[發明專利]一種光頻梳重復頻率的寬帶大范圍鎖定方法及系統

有效

• 申請號: 202110644491.3
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113394652B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 趙桀;陳法喜;辛玉博;張文浩
• 申請（專利權）人: 西安納飛光電科技有限公司
• 主分類號: H01S3/137
• 分類號: H01S3/137;H01S3/13
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發明公開了一種光頻梳重復頻率的寬帶大范圍鎖定方法及系統，本發明采用開關鑒相的方案，增大誤差信號識別的動態范圍，使光頻梳的重復頻率鎖定系統不易失鎖。利用快PI控制器控制光學系統內的EOM實現幾十Hz范圍，MHz帶寬的高速控制，提高重復頻率鎖定的短期穩定度；利用慢PI控制器控制光學系統內的PZT實現幾kHz范圍幾十kHz帶寬的中速控制，提高重復頻率鎖定的中長期穩定度；利用超慢PI控制器控制光學系統腔體的溫度，實現幾十kHz范圍低于1Hz帶寬的低速控制，提高重復頻率鎖定的長期穩定度。

技術領域

本發明屬于頻率控制領域，具體涉及一種光頻梳重復頻率的寬帶大范圍鎖定方法及系統。

背景技術

光頻梳作為一個光學頻和射頻頻率鏈接的重要手段，是迄今為止最有效的進行絕對光學頻率測量的工具，可將微波原子頻標與光頻標準確而簡單的聯系起來，為發展高分辨率、高精度、高準確性的頻率標準提供了載體，也為精密光譜、天文物理、量子操控等科學研究方向提供了較為理想的研究工具，在光學頻率精密測量、原子離子躍遷能級的測量、遠程信號時鐘同步與衛星導航等領域中有廣泛的應用空間。

光頻梳重復頻率的高精度鎖定是光頻梳應用的基礎。針對光頻梳的重復頻率鎖定，存在鎖定帶寬低，鎖定范圍小的問題。雖然目前已有當系統超出控制范圍時采用重新設定工作溫度、電流、泵浦光功率等參數來增加鎖定范圍的方法，但這種方法是被動補償，往往存在階躍變化，影響系統鎖定的穩定性，如果補償不及時還可能導致系統失鎖，對光頻梳系統的穩定性不利。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種光頻梳重復頻率的寬帶大范圍鎖定方法及系統，采用開關鑒相的方案，增大誤差信號識別的動態范圍。

為了達到上述目的，一種光頻梳重復頻率的寬帶大范圍鎖定方法，包括以下步驟：

S1，光頻梳光學系統輸出包含重頻信號頻率相位信息的光信號，將光信號轉化為電信號；

S2，將電信號放大后送入開關鑒相器，開關鑒相器接入參考頻率信號，開關鑒相器輸出具有正負極性的占空比信號；

S3，將占空比信號濾波后得到誤差信號；

S4，通過誤差信號控制光頻梳光學系統中的EOM和慢PI控制器；

S5，通過慢PI控制器的輸出信號控制光頻梳光學系統中的PZT和超慢PI控制器；

S6，通過超慢PI控制器的輸出信號控制光學系統腔體的溫度。

S1中，包含重頻信號頻率相位信息的光信號為光頻梳的重復脈沖光信號，或是光頻梳光信號與單頻激光器合束準備進行拍頻的光信號。

S2中，開關鑒相器將電信號和參考頻率信號的相位差轉化為具有正負極性占空比信號。

S4中，通過控制光頻梳光學系統中的EOM能夠實現對光頻梳重復頻率小范圍高帶寬的控制，重復頻率控制范圍為標稱頻率值的0.1ppm～0.2ppm，光頻梳重復頻率高帶寬為50kHz～1MHz。

S5中，通過控制光頻梳光學系統中的PZT實現對光頻梳重復頻率中范圍中帶寬的控制，重復頻率控制范圍為標稱頻率值的1ppm～10ppm，帶寬為200Hz～20kHz。

S6中，控制光學系統腔體的溫度控制范圍在10～15℃之間。

S6中，超慢PI控制器對重復頻率控制的范圍為標稱頻率值的10ppm～100ppm，帶寬為0.1Hz～0.001Hz。