[发明专利]基于欠采样的激光频率锁定至光频梳方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于欠采样的激光频率锁定至光频梳方法及装置。将待稳频激光和光频梳的激光合光后处理得到探测信号，通过滤波器去除光频梳的梳齿之间的模间自拍频信号，然后对保留的拍频信号进行欠采样采集为数字信号，欠采样过程中各个拍频信号频谱将反折或折叠到第一奈奎斯特区，将各个拍频信号叠加获得总拍频信号，通过锁相放大器获得总拍频信号和参考正弦信号之间的相位误差信号，通过数字PID运算后获得频率反馈控制信号，用频率反馈控制信号对待稳频激光器的输出频率进行调整实现偏频锁定。本发明解决了激光器锁定至光频梳技术中拍频信号信噪比难以提高的问题，提高了激光频率稳定度，可以广泛适用于激光精密计量领域。

主权项

1.一种基于欠采样的激光频率锁定至光频梳方法，其特征在于：1)将待稳频激光和光频梳的激光合光后处理得到探测信号，拍频信号包括光频梳的梳齿之间的模间自拍频信号以及待稳频激光与光频梳的相邻梳齿之间的拍频信号；2)通过滤波器去除光频梳的梳齿之间的模间自拍频信号，然后对保留的拍频信号进行欠采样采集为数字信号，其中欠采样的采样频率与光频梳的重复频率相同且溯源至同一原子时钟；3)根据信号频谱对待稳频激光与光频梳的相邻梳齿之间的各个拍频信号按照待稳频激光和梳齿之间的相邻程度进行排序编号，从最相邻的梳齿开始从数字0开始用阿拉伯数字编号，并按梳齿在待稳频激光的左右侧位置将编号分为正负号，在待稳频激光左侧的梳齿对应的拍频信号编为正号，在待稳频激光右侧的梳齿对应的拍频信号编为负号，与待稳频激光频率左侧最接近的梳齿对应的拍频信号编为零；4)由欠采样获得的数字信号进行求解获得待稳频激光与光频梳的相邻梳齿之间的各个拍频信号；5)将各个拍频信号叠加获得总拍频信号，公式如下：其中，j表示拍频信号的编号，‑4～4表示拍频信号的编号的范围，A[j]表示编号j的拍频信号的幅值，Ts表示欠采样的采样周期，k表示离散的时间序号，Fsample(fb[j])表示欠采样的频谱转换函数，fb表示偏差频率；6)通过锁相放大器获得总拍频信号和参考正弦信号之间的相位误差信号，参考正弦信号是由直接数字频率合成器产生的正弦信号，通过数字PID运算后获得激光频率反馈控制信号，用激光频率反馈控制信号对待稳频激光器的输出频率进行调整实现偏频锁定。