面向光频梳的低噪电源和频率锁定模块的设计及制作
发布时间：2021-07-26 13:54
光频梳是一种基于锁模激光器和频率稳定电路的频率源。它利用微波领域的锁相环原理将脉冲激光频率锁定到高稳定度的频率源上保证光脉冲频率的高稳定度。锁定后的光频梳形成一个光频和微波频率直接连接,研究人员把它称作光齿轮。由于锁定后的光频梳具有很高的频率精度,它作为光学时钟广泛应用于精密测量等领域,如光学计量学,频率链生成,光学原子钟,高精度光谱学和更精确的GPS技术等一些应用潜力很强的技术。电源是一个系统运行的能量源泉,低噪声,纹波小的电源对于系统的运行至关重要,特别是对于精密设备,电源的噪声会直接地影响整个系统的噪声。光频梳系统内部的敏感器件众多,为了满足光频梳小型化,低噪声的频率输出,一个低噪声结构紧凑的电源对于光频梳不可或缺。另一方面,目前国内的研制出光频梳系统频率锁定部分体积巨大,频率信号处理和鉴相及锁定控制环节都是通过锁相放大器和伺服仪器进行锁定,并没有针对系统做特殊的锁定电路设计,导致整个系统非常臃肿。为了将光频梳应用于更多领域,一个小型化的低噪电源和结构紧凑的频率锁定模块显得尤为重要。本文利用低压差线性稳压器设计并制作了面向光频梳系统的低噪供电模块,同时设计并制作光频梳输出光的重复...
【文章来源】：陕西师范大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１光频梳的时域和频域图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｄｏｍａｉｎ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｃｏｍｂｓ??
低压差线性稳压器（ＬＤＯ）是利用负反馈原理进行线性实时电压控制的一种电??源芯片。典型的低压差线性稳压器（ＬＤＯ）由参考电压、误差放大器、反ｆ分压器和??传输晶体管组成，它们通过一个电阻反馈网络提供反馈信号。如图２－２南示。输出??电流通过传输晶体管控制。传输器件的栅极电压由误差放大器调控，误差放大器输??出参考电压和反馈电压的差值，然后将两者的差值放大调整传输晶体管的栅极电??压从而调节输出电压以减小误差电压。当ＬＤＯ输出端电压下降时，通过电阻反馈??网络提供反馈信号，误差放大器同向输入端的电压上升，通过和误差放大器反相输??入端的基准电压进行比较，调整误差放大器输出信号调整栅极电压，从而驱动功率??器件向外提供更多的电流，抬升ＬＤＯ的输出电压。ＬＤＯ输出电压上升时过程则相??反。??９??
陕西师范大学硕士学位论文??电学模块具体结构包括信号的探测放大和处理部分、锁定控制部分。如图２－５??所示。探测到的重复频率信号经光电探测器后通１Ｇ的带通滤波器后做１００分频后??与恒温高稳晶振（ＯＣＸＯ）的１０ＭＨｚ参考信号做鉴相，鉴相后的误差信号通过模数??转换器（ＡＤＣ）采集到ＦＰＧＡ里，ＦＰＧＡ再对误差信号做处理压电陶瓷（ＰＺＴ）—个反??馈电压，动态调节腔长。??探测到的载波包络偏移频率信号经光电探测器后通过电路板的微带线分为粗??调和精调两路。粗调一路经过一个低通滤波器后滤出在４０ＭＨｚ附近波动的信号，??通过与一个扫频信号混频后，再通过一个低通滤波器将混频后的低频信号送到??ＦＰＧＡ；精调一路通过一个带通滤波器滤出６４０ＭＨｚ的信号后做６４分频再和恒温??高稳晶振的１０ＭＨｚ信号做鉴相，将鉴相后的信号再输入ＦＰＧＡ。??｜—－－?ｂｆ?—謹一卜?＿?Ｘ?－－－?－—??＾ｉ＞｜?ｆｒｅｐ?ＴＰＨＤ??士?＜?－?－?－?＇?—?Ｐｕｌｔｕｎ?－?－－?－?－??Ｊｃｅｏ?＿ｐ＾ｅｒ??＾ＪＬｐｈｄ??Ｌ?＾?ＢＦ?－?－?６４０ＭＨｚ?一?＋６４?－?Ｘ?????图２－５光频梳系统电学模块??Ｆｉｇｕｒｅ?２－５?Ｏｐｔｉｃａｌ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｃｏｍｂ?ｓｙｓｔｅｍ?ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?ｍｏｄｕｌｅ??其中ＰＤ为光电探测器（Ｐｈｏｔｏ?Ｄｅｔｅｃｔｏｒ），ＢＦ为带通滤波器（Ｂａｎｄ?ｐａｓｓ?Ｆｉｌｔｅｒ），??ＬＦ?为低通滤波器（Ｌｏｗ?ｐａｓｓ?Ｆｉｌｔｅｒ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]光纤飞秒光学频率梳的研制及绝对光学频率测量[J]. 孟飞,曹士英,蔡岳,王贵重,曹建平,李天初,方占军. 物理学报. 2011(10)
[2]高稳定度低纹波的线性稳压电源设计[J]. 王云烨,余水宝,宋军. 微型机与应用. 2011(19)
[3]飞秒钛宝石光学频率梳的精密锁定[J]. 韩海年,张炜,王鹏,李德华,魏志义,沈乃澂,聂玉昕,高玉平,张首刚,李师群. 物理学报. 2007(05)
博士论文
[1]脉冲光纤激光器及超稳光纤光学频率梳的实验研究[D]. 庞利辉.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2017
[2]联动双飞秒光纤光频梳技术与微腔光频梳理论研究[D]. 徐昕.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2016
硕士论文
[1]无线通信信号测试系统时钟同步控制方法研究及实现[D]. 王暘.中国科学院大学(工程管理与信息技术学院) 2013
[2]掺铒光纤激光器强度噪声的研究[D]. 张飞.安徽大学 2011
[3]DC/DC变换器的纹波电压测试及数据处理[D]. 蒋利田.华南理工大学 2010
[4]铌锰—锆钛酸铅压电陶瓷材料的研究[D]. 刘亚威.天津大学 2009
[5]铌锑—锆钛酸铅系压电陶瓷的研究[D]. 张伟.天津大学 2008
本文编号：3303691
【文章来源】：陕西师范大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１光频梳的时域和频域图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｄｏｍａｉｎ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｃｏｍｂｓ??
