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Aigtek高壓放大器在鎖相環穩定重復頻率研究中的應用

時間:2025/6/6閱讀:50
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  實驗名稱:鎖相環穩定重復頻率的系統分析

  實驗內容:針對重復頻率的漂移,引入兩套鎖相環系統反饋控制兩個激光器的重復頻率,將其鎖定在同一個穩定的時鐘源上。本章主要闡述了經典鎖相環的原理,穩定重復頻率的鎖相環理論和關鍵器件,以及結果分析。

  測試設備:高壓放大器、光電探測器、低通濾波器、比例積分控制器、PZT等。

穩定重復頻率的鎖相環系統結構圖

  圖1:穩定重復頻率的鎖相環系統結構圖

  實驗過程:

  系統結構圖如圖1所示,從NPR鎖模光纖激光器耦合出一部分光進入光電探測器,其帶寬為5GHz,將光信號轉化為電信號,同時提取出重復頻率。該電信號隔直流(DCBlock)之后與一個穩定的時鐘源輸出的射頻信號同時進入混頻器,即鑒相器,重復頻率與時鐘源輸出的射頻信號混頻,得到差頻信號與和頻信號,差頻信號是所需要的誤差信號,經過低通濾波器(LPF)濾除和頻信號,差頻信號進入比例積分(PI)控制器,這里LPF和PI控制器共同組成鎖相環的環路濾波器,PI控制器輸出后的誤差電壓信號其范圍為–10V~+10V,不足以驅動壓電陶瓷(PZT),先進入高壓放大器(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,基本呈現線性關系。PZT在光纖形成的激光器腔中無法直接改變腔長,借助平移臺,PZT驅動平移臺移動,并且將光纖腔繞在平移臺上,從而實現PZT的伸縮引起腔長的變化來調節激光器重復頻率,形成了重復頻率跟蹤時鐘源射頻信號的閉環電路。當激光器的重復頻率和時鐘源的參考頻率一致時,誤差電壓變為一個直流量,PZT狀態穩定,激光器的重復頻率穩定在時鐘源的參考頻率上。一旦外界環境對激光器腔出現干擾,打破穩定狀態,誤差電壓信號出現抖動反饋再次起作用,調節腔長使得重復頻率快速恢復穩定。當建立一套穩定第一個鎖模激光器重復頻率的鎖相環系統之后,重復整個鎖相環系統鎖定第二個鎖模激光器的重復頻率,并且其使用的參考頻率是由同一個時鐘源產生,保證了兩個激光器其重復頻率之間的相對穩定性。

  實驗結果:

鎖相環中間鏈路各點時域波形

  圖2:鎖相環中間鏈路各點時域波形

  成功搭建鎖相環之后,對鎖相環的中間鏈路點進行了測試。圖2(a)表示了重復頻率與時鐘源的參考頻率混頻后的誤差電壓信號,從圖中可以看到包絡下仍有振蕩紋,說明既有差頻信號,也包含了和頻信號。圖2(b)表示誤差電壓信號經過低通濾波器后的波形,濾取出了差頻。圖2(c)表示了經過PI控制器的作用后的誤差電壓信號,圖2(d)表示達到穩定狀態后的誤差電壓信號變為直流。

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