本發(fā)明屬于光梳，具體涉及一種用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、光學頻率梳可以使激光的頻率或相位穩(wěn)定到一個外部參考源，鎖定控制電磁輻射(可見光，紅外光，微波等電磁波)頻率、相位可以提高激光的精度和穩(wěn)定性，應用于高性能頻標、雷達、導航等領域，也是光生超穩(wěn)微波源的重要組成部分。光生超穩(wěn)微波源是基于超穩(wěn)激光和光梳的技術，可以將超高穩(wěn)定度的超穩(wěn)激光頻率信號轉換到微波頻段產(chǎn)生超穩(wěn)微波源，是目前頻率穩(wěn)定度最高的微波頻率源。光生超穩(wěn)微波源也是未來頻率標準(光頻標)推廣應用的基礎，無論是時間的產(chǎn)生還是絕大多數(shù)的精密測量，都需要將光頻標的輸出激光變換為超穩(wěn)的基帶頻率信號后才能夠實現(xiàn)。

2、光梳在鎖定電磁輻射頻率方面有著重要的應用價值，可以實現(xiàn)對電磁頻率的精確測量和控制，是一種產(chǎn)生超穩(wěn)微波信號的裝置，為了實現(xiàn)這一目的，需要將光梳的重復頻率和載波包絡頻移分別鎖定到一個穩(wěn)定的參考信號上，從而使光梳的每一個頻率齒都具有確定的數(shù)值。常用的鎖定方法是利用鎖相環(huán)技術，通過檢測光梳與參考信號之間的相位差或拍頻信號，將拍頻信號與參考信號進行比較，得到誤差信號；將誤差信號輸入pid控制電路，產(chǎn)生反饋信號；將反饋信號輸入待鎖定的光源，以調節(jié)激光器，使其保持與參考信號同步。參考信號一般是由原子鐘或穩(wěn)定的激光器提供的。

3、光梳的應用中需要將光梳頻率鎖定至參考頻率上，現(xiàn)有使用的乘法鑒相器在頻率鎖定和相位檢測應用中有一些顯著的缺點，乘法鑒相器的鑒相范圍較窄，在到之間，底噪通常較高，較高的底噪會引入更多的相位噪聲；增益帶寬通常較低，影響鎖定速度和精度；輸出信號線性度較差，會引入非線性誤差；對輸入信號的幅度變化較敏感，輸入信號幅度改變時會影響鎖定性能。

4、因此，亟需提供一種用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制系統(tǒng)及方法，以改善上述缺陷。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制系統(tǒng)及方法。本發(fā)明要解決的技術問題通過以下技術方案實現(xiàn)：

2、第一方面，本發(fā)明提供一種用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制系統(tǒng)，包括：

3、至少一條光梳信號頻率調整環(huán)路；

4、光梳信號頻率調整環(huán)路包括光學頻率梳、鑒相器、相位差提取電路和pid電路；其中，光學頻率梳的輸出端與鑒相器的輸入端電連接，鑒相器的一個輸入端還接入?yún)⒖夹盘?，鑒相器的輸出端與相位差提取電路的輸入端電連接，相位差提取電路的輸出端與pid電路的輸入端電連接，pid電路的輸出端與光學頻率梳的輸入端電連接；

5、光學頻率梳用于輸出光梳信號，鑒相器用于檢測光梳信號與參考信號之間的相位差，相位差提取電路用于提取鑒相器檢測到的相位差，得到鑒相信號，pid電路用于將鑒相信號轉換為頻率控制信號，并將頻率控制信號反饋至光學頻率梳，光學頻率梳根據(jù)頻率控制信號調整輸出的光梳信號的頻率，直至輸入到鑒相器的光梳信號的頻率與參考信號的頻率自動鎖定。

6、第二方面，本發(fā)明還提供一種用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制方法，應用于如上述提供的用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制系統(tǒng)，方法包括：

