一种基于改进的均值漂移算法的超稳激光器自动锁定系统技术方案

本发明专利技术提供的一种基于改进的均值漂移算法的超稳激光器自动锁定系统，设计了一种双回路PI控制器分别对激光器输出频率进行快调节和慢调节；改变PZT高压扫描透射峰信号时加入了改进的均值漂移算法，优化了系统的锁定时间，使超稳光能够在较短时间内实现锁定。同时当本发明专利技术的系统处于复杂环境时，存在固定的搜索窗口内扫描找不到透射峰情况。当在一个固定的搜索窗口内扫描不到透射峰时，增大搜索窗口半径，直到搜索到透射峰信号为止，当扫描到透射峰信号时，需要对锁定信号进行优化。首先改变慢PI偏置，寻找最大的透射峰使慢PI的作用力达到最大，最后改变PZT高压将误差信号调到中间值。间值。间值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进的均值漂移算法的超稳激光器自动锁定系统


[0001]本专利技术属于激光器
，具体涉及一种基于改进的均值漂移算法的超稳激光器自动锁定系统。

技术介绍

[0002]在超稳光自动锁定控制系统中，基于PDH稳频技术将激光器产生的频率锁定在长度稳定、精细度和耦合效率较高的光学参考腔上是实现超稳光锁定的核心思想。
[0003]自动锁定控制系统主要包括扫描、自动锁定和优化等过程。由于剩余幅度调制和环境温度波动的影响，超稳光的锁定点会发生漂移；现有的锁定系统，当激光器失锁后PZT电压大都是从一个固定值开始扫描直到透射峰信号大于阈值电压即为锁定，此过程存在着锁定时间长、锁定质量不佳、易出现长时间失锁、应对温度、噪声、振动等环境因素影响抗干扰能力差问题。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于改进的均值漂移算法的超稳激光器自动锁定系统。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0005]本专利技术提供的一种基于改进的均值漂移算法的超稳激光器自动锁定系统包括：光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进的均值漂移算法的超稳激光器自动锁定系统，其特征在于，包括：光学单元、物理单元、自动锁定控制单元以及探测单元，所述物理单元包括光学参考腔；自动锁定控制单元包括：模拟单元和数字控制单元，所述模拟单元包括20MHz信号源模块、调制解调模块、快PI+VCO模块以及慢PI+PZT模块，所述探测单元包括第一探测器以及第二探测器，所述光学单元，用于将光纤激光器产生的激光经过移频、相位调节后耦合至光学参考腔；所述光学参考腔，用于将相位调制后的激光锁定至腔体的共振频率上；所述第一探测器，用于探测光学参考腔反射激光以及透射激光的第一信号；所述信号源模块，用于在输入10MHz参考信号条件下，产生预定频率的第二信号；调制解调模块，用于将预定频率的第二信号与探测到的第一信号进行混频，获得鉴频误差信号，将鉴频误差信号进行滤波放大后分为两路，第一路输出至数字控制单元，第二路经过极性选择、高低增益调节以及偏置调节后分别输入至所述快PI+VCO模块和所述慢PI+PZT模块；数字控制单元，用于将鉴频误差信号进行AD采样，对AD采样后的数据进行监视，以确定所述鉴频误差信号是否出现异常情况；所述快PI+VCO模块，根据数字控制单元通过选择不同电容改变系统控制带宽从而进行快PI运算，以将输出电压调制VCO输出的中心频率，并控制声光调制器的移频大小，使得激光器输出的激光快速锁定在所述光学参考腔上；其中，快PI+VCO模块包括多路模拟开关选择电路；所述慢PI+PZT模块，根据数字控制单元通过选择不同电容改变系统控制带宽从而进行慢PI运算，慢PI+PZT模块的脉冲调制电路模块产生高压信号驱动PZT，慢PI运算输出的电压信号通过慢PI+PZT模块的数控电位器产生增益信号，并将增益信号与所述高压信号叠加改变PZT驱动电压对光纤激光器产生的信号频率进行慢调节；所述第二探测器，用于探测所述光学参考腔信号的透射峰电压大小，传输至数字控制单元进行锁定状态判断；所述数字控制单元，用于判断第二探测器探测的透射峰电压是否大于阈值电压，如果是，则表示所述光纤激光器锁定；记录每次光纤激光器锁定时的透射峰电压以及慢PI+PZT模块的输出电压；当所述光纤激光器每次失锁后，根据前几次锁定时的透射峰电压、和慢PI+PZT模块的输出电压以及每次扫描得到的透射峰电压优化值，确定本次锁定时的扫描范围；并判断扫描范围内左右两侧的锁定点个数，确定下一次扫描方向；当在本次的扫描范围内扫描到透射峰电压后；通过改变慢PI+PZT模块的偏置寻找最大的透射峰电压，进而改变慢PI+PZT模块的输出电压将鉴频误差信号调到中间值完成优化，得到优化后的透射峰电压，记录本次锁定优化后的透射峰电压以及本次慢PI+PZT模块的输出电压；当在本次的扫描范围内扫描不到透射峰电压时，则以预设步长增加本次扫描范围的半径，直至扫描到透射峰电压。2.根据权利要求1所述的基于改进的均值漂移算法的超稳激光器自动锁定系统，其特征在于，所述光学单元包括光纤激光器、AOM、EOM、二分之一波片、四分之一波片、偏振分束棱镜、透镜；所述光纤激光器，用于输出激光至所述声光调制器；
所述声光调制器，用于将光纤激光器输出的激光进行移频；所述电光调制器，用于将移频后的激光进行相位调制，并将相位调制后的激光耦合至所述光学参考腔。所述透镜，用于调整光学参考腔的模式匹配；所述偏振分光棱镜和二分之一波片，用于调整进入光学参考腔的激光功率；所述四分之一波片，用于将反射激光的偏振面旋转90度。3.根据权利要求1所述的基于改进的均值漂移算法的超稳激...

【专利技术属性】
技术研发人员：范乐，董瑞芳，焦东东，刘涛，张首刚，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：