CN107888170A - 一种间隔激励式激光源 - Google Patents
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Abstract
本发明一种间隔激励式激光源，包括初始信号源、共振探测信号源、功率放大器、微处理器和激光器；所述初始信号源的信号输出到所述共振探测信号源，所述共振探测信号源的信号输出到功率放大器，所述功率放大器的输出端连接到激光器，所述微处理器适于对激光器进行实时光强功率检测，并根据所述功率检测结果对所述共振探测信号源、功率放大器进行控制和反馈，所述微处理器还对所述初始信号源进行补偿调节。本发明中的间隔激励式激光源，能够使激光器输出频率更精准、输出功率更稳定。
Description
技术领域
本发明涉及原子频标技术领域，具体涉及一种间隔激励式激光源。
背景技术
原子频标是利用原子与相干激光相互作用所产生的一种量子干涉现象而实现的，也是目前从原理上唯一可实现微型化的原子频标。采用连续激光和原子相互作用的工作方式，但是目前已有的都用声光调制器（AOM）作为光开关产生脉冲激光，由于AOM体积大、功耗高，限制了原子频标向微型化和低功耗原子频标方向的发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种采用数字技术实现相干脉冲激光与原子周期性的相互作用的间隔激励式激光源。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种间隔激励式激光源，包括初始信号源、共振探测信号源、功率放大器、微处理器和激光器；
所述初始信号源的信号输出到所述共振探测信号源，所述共振探测信号源的信号输出到功率放大器，所述功率放大器的输出端连接到激光器，所述微处理器适于对激光器进行实时光强功率检测，并根据所述功率检测结果对所述共振探测信号源、功率放大器进行控制和反馈，所述微处理器还对所述初始信号源进行补偿调节。
进一步的，所述初始信号源包括压控晶体振荡器和外围温度补偿电路，所述外围温度补偿电路包括温度采集模块和运算放大器；
所述温度采集模块包括贴于所述压控晶体振荡器表面的热敏电阻Rk，所述运算放大器包括数字电位计Rw，所述微处理器对所述Rw进行阻值调节以实现所述补偿调节。
进一步的，所述共振探测信号源包括第一DDS模块、第二DDS模块、PLL分频器、衰减-匹配网络模块和倍混频-腔滤波模块；
所述第一DDS模块的输出信号输出到所述倍混频-腔滤波模块，所述第二DDS模块的输出信号依次经所述PLL分频器、衰减-匹配网络模块后输出至所述所述倍混频-腔滤波模块；
所述微处理器的控制端分别连接到所述第一DDS模块、第二DDS模块和PLL分频器的受控端，所述微处理器的反馈调节信号输出到所述衰减-匹配网络模块；
所述倍混频-腔滤波模块的信号输出到所述功率放大器。
进一步的，所述衰减-匹配网络模块的输入与输出之间串接有第二电阻和第五电阻，所述衰减-匹配网络模块的输入与其电源的地之间串接有第一电阻和第一电容，所述第二电阻与第五电阻之间的节点与所述电源的地之间串接有第四电阻，所述衰减-匹配网络模块的输出与所述电源的地之间串接有第六电阻和第二电容，所述第二电阻上并联有可调电容和第三电阻。
进一步的，所述第一DDS模块上设置有散热装置。
进一步的，所述第二DDS模块在微处理器的脉冲控制下，间隔性的输出10MHz信号或0MHz信号，第二DDS模块的输出信号作为PLL分频器的参考信号；
所述微处理器通过设定PLL分频器的分频比，得到频率为第二DDS模块输出信号频率N倍的时钟信号。
本发明的有益效果是：
本发明中的间隔激励式激光源，能够使激光器输出频率更精准、输出功率更稳定。
附图说明
下面结合附图对本发明的间隔激励式激光源作进一步说明。
图1是本发明中间隔激励式激光源的总结构框图；
图2是本发明中外围温度补偿电路的结构示意图；
图3是本发明中共振探测信号源的结构示意图；
图4是衰减-匹配网络模块的结构示意图。
具体实施方式
实施例
根据图1所示，本发明中的间隔激励式激光源，包括初始信号源、共振探测信号源、功率放大器、微处理器和激光器。
其中，初始信号源的信号输出到共振探测信号源，共振探测信号源的信号输出到功率放大器，功率放大器的输出端连接到激光器，微处理器适于对激光器进行实时光强功率检测，并根据功率检测结果对共振探测信号源、功率放大器进行控制和反馈，微处理器还对初始信号源进行补偿调节。
初始信号源包括压控晶体振荡器（VCXO）和外围温度补偿电路，外围温度补偿电路包括温度采集模块和运算放大器。
温度采集模块包括贴于压控晶体振荡器表面的热敏电阻Rk，运算放大器包括数字电位计Rw，微处理器对Rw进行阻值调节以实现补偿调节。
如图2所示，其中两个R以及R1为具有相同温度系数的电阻，其阻值应该选择与Rk相当。这里R1的值反映了实际VCXO工作环境温度T。Rk为一个热敏电阻，它贴于VCXO的表面，用以感知VCXO实际的工作环境温度T。故当VCXO的工作环境温度T无变化时，上图中电桥处于平衡，输送至压控变换模块的温度补偿电压值为0。一旦VCXO的工作环境温度T发生变化，则热敏电阻Rk的阻值将变小（温度升高）或变大（温度降低），那么电桥两端存在电压差，经运算放大器A差分放大后变为温度补偿电压输送至压控变换模块。整个电路的放大增益由运算放大器的负反馈电阻Rw调节，Rw为一数字电位计，微处理器通过调节Rw的阻值以达到上述电路补偿因子的改变功能。