7、輸出光梳信號；

8、檢測當前光梳信號與參考信號之間的相位差，并提取相位差，得到鑒相信號；

9、將鑒相信號轉換為頻率控制信號；

10、根據(jù)頻率控制信號，調整輸出的光梳信號的頻率，再檢測調整頻率后的光梳信號與參考信號之間的相位差，直至調整后的光梳信號的頻率與參考信號的頻率自動鎖定。

11、本發(fā)明的有益效果：

12、本發(fā)明提供的一種用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制系統(tǒng)及方法，通過設置至少一條光梳信號頻率調整環(huán)路，環(huán)路中包括光學頻率梳、鑒相器、相位差提取電路和pid電路；其中，光學頻率梳用于輸出光梳信號，鑒相器用于檢測光梳信號與參考信號之間的相位差，參考信號由原子鐘或穩(wěn)定的激光器提供，相位差提取電路用于提取相位差，生成鑒相信號，pid電路將鑒相信號轉換為頻率控制信號，并將該頻率控制信號反饋至光學頻率梳，光學頻率梳根據(jù)該頻率控制信號調整其輸出的光梳信號的頻率，直至輸入至鑒相器的光梳信號與參考信號的頻率自動鎖定；如此，本發(fā)明采用鑒相器檢測光梳信號與參考信號之間的相位差，并設置pid電路鎖定相位差對應的頻率控制信號，以調整輸出的光梳信號的頻率，實現(xiàn)更大鑒相范圍、更低底噪聲和更高增益帶寬的光梳頻率控制系統(tǒng)。

13、以下將結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。

技術特征：

1.一種用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：至少一條光梳信號頻率調整環(huán)路；

2.根據(jù)權利要求1所述的用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述鑒相器為鑒頻鑒相器。

3.根據(jù)權利要求1所述的用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述相位差提取電路包括差分放大器，所述差分放大器的一個輸入端與所述鑒相器的一個輸出端電連接，所述差分放大器的另一個輸入端與所述鑒相器的另一個輸出端電連接，所述差分放大器用于將所述鑒相器輸出的第一信號和第二信號進行處理，得到鑒相信號。

4.根據(jù)權利要求1所述的用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述相位差提取電路與所述pid電路之間還設置有濾波器，所述濾波器的輸入端與所述相位差提取電路的輸出端電連接，所述濾波器的輸出端與所述pid電路的輸入端電連接，所述濾波器用于對所述鑒相信號進行處理，以去除高頻噪聲。

5.根據(jù)權利要求1所述的用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述光學頻率梳與所述鑒相器之間還設置有帶通濾波器，所述帶通濾波器的輸入端與所述光學頻率梳的輸出端電連接，所述帶通濾波器的輸出端與所述鑒相器的輸入端電連接，以去除預設頻率外的頻率噪聲。

6.根據(jù)權利要求1所述的用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述光學頻率梳包括光纖、泵浦驅動、增益介質、電光調制器和壓電陶瓷；其中，所述增益介質和所述電光調制器均集成在所述光纖的端面，所述泵浦驅動的輸出端與所述增益介質的輸入端電連接，所述電光調制器的輸出端與所述壓電陶瓷的輸入端電連接。

7.根據(jù)權利要求6所述的用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制系統(tǒng)，其特征在于，當所述光梳頻率控制系統(tǒng)包括一條光梳信號頻率調整環(huán)路，所述光梳信號包括載波包絡相移頻率信號fceo、重復頻率信號fr或光拍頻頻率信號fbeat中的任一種信號；

8.根據(jù)權利要求6所述的用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制系統(tǒng)，其特征在于，當所述光梳頻率控制系統(tǒng)包括兩條光梳信號頻率調整環(huán)路，所述光梳信號包括載波包絡相移頻率信號fceo、重復頻率信號fr或光拍頻頻率信號fbeat中的任一種信號；

9.一種用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制方法，其特征在于，應用于如上述權利要求1~8任一項所述的用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制系統(tǒng)，所述方法包括：

10.根據(jù)權利要求9所述的用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制方法，其特征在于，所述光梳信號與所述參考信號之間的頻率差與所述鑒相信號的斜率成正比，所述光梳信號與所述參考信號之間的相位差與所述鑒相信號的電壓成正比。

技術總結
本發(fā)明公開了一種用于光生超穩(wěn)微波源的光梳頻率控制系統(tǒng)及方法，包括：至少一條光梳信號頻率調整環(huán)路，環(huán)路包括光學頻率梳、鑒相器、相位差提取電路和PID電路；光學頻率梳的輸出端與鑒相器的輸入端電連接，鑒相器的一個輸入端還接入?yún)⒖夹盘?，鑒相器的輸出端與相位差提取電路的輸入端電連接，相位差提取電路的輸出端與PID電路的輸入端電連接，PID電路的輸出端與光學頻率梳的輸入端電連接。本發(fā)明能夠實現(xiàn)更大鑒相范圍、更低底噪聲和更高增益帶寬的光梳頻率控制系統(tǒng)。

技術研發(fā)人員：陳鑫,張攀,饒冰潔,李銘坤,胡珍源,楊西光,張首剛
受保護的技術使用者：中國科學院國家授時中心
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9