一种基于四通道激光鉴频鉴相技术的光学锁相跟踪方法及实现该方法的装置

摘要

一种基于四通道激光鉴频鉴相技术的光学锁相跟踪方法及实现该方法的装置，属于光学领域，本发明为解决现有光学锁相跟踪技术捕获带较小、需要进行预锁频的问题。本发明利用四通道探测技术跟踪入射激光，将入射激光与激光模块发出的出射激光直接光学混频形成第一路拍频信号的同时，还将入射激光相位延迟90°后形成第二路拍频信号。利用四细分辨向技术对两路拍频信号的相位关系进行超前与滞后判断，据此得到的入射激光与出射激光的频率大小关系，同时结合对两路拍频信号的频率测量和反正切相位测量，实现对入射激光与出射激光频率差和相位差的准确测量。将测量得到频率值和相位值作为控制激光模块的控制量，使它的出射光线能锁定入射光线的频率和相位。

主权项

1.一种基于四通道激光鉴频鉴相技术的光学锁相跟踪方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、接收外部提供的作为频率与相位参考的入射激光，将该入射激光记为L₁，同时开启激光模块，经过预热过程后该激光模块进入稳定工作状态，将激光模块的出射激光记为L₂；步骤二、利用二分之一波片及偏振分光棱镜调整入射激光L₁和激光模块出射激光L₂的偏振态，将调整后偏振方向互相垂直的两束激光进行合光形成合光光束，再利用二分之一波片调整合光光束中入射激光L₁与出射激光L₂的偏振方向，使得两束激光的偏振方向都与水平方向成45°夹角；步骤三、利用消偏振分光棱镜将合光光束分为反射合光光束和透射合光光束两部分，反射合光光束经偏振分光棱镜形成两路相位相差180°的拍频光信号，分别由两个高速光电探测器转换为拍频电信号并送入信号调理模块，透射合光光束首先经光学相位延迟器将透射合光光束中入射激光L₁的相位延迟90°，然后通过偏振分光棱镜形成两路相位相差180°的拍频光信号，分别由另外两个高速光电探测器转换为拍频电信号并送入信号调理模块；步骤四、将入射激光L₁与出射激光L₂的频率分别记为v₁和v₂，反射合光光束中的入射激光L₁到达光电探测器的相位记为反射合光光束中的出射激光L₂到达光电探测器的相位记为信号调理模块将反射合光光束对应的两路拍频电信号相减得到合光反射拍频信号，则当v₁＝v₂时，合光反射拍频信号为当v₁＞v₂时，合光反射拍频信号为当v₁＜v₂时，合光反射拍频信号为步骤五、信号调理模块将透射合光光束对应的两路拍频电信号相减得到合光透射拍频信号，由于光学相位延迟器的作用，透射合光光束中的入射激光L₁到达光电探测器的相位记为透射合光光束中的出射激光L₂到达光电探测器的相位记为则当v₁＝v₂时，合光透射拍频信号为当v₁＞v₂时，合光透射拍频信号为当v₁＜v₂时，合光透射拍频信号为步骤六、激光模块进入光频锁定控制阶段，首先取合光反射拍频信号和合光透射拍频信号进行频率测量，测频结果记为v_meas，v_meas＝|v₁-v₂|，当合光反射拍频信号相位超前合光透射拍频信号90°时，表明v₁＞v₂，此时测频结果为v_mead＝v₁-v₂，得到第一入射激光与第二入射激光的鉴频结果为Δv_1-2＝v₁-v₂＝v_meas，当合光反射拍频信号相位滞后合光透射拍频信号90°时表明v₁＜v₂，此时测频结果为v_meas＝v₂-v₁，得到第一入射激光与第二入射激光的鉴频结果为Δv_1-2＝v₁-v₂＝-v_meas；步骤七、将测量得到的频率值Δv_1-2作为光频锁定信号输入数字控制器，根据本地激光频率与激光模块谐振腔长度的对应关系，通过温度控制模块调整激光模块谐振腔温度以实现对谐振腔长度的大范围调节，同时通过PZT驱动控制模块对谐振腔长度进行直接快速的调节，反馈控制激光模块的输出光频率v₂使得Δv_1-2趋于0，当Δv_1-2＝0时，激光模块的光频锁定阶段结束，其输出激光L₂的频率锁定为入射激光L₁的频率，即v₂＝v₁；步骤八、激光模块在其光频控制过程结束后进入锁相控制阶段，首先取合光反射拍频信号和合光透射拍频信号进行反正切相位测量，得到入射激光L₁和出射激光L₂的鉴相结果为将测量得到的相位值作为锁相闭环控制信号输入数字控制器，通过PZT驱动控制模块对谐振腔长度进行精细快速调节，反馈控制激光模块的输出光相位使得趋于0，当时，激光模块的锁相控制过程完成，其出射激光L₂的相位锁定为入射激光L₁的相位，即步骤九、当光学锁相跟踪系统失锁时，重复步骤六至八，激光模块的出射激光L₂即可对入射激光L₁进行重新锁相跟踪。