低压差线性稳压器（ＬＤＯ）是利用负反馈原理进行线性实时电压控制的一种电??源芯片。典型的低压差线性稳压器（ＬＤＯ）由参考电压、误差放大器、反ｆ分压器和??传输晶体管组成，它们通过一个电阻反馈网络提供反馈信号。如图２－２南示。输出??电流通过传输晶体管控制。传输器件的栅极电压由误差放大器调控，误差放大器输??出参考电压和反馈电压的差值，然后将两者的差值放大调整传输晶体管的栅极电??压从而调节输出电压以减小误差电压。当ＬＤＯ输出端电压下降时，通过电阻反馈??网络提供反馈信号，误差放大器同向输入端的电压上升，通过和误差放大器反相输??入端的基准电压进行比较，调整误差放大器输出信号调整栅极电压，从而驱动功率??器件向外提供更多的电流，抬升ＬＤＯ的输出电压。ＬＤＯ输出电压上升时过程则相??反。??９??
陕西师范大学硕士学位论文??电学模块具体结构包括信号的探测放大和处理部分、锁定控制部分。如图２－５??所示。探测到的重复频率信号经光电探测器后通１Ｇ的带通滤波器后做１００分频后??与恒温高稳晶振（ＯＣＸＯ）的１０ＭＨｚ参考信号做鉴相，鉴相后的误差信号通过模数??转换器（ＡＤＣ）采集到ＦＰＧＡ里，ＦＰＧＡ再对误差信号做处理压电陶瓷（ＰＺＴ）—个反??馈电压，动态调节腔长。??探测到的载波包络偏移频率信号经光电探测器后通过电路板的微带线分为粗??调和精调两路。粗调一路经过一个低通滤波器后滤出在４０ＭＨｚ附近波动的信号，??通过与一个扫频信号混频后，再通过一个低通滤波器将混频后的低频信号送到??ＦＰＧＡ；精调一路通过一个带通滤波器滤出６４０ＭＨｚ的信号后做６４分频再和恒温??高稳晶振的１０ＭＨｚ信号做鉴相，将鉴相后的信号再输入ＦＰＧＡ。??｜—－－?ｂｆ?—謹一卜?＿?Ｘ?－－－?－—??＾ｉ＞｜?ｆｒｅｐ?ＴＰＨＤ??士?＜?－?－?－?＇?—?Ｐｕｌｔｕｎ?－?－－?－?－??Ｊｃｅｏ?＿ｐ＾ｅｒ??＾ＪＬｐｈｄ??Ｌ?＾?ＢＦ?－?－?６４０ＭＨｚ?一?＋６４?－?Ｘ?????图２－５光频梳系统电学模块??Ｆｉｇｕｒｅ?２－５?Ｏｐｔｉｃａｌ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｃｏｍｂ?ｓｙｓｔｅｍ?ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?ｍｏｄｕｌｅ??其中ＰＤ为光电探测器（Ｐｈｏｔｏ?Ｄｅｔｅｃｔｏｒ），ＢＦ为带通滤波器（Ｂａｎｄ?ｐａｓｓ?Ｆｉｌｔｅｒ），??ＬＦ?为低通滤波器（Ｌｏｗ?ｐａｓｓ?Ｆｉｌｔｅｒ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]光纤飞秒光学频率梳的研制及绝对光学频率测量[J]. 孟飞,曹士英,蔡岳,王贵重,曹建平,李天初,方占军. 物理学报. 2011(10)
[2]高稳定度低纹波的线性稳压电源设计[J]. 王云烨,余水宝,宋军. 微型机与应用. 2011(19)
[3]飞秒钛宝石光学频率梳的精密锁定[J]. 韩海年,张炜,王鹏,李德华,魏志义,沈乃澂,聂玉昕,高玉平,张首刚,李师群. 物理学报. 2007(05)
博士论文
[1]脉冲光纤激光器及超稳光纤光学频率梳的实验研究[D]. 庞利辉.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2017
[2]联动双飞秒光纤光频梳技术与微腔光频梳理论研究[D]. 徐昕.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2016
硕士论文
[1]无线通信信号测试系统时钟同步控制方法研究及实现[D]. 王暘.中国科学院大学(工程管理与信息技术学院) 2013
[2]掺铒光纤激光器强度噪声的研究[D]. 张飞.安徽大学 2011
[3]DC/DC变换器的纹波电压测试及数据处理[D]. 蒋利田.华南理工大学 2010
[4]铌锰—锆钛酸铅压电陶瓷材料的研究[D]. 刘亚威.天津大学 2009
[5]铌锑—锆钛酸铅系压电陶瓷的研究[D]. 张伟.天津大学 2008
本文编号：3303691
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