【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光频率控制领域，具体涉及一种高速高稳定度锁定电路，适用于激光器的频率锁定，激光线宽压窄，主要应用在光学、量子计算、原子分子精密谱测量等科学领域。
技术介绍
1、反馈控制电路不仅在工业控制应用控制广泛，在科学技术研究领域一样重要，不同于大部分工业控制的粗放和大功率、大体积，科学
对于高稳定度、低噪声、高带宽、高增益反馈控制电路需求更为急切，这些反馈电路主要应用于激光频率的反馈锁定控制。现在诸如光钟、量子精密测量方面对反馈控制电路的依赖度很高。
2、现有的常用商用激光频率反馈控制电路中，存在的主要缺陷如下：
3、1、因为电路器件的限制，反馈电路不能兼顾高反馈速度和高控制稳定度。
4、2、反馈控制输出只有单通道输出，难以兼顾高速反馈和大幅度反馈。
5、3、没有内置扫描信号产生模块，实现频率锁定时需要外部信号源配合。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提出一种高速高稳定度锁定电路。
2、本专利技术的上述目的通过以下技术手段来实现：
3、一种高速高稳定度锁定电路，包括积分分支模块、正比微分分支模块、增益调节模块、以及低速积分模块，积分分支模块和正比微分分支模块并联后一端与待处理信号输入端连接，另一端与增益调节模块的输入端连接，增益调节模块的输出端与分别与高速输出端和低速积分模块的输入端连接，低速积分模块的输出端与低速输出端连接。
4、如上所述积分分支模块包
5、如上所述积分正比模块包括第一运算放大器、第一电阻、以及第一电容，第一运算放大器的正相输入端与待处理信号输入端连接，第一运算放大器的反相输入端分别与第一电阻的一端和第一电容的一端连接，第一电阻的另一端接地，第一电容的另一端连接到第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的输出端还与积分模块的输入端连接。
6、如上所述积分模块包括第二运算放大器、第二电阻、以及第二电容，第二运算放大器的正相输入端接地，第二运算放大器的反相输入端分别与第二电阻的一端和第二电容的一端连接，第二电阻的另一端与第一运算放大器的输出端连接，第二电容的另一端与第二运算放大器的输出端连接，第二运算放大器的输出端还与增益调节模块的输入端连接。
7、如上所述正比微分分支模块包括正比微分模块和高通模块，正比微分模块的输入端与待处理信号输入端连接，正比微分模块的输出端与高通模块的输入端连接，高通模块的输出端与增益调节模块的输入端连接。
8、如上所述正比微分模块包括第三运算放大器、第三电容、第三电阻、第四电阻、以及第五电阻，第三运算放大器的正相输入端接地，第三运算放大器的反相输入端分别与第三电容的一端、第三电阻的一端，第五电阻的一端连接，第三电容的另一端与第四电阻的一端连接，第三电阻的另一端以及第四电阻的另一端与待处理信号输入端连接，第五电阻的另一端与第三运算放大器的输出端连接，第三运算放大器的输出端还与高通模块的输入端连接。
9、如上所述高通模块包括第四电容和第六电阻，第四电容和第六电阻串联后一端与第三运算放大器的输出端连接，另一端与增益调节模块的输入端连接。
10、一种高速高稳定度锁定电路，还包括第一极性可调加法模块、第二极性可调加法模块、以及偏置调节模块，增益调节模块的输出端与第一极性可调加法模块的第一输入端连接，第一极性可调加法模块的第二输入端通过第一切换开关与偏置调节模块的输出端连接，第一极性可调加法模块的输出端与高速调制端连接；低速积分模块的输出端与第二极性可调加法模块的第一输入端连接，第二极性可调加法模块的第二输入端通过第一切换开关与偏置调节模块的输出端连接，第二极性可调加法模块的输出端与低速调制端连接。
11、一种高速高稳定度锁定电路，还包括扫描信号产生模块，第一极性可调加法模块的第三输入端通过第二切换开关与扫描信号产生模块的输出端连接；第二极性可调加法模块的第三输入端通过第二切换开关与扫描信号产生模块的输出端连接。
12、如上所述第一极性可调加法模块和第二极性可调加法模块均包括依次连接的加法电路模块和极性调节模块，极性调节模块包括第七电阻、反馈电阻、以及第四运算放大器，第四运算放大器的正相输入端接地，第四运算放大器的反相输入端分别与第七电阻的一端以及反馈电阻的一端连接，第四运算放大器的输出端与反馈电阻的另一端连接，第七电阻的另一端作为极性调节模块的输入端与加法电路模块的输出端连接，第四运算放大器的输出端作为极性调节模块的输出端；极性调节模块之后还设置有第三切换开关，第三切换开关为单刀双掷开关，第三切换开关的两个固定引脚分别与第四运算放大器的输出端和加法电路模块的输出端连接，第三切换开关的切换引脚作为输出端。
