[发明专利]一种大调谐量高精度锁定激光频率的控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种大调谐量高精度控制激光频率的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：主激光器、从激光器、合束装置、高速光电探测器、频率参考源、锁频装置和锁相装置；其中，所述主激光器和从激光器分别输出激光至合束装置；所述合束装置输出光至高速光电探测器产生拍频信号；拍频信号分别传输至锁频装置和锁相装置；所述锁频装置包括分频器和可编程逻辑器件CPLD，通过编写程序在CPLD中形成测频单元、锁相控制单元和主控单元；拍频信号经分频器转变成频率为原信号频率1/N的频率信号，传输至CPLD，CPLD以频率参考源提供的参考信号作为时钟基准，测频单元测得拍频信号的频率，传输至主控单元；主控单元将当前的拍频信号频率与拍频信号频率设定值相比较，获得数字锁频信号，并将数字锁频信号反馈回从激光器的电源，形成锁频环路；数字锁频信号调节从激光器的注入电流，从而调节从激光器的输出频率，以调节拍频信号的频率；调节频率后的拍频信号进一步输入至锁频装置，当拍频信号与拍频信号频率设定值的差值调节至锁相装置的工作动态范围内时，主控单元保持输出的数字锁频信号不变，通过锁相控制单元启动锁相装置工作；所述锁相装置包括依次连接的集成锁相芯片、低通滤波器和比例积分电路；集成锁相芯片将拍频信号与频率参考源提供的参考信号鉴相得到相应的误差信号，经过低通滤波器和比例积分电路调节后反馈回从激光器的电源，形成锁相环路；误差信号调节从激光器的注入电流，从而实现激光频率的锁定；同时，CPLD持续对拍频信号测频，当拍频信号的频率与拍频信号频率设定值的差值位于锁相装置的工作动态范围内时，保持输出的数字锁频信号不变；当拍频信号与拍频信号频率设定值的差值超出锁相装置的工作动态范围内时，CPLD断开锁相环路，开始更新输出的数字锁频信号，通过输出的数字锁频信号调节拍频信号，直至拍频信号再次满足锁相要求，最终通过锁相环路实现从激光器的输出频率锁定；其中，N为分频比，N为自然数。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述合束装置采用1/2玻片、偏振分束棱镜和1/4玻片；其中，主激光器输出激光，经1/2玻片调整偏振方向，与从激光器输出的激光一同输入偏振分束棱镜，合束后的激光经1/4玻片输入至高速光电探测器形成拍频信号。

3.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述高速光电探测器采用铟镓砷探测器。

4.一种基于权利要求1所述的控制系统的大调谐量高精度控制激光频率的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

1)主激光器和从激光器分别输出激光至合束装置；

2)合束装置输出光至高速光电探测器产生拍频信号；

3)拍频信号分别传输至锁频装置和锁相装置；

4)拍频信号经分频器转变成频率为原信号频率1/N的频率信号，然后传输至CPLD，CPLD以频率参考源提供的参考信号作为时钟基准，测频单元测得拍频信号的频率，传输至主控单元，其中，N为分频比，N为自然数；

5)主控单元将拍频信号的频率与拍频信号频率设定值相比较，如果拍频信号与拍频信号频率设定值的差值超出锁相装置的工作动态范围内时，进入步骤a)，如果拍频信号与拍频信号频率设定值的差值位于锁相装置的工作动态范围内时，进入步骤b)：

a)主控单元通过控制锁相控制单元停止锁相装置工作，主控单元更新数字锁频信号，并将数字锁频信号反馈回从激光器的电源，形成锁频环路；数字锁频信号调节从激光器的注入电流，从而调节从激光器的输出频率，以调节与主激光器合束后的拍频信号的频率，然后返回步骤1)；

b)主控单元保持输出的数字锁频信号不变，通过锁相控制单元启动锁相装置工作；集成锁相芯片将拍频信号与频率参考源提供的参考信号鉴相得到相应的误差信号，经过低通滤波器和比例积分电路调节后反馈回从激光器的电源，形成锁相环路，误差信号调节从激光器的注入电流，返回步骤1)，最终通过锁相环路实现从激光器的输出频率锁定。