實(shí)驗(yàn)名稱：鎖相環(huán)穩(wěn)定重復(fù)頻率的系統(tǒng)分析

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：針對(duì)重復(fù)頻率的漂移，引入兩套鎖相環(huán)系統(tǒng)反饋控制兩個(gè)激光器的重復(fù)頻率，將其鎖定在同一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘源上。本章主要闡述了經(jīng)典鎖相環(huán)的原理，穩(wěn)定重復(fù)頻率的鎖相環(huán)理論和關(guān)鍵器件，以及結(jié)果分析。

測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、光電探測(cè)器、低通濾波器、比例積分控制器、PZT等。

圖1：穩(wěn)定重復(fù)頻率的鎖相環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

實(shí)驗(yàn)過程：

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，從NPR鎖模光纖激光器耦合出一部分光進(jìn)入光電探測(cè)器，其帶寬為5GHz，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，同時(shí)提取出重復(fù)頻率。該電信號(hào)隔直流（DCBlock）之后與一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘源輸出的射頻信號(hào)同時(shí)進(jìn)入混頻器，即鑒相器，重復(fù)頻率與時(shí)鐘源輸出的射頻信號(hào)混頻，得到差頻信號(hào)與和頻信號(hào)，差頻信號(hào)是所需要的誤差信號(hào)，經(jīng)過低通濾波器（LPF）濾除和頻信號(hào)，差頻信號(hào)進(jìn)入比例積分（PI）控制器，這里L(fēng)PF和PI控制器共同組成鎖相環(huán)的環(huán)路濾波器，PI控制器輸出后的誤差電壓信號(hào)其范圍為–10V~+10V，不足以驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷（PZT），先進(jìn)入高壓放大器（HVAMP）放大十倍后施加給PZT，不同的電壓值引起PZT的伸縮量不同，基本呈現(xiàn)線性關(guān)系。PZT在光纖形成的激光器腔中無法直接改變腔長(zhǎng)，借助平移臺(tái)，PZT驅(qū)動(dòng)平移臺(tái)移動(dòng)，并且將光纖腔繞在平移臺(tái)上，從而實(shí)現(xiàn)PZT的伸縮引起腔長(zhǎng)的變化來調(diào)節(jié)激光器重復(fù)頻率，形成了重復(fù)頻率跟蹤時(shí)鐘源射頻信號(hào)的閉環(huán)電路。當(dāng)激光器的重復(fù)頻率和時(shí)鐘源的參考頻率一致時(shí)，誤差電壓變?yōu)橐粋€(gè)直流量，PZT狀態(tài)穩(wěn)定，激光器的重復(fù)頻率穩(wěn)定在時(shí)鐘源的參考頻率上。一旦外界環(huán)境對(duì)激光器腔出現(xiàn)干擾，打破穩(wěn)定狀態(tài)，誤差電壓信號(hào)出現(xiàn)抖動(dòng)反饋再次起作用，調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)使得重復(fù)頻率快速恢復(fù)穩(wěn)定。當(dāng)建立一套穩(wěn)定第一個(gè)鎖模激光器重復(fù)頻率的鎖相環(huán)系統(tǒng)之后，重復(fù)整個(gè)鎖相環(huán)系統(tǒng)鎖定第二個(gè)鎖模激光器的重復(fù)頻率，并且其使用的參考頻率是由同一個(gè)時(shí)鐘源產(chǎn)生，保證了兩個(gè)激光器其重復(fù)頻率之間的相對(duì)穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖2：鎖相環(huán)中間鏈路各點(diǎn)時(shí)域波形

成功搭建鎖相環(huán)之后，對(duì)鎖相環(huán)的中間鏈路點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)試。圖2(a)表示了重復(fù)頻率與時(shí)鐘源的參考頻率混頻后的誤差電壓信號(hào)，從圖中可以看到包絡(luò)下仍有振蕩紋，說明既有差頻信號(hào)，也包含了和頻信號(hào)。圖2(b)表示誤差電壓信號(hào)經(jīng)過低通濾波器后的波形，濾取出了差頻。圖2(c)表示了經(jīng)過PI控制器的作用后的誤差電壓信號(hào)，圖2(d)表示達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后的誤差電壓信號(hào)變?yōu)橹绷鳌?/p>

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審核編輯 黃宇