本技術涉及光頻梳的頻率控制,特別涉及一種光頻梳鎖定方法及裝置。
背景技術:
1、光頻梳作為迄今為止最有效的光學頻率測量變換工具,為發展高分辨率、高精度、高準確性的頻率標準提供了載體,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。光頻梳的載波包絡相移頻率()、重復頻率()是必須進行精確鎖定控制的兩個自由度,是光頻梳有效應用的基礎。
2、在現有的光頻梳光學系統中,往往采用、分別獨立鎖定的方式進行控制。但由于光學系統內部的固有特性,的控制過程中難免對產生影響,同時的控制過程中也難免對產生影響,這個兩個鎖定環路存在嚴重的耦合,破壞了兩個鎖定過程的獨立性,影響了光頻梳鎖定帶寬的提高和相位噪聲的優化,甚至導致系統自激,難以正常使用。傳統的方法一般采取將兩個環路鎖定帶寬錯開的方法以減小耦合的影響,即降低其中一個鎖定環路的帶寬,來保證系統的穩定運行,難以有效解決兩個鎖定環路耦合對光頻梳光學系統鎖定帶寬和相位噪聲等核心指標的影響。
技術實現思路
1、有鑒于此,本技術提供一種光頻梳鎖定方法及裝置,有效減小兩個鎖定環路(載波包絡相移頻率和重復頻率)的耦合,降低相位噪聲,同時保證兩個鎖定環路具有相同的帶寬,有利于鎖定帶寬的提高。
2、本技術第一方面提供了一種光頻梳鎖定方法,包括:
3、獲取光頻梳光學系統中載波包絡相移頻率探測模塊輸出的第一電信號和重復頻率探測模塊輸出的第二電信號;
4、根據所述第一電信號和載波包絡相移頻率射頻參考信號,生成目標載波包絡相移頻率誤差信號,所述目標載波包絡相移頻率誤差信號經過比例積分運算得到目標載波包絡相移頻率控制數據;
5、根據所述第二電信號和重復頻率射頻參考信號,生成目標重復頻率誤差信號,所述目標重復頻率誤差信號經過比例積分運算得到目標重復頻率控制數據;
6、將所述目標載波包絡相移頻率控制數據和所述目標重復頻率控制數據輸入至第一解耦模塊,輸出得到第一控制量;其中,所述第一解耦模塊利用耦合系數集合中的耦合系數與所述目標載波包絡相移頻率控制數據和所述目標重復頻率控制數據進行計算,得到第一控制量;其中,耦合系數集合包括第一耦合系數、第二耦合系數、第三耦合系數和第四耦合系數;
7、將所述目標載波包絡相移頻率控制數據和所述目標重復頻率控制數據輸入至第二解耦模塊,輸出得到第二控制量;其中,所述第二解耦模塊利用所述耦合系數集合中的耦合系數與所述目標載波包絡相移頻率控制數據和所述目標重復頻率控制數據進行計算,得到第二控制量;
8、第一數字模擬轉化器將所述第一控制量轉換為第一控制信號,同時第二數字模擬轉換器將所述第二控制量轉換為第二控制信號;其中,所述第一控制信號經第一放大器放大后抵達光頻梳光學系統中載波包絡相移頻率控制模塊,所述第二控制信號經第二放大器后抵達光頻梳光學系統中重復頻率控制模塊。
9、可選的,所述根據所述第一電信號和載波包絡相移頻率射頻參考信號,生成目標載波包絡相移頻率誤差信號,包括:
10、將所述第一電信號和載波包絡相移頻率射頻參考信號共同輸入至第一數字混頻器,輸出第一混頻結果;
11、將所述第一混頻結果輸入至第一數字低通濾波器,輸出得到目標載波包絡相移頻率誤差信號。
12、可選的,所述根據所述第二電信號和重復頻率射頻參考信號,生成目標重復頻率誤差信號,包括:
13、將所述第二電信號和重復頻率射頻參考信號共同輸入至第二數字混頻器,輸出第二混頻結果;
14、將所述第二混頻結果輸入至第二數字低通濾波器,輸出得到目標重復頻率誤差信號。
15、可選的,所述耦合系數集合的生成方法,包括:
16、在光頻梳光學系統上電并穩定運行目標時間后,改變第一數字模擬轉化器的輸出,測量載波包絡相移頻率的第一變化量和重復頻率的第一變化量;
17、根據載波包絡相移頻率的第一變化量,確定第一耦合系數;
18、根據重復頻率的第一變化量,確定第二耦合系數;
19、在光頻梳光學系統上電并穩定運行目標時間后,改變第二數字模擬轉化器的輸出,測量載波包絡相移頻率的第二變化量和重復頻率的第二變化量;
20、根據載波包絡相移頻率的第二變化量,確定第三耦合系數;
21、根據重復頻率的第二變化量,確定第四耦合系數。
22、本技術第二方面提供了一種光頻梳鎖定裝置,包括:
23、獲取單元,用于獲取光頻梳光學系統中載波包絡相移頻率探測模塊輸出的第一電信號和重復頻率探測模塊輸出的第二電信號;
