)所述頻差電壓產(chǎn)生電路的一個(gè)輸入端用于輸入所述重復(fù)頻率信號fr或所述光拍頻頻率信號fbeat;第一個(gè)所述頻差電壓產(chǎn)生電路的另一個(gè)輸入端和第一個(gè)所述鎖相環(huán)電路的一個(gè)輸入端還用于接入所述參考信號,第一個(gè)所述電壓調(diào)理電路用于將所述重復(fù)頻率信號fr或所述光拍頻頻率信號fbeat對應(yīng)的調(diào)理后的電壓信號反饋至所述光頻梳內(nèi)的電光調(diào)制器和壓電陶瓷;所述光頻梳還用于根據(jù)反饋至所述電光調(diào)制器和所述壓電陶瓷的調(diào)理后的電壓信號改變輸出的光梳信號的頻率;第一個(gè)所述鎖相環(huán)電路用于對輸入的參考信號和輸入的經(jīng)過第一個(gè)所述鎖頻環(huán)電路進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)后的光梳信號進(jìn)行鎖定,得到相位差信號,并將所述相位差信號反饋至所述光頻梳;所述光頻梳還用于根據(jù)所述相位差信號進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)后的光梳信號的相位鎖定; [0020] 其中,所述光頻梳、第二個(gè)所述頻差電壓產(chǎn)生電路和第二個(gè)所述電壓調(diào)理電路構(gòu)成第二個(gè)所述鎖頻環(huán)電路,第二個(gè)所述鎖頻環(huán)電路與第二個(gè)所述鎖相環(huán)電路并聯(lián);并且,第二個(gè)所述頻差電壓產(chǎn)生電路的一個(gè)輸入端用于輸入所述載波包絡(luò)相移頻率信號fceo;第二個(gè)所述頻差電壓產(chǎn)生電路的另一個(gè)輸入端和第二個(gè)所述鎖相環(huán)電路的一個(gè)輸入端還用于接入所述參考信號,第二個(gè)所述電壓調(diào)理電路用于將所述載波包絡(luò)相移頻率信號fceo對應(yīng)的調(diào)理后的電壓信號反饋至所述光頻梳內(nèi)的泵浦驅(qū)動;所述光頻梳還用于根據(jù)反饋至所述泵浦驅(qū)動的調(diào)理后的電壓信號改變輸出的光梳信號的頻率;第二個(gè)所述鎖相環(huán)電路用于對輸入的參考信號和輸入的經(jīng)過第二個(gè)所述鎖頻環(huán)電路進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)后的光梳信號進(jìn)行鎖定,得到相位差信號,并將所述相位差信號反饋至所述光頻梳;所述光頻梳還用于根據(jù)所述相位差信號進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)后的光梳信號的相位鎖定。 [0021] 在一些實(shí)施例中,所述PID電路為比例積分微分電路。 [0022] 本發(fā)明還提供一種用于光生超穩(wěn)微波源的飛秒光梳頻率自動鎖定方法,應(yīng)用于上述的用于光生超穩(wěn)微波源的飛秒光梳頻率自動鎖定系統(tǒng),所述方法包括: [0023] 輸出光梳信號; [0024] 確定表示當(dāng)前的光梳信號和輸入的參考信號之間的頻率差的電壓信號,并對確定的電壓信號進(jìn)行調(diào)理,得到所述當(dāng)前的光梳信號對應(yīng)的調(diào)理后的電壓信號,根據(jù)所述當(dāng)前的光梳信號對應(yīng)的調(diào)理后的電壓信號改變所述當(dāng)前的光梳信號的頻率,得到當(dāng)前的頻率調(diào)節(jié)后的光梳信號; [0025] 對所述當(dāng)前的頻率調(diào)節(jié)后的光梳信號和輸入的參考信號進(jìn)行相位鎖定,得到當(dāng)前的相位差信號,根據(jù)所述當(dāng)前的相位差信號進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)后的光梳信號的相位鎖定,并當(dāng)相位鎖定失敗時(shí),輸出下一次的光梳信號; [0026] 確定表示所述下一次的光梳信號和輸入的參考信號之間的頻率差的電壓信號,并對確定的電壓信號進(jìn)行調(diào)理,得到所述下一次的光梳信號對應(yīng)的調(diào)理后的電壓信號,根據(jù)所述下一次的光梳信號對應(yīng)的調(diào)理后的電壓信號改變所述下一次的光梳信號的頻率,得到下一次的頻率調(diào)節(jié)后的光梳信號; [0027] 對所述下一次的頻率調(diào)節(jié)后的光梳信號和輸入的參考信號進(jìn)行相位鎖定,得到下一次的相位差信號,根據(jù)所述下一次的相位差信號進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)后的光梳信號的相位鎖定,如此,直至相位鎖定成功,并在相位鎖定成功后,結(jié)束對光梳信號的頻率調(diào)節(jié)。 [0028] 在一些實(shí)施例中,所述確定表示當(dāng)前的光梳信號和輸入的參考信號之間的頻率差的電壓信號,包括: [0029] 對所述當(dāng)前的光梳信號與所述當(dāng)前輸入的參考信號進(jìn)行混頻,得到混頻信號; [0030] 對所述混頻信號進(jìn)行低通濾波,得到差頻信號;

權(quán)利要求

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5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光生超穩(wěn)微波源的飛秒光梳頻率自動鎖定系統(tǒng),其特征在于,所述電壓調(diào)理電路包括具有預(yù)設(shè)PID參數(shù)的PID電路,其中,所述預(yù)設(shè)PID參數(shù)用于控制所述鎖頻環(huán)電路進(jìn)行信號鎖定時(shí)的頻率范圍。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光生超穩(wěn)微波源的飛秒光梳頻率自動鎖定系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)包括:一個(gè)所述頻差電壓產(chǎn)生電路、一個(gè)所述電壓調(diào)理電路和一個(gè)所述鎖相環(huán)電路;所述光頻梳、一個(gè)所述頻差電壓產(chǎn)生電路和一個(gè)所述電壓調(diào)理電路構(gòu)成一個(gè)所述鎖頻環(huán)電路,并且,所述光梳信號包括:載波包絡(luò)相移頻率信號fceo、重復(fù)頻率信號fr和光拍頻頻率信號fbeat中的任意一種信號; 其中,所述電壓調(diào)理電路用于將所述重復(fù)頻率信號fr或所述光拍頻頻率信號fbeat對應(yīng)的調(diào)理后的電壓信號反饋至所述光頻梳內(nèi)的電光調(diào)制器和壓電陶瓷,或用于將所述載波包絡(luò)相移頻率信號fceo對應(yīng)的調(diào)理后的電壓信號反饋至所述光頻梳內(nèi)的泵浦驅(qū)動;所述光頻梳還用于根據(jù)反饋至所述電光調(diào)制器和所述壓電陶瓷的調(diào)理后的電壓信號改變輸出的光梳信號的頻率,或根據(jù)反饋至所述泵浦驅(qū)動的調(diào)理后的電壓信號改變輸出的光梳信號的頻率。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光生超穩(wěn)微波源的飛秒光梳頻率自動鎖定系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)包括:兩個(gè)所述頻差電壓產(chǎn)生電路、兩個(gè)所述電壓調(diào)理電路和兩個(gè)所述鎖相環(huán)電路,并且,所述光梳信號包括載波包絡(luò)相移頻率信號fceo,同時(shí)還包括重復(fù)頻率信號fr或光拍頻頻率信號fbeat;
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