本发明专利技术公开了一种基于FPGA的激光频率稳定自动控制系统，包括激光器、光隔离器、电光调制器、偏振分光棱镜、四分之一波片、参考腔、光电探测器、环路滤波器、第一模拟开关模块、第一数模转换器模块、第二模拟开关模块、自动锁定数字控制装置、第二数模转换器模块、模数转换器模块、调制信号发生器模块、压电陶瓷执行器件模块、以及激光晶体温控模块。本发明专利技术可以实现激光频率自动锁定；受到外界干扰时，可以自动重新锁定。动重新锁定。动重新锁定。
【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的激光频率稳定自动控制系统
[0001]本专利技术涉及精密测量和激光
，具体涉及一种基于FPGA的激光频率稳定自动控制系统。本专利技术适用于为多种常见的稳频技术提供锁定控制功能，如调制转移谱以及PDH技术等。
技术介绍
[0002]超稳连续波激光器具有很高的光谱纯度和频率稳定度,在光频率标准、旋转光腔法检验狭义相对论、甚长基线激光干涉和引力波观测，相干通信、激光陀螺和激光测距等科研和应用领域都有着重要的应用前景。为了获得高光谱纯度、窄线宽和高频率稳定度的激光器，利用激光稳频技术来降低激光频率噪声，这种技术对于高分辨率干涉测量、光谱系统，以及时间和频率标准至关重要。
[0003]近年来，随着稳频激光应用的拓展，人们对激光稳频技术提出了更高的要求，例如在常用的激光稳频技术的基础上，要求稳频过程自动化，频率长期锁定等。然而在多数稳频系统中，激光稳频的捕获范围远小于激光频率受外界环境因素影响产生的变化和漂移。这就导致激光频率一旦处于失锁状态，将无法重新进入锁定状态。且在手动锁定激光频率时，需要精细准确的手动调节，需要花费大量的时间。这种激光频繁失锁问题极大地降低了系统稳定性，限制了稳频激光的应用场景。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于针对现有激光频率稳定系统存在易失锁的问题，提供一种基于FPGA的激光频率稳定自动锁定系统，能够实现激光稳频系统的快速且长时间的锁定，且适用于多种激光稳频系统，具有结构简单、可扩展空间大、稳定性强等特点。
[0005]本专利技术的上述目的通过以下技术手段实现：
[0006]一种基于FPGA的激光频率稳定自动控制系统，包括激光器，还包括自动锁定数字控制装置，激光器出射的线偏光经光隔离器和电光调制器调制后，再通过偏振分光棱镜和四分之一波片入射到参考腔中，由参考腔反射的信号通过四分之一波片后，再经偏振分光棱镜反射后入射到光电探测器，
[0007]自动锁定数字控制装置包括激光器慢环控制模块、激光器慢环扫描模块、压电陶瓷电压检测模块、第二模拟开关切换控制模块、激光器快环扫描模块、第一模拟开关切换控制模块、以及激光器频率锁定信号检测模块，
[0008]光电探测器的第一输出端输出光频误差信息电学信号到环路滤波器，光电探测器的第二输出端输出腔锁定标志信号到激光器频率锁定信号检测模块，
[0009]环路滤波器的第一输出端与第一模拟开关模块的第一输入端连接，环路滤波器的第二输出端与第一模拟开关模块的第二输入端连接，第一模拟开关模块的控制端与第一模拟开关切换控制模块连接，第一模拟开关模块的输出端与第二模拟开关模块的第二输入端相连，
[0010]第二模拟开关模块的第一输入端通过第一数模转换器模块与激光器快环扫描模块连接，第二模拟开关模块的控制端与第二模拟开关切换控制模块连接，第二模拟开关模块的输出端分别与压电陶瓷执行器件模块和模数转换器模块连接，压电陶瓷执行器件模块和激光器的压电陶瓷控制端连接，模数转换器模块与压电陶瓷电压检测模块连接，
[0011]激光器的晶体温控端与激光器晶体温控模块连接，激光器晶体温控模块与第二模数转换器的输出端连接，频率锁定时，第二模数转换器的输入端与激光器慢环控制模块连接，频率失锁时，第二模数转换器的输入端与激光器慢环扫描模块连接。
[0012]如上所述激光器频率锁定信号检测模块监测到腔锁定标志信号为高电平，则处于频率失锁状态；
[0013]激光器频率锁定信号检测模块监测到腔锁定标志信号为低电平，则处于频率锁定状态，
[0014]激光器频率锁定信号检测模块监测到下降沿，则激光器频率处于与参考腔共振的匹配点，
[0015]环路滤波器根据光频误差信息电学信号生成高增益伺服控制信号并输入到第一模拟开关模块。
[0016]在频率失锁时，激光器慢环扫描模块输出数字阶跃电压信号到第二模数转换器，第二模数转换器将数字阶跃电压信号转换为模拟阶跃电压信号输入到激光晶体温控模块，激光晶体温控模块依据模拟阶跃电压信号生成对应的模拟控制信号到激光器的晶体温控端，第一数模转换器模块将激光器快环扫描模块输出的数字锯齿波信号转换为模拟锯齿波信号输出到第二模拟开关，第二模拟开关切换控制模块控制第二模拟开关输出模拟锯齿波信号到压电陶瓷执行器件模块和模数转换器模块，压电陶瓷电压检测模块对模数转换器模块的输出进行实时监测，激光器压电陶瓷执行器件模块将收到的模拟锯齿波信号对应的控制信号输入到激光器中的压电陶瓷控制端，进行锯齿波信号扫描。
