實驗名稱：激(ji)光干涉儀數字(zi)仿真(zhen)及控制研究

　　測試設備：高壓放大器、壓(ya)電(dian)換能器、電(dian)光(guang)調制器、光(guang)電(dian)探測器、分光(guang)器等。

　　實驗過程：

　　圖(tu)(tu)1：實驗裝置圖(tu)(tu)。激(ji)光(guang)束用(yong)實線(xian)(xian)表(biao)示，電信號用(yong)虛線(xian)(xian)表(biao)示，EOM：電光(guang)調制器(qi)(qi)。BS：分(fen)光(guang)器(qi)(qi)。HVAMP：高壓放(fang)大器(qi)(qi)。PD：光(guang)電探測器(qi)(qi)。FPGA：現場(chang)可編程門陣列(lie)。PZT：壓電換能器(qi)(qi)。

　　實驗設置(zhi)如(ru)圖1所示。相(xiang)位調(diao)制(90MHz)的激(ji)光(guang)(guang)(guang)束被(bei)(bei)注入線性腔(qiang)，其失諧(xie)由壓(ya)電(dian)換能(neng)器(qi)(PZT)驅動。空腔(qiang)由兩(liang)個(ge)間隔(ge)距離為28mm的反射(she)鏡(jing)組成(cheng)(cheng)。反射(she)光(guang)(guang)(guang)被(bei)(bei)50%的分光(guang)(guang)(guang)器(qi)反射(she)并由寬帶光(guang)(guang)(guang)電(dian)探測(ce)器(qi)(PD1)檢測(ce)。之后的光(guang)(guang)(guang)電(dian)流被(bei)(bei)解(jie)調(diao)，其基準來自與調(diao)制激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)相(xiang)同的本地振蕩器(qi)。通過光(guang)(guang)(guang)學腔(qiang)透射(she)的激(ji)光(guang)(guang)(guang)由另一個(ge)光(guang)(guang)(guang)電(dian)探測(ce)器(qi)(PD2)探測(ce)，并且探測(ce)到(dao)(dao)(dao)的光(guang)(guang)(guang)電(dian)流被(bei)(bei)用(yong)作(zuo)光(guang)(guang)(guang)學功率(lv)參(can)(can)考(kao)。誤差信號(hao)(hao)(hao)和光(guang)(guang)(guang)功率(lv)參(can)(can)考(kao)被(bei)(bei)發送到(dao)(dao)(dao)I/O連(lian)接(jie)器(qi)。I/O連(lian)接(jie)器(qi)上(shang)(shang)的16位模(mo)數轉換器(qi)(ADC)將上(shang)(shang)述兩(liang)個(ge)模(mo)擬信號(hao)(hao)(hao)轉換成(cheng)(cheng)數字(zi)(zi)信號(hao)(hao)(hao)，并將其輸入現場可(ke)編程(cheng)(cheng)(cheng)門陣列(FPGA)中。在FPGA上(shang)(shang)運行的控(kong)制器(qi)的數字(zi)(zi)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)是用(yong)Labview組成(cheng)(cheng)和調(diao)試的。程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)輸出由16位數模(mo)轉換器(qi)將數字(zi)(zi)信號(hao)(hao)(hao)轉換為模(mo)擬信號(hao)(hao)(hao)，連(lian)接(jie)到(dao)(dao)(dao)高壓(ya)放大器(qi)，然后連(lian)接(jie)到(dao)(dao)(dao)腔(qiang)的PZT上(shang)(shang)以驅動腔(qiang)失諧(xie)。

　　圖2：閉環反饋控(kong)制示意圖。G1(s)為(wei)控(kong)制器的(de)傳遞(di)函(han)數，G2(s)是控(kong)制對象的(de)傳遞(di)函(han)數。SP代表(biao)設定點，C(s)代表(biao)腔失諧誤差信號。藍色部分是測量(liang)系統頻率(lv)響應(ying)的(de)示意圖。

　　實驗(yan)采用閉環反(fan)饋(kui)控制(zhi)(zhi)。示意圖如(ru)圖2所示。受(shou)控系統(tong)的誤差信(xin)號由數字比例積分(fen)控制(zhi)(zhi)器處(chu)理，然后反(fan)饋(kui)到腔(qiang)體中。

