[发明专利]一种基于闭环反馈的拉曼激光系统相位噪声自动补偿装置及方法

权利要求书

1.一种基于闭环反馈的拉曼激光系统相位噪声自动补偿装置，包括激光光源、分束器、电光调制器、声光调制器、合束器、半透半反镜、相位调制器、起偏器、光电探测器、低噪声微波放大器、混频器、低通滤波器、模数转换器、FPGA、数模转换器、低频放大器、移相器；

激光光源发出的激光进入分束器，分束器的一端输出端与电光调制器的输入端相连，分束器的另外一端输出端与声光调制器的输入端相连，电光调制器的输出端与声光调制器的输出端一同输入合束器，合束器输出的拉曼激光进入半透半反镜，半透半反镜形成透射激光和反射激光，反射激光进入相位调制器，相位调制器的输出端与起偏器的输入端相连，起偏器的输出激光进入光电探测器，光电探测器的输出端与低噪声微波放大器的输入端相连，低噪声微波放大器的输出端与混频器的输入端相连，混频器的输出端与低通滤波器的输入端相连，低通滤波器的输出端与模数转换器的输入端相连，模数转换器的输出信号进入FPGA，FPGA的输出信号进入数模转换器，数模转换器的输出端与低频放大器的输入端相连，低频放大器的输出信号进入移相器，移相器的输出端与声光调制器的输入端相连。

2.一种基于闭环反馈的拉曼激光系统相位噪声自动补偿方法，具体为：激光光源输出的激光经过分束器分为两束激光，一束激光通过电光调制器移频，另一束激光通过声光调制器移频，移频后的两束激光经过合束器合成拉曼激光，在拉曼激光系统的输出端设有半透半反镜，获取部分拉曼激光作为闭环反馈系统的输入，拉曼激光信号为：

I(t)＝I₀[1+cos(2πft+φ_L(t)+φ_S(t))](1.1)

其中：I₀为光电流的幅值，f＝6.834GHz，为两束激光的频率差，φ_L(t)为光路的相位噪声，φ_S(t)为微波源的相位噪声；

首先对拉曼激光进行相位方波调制，调制使得两束激光的相位差为或然后对调制后的激光进行起偏，起偏后的光信号进入光电探测器，光电探测器将光信号转换为微波信号，忽略光频项，被测微波信号为：

U(t)＝U₀cos(2πft+φ_L(t)+φ_S(t)+φ_M(t)) (1.2)

其中：U₀为电压幅值，f＝6.834GHz，为两束激光的频率差，φ_L(t)为光路的相位噪声，φ_S(t)为微波源的相位噪声，φ_M(t)为调制信号，调制信号为：

φM(t)=π/2,kT≤t<(k+1/2)T3π/2,(k+1/2)T≤t<(k+1)t,k=0,1,2...---(1.3)]]>

其中：T为调制信号的周期；

引入参考微波信号，通过混频器将被测微波信号进行下变频，参考微波信号与被测微波信号由同一个微波源产生，忽略参考微波信号和被测微波信号之间的时间延迟，参考微波信号为：

U_R(t)＝U_Rcos[2πft+φ_S(t)] (1.4)

其中：U_R为电压幅值，f＝6.834GHz，为参考微波信号的频率，φ_S(t)为微波源的相位噪声；

被测微波信号经过下变频之后，经过低通滤波器进行滤波，由(1.2)和(1.4)得到被测微波信号滤波后形式为：

U(t)=12U0URcos[φL(t)-φM(t)]---(1.5)]]>

已知φ_M(t)为或者被测微波信号简化为：

U(t)=12U0URsinφL(t)sinφM(t)=±12U0URsinφL(t)---(1.6)]]>

因为φ_L(t)为微弱的缓慢变化的信号，则被测微波信号简化为：

U(t)=±12U0URφL(t)---(1.7)]]>

利用模数转换器将φ_L(t)转换为数字信号，通过FPGA对被测微波信号进行处理，再利用数模转换器将其转换为模拟电压信号，利用低频放大器对被测微波信号的功率进行放大，经过功率放大的模拟信号作为移相器的输入以控制移相器输出与之对应的相位信号，该相位信号作为反馈信号通过声光调制器耦合进入光路，得到经过闭环反馈的拉曼激光信号的形式为：

I(t)＝I₀[1+cos(2πft+φ_S(t))](1.8)。