13、本专利技术相对于现有技术，具有以下有益效果：
14、1、相比于数字反馈控制电路，本专利技术可以实现更高的反馈带宽(更快的响应速度)以及实现更低的噪声引入。
15、2、相比于现有的模拟反馈控制电路，它在激光控制，特别是精密激光控制方面优势更明显，主要表现在：
16、本专利技术的积分分支模块和正比微分分支模块采用不同的运放实现，使得电路可以同时兼顾高反馈速度和高锁定稳定度。
17、本专利技术输出两路反馈信号，一路用于高速的反馈控制，一路用于低速大幅度反馈，高低速双通道输出形成互补关系，而非独立关系，在控制上不仅对快速的偏离进行反馈补偿，而且还对慢速漂移形成的偏离进行反馈补偿，慢速漂移控制可以确保快速输出值在0点附近，从而在保证长时间对系统的精密控制锁定。
18、本专利技术内置偏置调节模块(输出偏置控制)和扫描信号产生模块(三角波扫描)降低频率锁定过程的难度，双路输出的偏置调节，扫描控制可以通过开关来选择叠加到具体哪一路上，灵活性更强。
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1.一种高速高稳定度锁定电路，包括积分分支模块(1)，其特征在于，还包括正比微分分支模块(2)、增益调节模块(3)、以及低速积分模块(4)，积分分支模块(1)和正比微分分支模块(2)并联后一端与待处理信号输入端连接，另一端与增益调节模块(3)的输入端连接，增益调节模块(3)的输出端与分别与高速输出端和低速积分模块(4)的输入端连接，低速积分模块(4)的输出端与低速输出端连接。
2.根据权利要求1所述一种高速高稳定度锁定电路，其特征在于，所述积分分支模块(1)包括积分正比模块(11)和积分模块(12)，积分正比模块(11)的输入端与待处理信号输入端连接，积分正比模块(11)的输出端与积分模块(12)的输入端连接，积分模块(12)的输出端与增益调节模块(3)的输入端连接。
3.根据权利要求2所述一种高速高稳定度锁定电路，其特征在于，所述积分正比模块(11)包括第一运算放大器(111)、第一电阻(113)、以及第一电容(112)，第一运算放大器(111)的正相输入端与待处理信号输入端连接，第一运算放大器(111)的反相输入端分别与第一电阻(113)的一端和第一电
4.根据权利要求3所述一种高速高稳定度锁定电路，其特征在于，所述积分模块(12)包括第二运算放大器(121)、第二电阻(123)、以及第二电容(122)，第二运算放大器(121)的正相输入端接地，第二运算放大器(121)的反相输入端分别与第二电阻(123)的一端和第二电容(122)的一端连接，第二电阻(123)的另一端与第一运算放大器(111)的输出端连接，第二电容(122)的另一端与第二运算放大器(121)的输出端连接，第二运算放大器(121)的输出端还与增益调节模块(3)的输入端连接。
5.根据权利要求4所述一种高速高稳定度锁定电路，其特征在于，所述正比微分分支模块(2)包括正比微分模块(21)和高通模块(22)，正比微分模块(21)的输入端与待处理信号输入端连接，正比微分模块(21)的输出端与高通模块(22)的输入端连接，高通模块(22)的输出端与增益调节模块(3)的输入端连接。
6.根据权利要求5所述一种高速高稳定度锁定电路，其特征在于，所述正比微分模块(21)包括第三运算放大器(211)、第三电容(212)、第三电阻(213)、第四电阻(214)、以及第五电阻(215)，第三运算放大器(211)的正相输入端接地，第三运算放大器(211)的反相输入端分别与第三电容(212)的一端、第三电阻(213)的一端，第五电阻(215)的一端连接，第三电容(212)的另一端与第四电阻(214)的一端连接，第三电阻(213)的另一端以及第四电阻(214)的另一端与待处理信号输入端连接，第五电阻(215)的另一端与第三运算放大器(211)的输出端连接，第三运算放大器(211)的输出端还与高通模块(22)的输入端连接。
7.根据权利要求6所述一种高速高稳定度锁定电路，其特征在于，所述高通模块(22)包括第四电容(221)和第六电阻(222)，第四电容(221)和第六电阻(222)串联后一端与第三运算放大器(211)的输出端连接，另一端与增益调节模块(3)的输入端连接。