如图3所示，共振探测信号源包括第一DDS模块（第一DDS模块）、第二DDS模块（第二DDS模块）、PLL分频器、衰减-匹配网络模块和倍混频-腔滤波模块。
第一DDS模块的输出信号输出到倍混频-腔滤波模块，第二DDS模块的输出信号依次经PLL分频器、衰减-匹配网络模块后输出至倍混频-腔滤波模块。
微处理器的控制端分别连接到第一DDS模块、第二DDS模块和PLL分频器的受控端，微处理器的反馈调节信号输出到衰减-匹配网络模块，倍混频-腔滤波模块的信号输出到功率放大器。
由于激光器的调制边带为3.417××××GHz，故由第一DDS模块给出尾数××××部分。与此同时为得到量子鉴频信号，需要在3.4GHz的微波信号上加一个键控小调频，此项功能亦由第一DDS模块来实现。第一DDS模块单元内含4－20倍频，在使用片内10倍频时，相位噪声要比不使用时大，故在设计时，为减少倍频次数降低附加相噪及考虑得到57.34375MHz频率信号输出需要，拟采用VCXO出来的10MHz信号经4倍频得到40MHz时钟信号作第一DDS模块参考信号，经片内6倍频得240MHz信号作为系统时钟。
可以作为优选的是：第一DDS模块上设置有散热装置。第一DDS模块工作的频率比较高，芯片在工作时会发烫，不但影响正常的电路工作状态，甚至会造成芯片的烧毁，故在设计时考虑将散热片安装在第一DDS模块芯片上，其上方与机箱壳相接，以获得更大的散热面。散热片上方通过四个弹簧与盒盖压紧接触，保证长期工作时，第一DDS模块芯片与散热片间的良好接触。
其中第二DDS模块的其它注意事项同第一DDS模块，只不过这里第二DDS模块在微处理器的脉冲控制下，间隔性的输出10MHz信号或0MHz信号。然后把第二DDS模块输出的信号作为PLL的参考信号，微处理器设定PLL分频器的分频比，便得到频率为第二DDS模块输出频率10MHz或0MHz的N（N=12）倍的时钟信号。经衰减、匹配网络实现信号的输出。
如图4所示，衰减-匹配网络模块的输入与输出之间串接有第二电阻和第五电阻，衰减-匹配网络模块的输入与其电源的地之间串接有第一电阻和第一电容，第二电阻与第五电阻之间的节点与电源的地之间串接有第四电阻，衰减-匹配网络模块的输出与电源的地之间串接有第六电阻和第二电容，第二电阻上并联有可调电容和第三电阻。
第一DDS模块输出的57.34375MHz±f信号及衰减、匹配网络输出的120MHz信号在本模块中按照传统技术完成最终级光探测共振信号的生成：3417.34375MHz±f信号并输出至功率放大器做功率调节。按照图1的原理，功率放大器输出的3417.34375MHz±f信号对激光器进行光调制。
本发明的不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种间隔激励式激光源，其特征在于：包括初始信号源、共振探测信号源、功率放大器、微处理器和激光器；
所述初始信号源的信号输出到所述共振探测信号源，所述共振探测信号源的信号输出到功率放大器，所述功率放大器的输出端连接到激光器，所述微处理器适于对激光器进行实时光强功率检测，并根据所述功率检测结果对所述共振探测信号源、功率放大器进行控制和反馈，所述微处理器还对所述初始信号源进行补偿调节。
2.根据权利要求1所述间隔激励式激光源，其特征在于：所述初始信号源包括压控晶体振荡器和外围温度补偿电路，所述外围温度补偿电路包括温度采集模块和运算放大器；
所述温度采集模块包括贴于所述压控晶体振荡器表面的热敏电阻Rk，所述运算放大器包括数字电位计Rw，所述微处理器对所述Rw进行阻值调节以实现所述补偿调节。
3.根据权利要求2所述间隔激励式激光源，其特征在于：所述共振探测信号源包括第一DDS模块、第二DDS模块、PLL分频器、衰减-匹配网络模块和倍混频-腔滤波模块；
所述第一DDS模块的输出信号输出到所述倍混频-腔滤波模块，所述第二DDS模块的输出信号依次经所述PLL分频器、衰减-匹配网络模块后输出至所述倍混频-腔滤波模块；
所述微处理器的控制端分别连接到所述第一DDS模块、第二DDS模块和PLL分频器的受控端，所述微处理器的反馈调节信号输出到所述衰减-匹配网络模块；
所述倍混频-腔滤波模块的信号输出到所述功率放大器。
4.根据权利要求3所述间隔激励式激光源，其特征在于：所述衰减-匹配网络模块的输入与输出之间串接有第二电阻和第五电阻，所述衰减-匹配网络模块的输入与其电源的地之间串接有第一电阻和第一电容，所述第二电阻与第五电阻之间的节点与所述电源的地之间串接有第四电阻，所述衰减-匹配网络模块的输出与所述电源的地之间串接有第六电阻和第二电容，所述第二电阻上并联有可调电容和第三电阻。
5.根据权利要求3所述间隔激励式激光源，其特征在于：所述第一DDS模块上设置有散热装置。
6.根据权利要求3所述间隔激励式激光源，其特征在于：所述第二DDS模块在微处理器的脉冲控制下，间隔性的输出10MHz信号或0MHz信号，第二DDS模块的输出信号作为PLL分频器的参考信号；
所述微处理器通过设定PLL分频器的分频比，得到频率为第二DDS模块输出信号频率N倍的时钟信号。
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