[0017]在锯齿波信号扫描过程中，若激光器频率锁定信号检测模块没有监测到下降沿，激光器慢环扫描模块输出数字阶跃电压信号到第二模数转换器，第二模数转换器将数字阶跃电压信号转换为模拟阶跃电压信号输入到激光晶体温控模块；
[0018]在锯齿波信号扫描过程中，若激光器频率锁定信号检测模块监测到下降沿，若模数转换器模块监测到的压电陶瓷电压信号大于设定正向阈值，激光器慢环扫描模块输出正向数字阶跃电压信号，若模数转换器模块监测到的压电陶瓷电压信号小于设定反向阈值，激光器慢环扫描模块输出反向数字阶跃电压信号。
[0019]在频率锁定时，第一模拟开关控制切换模块控制第一模拟开关模块输出高增益伺服控制信号到第二模拟开关，第二模拟开关切换控制模块控制第二模拟开关输出高增益伺服控制信号到压电陶瓷执行器件模块和模数转换器模块，压电陶瓷电压检测模块对模数转换器模块的输出进行实时监测，激光器压电陶瓷执行器件模块将收到的高增益伺服控制信号对应的控制信号输入到激光器中的压电陶瓷控制端。
[0020]本专利技术相对于现有技术，具有以下有益效果：
[0021]1、能够在开启系统后自动地锁定激光频率；
[0022]2、实时锁频状态监控：能够实时检测激光锁频状态；
[0023]3、自动重锁定：能够在激光脱锁后自动地将其重新锁定。
[0024]4、本专利技术提供了一种成本低、可靠性高、易复制的激光器脱离锁定后自动恢复锁定地方案，其频率自动锁定的方法可以广泛应用于其他类似的激光频率稳定的系统中。
附图说明
[0025]图1是本专利技术的结构示意图；其中，in1
‑
第一输入端；in2
‑
第二输入端；out1
‑
第一输出端；out2
‑
第二输出端，ctl
‑
控制端。
[0026]图2是本专利技术实施例激光频率自动锁定以及失锁后重新锁定的结果示意图。
具体实施方式
[0027]为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0028]一种基于FPGA的激光频率稳定自动控制系统，包括激光器稳频光路单元和激光器稳频锁定控制单元。
[0029]激光器稳频光路单元，包括激光器1、光隔离器2、电光调制器3、偏振分光棱镜4、四分之一波片5、以及参考腔6本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的激光频率稳定自动控制系统，包括激光器(1)，其特征在于，还包括自动锁定数字控制装置(12)，激光器(1)出射的线偏光经光隔离器(2)和电光调制器调制(3)后，再通过偏振分光棱镜(4)和四分之一波片(5)入射到参考腔(6)中，由参考腔(6)反射的信号通过四分之一波片(5)后，再经偏振分光棱镜(4)反射后入射到光电探测器(7)，自动锁定数字控制装置(12)包括激光器慢环控制模块(121)、激光器慢环扫描模块(122)、压电陶瓷电压检测模块(123)、第二模拟开关切换控制模块(124)、激光器快环扫描模块(125)、第一模拟开关切换控制模块(126)、以及激光器频率锁定信号检测模块(127)，光电探测器(7)的第一输出端输出光频误差信息电学信号到环路滤波器(8)，光电探测器(7)的第二输出端输出腔锁定标志信号到激光器频率锁定信号检测模块(127)，环路滤波器(8)的第一输出端与第一模拟开关模块(9)的第一输入端连接，环路滤波器(8)的第二输出端与第一模拟开关模块(9)的第二输入端连接，第一模拟开关模块(9)的控制端与第一模拟开关切换控制模块(126)连接，第一模拟开关模块(9)的输出端与第二模拟开关模块(11)的第二输入端相连，第二模拟开关模块(11)的第一输入端通过第一数模转换器模块(10)与激光器快环扫描模块(125)连接，第二模拟开关模块(11)的控制端与第二模拟开关切换控制模块(124)连接，第二模拟开关模块(11)的输出端分别与压电陶瓷执行器件模块(101)和模数转换器模块(14)连接，压电陶瓷执行器件模块(101)和激光器(1)的压电陶瓷控制端连接，模数转换器模块(14)与压电陶瓷电压检测模块(123)连接，激光器(1)的晶体温控端与激光器晶体温控模块(102)连接，激光器晶体温控模块(102)与第二模数转换器(13)的输出端连接，频率锁定时，第二模数转换器(13)的输入端与激光器慢环控制模块(121)连接，频率失锁时，第二模数转换器(13)的输入端与激光器慢环扫描模块(122)连接。2.根据权利要求1所述一种基于FPGA的激光频率稳定自动控制系统，其特征在于，所述激光器频率锁定信号检测模块(127)监测到腔锁定标志信号为高电平，则处于频率失锁状态；激光器频率锁定信号检测模块(127)监测到腔锁定标志信号为低电平，则处于频率锁定状态，激光器频率锁定信号检测模块(127)监测到下降沿，则激光器频率处于与参考腔共振的匹配点，环路滤波器(...
【专利技术属性】
技术研发人员：李振千，李刘锋，陈李生，芦宗昱，万凌风，
申请(专利权)人：中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。