[发明专利]一种数字PDH误差解算模块和激光器系统

说明书

本申请公开了一种数字PDH误差解算模块，用于激光器输出频率调节，包括：DDS，生成中频正交信号sin和cos；输入信号分为两路，分别与sin和cos相乘后经二阶低通滤波得到同相支路信号I和正交支路信号Q；信号I和信号Q分别经过平方器，将输出信号相加后再经过开方器；当I路信号大于0时，所述开方器输出为第一控制信号；当I路信号小于0时，所述开方器反相输出为第一控制信号。本申请还包含所述超数字PDH误差解算模块的激光器系统。本申请解决激光器频率控制精度不高的问题。

技术领域

本申请涉及激光器领域，尤其涉及一种数字PDH误差解算模块和激光器系统。

背景技术

窄线宽激光在时间频率传递、光频率标准、超稳微波信号产生、精密激光光谱、引力波探测以及基本物理实验等方面有着重要的应用。Pound-Drever-Hall(PDH)方法是将激光器的输出频率与光学参考腔的共振频率进行比较，获得误差信号，在通过反馈的方式调节激光器输出频率，从而将激光器输出频率锁定在参考腔的共振频率上。该方法具有鉴频特性好、信噪比高、伺服响应快等特点。

目前，获得PDH误差信号通常采用分立式模拟器件产生并解算。采用相干解算的方法，通过信号发生源或DDS生成两路同频正弦信号，一路输入电光调制器对激光进行光外差调制，由光电探测器接收光学参考腔反射光信号转换为电信号，获得带调制载波的误差信号，与相移后的另一路正弦信号混频，再经过低通滤波器解算出误差信号。

相干解算要求本振信号相位光电探测器得到的电信号载波相位严格匹配，在实践中通过调整信号源两路正弦信号的相移，同时观察示波器误差信号波形，通过调节相移得到误差信号最大幅度确定相移量。该方法忽略了传输线中相位随时间的变化，不可避免地引入了噪声，降低系统的控制精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字PDH误差解算模块和激光器系统，解决激光器频率控制精度不高的问题。

本申请实施例提供一种数字PDH误差解算模块，用于激光器输出频率调节，所述数字PDH误差解算包括DDS、乘法器、平方器、开方器、低通滤波器、判别器、反相器。其中，DDS，生成中频正交信号sin和cos；输入信号分为两路，分别与sin和cos相乘后经二阶低通滤波得到同相支路信号I和正交支路信号Q。信号I和信号Q分别经过平方器，将输出信号相加后再经过开方器。当I路信号大于0时，所述开方器输出为第一控制信号；当I路信号小于0时，所述开方器反相输出为第一控制信号。

优选地，所述数字PDH误差解算模块进一步包括ADC和DAC。所述ADC位于所述数字PDH误差解算模块的输入端；所述DAC位于所述数字PDH误差解算模块的输出端。

进一步地，所述数字PDH误差解算模块还输出第二控制信号、第三控制信号。所述sin信号输出为第二控制信号，用于调节激光器输出频率。所述数字PDH误差解算模块包含三角波生成器时，三角波生成器用于产生三角波信号作为第三控制信号，所述第三控制信号用于控制激光器扫频。

进一步地，所述数字PDH误差解算模块，还包括信号调理单元。所述信号调理单元配置在所述数字PDH误差解算模块的输入端和/或输出端。所述信号调理单元，用于调节信号幅度和偏置、对模拟信号进行低通滤波，滤波带宽小于ADC或DAC采样率的一半。

本申请还提出一种数字PDH误差解算的激光器系统，使用本申请任意一项实施例所述的数字PDH误差解算模块，所述系统还包含

顺序连接的激光器、光纤隔离器、声光调制器、光纤耦合器、电光调制器、环形器；

所述光纤耦合器旁路输出稳定激光；

所述环形器输出端口的光经光纤耦合镜进入光学参考腔，生成反射光返回至所述环形器输出端；

所述环形器输出端口返回的光经第三端口输出至光电探测器，获得误差信号，作为所述数字PDH误差解算模块的输入信号；