介紹了查看鎖相放大器輸入噪聲水平的方法
激光器偏頻鎖定，一種基於(yu) FPGA国产成人在线观看免费网站於(yu) 光學鎖相環的四通道相位表
穩定性對於(yu) 靈敏度高的測量係統至關(guan) 重要， 它是決(jue) 定係統準確度和精密性的關(guan) 鍵參數。 就像電壓表中的參考電壓一樣，激光的頻率和相位必須參考一個(ge) 穩定的源。在這篇技術文章中，我們(men) 介紹了光學係統中的偏移鎖相法的国产成人在线观看免费网站，此方法可以將一個(ge) 光學係統的穩定性轉移到另一個(ge) 光學係統，使得此係統達到同樣穩定的效果。這是我們(men) 上海昊量光電設備有限国产黄色在线观看推出的Moku：Lab的国产欧美在线實現了此功能。
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一． 簡介
光學鎖相是一種常見的技術，他能夠將一束激光的頻率和相位特性傳(chuan) 遞給另一束激光。它通常用於(yu) 外差計量、自由空間光通信和光譜国产成人在线观看免费网站。 在這篇技術文章中，我們(men) 討論了使用數字相位表實現偏移相位鎖定，並描述了鎖相後雙激光器的穩定性。
光學偏移鎖相（簡而言之）簡單地說，偏移鎖相穩定了兩(liang) 個(ge) 激光器之間的相位差，實現過程如下：首先測量兩(liang) 台激光器的相位差；第二，通過反饋並調節其中一台激光器的頻率來穩定相位差。
測量兩(liang) 個(ge) 激光器之間的相位差是一個(ge) 相對簡單的過程，結合兩(liang) 個(ge) 激光器的輸出（通過一個(ge) 分束器或類似的裝置），並將組合的光束照射到一個(ge) 光電探測器上。其結果類似於(yu) 混頻過程，並在兩(liang) 個(ge) 激光器的差頻處產(chan) 生一個(ge) 振蕩信號。我們(men) 可以把這個(ge) 稱為(wei) 混頻後的信號。
光電二極管的功率用下麵公式描述：
PPD和EPD分別表示探測器上的能量和電場。E1和E2是每個(ge) 激光器的輸出場強，計算公式如下：
其中 ω1和ω2是各自的頻率，Φ1和Φ2是各自的相位，將公式2 和3帶入到公式1中，可以得到下麵公式：
注意，高階項通常在光電探測器的帶寬之外，重要的是要認識到，即使混頻後的信號包含了激光器的相位信息，這個(ge) 信息包含在信號的參數中，並且在這種形式的反饋係統中使用相對困難。為(wei) 了從(cong) 混頻後的信號中提取相位，我們(men) 使用了相位檢測器。一個(ge) 簡單的鑒相器由一個(ge) 混頻器和一個(ge) 低通濾波器組成，該濾波器將信息轉換為(wei) 基帶，以便用於(yu) 反饋係統。
一旦把基帶中的相位信號反饋到其中一個(ge) 激光器， 可以消除兩(liang) 個(ge) 激光器之間的任何差異。圖1總結了完整的設置。
圖1 ：典型偏移激光鎖頻係統示意圖
二． 鎖相環(PLL) -----一種不同類型的鑒相器
雖然混頻器和低通濾波器對於(yu) 大多數偏置鎖相係統是足夠的，但也有其局限性。首先，混頻器-濾波器組合的範圍限製在±π/2，並且係統的相位輸出隻有在非常接近於(yu) 零時才會(hui) 是線性的。這些範圍和線性問題往往使係統難以處理大的波動。在這些情況下，使用額外的鎖相環（PLL）代替標準的混頻器-濾波器進行相位檢測可能會(hui) 有所幫助。
鎖相環是一種用來在兩(liang) 個(ge) 振蕩器之間建立穩定的頻率和相位關(guan) 係的技術。它被廣泛国产成人在线观看免费网站於(yu) 現代電子、集成芯片等許多領域。鎖相環有三個(ge) 主要組成部分:鑒相器，環路濾波器和可控/可調振蕩器。該鑒相器產(chan) 生包含與(yu) 兩(liang) 個(ge) 信號之間的相位差（近似）成比例的直流分量的信號。然後將該信號發送到環路濾波器（低通和/或PID），從(cong) 鑒相器中去除高次諧波。濾波後的誤差信號被送到振蕩器，振蕩器的輸出頻率由輸入的直流電壓控製。通過形成這個(ge) 閉環並調諧環路濾波器，可以實現兩(liang) 個(ge) 振蕩器的穩定相位關(guan) 係。
圖2：典型的鎖相環框圖
鎖相環在初始鎖的獲取，去除非線性影響(如周期滑動)，和確保更穩定的鎖方麵是有幫助的。
三． 用Moku:Pro進行偏移鎖相
為(wei) 了演示了Moku:Pro的相位表偏移鎖相結構，我們(men) 使用了兩(liang) 個(ge) 非平麵環形振蕩（NPRO）激光器，主激光器和從(cong) 激光器的光束在分束器處合並，並在光電二極管上進行幹涉，如圖3所示。混頻後的信號與(yu) Moku:Pro的輸入1相連。然後將反饋信號連接到下一激光器的頻率控製器上。
圖3：激光偏移鎖頻的儀(yi) 器設置
3.1 設置鎖相功能參數
在實現鎖相之前，需要將係統參數調整到工作範圍。為(wei) 了能夠鎖定信號，熱驅動器被用來粗略地調整激光，以在Moku:Pro輸入的600 MHz帶寬內(nei) 產(chan) 生混頻信號。一旦進入量程，相位表可以通過使用自動獲取功能或手動設置頻率來跟蹤混頻信號。有關(guan) 相位表的詳細信息，請參閱參考資料[5]和相位表用戶手冊(ce) 。
設置輸出使用相位和選擇電壓縮放（這可以被視為(wei) 增益在一個(ge) 典型的控製回路）。你可以從(cong) 一個(ge) 小的增益開始，逐漸增加增益來優(you) 化係統。
圖4：控製回路的初始增益可以通過“縮放”在“輸出”窗口中設置
手動操作時，可以使用初始頻率來調整偏移鎖相器的頻率，以達到到所需的頻率。
圖5：偏移頻率可以通過“Channel”窗口下的“Frequenc”進行調整
3.2 自鎖性能
使用Moku:Lab上運行的獨立相位表測量鎖相的性能。圖6顯示了在測量60秒時的鎖定和自由運行頻率(a)和相位(b)。可以清楚地看到，兩(liang) 個(ge) 激光器之間的相位和頻率波動都明顯減小。
圖6：混頻信號在被鎖與(yu) 不被鎖的情況下的頻率a和相位b圖示
以頻率的幅值譜密度為(wei) 例，測得穩定性提高了4個(ge) 數量級以上，從(cong) 1 Hz/√Hz的相對頻率穩定性降低到0.1 Hz。
圖7：鎖相前後偏移混頻信號的振幅譜密度圖
四． 總結
激光偏移鎖定保持了主激光器和從(cong) 激光器之間的頻率差。在這樣的係統中，相位誤差信號的動態範圍通常超過2π，此時混頻器型的相位檢測器可能無法連續跟蹤信號。Moku:Pro的相位表實現了四個(ge) 獨立的鎖相環相位檢測器，並且有自動相位展開功能。在兩(liang) 個(ge) 激光器之間，以82 MHz的偏移量實現了穩定鎖頻，在10 Hz時的頻率穩定性優(you) 於(yu) 1 Hz/ √Hz。
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