一种光弹调制系统及其控制方法

本发明涉及光学测量，尤其涉及一种光弹调制系统及其控制方法。

背景技术：

1、光弹调制器是基于逆压电效应、光弹效应来实现电光调制的电力光耦合的系统，主要由光学部件，激励电路两部分组成，可广泛应用于高速椭圆偏振光学测量领域。在激励电路的作用下，光学部件可以产生周期性双折射相位延迟从而对通过的光进行周期性相位调制。

2、在实际工作过程中，若要使光弹调制器调制效率最高，就要使光弹调制器工作在谐振状态，驱动系统的输出频率必须与之相符，但由于光学部件在高频振荡时容易产生热量，这将改变部件自身的温度，造成谐振频率的漂移以及驱动效率的降低，从而导致弹光调制器调制性能不稳定，最终影响到椭圆偏振光学测量结果的准确性。因此实际使用过程中，需要对光弹调制器的实时谐振频率进行精确跟踪及稳定控制。

3、现有的光弹调制器谐振频率跟踪方法主要是通过调节驱动控制模块的输出频率进行谐振频率跟踪，搭建包括激光光源、起偏器、光弹调制器、检偏器、光强采集模块的实验光路及由上位机、光弹调制器驱动控制模块组成的实验电路，利用光强采集模块进行光电数据转换并输入上位机，通过上位机波形图像判断光弹调制器谐振频率是否偏移及偏移量大小，通过补偿谐振频率偏移量进行频率跟踪，即通过调节驱动控制模块的信号发生模块输出频率，从而达到光弹调制器谐振频率跟踪。

4、传统的光弹调制器无法进行谐振频率自动调节和跟踪，谐振频率跟踪方法主要是通过人工调节驱动控制系统输出频率实现，但此调节方法误差范围大，导致频率跟踪精度低。此外，光弹调制器的高压驱动模块采用的是lc谐振电路升压原理，电路参数固定无法调节，只适合单一频率的信号放大，当前端信号发生器输出信号频率发生改变时，无法匹配lc电路谐振频率，导致电路升压倍数降低。虽在一定程度上实现了光弹调制器频率跟踪，但是光弹调制器驱动电压幅值降低，对光弹调制器的调制效率造成很大的影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种光弹调制系统及其控制方法，以光弹调制器的反馈电信号相位和驱动电压相位为变量，通过锁相环电路使两信号之间相位差保持恒定，即两个信号的频率相同，实现光弹调制器频率跟踪，从而达到光弹调制器长时间稳定。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明实施例的第一方面提供了一种光弹调制系统，所述光弹调制系统包括：光弹调制器，所述光弹调制器包括压电晶体，所述光弹调制器用于对输入其中的激光进行相位调制；驱动控制模块，所述驱动控制模块连接所述光弹调制器，用于向所述光弹调制器输出与所述压电晶体的谐振频率相匹配的驱动电压，以使所述光弹调制器中的压电晶体产生谐振；光强采集模块，所述光强采集模块连接所述光弹调制器，用于将所述光弹调制器输出的光信号转换为电信号；锁相环模块，所述锁相环模块分别连接所述光强采集模块，所述驱动控制模块，以及所述光弹调制器，用于根据所述电信号监测所述光弹调制器中压电晶体的谐振频率，在所述谐振频率发生变化时调节所述驱动控制模块向所述光弹调制器输出的驱动电压的频率。

4、在一些实施例中，所述光弹调制系统还包括激光光源，所述激光光源用于为所述光弹调制器提供激光。

5、在一些实施例中，所述光弹调制系统还包括起偏器，所述起偏器设于所述激光光源和所述光弹调制器之间，用于将所述激光光源输出的激光调整为线偏振光。

6、在一些实施例中，所述光弹调制系统还包括检偏器，所述检偏器设于所述光弹调制器和所述光强采集模块之间，用于透过沿所述检偏器光轴方向的偏振分量上的光。

7、在一些实施例中，所述光弹调制系统还包括上位机，所述上位机连接所述光强采集模块，以通过显示由所述光强采集模块输出的电流信号而生成的波形图像，监测所述光弹调制器谐振频率的偏移状态。

8、本发明实施例的第二方面提供了一种光弹调制系统的控制方法，所述控制方法包括：所述锁相环模块接收所述光强采集模块的电信号和所述驱动控制模块的驱动电压；所述锁相环模块根据所述电信号和所述驱动电压计算出误差信号；所述锁相环模块根据所述误差信号调节所述驱动控制模块的驱动电压；所述锁相环模块将经过调节后的驱动电压输出至所述光弹调制器，以使得所述经过调节后的驱动电压与所述电信号的频率一致。

