电压放大器在主动相位控制系统设计中的应用
实验名称：双路脉冲相干合成系统及主动相位控制系统
测试设备：电压放大器、光电探测器、低通滤波器、PZT等。
图1：主动相位控制系统结构示意图
实验过程：
系统中HC探测器由波片，PBS和两个光电探测器组成，光电探测器在PBS的s偏振端和p偏振端进行探测，测得的强度信号通过差分放大器提取包含光程差相位信息的误差信号，该误差信号经低通滤波器滤波后通过PI2D相位控制电路进行反馈控制，反馈信号经电压放大器放大后对PZT进行驱动控制。主动相位控制系统的结构简图如图1所示。系统中采用的PZT控制精度为0.28μm/V，可承受的最高电压为150V，最大伸长量为42μm。通过调节相位控制电路的偏置电压，可以对两路脉冲之间的相位差进行微调。当外界环境变化或噪声扰动对光程差噪声影响时，HC偏振探测器检测得到的相位差发生改变，反馈信号通过改变PZT的驱动电压对光程差进行相位补偿。
图2：光程差为0位置处锁定前后探测器测得的功率起伏
实验中首先在光程差接近0处对合成前后合成光的功率变化进行测量，通过微调控制电路偏置电压，使系统的合成效率最高，此时认为此时光程差为零，此时的锁相效果如图2所示。对相位锁定系统性能进行验证使，放大器输出功率较低，此时不需要对开启水冷对系统进行水冷散热，外界环境扰动对系统的影响较小。
实验结果：
图3：锁定状态下，光程差与系统合成效率之间的关系
通过调节电动延时线的位置产生一定的光程差以验证锁相系统的性能，图3描述了不同光程差下系统合成效率的变化。
当光程差在10μm范围内时，系统合成效率基本保持在90%以上；当光程差增大至25μm时，系统合成效率下降至80%，由于此时系统输出功率较低，合成效率的降低主要来自于光程失配，同时由于电动光纤延时线运动过程中会对系统耦合产生一定的影响，从而影响输出光斑质量，因此空间光场位置失配也会导致部分合成效率的损耗；当光程差大于60μm时，系统合成效率下降至60%，此时光程差失配是导致合成效率下降的主要因素，空间光场失配对系统合成效率的影响较小；当光程差大于80μm时，此时促动器已无法将两路放大器之间的光程差补偿至相干长度范围内，主动相位控制系统无法对光程差进行补偿，系统难以实现合成光同相输出，此时，光程差已超出相位控制系统的控制范围。因此，主动相位控制系统的控制范围约±20μm，在此范围内，相位控制系统可以将合成效率提升至最优值，超过此范围，仍能实现一定程度的相位控制，但合成效率会有所下降，不能实现完全的相位补偿。在该相位控制系统的基础上对电动延时线进行补偿控制，则可以实现更宽补偿范围的相位锁定。
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