[发明专利]用于集成光波导陀螺谐振频率跟踪的高带宽信号检测方法

权利要求书

1.用于集成光波导陀螺谐振频率跟踪的高带宽信号检测方法,其特征在于,具体步骤如下：

步骤一、搭建用于集成光波导陀螺的新型谐振频率双跟踪系统的工作电路结构；

步骤二、激光器输出的光信号经光学单边带(OSSB)调制器后，再经集成光学调制器调制，从调制的光电场中计算环形波导谐振腔输入光的频率；

OSSB调制器调制后的光电场，计算公式如下：

其中，E₀e^iωt为激光器输出的光信号，ω为激光频率；J_m(β)为m阶贝塞尔函数，β_OSSB是OSSB调制器的调制指数，ω_OSSB是OSSB调制器的频移；m和i^m是OSSB调制的贝塞尔展开结果；

集成光学调制器调制的光电场，计算公式如下：

其中，ω_c是集成光学调制器的调制频率，β是调制指数，J_n(β)是n阶贝塞尔函数；

由此得到，谐振腔输入光的频率是ω+ω_OSSB+nω_c；

步骤三、输入光在环形波导谐振腔中传输，光电探测器PD实时检测环形波导谐振腔的输出光，并被解调为包括低频分量ε(δω_l)和高频分量ε(δω_h)的闭环误差信号；

在波导环形谐振腔WRR中，当谐振腔的谐振频率固定时，谐振腔输出的光强大小随输入光频率的变化而变化，具体是根据谐振腔的传递函数而改变；

传递函数表示为：

其中，G为k₁,k₂是两个耦合器的分束比，α₁,α₂为两个耦合器的附加损耗，α_L是波导的传输损耗，R为谐振腔的半径，Q是谐振腔的损耗系数，τ是光在谐振腔内传输一圈的时间；

然后，由光电探测器检测的谐振腔的输出光被解调为谐振频率跟踪的闭环误差信号，谐振频率跟踪的闭环误差信号ε是频率偏差δω的函数，表示为：

其中，谐振频率偏差δω满足等式δω＝ω₀-(ω+ω_OSSB)，其中ω₀为谐振腔的谐振频率；I₀是由掺铒光纤放大器EDFA放大的OSSB频移信号的功率，斜率是与全宽半最大值FWHM，精细度F，调制频率ω_c和调制指数β相关的值,o(δω²)是δω²的高阶无穷小项；

谐振频率跟踪的闭环误差信号通过低通滤波器LPF分为低频分量ε(δω_l)和高频分量ε(δω_h)；

步骤四、闭环误差信号的低频分量ε(δω_l)传输给低频控制器，低频控制器的输出信号通过线性放大器LA反馈调节激光的频率，输送给激光器；

低频控制器的输出信号u_l(δω_l)表示为：

其中，k_l是低频控制器的反馈增益；

步骤五、高频分量ε(δω_h)通过高频控制器进行传递，高频控制器的输出经过FPGA中的数字频率合成器DDS转换为余弦信号，余弦信号经过锁相环PLL和90°电桥HC输入到OSSB调制器中，驱动Mach-Zehnder干涉仪MZI以调整OSSB频移信号的频移ω_OSSB以锁定谐振频率；

步骤六、低频控制器控制激光器的激光频率在大范围内变化，高频控制器在小的跟踪范围内实现快速跟踪谐振频率变化，确保在同步过程中谐振频率跟踪的闭环误差为0。