本發(fā)明涉及聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種相位同步的聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)裝置及方法。

背景技術(shù)：

聲光調(diào)制器廣泛應(yīng)用于相干型相位敏感光時(shí)域反射技術(shù)領(lǐng)域。該技術(shù)依靠聲光調(diào)制器對(duì)光信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制，調(diào)頻后的光信號(hào)分為本振光和探測(cè)光。在信號(hào)解調(diào)過程中，首先將本振光和返回的探測(cè)光相干，然后對(duì)相干后的信號(hào)與聲光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行下變頻正交混頻，最終得到被測(cè)信號(hào)。

在相干型相位敏感光時(shí)域反射技術(shù)領(lǐng)域，聲光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)需要采用正弦波信號(hào)與脈沖信號(hào)疊加的形式。當(dāng)脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，聲光調(diào)制器被正弦波信號(hào)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)脈沖信號(hào)為低電平時(shí)，聲光調(diào)制器不存在驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

在現(xiàn)有聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)技術(shù)中，正弦波信號(hào)和脈沖信號(hào)通常采用不同的時(shí)鐘源，每個(gè)脈沖最終獲取的正弦波信號(hào)的初相位是隨機(jī)的，導(dǎo)致解調(diào)過程引入了不確定的干擾項(xiàng)，影響了解調(diào)精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述難題，提供了一種相位同步的聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)裝置及方法，實(shí)現(xiàn)了聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)信號(hào)與解調(diào)裝置中正交混頻本振信號(hào)的相位同步，提高了解調(diào)精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：

一種相位同步的聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)裝置，包括：處理器、信號(hào)源、波形整形單元、可編程數(shù)字延遲器、電子開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和放大模塊；

所述處理器與信號(hào)源連接，所述信號(hào)源、波形整形單元、可編程數(shù)字延遲器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器依次串聯(lián)連接，所述處理器與可編程數(shù)字延遲器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器分別連接；

所述電子開關(guān)的輸入端與信號(hào)源和可編程數(shù)字延遲器分別連接，所述電子開關(guān)的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器和放大模塊分別連接。

進(jìn)一步地，所述信號(hào)源輸出兩路正弦信號(hào)，第一路是高頻信號(hào)，作為聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的源信號(hào)，連接到電子開關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器；第二路是低頻信號(hào)，作為電子開關(guān)的控制源信號(hào)，連接到波形整形單元。

進(jìn)一步地，所述可編程數(shù)字延遲器接收到波形整形單元輸出的方波信號(hào)的邊沿，延遲設(shè)定時(shí)間后，輸出一個(gè)矩形波信號(hào)分別給電子開關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

進(jìn)一步地，電子開關(guān)接收到的開關(guān)控制信號(hào)為低電平時(shí)，開關(guān)斷開，不輸出信號(hào)；接收到的開關(guān)控制信號(hào)為高電平時(shí)，開關(guān)閉合，將信號(hào)源的第一路高頻信號(hào)輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器和放大模塊。

進(jìn)一步地，所述處理器包括：

信號(hào)源驅(qū)動(dòng)單元：用于設(shè)置信號(hào)源兩路信號(hào)的頻率和相位；

延遲驅(qū)動(dòng)單元：用于設(shè)置可編程數(shù)字延遲器的延遲時(shí)間和矩形波信號(hào)高電平寬度；

同相檢測(cè)單元：用于判斷來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器的兩路路數(shù)字信號(hào)相位是否同步。

進(jìn)一步地，所述信號(hào)源包括：第一直接數(shù)字頻率合成器、第二直接數(shù)字頻率合成器和高穩(wěn)定性晶振；

第一直接數(shù)字頻率合成器和第二直接數(shù)字頻率合成器連接同一個(gè)高穩(wěn)定性晶振，保證時(shí)鐘同步；第一直接數(shù)字頻率合成器的輸出作為信號(hào)源的第一路高頻信號(hào)，第二直接數(shù)字頻率合成器的輸出作為信號(hào)源的第二路低頻信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述放大模塊包括：依次連接的初級(jí)放大器和次級(jí)放大器；初級(jí)放大器對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行幅度放大；次級(jí)放大器對(duì)初級(jí)放大器輸出的信號(hào)進(jìn)行功率放大，并輸出給聲光調(diào)制器。

