1 解放军某部, 湖北 武汉 430000
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 华中光电技术研究所- 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
在各种冷原子干涉测量系统中, 磁光阱(Magneto Optical Trap, MOT)、补偿及偏置磁场控制是不可或缺的关键技术, 稳定、快速的磁场控制直接影响着原子冷却囚禁、干涉等过程中原子团的精密操控。设计了一套高性能的精密磁场控制系统, 电路结构上通过采用精密放大器驱动的低噪声恒流源拓扑, 以降低磁场驱动电流的噪声水平; 控制方式上采用模拟PID+扰动抑制的控制策略, 以提高磁场驱动电流的开关速度。实验室环境下测试结果表明: 当磁场驱动电流输出为1 A的情况下, 电流开启时间优于300 μs, 关断时间优于50 μs, DC(0 Hz)~250 kHz频率范围内总体电流噪声优于-80 dB。最终, 通过在冷原子绝对重力仪/重力梯度仪与冷原子陀螺系统中的应用测试, 所设计的磁场控制模块满足了冷原子干涉系统控制需求, 达到了预期效果。而且通过自主研制, 解决了对商用磁场控制模块的依赖, 促进了量子测量装置的装备化。
精密磁场控制 冷原子干涉仪 恒流源 模拟PID反馈控制 快速电流开关 precision magnetic field control cold atom interferometry constant current source analog PID feedback control fast current switching
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100192
为了改善光电精跟踪系统的动态响应特性，采用预先修正方法对快速执行器件音圈电机快反镜进行优化控制。在快反镜的闭环控制回路中增设前馈环节，根据目标探测与识别环节给出的脱靶量实施预测式调节控制，以加快执行速度;介绍了基于快反镜的光电精跟踪系统的一般构成与工作原理，给出了音圈电机快反镜的闭环控制模型，并执行了前馈-反馈控制方法; 搭建了包括目标模拟、目标成像探测与识别、目标快速跟踪等功能部件的实验系统，对上述方法进行了实验测试。结果表明，系统延迟由2.9 ms缩短至0.8 ms，系统带宽由20 Hz提高至45 Hz。该方法可以大幅压缩光电精跟踪系统的时间延迟，提高系统带宽。
激光技术 音圈电机 快反镜 前馈-反馈控制 laser technique voice coil actuator fast steering mirror feedforward-feedback control
中国空间技术研究院 北京空间机电研究所，北京 100194
三通道355 nm光学鉴频器广泛应用在星载测风激光雷达回波信号鉴频过程中，是实现双边缘风速多普勒鉴频的核心元件，其指标与可靠性决定了系统的探测精度。研制了基于压电换能器(piezo-electric transducer, PZT)调谐的355 nm三通道标准具鉴频模块，模块有效口径35 mm，峰值透过率75%，自由光谱范围12.5 GHz，半高宽1.7 GHz。通过三通道测试系统对自由光谱范围、半高宽、峰值透过率、调谐系数等指标进行了测试。结果表明：当外部驱动电压为75 V时，峰值透过率分别为0.859、0.878和0.735，半高全宽分别为1.843 GHz、1.882 GHz和1.611 GHz，调谐系数为1.96 GHz/V、1.93 GHz/V和1.88 GHz/V。针对光学鉴频模块3个通道PZT调谐系数不一致的情况，分析出对风速误差的影响范围为±0.1 m/s。通过对闭环控制系统进行测试，该系统可实现对355 nm激光发射频率的实时锁定，解决了光学鉴频模块每次工作状态初始位置不一致带来的问题，提高了风速鉴频精度，可实现锁定时间长达30 min以上，满足了星载测风激光雷达的应用需求。另外，仿真研究表明：当三通道光学鉴频模块间隔变化0.08 nm时，引起的风速误差为1 m/s。
测风激光雷达 光学鉴频器 自由光谱范围 峰值透过率 闭环反馈控制 wind lidar optical frequency discriminator free spectral range peak transmittance closed-loop feedback control 
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics Science and Engineering, Tongji University, Shanghai, China
2 State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
3 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
4 XIOPM Center for Attosecond Science and Technology, State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Xi’an, China
The development of high-intensity ultrafast laser facilities provides the possibility to create novel physical phenomena and matter states. The timing fluctuation of the laser pulses is crucial for pump–probe experiments, which is one of the vital means to observe the ultrafast dynamics driven by intense laser pulses. In this paper, we demonstrate the timing fluctuation characterization and control of the front end of a 100-PW laser that is composed of a high-contrast optical parametric amplifier (seed) and a 200-TW optical parametric chirped pulse amplifier (preamplifier). By combining the timing jitter measurement with a feedback system, the laser seed and preamplifier are synchronized to the reference with timing fluctuations of 1.82 and 4.48 fs, respectively. The timing system will be a key prerequisite for the stable operation of 100-PW laser facilities and provide the basis for potential pump–probe experiments performed on the laser.
