實驗名稱：鎖相環(huán)穩(wěn)定重復(fù)頻率的系統(tǒng)分析

實驗內(nèi)容：針對重復(fù)頻率的漂移，引入兩套鎖相環(huán)系統(tǒng)反饋控制兩個激光器的重復(fù)頻率，將其鎖定在同一個穩(wěn)定的時鐘源上。本章主要闡述了經(jīng)典鎖相環(huán)的原理，穩(wěn)定重復(fù)頻率的鎖相環(huán)理論和關(guān)鍵器件，以及結(jié)果分析。

測試設(shè)備：高壓放大器、光電探測器、低通濾波器、比例積分控制器、PZT等。

圖1：穩(wěn)定重復(fù)頻率的鎖相環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

實驗過程：

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，從NPR鎖模光纖激光器耦合出一部分光進(jìn)入光電探測器，其帶寬為5GHz，將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，同時提取出重復(fù)頻率。該電信號隔直流（DCBlock）之后與一個穩(wěn)定的時鐘源輸出的射頻信號同時進(jìn)入混頻器，即鑒相器，重復(fù)頻率與時鐘源輸出的射頻信號混頻，得到差頻信號與和頻信號，差頻信號是所需要的誤差信號，經(jīng)過低通濾波器（LPF）濾除和頻信號，差頻信號進(jìn)入比例積分（PI）控制器，這里L(fēng)PF和PI控制器共同組成鎖相環(huán)的環(huán)路濾波器，PI控制器輸出后的誤差電壓信號其范圍為–10V~+10V，不足以驅(qū)動壓電陶瓷（PZT），先進(jìn)入高壓放大器（HVAMP）放大十倍后施加給PZT，不同的電壓值引起PZT的伸縮量不同，基本呈現(xiàn)線性關(guān)系。PZT在光纖形成的激光器腔中無法直接改變腔長，借助平移臺，PZT驅(qū)動平移臺移動，并且將光纖腔繞在平移臺上，從而實現(xiàn)PZT的伸縮引起腔長的變化來調(diào)節(jié)激光器重復(fù)頻率，形成了重復(fù)頻率跟蹤時鐘源射頻信號的閉環(huán)電路。當(dāng)激光器的重復(fù)頻率和時鐘源的參考頻率一致時，誤差電壓變?yōu)橐粋€直流量，PZT狀態(tài)穩(wěn)定，激光器的重復(fù)頻率穩(wěn)定在時鐘源的參考頻率上。一旦外界環(huán)境對激光器腔出現(xiàn)干擾，打破穩(wěn)定狀態(tài)，誤差電壓信號出現(xiàn)抖動反饋再次起作用，調(diào)節(jié)腔長使得重復(fù)頻率快速恢復(fù)穩(wěn)定。當(dāng)建立一套穩(wěn)定第一個鎖模激光器重復(fù)頻率的鎖相環(huán)系統(tǒng)之后，重復(fù)整個鎖相環(huán)系統(tǒng)鎖定第二個鎖模激光器的重復(fù)頻率，并且其使用的參考頻率是由同一個時鐘源產(chǎn)生，保證了兩個激光器其重復(fù)頻率之間的相對穩(wěn)定性。

實驗結(jié)果：

圖2：鎖相環(huán)中間鏈路各點時域波形

成功搭建鎖相環(huán)之后，對鎖相環(huán)的中間鏈路點進(jìn)行了測試。圖2(a)表示了重復(fù)頻率與時鐘源的參考頻率混頻后的誤差電壓信號，從圖中可以看到包絡(luò)下仍有振蕩紋，說明既有差頻信號，也包含了和頻信號。圖2(b)表示誤差電壓信號經(jīng)過低通濾波器后的波形，濾取出了差頻。圖2(c)表示了經(jīng)過PI控制器的作用后的誤差電壓信號，圖2(d)表示達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后的誤差電壓信號變?yōu)橹绷鳌?/p>

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審核編輯 黃宇