一種相位同步的聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)方法，包括以下步驟：

步驟1：信號(hào)源輸出兩路時(shí)鐘同步的正弦信號(hào)，第一路是高頻信號(hào)，第二路是低頻信號(hào)；

步驟2：將第二路低頻正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)；

步驟3：將方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為矩形波信號(hào)，并且設(shè)定延遲時(shí)間和高電平寬度；

步驟4：對(duì)第一路高頻信號(hào)在矩形波信號(hào)的作用下實(shí)現(xiàn)斬波；

步驟5：對(duì)第一路高頻信號(hào)斬波前和斬波后的信號(hào)進(jìn)行同相檢測(cè)，如果相位不同步，調(diào)整矩形波信號(hào)的延遲時(shí)間，直到相位同步；

步驟6：對(duì)斬波后的信號(hào)進(jìn)行幅度和功率放大，得到聲光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述步驟4中，斬波后的信號(hào)為：

其中，vchop表示斬波后的信號(hào)；表示第一路高頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)斬波過程中產(chǎn)生的相位延遲；表示初始相位；δt表示延遲時(shí)間，且f1表示高頻信號(hào)頻率；τ表示矩形波高電平時(shí)間；t表示方波周期；a1表示幅度。

進(jìn)一步地，所述步驟6中，得到的聲光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為：

其中，κ表示幅度放大倍數(shù)，表示延遲時(shí)間改變引起的相位變化，用于保證第一路高頻信號(hào)斬波前后的相位同步。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明采用的信號(hào)源輸出時(shí)鐘同步的高頻信號(hào)和低頻信號(hào)，利用源自低頻信號(hào)的矩形波實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)的斬波，并將斬波后的信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)聲光調(diào)制器。將斬波前的高頻信號(hào)送入解調(diào)裝置作為正交混頻的本振信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)信號(hào)與解調(diào)裝置中正交混頻本振信號(hào)的相位同步，提高了解調(diào)精度。

(2)本發(fā)明利用信號(hào)源、波形整形單元、可編程數(shù)字延遲器、電子開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和處理器，實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)斬波前后波形的同相檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整用于斬波的矩形波信號(hào)延遲時(shí)間，形成一個(gè)實(shí)現(xiàn)相位同步的閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以消除高頻信號(hào)斬波過程中由于器件不穩(wěn)定造成的相位抖動(dòng)，提高了相位同步精度和穩(wěn)定性。將斬波前的高頻信號(hào)送入解調(diào)裝置作為正交混頻的本振信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)信號(hào)與解調(diào)裝置中正交混頻本振信號(hào)的動(dòng)態(tài)相位同步，能夠進(jìn)一步提高解調(diào)精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明相位同步的聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是信號(hào)源第二路低頻正弦信號(hào)；

圖3是波形整形單元輸出的方波信號(hào)；

圖4是可編程數(shù)字延遲器輸出的矩形波信號(hào)。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：

本發(fā)明公開了一種相位同步的聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)裝置，如圖1所示，包括：處理器、信號(hào)源、波形整形單元、可編程數(shù)字延遲器、電子開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和放大模塊；

處理器與信號(hào)源連接，信號(hào)源、波形整形單元、可編程數(shù)字延遲器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器依次串聯(lián)連接，所述處理器與可編程數(shù)字延遲器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器分別連接；

電子開關(guān)的輸入端與信號(hào)源和可編程數(shù)字延遲器分別連接，電子開關(guān)的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器和放大模塊分別連接。

信號(hào)源輸出時(shí)鐘同步的高頻信號(hào)和低頻信號(hào)，利用源自低頻信號(hào)的矩形波實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)的斬波，并將斬波后的信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)聲光調(diào)制器；

實(shí)現(xiàn)處理器對(duì)高頻信號(hào)斬波前后波形進(jìn)行同相檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整用于斬波的矩形波信號(hào)延遲時(shí)間，形成一個(gè)實(shí)現(xiàn)相位同步的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

信號(hào)源輸出兩路正弦信號(hào)，第一路是80mhz正弦波信號(hào)，作為聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的源信號(hào)，連接到電子開關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器；第二路是1khz正弦波信號(hào)，作為電子開關(guān)的控制源信號(hào)，連接到波形整形單元，波形如圖2所示。

