[发明专利]一种基于动态时间规划调整算法的偏振光谱自动稳频方法

说明书

本发明公开了一种基于动态时间规划调整算法的偏振光谱自动稳频方法，其特点是将采集偏振光谱曲线得到样本数据，设置DTW算法阈值；FPGA产生一定幅值和频率的三角波及直流电平对PZT进行扫描；扫描过程中用当前偏振光谱曲线与样本数据进行比对并判断DTW算法结果是否低于阈值；低于阈值时保持当前的三角波和直流电平状态，高于阈值则继续增加直流电平重复上一步骤；读取当前鉴频曲线待锁定沿的中点位置，改变直流电平调整至扫描信号中点与锁定沿中点位置对应；撤去三角波接入反馈信号，完成频率锁定。本发明与现有技术相比具有使系统在短时间内实现稳频，为激光干涉仪等装置提供稳定的稳频激光光源。

技术领域

本发明涉及激光稳频技术领域，具体地说是一种基于动态时间规划调整算法的偏振光谱自动稳频方法。

背景技术

激光频率的稳定性在量子计量、冷原子物理、光纤通信、激光精密测量等领域中至关重要。半导体激光器具有体积小、成本低以及便于调谐等优点，使其满足了多领域的应用，但是半导体激光器在连续锁定时间长度及频率漂移等方面的问题影响了其应用范围。为了解决这一问题，目前采用手动化稳定外腔半导体激光器波长，对外腔半导体激光器进行偏振光谱稳频。

现有技术的稳频装置在工作时可能会因为外界干扰导致激光器失锁，手动化稳频将会花费较长时间，不利于实际应用中稳频激光的使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种基于动态时间规划调整算法的偏振光谱自动稳频方法，采用DTW算法对采集的偏振光谱曲线设置阈值，利用现场可编程逻辑门阵列电路（FPGA）产生一定幅值和频率的三角波及直流电平对外腔半导体激光器的压电陶瓷（PZT）进行扫描，扫描过程中用当前偏振光谱曲线与样本数据进行比对并判断DTW算法结果是否低于阈值，低于阈值时保持当前的三角波和直流电平状态，高于阈值则继续增加直流电平重复上一步骤；读取当前鉴频曲线待锁定沿的中点位置，改变直流电平调整至扫描信号中点与锁定沿中点位置对应，撤去三角波接入反馈信号，完成频率锁定，该方法能够对激光器的频率状态进行监测和控制，在激光器出现失锁情况下再次快速稳频，提高系统的稳定性。本发明运用DTW算法解决了外腔半导体激光器的偏振光谱自动稳频问题，使得系统在短时间内实现稳频，为激光干涉仪等装置提供稳定的稳频激光光源，较好的解决手动化稳定外腔半导体激光器波长不利于半导体激光器集成化应用的问题，具有广阔的应用前景。

本发明的目的是这样实现的：一种基于DTW算法的偏振光谱自动稳频方法，其特点是该方法具体包括如下步骤：

步骤 1、采集偏振光谱曲线得到样本数据，设置DTW算法阈值；

步骤 2、现场可编程逻辑门阵列电路（FPGA）产生一定幅值和频率的三角波及直流电平对外腔半导体激光器的压电陶瓷（PZT）进行扫描；

步骤 3、扫描过程中用当前偏振光谱曲线与样本数据进行比对并判断DTW算法结果是否低于阈值；

步骤 4、低于阈值时保持当前的三角波和直流电平状态，高于阈值时返回步骤3；

步骤5、读取当前鉴频曲线待锁定沿的位置，改变直流电平调整至扫描信号中点与锁定沿中点位置对应；

步骤 6、撤去三角波接入反馈信号，完成频率锁定；

进一步的，所述DTW算法阈值的设置具体包括：

步骤1.1：采集多个不同的偏振光谱曲线，在其中选取目标偏振光谱曲线。将目标光谱曲线与其余偏振光谱曲线进行DTW算法比对；

步骤1.2：比对时一一计算目标光谱曲线与其余光谱曲线的累计距离矩阵。矩阵第零行为目标光谱曲线，第零列为其余光谱曲线，第一行第n列元素计算方法为：D[1,n]=|D[0,n]-D[1,0]|+D[1,n-1]，第n行第1列元素计算方法为：D[n,1]=|D[n,0]-D[0,1]|+D[n-1,1]，其余第p行第q列元素计算方法为：D[p,q]= |D[0,q]-D[p,0]|+min(D[p-1,q],D[p,q-1],D[p-1,q-1])；

步骤1.3、计算累计距离矩阵后读取矩阵中最后一行最后一列中的值作为DTW算法结果；