[发明专利]用于光生超稳微波源的飞秒光梳状态自动检测优化方法

说明书

本发明公开了一种用于光生超稳微波源的飞秒光梳状态自动检测优化方法，包括：在飞秒光梳系统闭环工作条件下，利用检测单元实时检测载波包络相移频率信号和重复频率信号的相关参数；由参数控制系统根据检测到的相关参数得到对应的检测结果，将得到的检测结果与对应的预设值比较，当比较结果不满足相应的工作状态要求时，对飞秒光梳系统中PI控制电路的控制参数依据相应的调整策略进行调整；其中，控制参数包括比例参数P和/或积分参数I。本发明能实现飞秒光梳系统工作状态实时自动检测和优化的目的，能够解决飞秒光梳系统在不同工作环境条件长期运行时，受环境影响导致的性能指标恶化问题，能够保证系统长期稳定、高精度运行。

技术领域

本发明属于光生超稳微波源系统组成的飞秒光梳技术领域，具体涉及一种用于光生超稳微波源的飞秒光梳状态自动检测优化方法。

背景技术

飞秒光梳可以使激光的频率或相位稳定到一个外部参考源，锁定控制电磁辐射(如可见光，红外，微波等电磁波)频率、相位，可以提高激光的精度和稳定性，可应用于高性能频标、雷达、导航等领域，也是光生超稳微波源的重要组成部分。光生超稳微波源是基于超稳激光和飞秒光梳的技术，可以将超高稳定度的超稳激光频率信号转换到微波频段产生超稳微波源，是目前频率稳定度最高的微波频率源。光生超稳微波源也是未来频率标准（即光频标）推广应用的基础，无论是时间的产生还是绝大多数的精密测量，都需要将光频标的输出激光变换为超稳的基带频率信号后才能够实现。

飞秒光梳在锁定电磁辐射频率方面有着重要的应用价值，可以实现对电磁频率的精确测量和控制。这是一种产生超稳微波信号的装置，为了实现这一目的，需要将飞秒光梳的重复频率和载波包络频移分别锁定到一个稳定的参考信号上，从而使光频梳的每一个频率齿都具有确定的数值。常用的锁定方法是利用锁相环技术，通过检测飞秒光梳与参考信号之间的相位差或拍频信号，将拍频信号与参考信号进行比较，得到误差信号；将误差信号输入PI控制电路，产生反馈信号；将反馈信号输入待锁定的光源，以调节飞秒激光器，使其保持与参考信号同步。其中，参考信号一般是由原子钟或稳定的激光器提供的。

随着飞秒光梳应用场景的增多，目前已经从环境较好的时频实验室走向无人值守的复杂环境，例如工厂、空间站、卫星和飞机平台等。现有飞秒光梳系统通过强化设计，能够短期适应复杂恶劣的工作环境，但是其在复杂恶劣环境条件下实时自我调节能力不足，导致其在无人值守和复杂环境条件下长期连续、稳定工作的能力欠缺，易受环境影响导致性能指标出现恶化。

目前提高飞秒光梳系统的环境适应性和系统连续运行能力的方法主要基于光学系统的参数优化展开，例如研制全保偏光纤的飞秒激光源，并结合人工智能算法，反馈检测激光器的运行状态。另外，华东师范大学曾和平课题组提出一种时频智能控制方法，即当锁模频率的偏移量超出控制系统的调节范围时，调控工作温度或泵浦光功率使其回复到自反馈调节范围内。上述方法主要通过调节飞秒激光源的参数，保证系统正常工作，而并未关注飞秒光梳系统指标，如相位噪声、频率稳定度等，因而不能保证飞秒光梳系统长期工作在最佳工作状态，因此无法保证其高精度特性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于光生超稳微波源的飞秒光梳状态自动检测优化方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明实施例提出了一种用于光生超稳微波源的飞秒光梳状态自动检测优化方法，包括：

在飞秒光梳系统闭环工作条件下，利用检测单元实时检测载波包络相移频率信号和重复频率信号的相关参数；

由参数控制系统根据检测到的相关参数得到对应的检测结果，将得到的检测结果与对应的预设值比较，当比较结果不满足相应的工作状态要求时，对所述飞秒光梳系统中PI控制电路的控制参数依据相应的调整策略进行调整；其中，所述控制参数包括比例参数P和/或积分参数I。

在本发明的一个实施例中，利用检测单元实时检测载波包络相移频率信号的相关参数，包括：

利用所述检测单元中的频谱分析电路实时检测所述载波包络相移频率信号的频谱。