實驗名稱：鎖相環穩定重複頻率的系統分析

　　實驗內容：針對重複頻率的漂移，引入兩套鎖相環系統反饋控制兩個激光器的重複頻率，將其鎖定在同一個穩定的時鍾源上。本章主要闡述了經典鎖相環的原理，穩定重複頻率的鎖相環理論和關鍵器件，以及結果分析。

　　測試設備：高壓放大器、光電探測器、低通濾波器、比例積分控制器、PZT等。

　　圖1：穩定重複頻率的鎖相環系統結構圖

　　實驗過程：

　　系統結構圖如圖1所示，從NPR鎖模光纖激光器耦合出一部分光進入光電探測器，其帶寬爲5GHz，將光信號轉化爲電信號，同時提取出重複頻率。該電信號隔直流（DCBlock）之後與一個穩定的時鍾源輸出的射頻信號同時進入混頻器，即鑒相器，重複頻率與時鍾源輸出的射頻信號混頻，得到差頻信號與和頻信號，差頻信號是所需要的誤差信號，經過低通濾波器（LPF）濾除和頻信號，差頻信號進入比例積分（PI）控制器，這裏LPF和PI控制器共同組成鎖相環的環路濾波器，PI控制器輸出後的誤差電壓信號其範圍爲–10V~+10V，不足以驅動壓電陶瓷（PZT），先進入高壓放大器（HVAMP）放大十倍後施加給PZT，不同的電壓值引起PZT的伸縮量不同，基本呈現線性關系。PZT在光纖形成的激光器腔中無法直接改變腔長，借助平移台，PZT驅動平移台移動，並且將光纖腔繞在平移台上，從而實現PZT的伸縮引起腔長的變化來調節激光器重複頻率，形成了重複頻率跟蹤時鍾源射頻信號的閉環電路。當激光器的重複頻率和時鍾源的參考頻率一致時，誤差電壓變爲一個直流量，PZT狀態穩定，激光器的重複頻率穩定在時鍾源的參考頻率上。一旦外界環境對激光器腔出現幹擾，打破穩定狀態，誤差電壓信號出現抖動反饋再次起作用，調節腔長使得重複頻率快速恢複穩定。當建立一套穩定第一個鎖模激光器重複頻率的鎖相環系統之後，重複整個鎖相環系統鎖定第二個鎖模激光器的重複頻率，並且其使用的參考頻率是由同一個時鍾源産生，保證了兩個激光器其重複頻率之間的相對穩定性。

　　實驗結果：

　　圖2：鎖相環中間鏈路各點時域波形

　　成功搭建鎖相環之後，對鎖相環的中間鏈路點進行了測試。圖2(a)表示了重複頻率與時鍾源的參考頻率混頻後的誤差電壓信號，從圖中可以看到包絡下仍有振蕩紋，說明既有差頻信號，也包含了和頻信號。圖2(b)表示誤差電壓信號經過低通濾波器後的波形，濾取出了差頻。圖2(c)表示了經過PI控制器的作用後的誤差電壓信號，圖2(d)表示達到穩定狀態後的誤差電壓信號變爲直流。

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