[發明專利]一種在單諧振腔內自動搜索雙光梳的裝置和算法

在審

• 申請號: 202210036384.7
• 申請日: 2022-01-13
• 公開（公告）號: CN114383726A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 義理林;蒲國慶;慕桓
• 申請（專利權）人: 杭州愛鷗光學科技有限公司
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/28;G06F17/18
• 代理公司: 杭州興知捷專利代理事務所(特殊普通合伙) 33338
• 代理人: 林振興

1.一種在單諧振腔內自動搜索雙光梳的裝置，其特征在于：其包括

數據采集器，負責從光學諧振腔的輸出里面獲取信息；

計算中心，負責對反饋獲取的信息進行識別，運行算法和決策，給出指令到執行器；

執行器，負責對諧振腔內的參數進行變更，影響諧振腔的輸出，形成反饋。

2.根據權利要求1所述的一種在單諧振腔內自動搜索雙光梳的裝置，其特征在于：所述數據采集器采用模數轉換器芯片或者示波器用于獲取時域波形，或者采用光譜儀等裝置用于獲取光譜；所述計算中心采用電腦或者運算芯片；所述執行器包含了激光器的泵浦、偏振控制器和壓電陶瓷。

3.一種在單諧振腔內自動搜索雙光梳的算法，其特征在于：具體步驟如下：

在啟動后，先去查詢記憶庫中有無經驗執行狀態，若有經驗執行狀態，則使用經驗執行狀態為最優化搜索算法進行初始化；若無經驗執行狀態，則對最優化搜索算法進行隨機初始化；

在初始化完成后，最優化搜索算法會將初始執行狀態賦予執行器，改變光學諧振腔的狀態，從而改變數據采集器采集到的信息；

計算中心會對當前采集到的信息進行識別，來知悉當前的輸出狀態是否為雙光梳狀態；

若當前輸出狀態不是雙光梳狀態，則最優化搜索算法會根據采集的信息計算目標函數值，然后以最大化或最小化目標函數值為目的進行搜索，推導出新的執行狀態，然后重復上述過程，激光器的輸出狀態會在最優化目標函數值的過程中越來越靠近雙光梳狀態，直至輸出雙光梳狀態；

若當前輸出狀態為雙光梳狀態，則進入一個監控的環節，即探測雙光梳狀態是否丟失；若雙光梳狀態未丟失，則算法保持在監控狀態；若監測到雙光梳狀態丟失，則算法會先將之前使得激光器輸出雙光梳狀態的執行狀態存儲到記憶庫中。

4.根據權利要求3所述的一種在單諧振腔內自動搜索雙光梳的算法，其特征在于：在外界環境變化不大的情況下，經驗執行狀態的附近存在能夠使激光器輸出雙光梳的執行狀態，使用經驗執行狀態進行初始化可以大幅加速搜索過程。

5.根據權利要求3所述的一種在單諧振腔內自動搜索雙光梳的算法，其特征在于：雙光梳識別采用雙光梳時域自動識別，其基于時域的脈沖計數。

6.根據權利要求5所述的一種在單諧振腔內自動搜索雙光梳的算法法，其特征在于：雙光梳時域自動識別的具體流程如下，在接收到時域波形后，進行動態地閾值選取，隨后用該閾值進行脈沖計數；在完成計數后，將實際計數結果與理論計數結果進行對比，若計數結果錯誤，則當前波形不是雙光梳狀態；若計數結果正確，則繼續判斷當前波形是否為二次諧波鎖模；若不是二次諧波鎖模，則當前波形即為雙光梳狀態。

7.根據權利要求6所述的一種在單諧振腔內自動搜索雙光梳的算法，其特征在于：進行動態地閾值選取時，將閾值設定為當前波形最大電壓值的一定比例；理論計數結果根據雙光梳的周期和時域波形總時間計算而來。

8.根據權利要求6所述的一種在單諧振腔內自動搜索雙光梳的算法，其特征在于：其中二次諧波鎖模是一種特殊的脈沖狀態，理論上在一定時間內的脈沖數目與雙光梳狀態相同，但其相鄰兩個脈沖之間的間隔是固定不變的，對雙光梳狀態而言，相鄰兩個脈沖之間的間隔是一直在變化的，通過多次采樣來獲取相鄰兩個脈沖之間的間隔，從而區分二次諧波鎖模和雙光梳狀態。

9.根據權利要求3所述的一種在單諧振腔內自動搜索雙光梳的算法，其特征在于：雙光梳識別采用雙波長雙光梳光譜自動識別，雙波長雙光梳是單腔雙光梳的一種，其光譜形狀特別，有兩個波長同時起振，可利用光譜形狀比對，來對雙波長雙光梳狀態進行自動識別。

10.根據權利要求9所述的一種在單諧振腔內自動搜索雙光梳的算法，其特征在于：雙波長雙光梳光譜自動識別的具體過程如下：首先，確定好理想雙波長雙光梳狀態的光譜形狀和相關參數，此狀態即為作為標準的雙波長雙光梳狀態；然后利用光譜獲取單元獲取當前激光器的輸出光譜，逐點對采樣光譜和標準光譜做歸一化均方誤差；并通過下述公式，計算出采樣光譜與標準雙波長雙光梳狀態的NMSE，然后比較NMSE與設定的閾值，如果NMSE小于設定的閾值，則說明當前激光器輸出狀態為雙波長雙光梳狀態；如果不滿足，則說明此狀態不是雙波長雙光梳狀態；其中A(k)代表測量光譜的幅值，代表標準雙光梳狀態的對應幅度值，k₀代表計算的初始位置，K代表計算的截至位置。