24、第一生成單元,用于根據所述第一電信號和載波包絡相移頻率射頻參考信號,生成目標載波包絡相移頻率誤差信號,所述目標載波包絡相移頻率誤差信號經過比例積分運算得到目標載波包絡相移頻率控制數據;
25、第二生成單元,用于根據所述第二電信號和重復頻率射頻參考信號,生成目標重復頻率誤差信號,所述目標重復頻率誤差信號經過比例積分運算得到目標重復頻率控制數據;
26、第一控制量確定單元,用于將所述目標載波包絡相移頻率控制數據和所述目標重復頻率控制數據輸入至第一解耦模塊,輸出得到第一控制量;其中,所述第一解耦模塊利用耦合系數集合中的耦合系數與所述目標載波包絡相移頻率控制數據和所述目標重復頻率控制數據進行計算,得到第一控制量;其中,耦合系數集合包括第一耦合系數、第二耦合系數、第三耦合系數和第四耦合系數;
27、第二控制量確定單元,用于將所述目標載波包絡相移頻率控制數據和所述目標重復頻率控制數據輸入至第二解耦模塊,輸出得到第二控制量;其中,所述第二解耦模塊利用耦合系數集合中的耦合系數與所述目標載波包絡相移頻率控制數據和所述目標重復頻率控制數據進行計算,得到第二控制量;第一數字模擬轉化器將所述第一控制量轉換為第一控制信號,同時第二數字模擬轉換器將所述第二控制量轉換為第二控制信號;其中,所述第一控制信號經第一放大器放大后抵達光頻梳光學系統中載波包絡相移頻率控制模塊,所述第二控制信號經第二放大器后抵達光頻梳光學系統中重復頻率控制模塊。
28、可選的,所述第一生成單元,包括:
29、第一混頻單元,用于將所述第一電信號和載波包絡相移頻率射頻參考信號共同輸入至第一數字混頻器,輸出第一混頻結果;
30、第一濾波單元,用于將所述第一混頻結果輸入至第一數字低通濾波器,輸出得到目標載波包絡相移頻率誤差信號。
31、所述第二生成單元,包括:
32、第二混頻單元,用于將所述第二電信號和重復頻率射頻參考信號共同輸入至第二數字混頻器,輸出第二混頻結果;
33、第二濾波單元,用于將所述第二混頻結果輸入至第二數字低通濾波器,輸出得到目標重復頻率誤差信號。
34、可選的,所述耦合系數集合的生成單元,包括:
35、第一測量單元,用于在光頻梳光學系統上電并穩定運行目標時間后,改變第一數字模擬轉化器的輸出,測量載波包絡相移頻率的第一變化量和重復頻率的第一變化量;
36、第一確定單元,用于根據載波包絡相移頻率的第一變化量,確定第一耦合系數;
37、所述第一確定單元,還用于根據重復頻率的第一變化量,確定第二耦合系數;
38、第二測量單元,用于在光頻梳光學系統上電并穩定運行目標時間后,改變第二數字模擬轉化器的輸出,測量載波包絡相移頻率的第二變化量和重復頻率的第二變化量;
39、第二確定單元,用于根據載波包絡相移頻率的第二變化量,確定第三耦合系數;
40、所述第二確定單元,還用于根據重復頻率的第二變化量,確定第四耦合系數。
41、本技術第三方面提供了一種電子設備,包括:
42、一個或多個處理器;
43、存儲裝置,其上存儲有一個或多個程序;
44、當所述一個或多個程序被所述一個或多個處理器執行時,使得所述一個或多個處理器實現如第一方面任意一項所述的光頻梳鎖定方法。
45、本技術第四方面提供了一種計算機存儲介質,其上存儲有計算機程序,其中,所述計算機程序被處理器執行時實現如第一方面任意一項所述的光頻梳鎖定方法。
46、由以上方案可知,本技術提供一種光頻梳鎖定方法及裝置,該方法在獲取光頻梳光學系統中載波包絡相移頻率探測模塊輸出的第一電信號和重復頻率探測模塊輸出的第二電信號;根據所述第一電信號和載波包絡相移頻率射頻參考信號,生成目標載波包絡相移頻率控制數據;根據所述第二電信號和重復頻率射頻參考信號,生成目標重復頻率控制數據;然后,將所述目標載波包絡相移頻率控制數據和所述目標重復頻率控制數據輸入至第一解耦模塊,以及將所述目標載波包絡相移頻率控制數據和所述目標重復頻率控制數據輸入至第二解耦模塊,進行同步解耦,輸出得到第一控制量和第二控制量;最后,第一數字模擬轉化器將所述第一控制量轉換為第一控制信號,同時第二數字模擬轉換器將所述第二控制量轉換為第二控制信號;其中,所述第一控制信號經第一放大器放大后抵達光頻梳光學系統中載波包絡相移頻率控制模塊,所述第二控制信號經第二放大器后抵達光頻梳光學系統中重復頻率控制模塊。從而有效減小兩個鎖定環路(載波包絡相移頻率和重復頻率)的耦合,降低相位噪聲,同時保證兩個鎖定環路具有相同的帶寬,有利于鎖定帶寬的提高。