[发明专利]一种用于光纤激光器频差锁定的预补偿反馈控制系统和方法

说明书

本发明公开了一种用于光纤激光器频差锁定的预补偿反馈控制系统和方法，其特征在于，包括参考光源部分，可控单频光纤激光器部分、频差信号探测部分以及预补偿反馈控制部分。该发明利用长短期记忆网络对于下一时刻的频差信号频率变化进行预测，进而对频差信号进行预补偿；采用声光调制器实现快环反馈控制提高锁定精度；利用压电陶瓷实现慢环反馈控制扩大锁定带宽范围。

技术领域

本发明属于激光应用技术领域，特别涉及一种用于光纤激光器频差锁定的预补偿反馈控制系统。

背景技术

近年来伴随着相干光通信，相干探测，相干合成等方向技术的进一步发展，对于激光器频差锁定提出了新的需求。目前基于传统模拟锁相环的频差锁定技术受限于锁相环的捕获带宽和跟踪带宽不能实现长时间稳定运行，而且锁定精度不高，一般的锁定结果均方根误差在400KHz左右。

传统的基于模拟锁相环的频差锁定技术要求反馈器件均为模拟控制器件，其控制精度受限于模拟信号的精度。同时用于光纤激光器的常规反馈器件一般为压电陶瓷，该器件受限于自身的蠕变效应和迟滞效应会带来调控的非线性从而影响锁定精度。

发明内容

要解决的技术问题

本发明提出一种用于光纤激光器频差锁定的预补偿反馈控制系统和方法，其目的是结合声光调制器的线性移频特性来补偿压电陶瓷调节的非线性并提高基于光纤激光器的频差锁定系统的锁定精度。

技术方案

为解决上述技术问题，本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种用于光纤激光器频差锁定的预补偿反馈控制系统组成包括：参考光源部分，可控单频光纤激光器部分、频差信号探测部分以及预补偿反馈控制部分，所述参考光源部分包括参考单频光纤激光器；所述可控单频光纤激光器部分包括泵浦，环形腔，声光调制器，光纤布拉格光栅，压电陶瓷，其装配结构为：压电陶瓷安装在光纤布拉格光栅下，其输出接入环形腔，声光调制器放置在环形腔输出处；所述频差信号探测部分包括第一光纤耦合器，第二光纤耦合器，50：50光纤耦合器，高速光电探测器，频率计数器，其装配结构为：第一10:90光纤耦合器接参考单频光纤激光器输出，10％激光输出作为参考光，第二10:90光纤耦合器接声光调制器输出，10％激光输出作为被控光，参考光和探测光同时输入50：50光纤耦合器内，50：50耦合器输出接高速光电探测器，高速光电探测器输出接频率计数器；所述预补偿反馈控制部分包括锁频控制模块，压电陶瓷促动器，声光调制器驱动，其装配结构为：锁频控制模块输入接频率计数器输出，压电陶瓷促动器和声光调制器驱动分别接锁频控制模块的两个控制输出口，两者的输出分别接压电陶瓷和声光调制器。

一种用于光纤激光器频差锁定的预补偿反馈控制方法，该方法包括以下步骤：

(1)开启参考单频光纤激光器，经过预热后，激光器输出单个纵模激光，作为参考单频光纤激光器的输出光，其光波频率记为v_r，此输出通过第一10:90光纤耦合器分出10％的激光输出作为参考光；

(2)启动声光调制器驱动和泵浦，向环形腔内注入泵浦光，经过光纤布拉格光栅的选模作用后输出单个纵模激光，单纵模激光经过初始驱动频率为f₁＝300MHz的声光调制器进行初始化移频，其对应的输出激光的频率记为v₁+f₁，此激光再通过第二10:90光纤耦合器分出10％的激光输出作为测试光；

(3)将参考光和信号光输入到50：50光纤耦合器中进行光学混频获得光学拍频信号，利用高速光电探测器将光学拍频信号转换为电信号，该电信号的频率数值大小即为参考光和探测光的频率差值，其大小为f_d＝v₁+f₁-v_r＝f₁+Δv由频率计数器测量得到，同时设定锁定目标频率差f_b；