一種擴大環(huán)路同步帶的光鎖相環(huán)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光電子技術領域中的光鎖相環(huán)，具體涉及一種擴大環(huán)路同步帶的光鎖相環(huán)。
【背景技術】
[0002]光鎖相環(huán)通過控制激光諧振腔的光程長度，實現(xiàn)兩束或多束激光的相位鎖定，在零差空間相干光通信系統(tǒng)、激光相干探測系統(tǒng)和激光相干合成系統(tǒng)中具有重要應用。光鎖相環(huán)主要由本振激光器、光混頻器和環(huán)路濾波器等元件構成，其中，高性能的穩(wěn)頻、可調諧光源是光鎖相環(huán)中的關鍵器件。早期的光鎖相環(huán)主要基于氣體激光器，但氣體激光器的壽命、體積、效率等方面的限制，使其難以滿足實際應用的需求。隨著半導體激光器的發(fā)展，其線寬得到不斷壓縮，且發(fā)展出多種調諧方式，并在實驗中實現(xiàn)了相位鎖定。半導體激光器雖然體積小、成本低，但其線寬較寬，相位噪聲大，易導致鎖相環(huán)路失鎖，不利于系統(tǒng)的可靠運行。
[0003]二極管栗浦的固體激光技術具有相干性好、壽命長、可靠性高等優(yōu)點，逐步取代氣體和半導體激光器而成為光鎖相環(huán)的首選光源。目前，Nd: YAG單塊非平面環(huán)形激光器(NPRO)的線寬和噪聲可完全滿足光鎖相環(huán)的要求，基于NPRO的光鎖相環(huán)已成功應用于空間相干光通信系統(tǒng)中，實現(xiàn)了高精度激光相位鎖定和高靈敏度的零差相干光通信。
[0004]Nd: YAG單塊非平面環(huán)形激光器(NPRO)的頻率調制可采用溫度和壓電兩種方式。溫度調頻通過改變Nd: YAG晶體的溫度，進而改變環(huán)形諧振腔的光程長度，實現(xiàn)調諧，典型的溫度調頻系數(shù)為3GHz/K，但調頻響應帶寬非常窄(主要原因是溫度變化較慢)，通常在IHz以內(nèi)。壓電調頻通過改變加在壓電陶瓷上的電壓來改變Nd = YAG晶體的折射率(壓電陶瓷粘接在晶體的頂面上)，實現(xiàn)激光調諧，典型的壓電調頻系數(shù)為IMHz/V，壓電調頻響應帶寬較寬，可達到100kHz。由于激光的頻率變化較快，對NPRO的光鎖相主要通過壓電調頻來實現(xiàn)。
[0005]L.G.Kazovsky (L.G.Kazovsky and D.A.Atlas, A 1320 nm Experimental OpticalPhase-Locked Loop, IEEE Photonics Technology Letters, Vol.1, 395-397, 1989)等提出了一種基于Nd: YAG NPRO激光器的鎖相環(huán)路，該鎖相環(huán)路包括3dB光纖耦合器、平衡探測器、環(huán)路濾波放大器和本振Nd: YAG NPRO激光器，以上器件依次串聯(lián)構成閉合環(huán)路，即光鎖相環(huán)。輸入鎖相環(huán)的信號光與本振激光在3dB光纖親合器中進行干涉，輸出拍頻光信號經(jīng)平衡探測器轉化為電信號，該信號即為相位誤差信號；相位誤差信號輸入環(huán)路濾波放大器后，輸出頻率控制信號；將該頻率控制信號輸入本振Nd:YAG NPRO激光器的壓電(PZT)調頻端口，控制本振激光頻率變化，進而改變本振激光相位，即可實現(xiàn)信號激光與本振激光的相位鎖定。由于激光頻率的變化范圍較大，要維持環(huán)路鎖定，貝1J需擴大環(huán)路的同步帶(同步帶即能夠維持環(huán)路鎖定的最大固有頻差)，擴大環(huán)路同步帶通常采用的方法是提高環(huán)路增益，然而增益超過一定范圍會導致環(huán)路自激振蕩，無法穩(wěn)定工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對【背景技術】存在的缺陷，提出了一種擴大環(huán)路同步帶的光鎖相環(huán)。本發(fā)明光鎖相環(huán)在傳統(tǒng)光鎖相環(huán)路中加入電壓轉換模塊和電壓測量控制模塊，通過該電路來測量環(huán)路濾波器輸出電壓Vcl,并根據(jù)Vtll調整電壓測量控制模塊的輸出電壓V在閉環(huán)狀態(tài)下，由于環(huán)路的負反饋機制，UP Vd之和僅由信號光頻率決定，對于給定的信號光頻率，可通過提高Vd來減小V d，或者通過減小ν?來增大V d，使環(huán)路濾波器的輸出電壓Vd在正常工作范圍內(nèi)。而ν?在較大范圍內(nèi)變化，則V^也可在較大范圍內(nèi)變化，從而在保證環(huán)路穩(wěn)定性的同時，擴大了環(huán)路的同步帶。
