作者单位
摘要
1 中国科学院 上海光学精密机械研究所,上海市全固态激光器与应用技术重点实验室,上海 201800
2 华中科技大学 光学与电子信息学院,武汉 430074
分析了多抖动算法的工作原理,通过波动光学原理以2-11路相干合成系统作为数学模型进行仿真模拟,引入了动态噪声模型,以总合成光束的均方根相位误差作为评价函数,分析了不同阵列规模下的相干合成系统中噪声频率以及噪声振幅对系统相位锁定效果的影响,当噪声频率或噪声振幅过大,超出算法补偿相位噪声的能力时,便会锁相失败。证明了增益系数与调制振幅存在一个最优区间且只有处于该区间内时,才能快速完成锁相。引入有效控制带宽概念,用以直观评价多抖动算法的锁相性能,研究表明,有效控制带宽与采样频率、第一路调制频率成正比例,与噪声振幅成反比例,且随着阵列规模增大,有效控制带宽降低。
相干合成 主动相位锁定 多抖动算法 光纤激光 均方根相位误差 coherent beam combination active phase lock multi-frequency dithering fiber laser RMS phase error 
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041009
Wen Guan 1,2,3Ziping Li 1Shumin Wu 1,2Han Liu 1,2[ ... ]Hua Li 1,2,*
Author Affiliations
Abstract
1 Chinese Academy of Sciences, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Key Laboratory of Terahertz Solid State Technology, Shanghai, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, Beijing, China
3 ShanghaiTech University, School of Information Science and Technology, Shanghai, China
Stable operation is one of the most important requirements for a laser source for high-precision applications. Many efforts have been made to improve the stability of lasers by employing various techniques, e.g., electrical and/or optical injection and phase locking. However, these techniques normally involve complex experimental facilities. Therefore, an easy implementation of the stability evaluation of a laser is still challenging, especially for lasers emitting in the terahertz (THz) frequency range because the broadband photodetectors and mature locking techniques are limited. In this work, we propose a simple method, i.e., relative phase locking, to quickly evaluate the stability of THz lasers without a need of a THz local oscillator. The THz laser system consists of a THz quantum cascade laser (QCL) frequency comb and a single-mode QCL. Using the single-mode laser as a fast detector, heterodyne signals resulting from the beating between the single-mode laser and the comb laser are obtained. One of the heterodyne beating signals is selected and sent to a phase-locked loop (PLL) for implementing the relative phase locking. Two kinds of locks are performed by feeding the output error signal of the PLL, either to the comb laser or to the single-mode laser. By analyzing the current change and the corresponding frequency change of the PLL-controlled QCL in each phase-locking condition, we, in principle, are able to experimentally compare the stability of the emission frequency of the single-mode QCL (fs) and the carrier envelope offset frequency (fCEO) of the QCL comb. The experimental results reveal that the QCL comb with the repetition frequency injection locked demonstrates much higher stability than the single-mode laser. The work provides a simple heterodyne scheme for understanding the stability of THz lasers, which paves the way for the further locking of the lasers and their high-precision applications in the THz frequency range.
