Aigtek電壓放大器在主動相位控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用

　　實(shí)驗(yàn)名稱：雙路脈沖相干合成系統(tǒng)及主動相位控制系統(tǒng)

　　測試設(shè)備：電壓放大器、光電探測器、低通濾波器、PZT等。

　　圖1：主動相位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　實(shí)驗(yàn)過程：

　　系統(tǒng)中HC探測器由波片，PBS和兩個光電探測器組成，光電探測器在PBS的s偏振端和p偏振端進(jìn)行探測，測得的強(qiáng)度信號通過差分放大器提取包含光程差相位信息的誤差信號，該誤差信號經(jīng)低通濾波器濾波后通過PI2D相位控制電路進(jìn)行反饋控制，反饋信號經(jīng)電壓放大器放大后對PZT進(jìn)行驅(qū)動控制。主動相位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。系統(tǒng)中采用的PZT控制精度為0.28μm/V，可承受的最高電壓為150V，最大伸長量為42μm。通過調(diào)節(jié)相位控制電路的偏置電壓，可以對兩路脈沖之間的相位差進(jìn)行微調(diào)。當(dāng)外界環(huán)境變化或噪聲擾動對光程差噪聲影響時，HC偏振探測器檢測得到的相位差發(fā)生改變，反饋信號通過改變PZT的驅(qū)動電壓對光程差進(jìn)行相位補(bǔ)償。

　　圖2：光程差為0位置處鎖定前后探測器測得的功率起伏

　　實(shí)驗(yàn)中首先在光程差接近0處對合成前后合成光的功率變化進(jìn)行測量，通過微調(diào)控制電路偏置電壓，使系統(tǒng)的合成效率高，此時認(rèn)為此時光程差為零，此時的鎖相效果如圖2所示。對相位鎖定系統(tǒng)性能進(jìn)行驗(yàn)證使，放大器輸出功率較低，此時不需要對開啟水冷對系統(tǒng)進(jìn)行水冷散熱，外界環(huán)境擾動對系統(tǒng)的影響較小。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

　　圖3：鎖定狀態(tài)下，光程差與系統(tǒng)合成效率之間的關(guān)系

　　通過調(diào)節(jié)電動延時線的位置產(chǎn)生一定的光程差以驗(yàn)證鎖相系統(tǒng)的性能，圖3描述了不同光程差下系統(tǒng)合成效率的變化。

　　當(dāng)光程差在10μm范圍內(nèi)時，系統(tǒng)合成效率基本保持在90%以上；當(dāng)光程差增大至25μm時，系統(tǒng)合成效率下降至80%，由于此時系統(tǒng)輸出功率較低，合成效率的降低主要來自于光程失配，同時由于電動光纖延時線運(yùn)動過程中會對系統(tǒng)耦合產(chǎn)生一定的影響，從而影響輸出光斑質(zhì)量，因此空間光場位置失配也會導(dǎo)致部分合成效率的損耗；當(dāng)光程差大于60μm時，系統(tǒng)合成效率下降至60%，此時光程差失配是導(dǎo)致合成效率下降的主要因素，空間光場失配對系統(tǒng)合成效率的影響較小；當(dāng)光程差大于80μm時，此時促動器已無法將兩路放大器之間的光程差補(bǔ)償至相干長度范圍內(nèi)，主動相位控制系統(tǒng)無法對光程差進(jìn)行補(bǔ)償，系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)合成光同相輸出，此時，光程差已超出相位控制系統(tǒng)的控制范圍。因此，主動相位控制系統(tǒng)的控制范圍約±20μm，在此范圍內(nèi)，相位控制系統(tǒng)可以將合成效率提升至優(yōu)值，超過此范圍，仍能實(shí)現(xiàn)一定程度的相位控制，但合成效率會有所下降，不能實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償。在該相位控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對電動延時線進(jìn)行補(bǔ)償控制，則可以實(shí)現(xiàn)更寬補(bǔ)償范圍的相位鎖定。

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