光梳时频智能控制方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光梳时频智能控制方法与系统，解决了对于光梳时频偏移的调节能力不足的技术问题。系统中配置有按照控制方法执行的光梳时频智能控制程序；控制方法包括以下步骤：启动光梳，锁定重复频率与载波包络相位信号；获取监测数据，包括工作温度、锁模频率与泵光功率，锁模频率是指启动完成时锁定的重复频率与载波包络相位；判断当前锁模频率的偏移量是否超出硬件调节电路的自反馈调节范围，当重复频率与载波包络相位中任意一个超出自反馈调节范围，则调控工作温度或泵光功率，直到锁模频率回复到自反馈调节范围。本发明专利技术能够提高光梳时频偏移的调节能力，还能通过提高信号质量与通信效率来提高锁模频率的精度。

Time-frequency intelligent control method and system of optical comb

【技术实现步骤摘要】
光梳时频智能控制方法与系统
本专利技术涉及自动控制
，尤其涉及一种飞秒光梳时频智能控制系统与控制方法。
技术介绍
光学频率梳已经成为继超短脉冲激光问世之后激光
又一重大突破。在该领域内，开展开创性工作的两位科学家J.Hall和T.W.Hansch于2005年获得了诺贝尔奖。原理上，光学频率梳在频域上表现为具有相等频率间隔的光学频率序列，在时域上表现为具有飞秒量级时间宽度的电磁场振荡包络，其光学频率序列的频谱宽度与电磁场振荡慢变包络的时间宽度满足傅里叶变换关系。超短脉冲的这种在时域和频域上的分布特性就好似我们日常所用的梳子，形象化的称之光学波段的频率梳，简称“光梳”。光梳相当于一个光学频率综合发生器，是迄今为止最有效的进行绝对光学频率测量的工具，可将铯原子微波频标与光频标准确而简单的联系起来，为发展高分辨率、高精度、高准确性的频率标准提供了载体，也为精密光谱、天文物理、量子操控等科学研究方向提供了较为理想的研究工具，逐渐被人们运用于光学频率精密测量、原子离子跃迁能级的测量、远程信号时钟同步与卫星导航等领域中。2015年，美国加利福尼亚州立大学的一个研究团队创建了一种“频率梳”装置，能够预测并解决光纤传播信息过程中的信号失真问题，进而不需依赖信号增强装置，即可直接传输比通常情况强20倍的信号。研究人员工作重点是将这些“频率梳”应用到已有的光纤电缆中，一经应用，不仅能大大提高光纤电缆的传输效率，还能消除对互联网的速度限制，最重要的是它能大规模降低相关成本。目前对于光梳应用存在的主要问题在于光梳容易受到环境因素的影响，如环境温度与振动，使得光梳的重复频率与载波包络相位不稳定。目前，为了克服光梳频率不稳定的问题，主要采用硬件调节电路进行反馈调节，但是硬件调节电路的自反馈调控范围的量级较大，一般是在100mHz-1mHz或者Hz量级，对于更高量级(如KHz)的偏移，超出了电路反馈的调控能力，因此，由于对于高量级的偏移无法调节，导致光梳系统的测量精度下降。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种光梳时频智能控制方法，解决对于光梳时频偏移的调节能力不足的技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种光梳时频智能控制方法，包括以下步骤：启动光梳，锁定重复频率与载波包络相位信号；获取监测数据，包括工作温度、锁模频率与泵光功率，锁模频率是指启动完成时锁定的重复频率与载波包络相位；判断当前锁模频率的偏移量是否超出硬件调节电路的自反馈调节范围，当重复频率与载波包络相位中任意一个超出自反馈调节范围，则调控工作温度或泵光功率，直到锁模频率回复到自反馈调节范围。进一步的，按如下方式控制光梳启动：首先，稳定工作温度至设定温度；然后，提高泵光功率直到重复频率与载波包络相位信号出现，光梳锁模；再然后，降低泵光功率，直到光梳失锁；之后逐次缩小泵光功率扫描区间来交替提高泵光功率与降低泵光功率，使得光梳锁模与光梳失锁交替出现，多次扫描，得到能让光梳锁模的最小泵光功率，锁定最小泵光功率所对应的重复频率与载波包络相位信号。本专利技术还提供一种光梳时频智能控制系统，包括配置有光梳时频智能控制程序的上位机，光梳时频智能控制程序按照上述光梳时频智能控制方法进行执行。进一步的，光梳时频智能控制系统还包括与上位机连接的控制芯片，控制芯片用于连接下级电路；所述控制芯片内搭载有并行通信系统；并行通信系统包括以下功能模块：上级模块、中断轮询模块与下级模块；上级模块通过中断轮询模块与下级模块双向并行通信连接；上级模块包括用于连接上位机的串口收发模块；下级模块包括数据缓存模块与分别用于连接下级电路的接口模块；中断轮询模块中配置有指令缓存模块与工作信号监测模块：指令缓存模块用于将上级模块下发的工作指令缓存至数据缓存模块中；工作信号监测模块用于通过接口模块将下级电路刷新的工作数据缓存至数据缓存模块中。进一步的，上级模块还包括自启动模块、计时模块与异常监测模块；自启动模块用于接收光梳自启动请求，并控制光梳自启动；计时模块用于记录下级模块的工作时间；异常监测模块用于自动访问下级模块的工作状态，当发现异常时，进行报警。进一步的，中断轮询模块根据上级模块的优先级对缓存至数据缓存模块中的工作指令进行解析；数据缓存模块根据下级模块的优先级对工作数据进行缓存；用于连接上位机的串口收发模块具有最高优先级。进一步的，上级模块与下级模块进行通信时，遵循如下通信协议：协议帧从头至尾依次包括传输帧头、源设备地址、后续数据长度、模块主分类号、模块从分类号与传输数据；传输帧头作为判断协议帧的起始位置以及是否为有效帧的依据；源设备地址是指上级模块地址，每个上级模块均具有区别与其它上级模块的唯一源设备地址；后续数据长度，代表其后续的数据长度；模块主分类号用于区分读操作与写操作；读操作表示通过接口模块驱动下级电路工作，并将工作数据缓存至数据缓存模块；写操作表示从数据缓存模块中读取工作数据或工作指令；模块从分类号用于区分各个下级模块，每个下级模块均具有区别与其它下级模块的唯一模块从分类号；传输数据为工作指令的具体内容或工作数据的具体内容。进一步的，控制芯片采用FPGA或CPLD；上位机带有用于人机交互的操作界面，所述操作界面包括泵光控制面板、温度控制面板、锁定信号监测面板与光梳参数设置面板；自启动模块与上位机均按如下方式控制光梳启动：首先，稳定工作温度至设定温度；然后，提高泵光功率直到重复频率与载波包络相位信号出现，光梳锁模；再然后，降低泵光功率，直到光梳失锁；之后逐次缩小泵光功率扫描区间来交替提高泵光功率与降低泵光功率，使得光梳锁模与光梳失锁交替出现，多次扫描，得到能让光梳锁模的最小泵光功率，锁定最小泵光功率所对应的重复频率与载波包络相位信号。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、现有技术中采用硬件调节电路对光梳的偏移量进行调节，对于低量级(如Hz、mHz)的偏移具有较好的调节作用，但是环境条件变化较大时，如温度和振动，会使得光梳产生更高量级的偏移，超出了硬件电路的调节范围，无论如何调节，光梳的重复频率与载波包络相位都不能回复到稳定状态。因此，本专利技术通过软件控制来改变工作温度或泵光功率，以使光梳的锁模频率回复到硬件调节电路的自反馈调节范围，形成粗调，之后硬件电路能够发挥调节作用，形成精调，显著改善了调节能力不足的问题。2、现有技术中，在启动光梳时，需要人为启动，对技术人员的知识经验水平要求较高，而且往往需要反复进行调试，启动过程繁琐，效率较低。本专利技术通过自启动程序，自动控制启动过程，并且能够让光梳锁模的最小泵光功率，锁定最小泵光功率所对应的重复频率与载波包络相位信号，确保光梳信号的质量最优(泵光功率越小，信号质量越好)。3、现有技术中上位机与下级电路一般采用串行通信直接连接，上位机与下级电路的通信速度差异较大，上位机具有较高的读写速度，下级电路的读写速度较慢，导致上位机从下级电路中读写数据需要等待较长时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光梳时频智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：启动光梳，锁定重复频率与载波包络相位信号；获取监测数据，包括工作温度、锁模频率与泵光功率，锁模频率是指启动完成时锁定的重复频率与载波包络相位；判断当前锁模频率的偏移量是否超出硬件调节电路的自反馈调节范围，当重复频率与载波包络相位中任意一个超出自反馈调节范围，则调控工作温度或泵光功率，直到锁模频率回复到自反馈调节范围。/n

