[发明专利]激光偏频锁定中高精度鉴频鉴相信号处理方法与装置

权利要求书

1.一种激光偏频锁定中高精度鉴频鉴相信号处理方法，其特征在于：

1)将可调谐激光器(17)发出的可调谐激光和飞秒光频梳(14)发出的激光经探测后得到拍频信号，经模数采样将拍频信号采集进入FPGA开发板，拍频信号表示如下：

其中，f_a表示可调谐激光器与飞秒光频梳的梳齿间的激光频差，A表示信号幅值，表示拍频信号的相位，t表示时间；

然后将拍频信号S(t)与一对正交的参考信号(sin(2πf_bt)，cos(2πf_bt))相乘，并进行低通滤波处理获得正交信号(P(t)，Q(t))，表示如下：

其中，LPF[]表示低通滤波运算，f_b表示参考信号的频率，Δf表示拍频信号与参考信号的频差，A表示信号幅值，sin(2πf_bt)与cos(2πf_bt)分别为参考信号的正弦参考分量、余弦参考分量，P(t)与Q(t)分别为正交信号的余弦正交分量、正弦正交分量，t表示时间；

2)通过坐标旋转运算对正交信号(P(t)，Q(t))进行反正切计算获得小数相位差θ_w(t)，并进行平方和开方运算获得幅值A(t)，表示如下：

其中，mod_2π[]表示余数关系，公式中表示小数相位差θ_w(t)等于相位差对2π的余数，小数相位差θ_w(t)的范围为-π至π；

3)对小数相位差θ_w(t)进行相位解缠绕运算，当小数相位差θ_w(t)连续变化时，记录相邻两次之间变化幅度达到2π的次数N，N初始值为零，当小数相位从π跳变至-π时，N数值加一，当从小数相位从-π跳变至时π，N数值减一，从而获得解缠绕相位差θ_u(t)，表示如下：

4)通过增益控制对解缠绕相位差θ_u(t)进行K倍缩放，再通过数模转换转换为误差电压信号E(t)，表示如下：

E(t)＝VK·θ_u(t)

其中，K表示缩放系数，V表示数模转换系数；

5)获得误差电压信号E(t)后，模拟PID控制器通过模拟电路进行比例积分处理，输出控制电压至可调谐激光器(17)的PZT控制端开始闭环控制；

闭环控制时，误差电压信号E(t)快速降低至零，此后，解缠绕相位差θ_u(t)＝0，即拍频信号与参考信号的频差与相位差均为零，可调谐激光器(17)与飞秒光频梳(14)的梳齿间保持恒定的频差，实现偏频锁定。