terahertz quantum cascade laser frequency comb phase lock 
Advanced Photonics Nexus
2023, 2(2): 026006
张敏娟 1,2,*李春阳 1,2李晋华 1,2杨坤 1,2
作者单位
摘要
1 中北大学信息与通信工程学院,山西 太原 030051
2 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心,山西 太原 030051
相位延迟量是偏振光学元件的一个重要指标,为了精准快速地测量偏振元件的相位延迟量,提出一种具有相位补偿的级联调制的偏振元件相位延迟量检测方法。该方法采用弹光调制器(PEM)和电光调制器(EOM)作为相位延迟量检测系统的级联调制元件,利用Soleil-Barbinet相位补偿器对样品进行光学补偿。基于数字锁相技术与现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的片上可编程系统,检测光强极值点对应的Soleil-Barbinet相位补偿器的相位参数并进行数据处理,实现样品的相位延迟量检测。实验表明,利用该方法测量样品的相位延迟量的最大相对误差为0.857%,测量精度为99.143%,验证了将偏振调制法和补偿法相结合测量相位延迟量具有较高的精度,且降低了补偿器本身对测量误差的影响。
仪器,测量与计量 相位延迟量 弹光调制 电光调制 数字锁相技术 Soleil-Barbinet相位补偿器 
激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0112001
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, Shanghai 200062, China
2 Novanta Europe GmbH, Garching 85748, Germany
We report a long-term frequency-stabilized optical frequency comb at 530–1100 nm based on a turnkey Ti:sapphire mode-locked laser. With the help of a digital controller, turnkey operation is realized for the Ti:sapphire mode-locked laser. Under optimized design of the laser cavity, the laser can be mode-locked over a month, limited by the observation time. The combination of a fast piezo and a slow one inside the Ti:sapphire mode-locked laser allows us to adjust the cavity length with moderate bandwidth and tuning range, enabling robust locking of the repetition rate (fr) to a hydrogen maser. By combining a fast analog feedback to pump current and a slow digital feedback to an intracavity wedge and the pump power of the Ti:sapphire mode-locked laser, the carrier envelope offset frequency (fceo) of the comb is stabilized. We extend the continuous frequency-stabilized time of the Ti:sapphire optical frequency comb to five days. The residual jitters of fr and fceo are 0.08 mHz and 2.5 mHz at 1 s averaging time, respectively, satisfying many applications demanding accuracy and short operation time for optical frequency combs.
optical frequency comb Ti:sapphire mode-locked laser phase lock optical atomic clock 
Chinese Optics Letters
2021, 19(12): 121405
全洪雷 1,2赵文宇 1,2,*薛文祥 1邢燕 1[ ... ]张首刚 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院国家授时中心 中国科学院时间频率基准重点实验室,西安70600
2 中国科学院大学, 北京100049
3 西安石油大学 理学院, 西安710065
报道了实验室内56 km光纤微波频率传递的实验研究,在56 km的传递距离上实现了1.8×10-15/s,4×10-18/104s的传递稳定度。系统通过环回法比较往返传递的微波信号相位获得链路上的相位扰动量,并实时控制本地发射端的微波发射信号相位实现预补偿。在环回往返传递的不同方向上,系统方案采用不同频率的微波调制信号,这种方法极大避免了光寄生反射效应的影响,同时利用色散补偿光纤改善探测信号相噪等措施,提高了系统的传递稳定度。
光纤 微波频率 频率传递 相位扰动 锁相技术 Microwave frequency Fiber link Frequency dissemination Phase perturbation Phase lock technology 
光子学报
2021, 50(4): 32
Shaowen Lu 1,2,3,*Yu Zhou 1Funan Zhu 2,3Jianfeng Sun 1,2[ ... ]Weibiao Chen 1,2
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Space Laser Communication and Detection Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Laboratory of Space Laser Engineering, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
We analyze a feasible high-sensitivity homodyne coherent optical receiver for demodulating optical quadrature phase-shift keying (QPSK). A fourth-power phase-lock loop based on a digital look-up table is used. Considering the non-negligible loop delay, we optimize the loop natural frequency. Without error correction coding, a sensitivity of ?37 dBm/?35 dBm is achieved, while the bit error rate is below 10?9 at 2.5 Gbaud/5 Gbaud rate. For the QPSK communication system, the bit rate is twice the baud rate. The loop natural frequency is 0.647 Mrad/s, and the minimized steady-state phase-error standard deviation is 3.83°.