[0007]本發(fā)明的解決方案是針對光鎖相環(huán)路中，由于激光頻率變化范圍大而導致的環(huán)路穩(wěn)定性和同步帶之間的矛盾的問題，本發(fā)明提供的一種擴大環(huán)路同步帶的光鎖相環(huán)，包括固體信號激光器1-1、光纖耦合器1-2、平衡探測器1-3、環(huán)路濾波器1-4、電壓轉換模塊1-6、電壓測量控制模塊1-5、壓電驅動器1-7和固體本振激光器1-8 ;所述固體信號激光器1-1和固體本振激光器1-8的光信號輸入光纖親合器1-2，輸出兩路相位差為180°的拍頻光信號，經(jīng)過平衡探測器1-3獲得相位誤差信號；所述相位誤差信號輸入環(huán)路濾波器1-4，得到第一頻率控制信號I1，所述第一頻率控制信號I1分別輸入壓電驅動器1-7的一個輸入端口和電壓轉換模塊，輸入電壓轉換模塊的I1線性變換后，輸入電壓測量控制模塊1-5，得到第二頻率控制信號I2，所述第二頻率控制信號VJi入壓電驅動器1-7的另一個輸入端口 ；所述第一頻率控制信號I1和第二頻率控制信號V。2在壓電驅動器1-7中分別被放大并求和，然后輸出到固體本振激光器1-8的壓電控制端。
[0008]進一步地，所述固體信號激光器為NPRO信號激光器，所述固體本振激光器為NPRO本振激光器。
[0009]進一步地，本發(fā)明首先測量相位鎖定狀態(tài)下的環(huán)路濾波器1-4輸出電壓I1，根據(jù)I1的大小來改變電壓測量控制模塊1-5的輸出電壓V。2，當1接近其上限時，通過提高V c2來減小I1的值；當V ^接近其下限時，通過減小V。2來提高V d的值，從而達到擴大環(huán)路的同步帶的目的。
[0010]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明通過在鎖相環(huán)路中設置電壓轉換模塊和電壓測量控制模塊，克服了傳統(tǒng)光鎖相環(huán)中環(huán)路穩(wěn)定性和同步帶之間的矛盾，在保持環(huán)路穩(wěn)定的同時，有效擴大了環(huán)路的同步帶；由于壓電調頻具有響應帶寬較寬的優(yōu)點，本發(fā)明光鎖相環(huán)路可有效應對激光頻率漂移速率較大的情況；且電路中所采用的器件均為常規(guī)、商用元件，具有成本低、容易實現(xiàn)等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明提供的擴大環(huán)路同步帶的光鎖相環(huán)的結構框圖；
[0012]圖2為本發(fā)明光鎖相環(huán)中電壓轉換模塊的原理圖；
[0013]圖3為本發(fā)明光鎖相環(huán)中電壓測量控制模塊的結構框圖；
[0014]圖4為本發(fā)明光鎖相環(huán)中電壓測量控制模塊的測量控制流程圖；
[0015]圖5為本發(fā)明光鎖相環(huán)中壓電驅動器的原理圖。
[0016]圖中:1-1.NPRO信號激光器；1-2.光纖耦合器；1_3.平衡探測器；1_4.環(huán)路濾波器；1-5.電壓測量控制模塊；1-6.電壓轉換模塊；1-7.壓電驅動器；1-8.NPRO本振激光器；2-l.運放芯片；3-l.A/D轉換芯片；3-2.控制芯片；3_3.有源晶振；3_4.D/A轉換芯片；3-5.RC低通濾波電路；3-6.地址鎖存控制ALE連線；3_7.控制AD轉換啟動ST連線；3_8.允許數(shù)據(jù)輸入OE連線；3-9.8位數(shù)據(jù)傳輸線；X為單片機測量的電壓值，M為電壓上限，L為電壓下限；5-1.高壓運算放大器。
【具體實施方式】
[0017]本實施方式中:信號激光器1-1/本振激光器1-8:型號Mephisto S，線寬1kHz，工作波長1064nm ；
[0018]光纖耦合器1-2:型號PMFC-06-2-50-F-2222-LLLL-P-0.8，光越科技(深圳)有限公司；
[0019]平衡探測器1-3和環(huán)路濾波器1-4:結構及參數(shù)與【背景技術】中(L.G.Kazovskyand D.A.Atlas, A 1320 nm Experimental Optical Phase-Locked Loop, IEEE PhotonicsTechnology Letters, Vol.1, 395-397，1989) 一致；
[0020]運放芯片2-1:型號0P07，超低失調電壓雙路運算放大器，美國Analog Devices公司生產(chǎn)；
[0021]Α/D轉換芯片3-1:型號ADC0809，8位逐次逼近Α/D數(shù)模轉換器，美國國家半導體公司生產(chǎn)；
[0022]控制芯片3-2:型號STC89C52:8位低功耗高性能CMOS微控制器，MCS-51內(nèi)核，STC公司生產(chǎn)；
[0023]有源晶振3-3:500kHz有源晶振，為AD芯片提供500kHz方波時鐘信號，深圳恒創(chuàng)偉電子公司生產(chǎn)；
[0024]D/Α轉換芯片3-4:型號AD7247，雙通道12位完整DAC，美國Analog Devices公司生產(chǎn)；
[0025]RC 低通濾波電路 3-5:R = 10.6Ω , C = 15 μ F，帶寬 IkHz ；
[0026]高壓運算放大器5-1:型號ΡΒ89，輸出電壓范圍±550V，Cirrus Logic公司生產(chǎn)。
[0027]實施例
[0028]一種擴大環(huán)路同步帶的光鎖相環(huán)，如圖1所示，采用NPRO信號激光器1-1、光纖耦合器1-2、平衡探測器1-3、環(huán)路濾波器1-4、電壓轉換模塊1-6、電壓測量控制模塊1-5、壓電驅動器