【技术特征摘要】
1.一种光梳时频智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：启动光梳，锁定重复频率与载波包络相位信号；获取监测数据，包括工作温度、锁模频率与泵光功率，锁模频率是指启动完成时锁定的重复频率与载波包络相位；判断当前锁模频率的偏移量是否超出硬件调节电路的自反馈调节范围，当重复频率与载波包络相位中任意一个超出自反馈调节范围，则调控工作温度或泵光功率，直到锁模频率回复到自反馈调节范围。


2.根据权利要求1所述的光梳时频智能控制方法，其特征在于，按如下方式控制光梳启动：首先，稳定工作温度至设定温度；然后，提高泵光功率直到重复频率与载波包络相位信号出现，光梳锁模；再然后，降低泵光功率，直到光梳失锁；之后逐次缩小泵光功率扫描区间来交替提高泵光功率与降低泵光功率，使得光梳锁模与光梳失锁交替出现，多次扫描，得到能让光梳锁模的最小泵光功率，锁定最小泵光功率所对应的重复频率与载波包络相位信号。


3.根据权利要求1所述的光梳时频智能控制方法，其特征在于，当重复频率的偏移量超出自反馈调节范围时，则对工作温度进行调控；当载波包络相位的偏移量超出自反馈调节范围时，则对工作温度或泵光功率进行调控。


4.一种光梳时频智能控制系统，其特征在于：包括配置有光梳时频智能控制程序的上位机，光梳时频智能控制程序按照如权利要求1所述的光梳时频智能控制方法进行执行。


5.根据权利要求4所述的光梳时频智能控制系统，其特征在于，还包括与上位机连接的控制芯片，控制芯片用于连接下级电路；所述控制芯片内搭载有并行通信系统；
并行通信系统包括以下功能模块：上级模块、中断轮询模块与下级模块；上级模块通过中断轮询模块与下级模块双向并行通信连接；
上级模块包括用于连接上位机的串口收发模块；下级模块包括数据缓存模块与分别用于连接下级电路的接口模块；
中断轮询模块中配置有指令缓存模块与工作信号监测模块：指令缓存模块用于将上级模块下发的工作指令缓存至数据缓存模块中；工作信号监测模块用于通过接口模块将下级电路刷新的工作数据缓存至数据缓存模块中。


6.根据权利要求5所述的光梳时频智能控制系统，其特征在于，上级模块还包括自启动模块、计时模块与异常监测模块；自启动模块用于接收光梳自...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾和平，吴修齐，李爽，沈旭玲，
申请(专利权)人：华东师范大学重庆研究院，华东师范大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50