coherent optical communication quadrature phase-shift keying phase-lock loop loop natural frequency 
Chinese Optics Letters
2020, 18(9): 090602
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院,四川成都 610065
针对近距离高频磁感应能量传输系统中距离改变会使谐振频率发生变化,导致效率降低的问题,提出一种基于 74HC4046AD锁相环的频率跟踪驱动方案,该方案可以实现谐振频率的自动跟踪,在 proteus环境下对中心频率为 100 kHz的逆变电源系统和锁相功能进行仿真。设计并制作基于频率跟踪的逆变电源样机,通过样机对输出情况进行跟踪反馈。仿真实验结果表明,该系统输出性能良好,验证了频率跟踪的有效性,实现了功率管的软开关工作模式。
频率跟踪 锁相 电磁感应 逆变 效率 frequency tracking phase lock magnetic induction inverter effectiveness 
太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(5): 825
作者单位
摘要
1 贵州大学大数据与信息工程学院, 贵州 贵阳 550025
2 西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
3 西安现代控制技术研究所, 陕西 西安 710065
基于激光陀螺抖动机构谐振频率随温度等环境因素的变化会导致抖动偏频不稳定的现象, 研究了基于锁相环的激光陀螺抖动机构谐振频率跟踪技术。在对抖动机构和锁相环传递函数分析的基础上, 应用自动控制理论, 给出了锁相环频率跟踪精度、同步范围等性能指标与抖动控制参数的一般关系。结果表明, 增大锁相环开环增益能减小频率跟踪稳态误差, 同时将导致锁相环同步范围减小。采用低开环增益启动陀螺、再采用高开环增益跟踪抖动机构谐振频率, 能保证100 ms内自动跟踪陀螺谐振频率, 在-40 ℃ 到 70 ℃温度范围内抖动机构谐振频率跟踪精度优于0.015 Hz。
激光光学 激光陀螺 抖动偏频 频率跟踪 锁相环 
激光与光电子学进展
2018, 55(10): 101401
作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国电子科技集团公司第二十九研究所 电子信息控制重点实验室 成都 610039
3 西南科技大学 理学院, 四川 绵阳 621010
针对kW级微波驱动的锁相GW高功率微波,设计了一个高增益(大于50 dB)四腔相对论速调管放大器(RKA)。模拟表明,在此条件下高次模振荡严重影响器件的锁相实现。由此,将RKA结构与正反馈振荡电路结合起来,建立相应的等效电路来研究这种高次模激励的物理过程(即高次模的激励与中间腔之间耦合强度的相关性)。在高次模振荡的等效电路(即正反馈振荡电路)中,用衰减电阻代替结构中的微波吸收层来研究高次模振荡的抑制机理,衰减电阻通过对反馈过程的控制,提高了电路的自激振荡起振电流。在结构上按照衰减电阻要求设计了微波吸收层,将高次模振荡的起振电流提高到大于器件的工作电流,实现了高增益(约60 dB)条件下高次模激励的抑制。模拟获得了4 kW微波功率驱动的2.3 GW锁相高功率微波,增益接近60 dB。在LTD加速器平台的实验结果表明:注入微波由固态RF种子源提供(功率10 kW),输出功率达到1.8 GW,增益为52.6 dB,90 ns内输入和输出微波的相对相位差小于±10°,实验上实现了kW级注入微波对GW高功率微波的相位锁定。
相对论速调管放大器 高功率微波 锁相 高次模 等效电路 relativistic klystron amplifier high power microwave phase-lock high order mode equivalent circuit 
强激光与粒子束
2018, 30(8): 083006
龙洋 1,2高同强 1杨海钢 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院电子学研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学微电子学院, 北京 100190
设计了一款应用于无线脑电信号 (EEG)检测系统的射频发射机芯片。该发射机采用标准的 0.18 μm CMOS工艺设计, 主要包含锁相环 (PLL)和功率放大器 (PA)模块。锁相环电路中采用新型 16/17预分频器结构以提高分频器的工作频率, 同时压控振荡器采用数字调谐与模拟调谐相结合的方式拓宽了频率输出范围。测试结果显示, 锁相环输出频率范围为 2 225~2 580 MHz, 锁定时间约为 49 μs, 发射机采用高效率 E类功率放大器, 最大输出功率达-3.14 dBm。发射数据采用二进制启闭键控 (OOK)调制方式, 最大传输速率可达 5 Mbps。
锁相环 16/17预分频 数字调谐 模拟调谐 启闭键控 (OOK) Phase-Lock Loop 16/17 prescaler digital tuning analog tuning On-Off Keying 
太赫兹科学与电子信息学报
2018, 16(2): 347

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