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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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[0031] 將所述差頻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號;其中,所述電壓信號表示所述當(dāng)前的光梳信號與輸入的參考信號之間的頻率差。 [0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果: [0033] 本發(fā)明通過由光頻梳、頻差電壓產(chǎn)生電路和電壓調(diào)理電路構(gòu)成的鎖頻環(huán)電路,進(jìn)行測量參考信號和光梳頻率信號的頻率差,之后,得到與頻率差成正比的電壓信號,之后,對電壓信號進(jìn)行調(diào)理,根據(jù)調(diào)理后的電壓信號進(jìn)行光梳信號的頻率調(diào)節(jié),以及,通過鎖相環(huán)電路對輸入的參考信號和輸入的經(jīng)過鎖頻環(huán)電路進(jìn)行頻率調(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,光頻梳再根據(jù)相位差信號鎖定光梳信號的相位,如此循環(huán),直至相位鎖定成功。如此,可以通過自動調(diào)節(jié)光梳頻率,使其與參考頻率匹配,克服了手動調(diào)節(jié)帶來的操作復(fù)雜、時(shí)間消耗、精度受限、穩(wěn)定性不足、重復(fù)性差和人工成本高等缺點(diǎn),從而可以快速自動地實(shí)現(xiàn)鎖定,鎖定過程完全由電路控制,無需人工介入或程序控制,并且,發(fā)生失鎖時(shí),也能及時(shí)自發(fā)的控制光梳信號的頻率并重新與參考信號進(jìn)行鎖定,鎖定更迅速、準(zhǔn)確,實(shí)現(xiàn)更簡便,具有高穩(wěn)定性、操作簡便、高重復(fù)性、降低人工成本、實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)整、適應(yīng)性強(qiáng)和提高系統(tǒng)可靠性的優(yōu)點(diǎn);顯著提升了光梳頻率鎖定的效率和效果,使得光頻梳可以自動化長期穩(wěn)定運(yùn)行,能夠使得光頻梳在高精度頻率測量、時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)、光通信、量子技術(shù)和多學(xué)科交叉研究等領(lǐng)域的應(yīng)用更為高效且廣泛。 [0034] 以下將結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。 附圖說明 [0035] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于光生超穩(wěn)微波源的飛秒光梳頻率自動鎖定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖; [0036] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于光生超穩(wěn)微波源的飛秒光梳頻率自動鎖定系統(tǒng)的一個(gè)示例性的結(jié)構(gòu)示意圖; [0037] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于光生超穩(wěn)微波源的飛秒光梳頻率自動鎖定系統(tǒng)的另一個(gè)示例性的結(jié)構(gòu)示意圖; [0038] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于光生超穩(wěn)微波源的飛秒光梳頻率自動鎖定方法的流程示意圖。 具體實(shí)施方式 [0039] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述,但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。 [0040] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于光生超穩(wěn)微波源的飛秒光梳頻率自動鎖定系統(tǒng),如圖1所示,該系統(tǒng)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、頻差電壓產(chǎn)生電路和電壓調(diào)理電路構(gòu)成鎖頻環(huán)電路,鎖頻環(huán)電路與鎖相環(huán)電路并聯(lián);其中,光頻梳的輸出端分別與頻差電壓產(chǎn)生電路的輸入端和鎖相環(huán)電路的輸入端電連接,頻差電壓產(chǎn)生電路的一個(gè)輸入端和鎖相環(huán)電路的一個(gè)輸入端還用于接入?yún)⒖夹盘?,頻差電壓產(chǎn)生電路的輸出端與電壓調(diào)理電路的輸入端電連接。 [0041] 光頻梳用于輸出光梳信號;頻差電壓產(chǎn)生電路用于確定表示輸入的光梳信號和輸入的參考信號之間的頻率差的電壓信號;電壓調(diào)理電路用于對電壓信號進(jìn)行調(diào)理,得到光梳信號對應(yīng)的調(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經(jīng)過鎖頻環(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,并將相位差信號反饋至光頻梳;光頻梳還用于根據(jù)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。 [0042] 這里,每次先對光梳信號進(jìn)行頻率調(diào)節(jié),再對頻率調(diào)節(jié)后的光梳信號進(jìn)行相位鎖定,當(dāng)對頻率調(diào)節(jié)后的光梳信號進(jìn)行相位鎖定成功后,鎖頻環(huán)電路的鎖頻作用結(jié)束,之后,維持鎖相。如此,可以先通過鎖頻環(huán)電路輔助將光梳信號鎖定至便于鎖相的位置,之后再進(jìn)行鎖相,不僅提高了光梳信號的鎖定效率,也提高了光梳信號的鎖定成功率。 [0043] 在一些實(shí)施例中,頻差電壓產(chǎn)生電路包括:頻差產(chǎn)生子單元和電壓產(chǎn)生子單元;其中,頻差產(chǎn)生子單元的一個(gè)輸入端與光頻梳的輸出端電連接,頻差產(chǎn)生子單元的另一個(gè)輸入端用于接入?yún)⒖夹盘?,頻差產(chǎn)生子單元的輸出端與電壓產(chǎn)生子單元的輸入端電連接,電壓產(chǎn)生子單元的輸出端與電壓調(diào)理單元的輸入端電連接。頻差產(chǎn)生子單元用于根據(jù)輸入的光梳信號與輸入的參考信號確定差頻信號;電壓產(chǎn)生子單元用于根據(jù)差頻信號生成表示輸入的光梳信號和輸入的參考信號之間的頻率差的電壓信號。 [0044] 示例性的,如圖2所示,頻差產(chǎn)生子單元為混頻器和低通濾波器;電壓產(chǎn)生子單元為鑒頻器。如圖2所示,混頻器的一個(gè)輸入端與光頻梳的輸出端電連接,混頻器的另一個(gè)輸入端用于接入?yún)⒖夹盘枺祛l器的輸出端與低通濾波器的輸入端電連接,低通濾波器的輸出端與鑒頻器的輸入端電連接。

權(quán)利要求

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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; 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。 8.根據(jù)權(quán)利要求5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PID電路為比例積分微分電路。 9.一種用于光生超穩(wěn)微波源的飛秒光梳頻率自動鎖定方法,其特征在于,應(yīng)用于上述權(quán)利要求1 8任意一項(xiàng)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),所述方~ 法包括: 輸出光梳信號;
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