　　圖3：系統的頻率響應圖。

　　如圖(tu)2所(suo)示(shi)，系(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率響應是用信(xin)號(hao)(hao)(hao)分析儀通過向壓電陶瓷注入一個正(zheng)弦信(xin)號(hao)(hao)(hao)并(bing)檢測(ce)(ce)相(xiang)應的(de)(de)(de)誤(wu)差(cha)信(xin)號(hao)(hao)(hao)來測(ce)(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)。圖(tu)3給出了(le)(le)在沒(mei)有伺(si)服(fu)系(xi)(xi)(xi)統(tong)控制(zhi)(zhi)(zhi)下的(de)(de)(de)開環(huan)頻(pin)(pin)率響應和在有伺(si)服(fu)系(xi)(xi)(xi)統(tong)控制(zhi)(zhi)(zhi)下的(de)(de)(de)閉環(huan)頻(pin)(pin)率響應。它表(biao)明，數字控制(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)在很大(da)程度上抑制(zhi)(zhi)(zhi)了(le)(le)低于1kHz的(de)(de)(de)振(zhen)動噪聲。系(xi)(xi)(xi)統(tong)帶(dai)(dai)寬(kuan)主(zhu)要受到壓電陶瓷的(de)(de)(de)機械(xie)共(gong)振(zhen)的(de)(de)(de)限(xian)制(zhi)(zhi)(zhi)。圖(tu)4顯示(shi)了(le)(le)鎖(suo)定和解鎖(suo)狀態(tai)下的(de)(de)(de)誤(wu)差(cha)信(xin)號(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)噪聲譜。在1kHz的(de)(de)(de)峰值表(biao)明，在控制(zhi)(zhi)(zhi)帶(dai)(dai)寬(kuan)的(de)(de)(de)邊緣有輕微的(de)(de)(de)振(zhen)蕩。本底噪聲是在法布里-珀羅空腔不發(fa)生(sheng)共(gong)振(zhen)時測(ce)(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)。

　　圖4：誤差(cha)信號頻(pin)譜。

　　實驗結果：

　　圖5（a）：具(ju)有自適應PI總增(zeng)益的腔透射(she)功率和(he)誤差(cha)信號。

　　圖5（b）：具有(you)非自(zi)適應PI總增益的腔透射(she)功率和誤(wu)差信號(hao)。

　　為(wei)了驗(yan)證所(suo)設(she)計(ji)的(de)數字控制(zhi)(zhi)系統在激(ji)光功(gong)率(lv)變化(hua)條件(jian)下的(de)控制(zhi)(zhi)能力，對入射(she)激(ji)光用10Hz方波進行(xing)強度調制(zhi)(zhi)。實驗(yan)結果如圖(tu)5所(suo)示。圖(tu)5(a)給出(chu)了具有(you)自適應總(zong)增益的(de)誤(wu)差信(xin)號和(he)腔(qiang)透(tou)射(she)。圖(tu)5(b)給出(chu)了具有(you)非自適應總(zong)增益的(de)誤(wu)差信(xin)號和(he)腔(qiang)透(tou)射(she)。紅線代表(biao)誤(wu)差信(xin)號，藍線代表(biao)空腔(qiang)透(tou)射(she)功(gong)率(lv)。

　　可以(yi)看(kan)出(chu)，當(dang)激光(guang)(guang)功率變化時(shi)，系(xi)統的(de)(de)透射(she)(she)光(guang)(guang)隨入射(she)(she)光(guang)(guang)變化，但誤差信號仍(reng)保持(chi)為零，說(shuo)明(ming)自(zi)適應(ying)的(de)(de)總(zong)增益(yi)可以(yi)有效地保持(chi)系(xi)統穩定。而(er)在非自(zi)適應(ying)的(de)(de)總(zong)增益(yi)下(xia)系(xi)統的(de)(de)誤差信號和透射(she)(she)光(guang)(guang)均發(fa)生震蕩(dang)。此(ci)時(shi)系(xi)統不穩定。

　　高壓放大器推薦：ATA-7030

　　圖：ATA-7030高壓放大器指標參數

　　本資料由Aigtek安泰電子整理發布，更多案例及產(chan)品(pin)詳情請(qing)持續關注我們。西安安泰電子Aigtek已經(jing)成為在業界擁有廣(guang)泛產(chan)品(pin)線，且具有相(xiang)當規(gui)模的儀器設備(bei)供應商(shang)，樣機都(dou)支持免(mian)費試用。如想了(le)解更多功率放大器等產(chan)品(pin)，請(qing)持續關注安泰電子官網hkdyw.cn或撥打029-88865020。