信號(hào)源由第一直接數(shù)字頻率合成器、第二直接數(shù)字頻率合成器和高穩(wěn)定性晶振組成。第一直接數(shù)字頻率合成器和第二直接數(shù)字頻率合成器連接同一個(gè)高穩(wěn)定性晶振，保證時(shí)鐘同步。第一直接數(shù)字頻率合成器的輸出作為信號(hào)源的第一路高頻信號(hào)，第二直接數(shù)字頻率合成器的輸出作為信號(hào)源的第二路低頻信號(hào)。

波形整形單元將輸入的正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，輸出到可編程數(shù)字延遲器，波形如圖3所示。

可編程數(shù)字延遲器接收到方波信號(hào)的邊沿后，延遲一段時(shí)間δt，輸出一個(gè)高電平寬度為τ的矩形波信號(hào)給電子開關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。輸出給電子開關(guān)的矩形波信號(hào)作為電子開關(guān)的開關(guān)控制信號(hào)，輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換器的矩形波信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，波形如圖4所示。

電子開關(guān)接收到的開關(guān)控制信號(hào)為低電平時(shí)，開關(guān)斷開，不輸出信號(hào)；接收到的開關(guān)控制信號(hào)為高電平時(shí)，開關(guān)閉合，將信號(hào)源的第一路高頻信號(hào)輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器和放大模塊。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器在觸發(fā)信號(hào)為高電平時(shí)，采集來自電子開關(guān)和信號(hào)源的模擬信號(hào)，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸給處理器。

處理器連接信號(hào)源，設(shè)置信號(hào)源兩路輸出信號(hào)的相位和頻率。處理器包括：

信號(hào)源驅(qū)動(dòng)單元、延遲驅(qū)動(dòng)單元和同相檢測(cè)單元3個(gè)功能模塊。信號(hào)源驅(qū)動(dòng)單元設(shè)置信號(hào)源兩路信號(hào)的頻率和相位；延遲驅(qū)動(dòng)單元設(shè)置可編程數(shù)字延遲器的延遲時(shí)間δt和矩形波信號(hào)高電平寬度τ；同相檢測(cè)單元判斷來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器的兩路路數(shù)字信號(hào)相位是否同步。

放大模塊對(duì)輸入的高頻正弦波信號(hào)進(jìn)行幅度放大和功率放大，輸出給聲光調(diào)制器作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

放大模塊包括依次連接的初級(jí)放大器和次級(jí)放大器。初級(jí)放大器對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行幅度放大；次級(jí)放大器對(duì)初級(jí)放大器輸出的信號(hào)進(jìn)行功率放大，并輸出給聲光調(diào)制器。

基于上述裝置，采用以下方法實(shí)現(xiàn)相位同步的聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)：

步驟1：信號(hào)源輸出兩路時(shí)鐘同步的正弦信號(hào)。

第一路是80mhz正弦波信號(hào)，可以表示為：

其中，v1表示第一路高頻信號(hào)，a1表示幅度，f1＝80mhz表示頻率，t表示時(shí)間，表示相位。

第二路是1khz正弦波信號(hào)，如圖2所示，可以表示為：

其中，v2表示第二路低頻信號(hào)，a2表示幅度，f2＝1khz表示頻率，表示相位。

步驟2：第二路低頻正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，如圖3所示，得到：

其中，vsquare表示方波信號(hào)，t表示方波周期，且

步驟3，方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為矩形波信號(hào)，并且延遲一定時(shí)間，如圖4所示，得到：

其中，vpulse表示矩形波信號(hào)，δt表示延遲時(shí)間，且τ＝50ns表示矩形波高電平時(shí)間。

步驟4，第一路高頻信號(hào)在矩形波信號(hào)的作用下實(shí)現(xiàn)斬波，斬波后的信號(hào)為：

其中，vchop表示斬波后的信號(hào)，表示第一路高頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)斬波過程中產(chǎn)生的相位延遲。

步驟5，對(duì)第一路高頻信號(hào)斬波前和斬波后的信號(hào)進(jìn)行同相檢測(cè)，如果相位不同步，調(diào)整矩形波信號(hào)的延遲時(shí)間δt，直到相位同步，此時(shí)δt＝5ns。

步驟6：對(duì)斬波后的信號(hào)進(jìn)行幅度和功率放大，得到聲光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)：

其中，vdrive表示聲光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，κ表示幅度放大倍數(shù)，表示延遲時(shí)間改變引起的相位變化，用于保證第一路高頻信號(hào)斬波前后的相位同步。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。