8.根据权利要求7所述一种高速高稳定度锁定电路，其特征在于，还包括第一极性可调加法模块(5)、第二极性可调加法模块(6)、以及偏置调节模块(7)，增益调节模块(3)的输出端与第一极性可调加法模块(5)的第一输入端连接，第一极性可调加法模块(5)的第二输入端通过第一切换开关(8)与偏置调节模块(7)的输出端连接，第一极性可调加法模块(5)的输出端与高速调制端连接；低速积分模块(4)的输出端与第二极性可调加法模块(6)的第一输入端连接，第二极性可调加法模块(6)的第二输入端通过第一切换开关(8)与偏置调节模块(7)的输出端连接，第二极性可调加法模块(6)的输出端与低速调制端连接。
9.根据权利要求8所述一种高速高稳定度锁定电路，其特征在于，还包括扫描信号产生模块(9)，第一极性可调加法模块(5)的第三输入端通过第二切换开关(10)与扫描信号产生模块(9)的输出端连接；第二极性可调加法模块(6)的第三输入端通过第二切换开关(10)与扫描信号产生模块(9)的输出端连接。
10.根据权利要求9所述一种高速高稳定度锁定电路，其特征在于，所述第一极性可调加法模块(5)和第二极性可调加法模块(6)均包括依次连接的加法电路模块和极性调节模块...
【技术特征摘要】
1.一种高速高稳定度锁定电路，包括积分分支模块(1)，其特征在于，还包括正比微分分支模块(2)、增益调节模块(3)、以及低速积分模块(4)，积分分支模块(1)和正比微分分支模块(2)并联后一端与待处理信号输入端连接，另一端与增益调节模块(3)的输入端连接，增益调节模块(3)的输出端与分别与高速输出端和低速积分模块(4)的输入端连接，低速积分模块(4)的输出端与低速输出端连接。
2.根据权利要求1所述一种高速高稳定度锁定电路，其特征在于，所述积分分支模块(1)包括积分正比模块(11)和积分模块(12)，积分正比模块(11)的输入端与待处理信号输入端连接，积分正比模块(11)的输出端与积分模块(12)的输入端连接，积分模块(12)的输出端与增益调节模块(3)的输入端连接。
3.根据权利要求2所述一种高速高稳定度锁定电路，其特征在于，所述积分正比模块(11)包括第一运算放大器(111)、第一电阻(113)、以及第一电容(112)，第一运算放大器(111)的正相输入端与待处理信号输入端连接，第一运算放大器(111)的反相输入端分别与第一电阻(113)的一端和第一电容(112)的一端连接，第一电阻(113)的另一端接地，第一电容(112)的另一端连接到第一运算放大器(111)的输出端，第一运算放大器(111)的输出端还与积分模块(12)的输入端连接。
4.根据权利要求3所述一种高速高稳定度锁定电路，其特征在于，所述积分模块(12)包括第二运算放大器(121)、第二电阻(123)、以及第二电容(122)，第二运算放大器(121)的正相输入端接地，第二运算放大器(121)的反相输入端分别与第二电阻(123)的一端和第二电容(122)的一端连接，第二电阻(123)的另一端与第一运算放大器(111)的输出端连接，第二电容(122)的另一端与第二运算放大器(121)的输出端连接，第二运算放大器(121)的输出端还与增益调节模块(3)的输入端连接。
5.根据权利要求4所述一种高速高稳定度锁定电路，其特征在于，所述正比微分分支模块(2)包括正比微分模块(21)和高通模块(22)，正比微分模块(21)的输入端与待处理信号输入端连接，正比微分模块(21)的输出端与高通模块(22)的输入端连接，高通模块(22)的输出端与增益调节模块(3)的输入端连接。
6.根据权利要求5所述一种高速高稳定度锁定电路，其特征在于，所述正比微分模块(21)包括第三运算放大器(211)、第三电容(212)、第三电阻(213)、第四电阻(214)、以及第五电阻(215)，第三运算放大器(211)的正相输入端接地，第三运算放大器(211)的反相输入端分别与第三电容(212)的一端、第三电阻(213)的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈群峰，孙焕尧，晏北飞，
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：
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