Aigtek高压放大器在锁相环稳定重复频率研究中的应用

实验名称：锁相环稳定重复频率的系统分析

实验内容：针对重复频率的漂移，引入两套锁相环系统反馈控制两个激光器的重复频率，将其锁定在同一个稳定的时钟源上。本章主要阐述了经典锁相环的原理，稳定重复频率的锁相环理论和关键器件，以及结果分析。

测试设备：高压放大器、光电探测器、低通滤波器、比例积分控制器、PZT等。

图1：稳定重复频率的锁相环系统结构图

实验过程：

系统结构图如图1所示，从NPR锁模光纤激光器耦合出一部分光进入光电探测器，其带宽为5GHz，将光信号转化为电信号，同时提取出重复频率。该电信号隔直流（DCBlock）之后与一个稳定的时钟源输出的射频信号同时进入混频器，即鉴相器，重复频率与时钟源输出的射频信号混频，得到差频信号与和频信号，差频信号是所需要的误差信号，经过低通滤波器（LPF）滤除和频信号，差频信号进入比例积分（PI）控制器，这里LPF和PI控制器共同组成锁相环的环路滤波器，PI控制器输出后的误差电压信号其范围为–10V~+10V，不足以驱动压电陶瓷（PZT），先进入高压放大器（HVAMP）放大十倍后施加给PZT，不同的电压值引起PZT的伸缩量不同，基本呈现线性关系。PZT在光纤形成的激光器腔中无法直接改变腔长，借助平移台，PZT驱动平移台移动，并且将光纤腔绕在平移台上，从而实现PZT的伸缩引起腔长的变化来调节激光器重复频率，形成了重复频率跟踪时钟源射频信号的闭环电路。当激光器的重复频率和时钟源的参考频率一致时，误差电压变为一个直流量，PZT状态稳定，激光器的重复频率稳定在时钟源的参考频率上。一旦外界环境对激光器腔出现干扰，打破稳定状态，误差电压信号出现抖动反馈再次起作用，调节腔长使得重复频率快速恢复稳定。当建立一套稳定第一个锁模激光器重复频率的锁相环系统之后，重复整个锁相环系统锁定第二个锁模激光器的重复频率，并且其使用的参考频率是由同一个时钟源产生，保证了两个激光器其重复频率之间的相对稳定性。

实验结果：

图2：锁相环中间链路各点时域波形

成功搭建锁相环之后，对锁相环的中间链路点进行了测试。图2(a)表示了重复频率与时钟源的参考频率混频后的误差电压信号，从图中可以看到包络下仍有振荡纹，说明既有差频信号，也包含了和频信号。图2(b)表示误差电压信号经过低通滤波器后的波形，滤取出了差频。图2(c)表示了经过PI控制器的作用后的误差电压信号，图2(d)表示达到稳定状态后的误差电压信号变为直流。

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审核编辑 黄宇