9、在一些实施例中，在所述锁相环模块接收所述光强采集模块的电信号和所述驱动控制模块的驱动电压之前，所述方法还包括：所述驱动控制模块输出所述驱动电压至所述光弹调制器。

10、在一些实施例中，所述锁相环模块根据所述电信号和所述驱动电压计算出误差信号，包括：所述锁相环模块将所述电信号转换为第一方波信号，并将所述驱动电压转换为第二方波信号；所述锁相环模块基于所述第一方波信号和所述第二方波信号计算出误差信号。

11、在一些实施例中，在所述锁相环模块接收所述光强采集模块的电信号和所述驱动控制模块的驱动电压之前，所述方法还包括：所述光强采集模块接收所述检偏器的输出的沿所述检偏器光轴方向的偏振分量上的光，并将沿所述检偏器光轴方向的偏振分量上的光转化为电信号。

12、在一些实施例中，在所述光强采集模块接收所述检偏器的输出的沿所述检偏器光轴方向的偏振分量上的光，并将沿所述检偏器光轴方向的偏振分量上的光转化为电信号之后，所述方法还包括：所述光强采集模块将所述电信号发送至所述上位机，以用于实时监测所述光信号的相位及频率。

13、根据本发明实施例的一种光弹调制系统及其控制方法，至少具有如下有益效果：

14、(1)在稳定、精确的光路条件下，只需要设定一次初始参考信号，即光弹调制器驱动电压及驱动控制器输出的光弹调制器初始谐振频率。在频率跟踪过程中充分利用了单次设定的初始条件，不需要修改整体光路及电路相关参数。

15、(2)该稳定控制方法的频率跟踪过程速度快，根据相位差变化与频率变化的函数关系，通过改变频率控制，可以实时自动地调节驱动信号。现有频率跟踪方法速度慢，精度低。

16、(3)该稳定控制方法的频率跟踪精度高、稳定性好，以光弹调制器的反馈电信号相位和驱动电压相位为变量，通过锁相环电路使两信号之间相位差保持恒定，即两个信号的频率相同，实现光弹调制器谐振频率自动跟踪，从而达到光弹调制器长时间稳定。

17、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

技术特征：

1.一种光弹调制系统，其特征在于，所述光弹调制系统包括：

2.根据权利要求1所述的光弹调制系统，其特征在于，所述光弹调制系统还包括激光光源，所述激光光源用于为所述光弹调制器提供激光。

3.根据权利要求2所述的光弹调制系统，其特征在于，所述光弹调制系统还包括起偏器，所述起偏器设于所述激光光源和所述光弹调制器之间，用于将所述激光光源输出的激光调整为线偏振光。

4.根据权利要求3所述的光弹调制系统，其特征在于，所述光弹调制系统还包括检偏器，所述检偏器设于所述光弹调制器和所述光强采集模块之间，用于透过沿所述检偏器光轴方向的偏振分量上的光。

5.根据权利要求4所述的光弹调制系统，其特征在于，所述光弹调制系统还包括上位机，所述上位机连接所述光强采集模块，以通过显示由所述光强采集模块输出的电流信号而生成的波形图像，监测所述光弹调制器谐振频率的偏移状态。

6.一种光弹调制系统的控制方法，所述方法应用于如权利要求5所述的光弹调制系统，其特征在于，所述控制方法包括：

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在所述锁相环模块接收所述光强采集模块的电信号和所述驱动控制模块的驱动电压之前，所述方法还包括：

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述锁相环模块根据所述电信号和所述驱动电压计算出误差信号，包括：

9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在所述锁相环模块接收所述光强采集模块的电信号和所述驱动控制模块的驱动电压之前，所述方法还包括：

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，在所述光强采集模块接收所述检偏器的输出的沿所述检偏器光轴方向的偏振分量上的光，并将沿所述检偏器光轴方向的偏振分量上的光转化为电信号之后，所述方法还包括：

技术总结
本发明公开了一种光弹调制系统及其控制方法，涉及光学测量技术领域，所述光弹调制系统包括：光弹调制器；驱动控制模块，所述驱动控制模块连接所述光弹调制器；光强采集模块，所述光强采集模块连接所述光弹调制器，用于将所述光弹调制器输出的光信号转换为电信号；锁相环模块，所述锁相环模块分别连接所述光强采集模块，所述驱动控制模块，以及所述光弹调制器，用于根据所述电信号监测所述光弹调制器中压电晶体的谐振频率，在所述谐振频率发生变化时调节所述驱动控制模块向所述光弹调制器输出的驱动电压的频率。通过锁相环电路使电信号和驱动电压的频率及相位差保持恒定，实现光弹调制器频率跟踪，从而达到光弹调制器长时间稳定。

技术研发人员：欧立杨,熊伟,陈学周,李超波
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16