feedback control high-intensity ultrafast laser timing fluctuation High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(4): 04000e52
1 华东师范大学物理与电子科学学院精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200062
2 中国科学院超强激光科学卓越创新中心，上海 201800
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
4 南京大学固体微结构国家实验室，江苏 南京 210093
5 华东师范大学重庆研究所重庆精密光学重点实验室，重庆 401120
高精度的干涉仪在精密测量领域有着非常重要的作用。相位估计的不确定度通常用来判定一个干涉仪测量的精密程度，相位估计的不确定度越小意味着相位灵敏度越高。在理论上提出了由光学参量放大器和线性光学分束器（BS）组成的非线性干涉仪。基于热原子系综四波混频（FWM）过程的光学参量放大器用来实现干涉仪中光束的合成与分离。BS作为反馈控制器，通过控制器件的反射率，来控制FWM过程的出射光返回到入射光端口的比例。与传统干涉仪的相位灵敏度相比，通过理论计算证明了基于光学参量放大器反馈的非线性干涉仪相位灵敏度更高。本研究结果在量子精密测量领域有着潜在的研究价值。
量子精密测量 非线性干涉仪 光学参量放大器 四波混频 反馈控制 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106021
臧晓阳 1,2,3李克武 2,3王志斌 1,2,3,*李坤钰 1,2,3[ ... ]刘坤 1,2,3
1 中北大学仪器与电子学院，山西 太原 030051
2 中北大学前沿交叉科学研究院，山西 太原 030051
3 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原 030051
快轴可调弹光调制器（FaaPEM）不仅具有调制频率高、通光孔径大、抗震性能好等优势，同时还弥补了传统弹光调制器相位延迟量和快轴方位角无法灵活调节的不足，在偏振调制以及偏振测量中发挥着重要的作用，FaaPEM是由两个压电驱动器和弹光晶体构成的谐振型光机电器件，在高压谐振状态下，因其自身的温度升高会导致弹光晶体谐振频率与驱动电压的频率不匹配，极大地影响了对于入射光的调制效率。为了确保FaaPEM在工作时的调制能力和稳定性达到最优效果，开展了FaaPEM的稳定闭环控制研究，提出了基于调制信号跟踪和相位调节的闭环驱动控制方法，并对FaaPEM稳定性进行了测试。测试结果表明：该系统加载反馈控制后，半波状态下稳定度达到4.18%，四分之一波状态下稳定度达到3.43%。
物理光学 快轴可调弹光调制器 频率温漂 数字锁相技术 反馈控制 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0726003
红外与激光工程
2023, 52(2): 20220451
1 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所 通用光学定标与表征技术重点实验室， 安徽合肥23003
2 中国科学技术大学， 安徽合肥3006
针对特殊准直光源的稳定性控制需求，提出一种基于振镜的激光功率稳定控制方法。将石英片与振镜连接固定，采用入射光角度与透过率的关系作为信号调节原理，当振镜带动石英片旋转时，对石英片透射的光信号大小进行调节。基于菲涅尔定律，开展平板玻璃旋转角度与透过率参数分析，论证旋转角度范围等参数，为实现光源的功率稳定提供输出参数支持。利用监视反馈探测器进行实时数据监测和反馈。通过PID算法，对监视探测器信号与参考调节功率对应电压的误差进行调制，实现对振镜输出角度的准确调节。采用该功率稳定器对He-Ne 632.8 nm激光器进行了稳功率实验，并采用Trap探测器进行功率输出的实验验证。试验结果表明：经过功率稳定控制后的激光器稳定性：其标准离差率CV为0.016%（1 800 s），其峰峰起伏SV为±0.042%（1 800 s）。峰峰起伏SV降至激光器自由运行时约为1/8.79，标准离差率CV改善1/13.76，稳定性得到了较好的改进。
激光功率稳定 振镜 菲涅尔定律 反馈控制 laser power stability scanlab Fresnel's law feedback control 光学 精密工程
2022, 30(24): 3189
中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
针对转速反馈电机控制系统中实际转速与期望转速存在偏差无法绝对消除,造成电机转过的角度误差会随时间累积的问题,提出了一种相位/转速混合控制结构。在转速环路基础上增加了相位环路,通过外部输入一个频率稳定的参考方波信号,由混合环路控制电机转速,达到期望值。同时控制电机转过的角度时刻,跟踪参考方波信号的相位,与其保持同步锁定,从而保证电机转过的角度误差不再随时间累积。具体分析了混合控制结构的设计原理,并通过搭建工程实物电机系统进行验证。在参考方波信号频率为100 Hz的情况下,系统达到的技术指标为：稳定时间≤2 s,稳态时转速精度为6 000±10 r/m,相位差≤±50 μs。
无刷直流电机 转速反馈控制 锁相环 电机控制 BLDCM speed feedback control phase-locked loop motor control
强激光与粒子束
2022, 34(11): 116002
