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《陕西师范大学》 2018年
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面向光频梳的低噪电源和频率锁定模块的设计及制作

白崇禧  
【摘要】:光频梳是一种基于锁模激光器和频率稳定电路的频率源。它利用微波领域的锁相环原理将脉冲激光频率锁定到高稳定度的频率源上保证光脉冲频率的高稳定度。锁定后的光频梳形成一个光频和微波频率直接连接,研究人员把它称作光齿轮。由于锁定后的光频梳具有很高的频率精度,它作为光学时钟广泛应用于精密测量等领域,如光学计量学,频率链生成,光学原子钟,高精度光谱学和更精确的GPS技术等一些应用潜力很强的技术。电源是一个系统运行的能量源泉,低噪声,纹波小的电源对于系统的运行至关重要,特别是对于精密设备,电源的噪声会直接地影响整个系统的噪声。光频梳系统内部的敏感器件众多,为了满足光频梳小型化,低噪声的频率输出,一个低噪声结构紧凑的电源对于光频梳不可或缺。另一方面,目前国内的研制出光频梳系统频率锁定部分体积巨大,频率信号处理和鉴相及锁定控制环节都是通过锁相放大器和伺服仪器进行锁定,并没有针对系统做特殊的锁定电路设计,导致整个系统非常臃肿。为了将光频梳应用于更多领域,一个小型化的低噪电源和结构紧凑的频率锁定模块显得尤为重要。本文利用低压差线性稳压器设计并制作了面向光频梳系统的低噪供电模块,同时设计并制作光频梳输出光的重复频率和载波包络偏移频率信号的锁定电路。具体的研究工作包括以下两个部分:第一部分,使用Altium Designer软件设计了体积较小的低噪电源模块,利用低压差线性稳压器和共模滤波设计抑制开关电源中较大的纹波,进而抑制闭环系统的电源噪声,分别对各个电源模块的纹波进行测量,各个电源模块的输出纹波均被抑制在1mV以内,实验发现,相比于开关电源直接供电的光电探测器,低纹波的电源模块能有效抑制频偏在10Hz到1KHz的探测光相位噪声。第二部分,设计了结构紧凑的重复频率和载波包络偏移频率信号处理和频率鉴相的微波电路模块。该模块可以成功对重复频率和载波包络偏移频率进行放大、分频、滤波、鉴相,鉴相输出信号被FPGA采集后可以对频率有效锁定。重复频率锁定后的频率漂移的标准差为0.092mHz,载波包络偏移频率锁定后频率偏移标准差为 2.5mHz。本论文所设计和制作的低噪电源模块和频率锁相环电路结构紧凑,能为光频梳系统进行良好的低噪供电,同时将光频梳的输出频率锁定在外参考源上,替代了上一代光频梳中锁相放大器内部的频率处理环节,大大减小了光频梳系统的整体体积,为未来体积更加紧凑,甚至是便携式的光纤光频梳系统提供了有益参考。
【学位授予单位】:陕西师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN248

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