声光调制器驱动系统的制作方法

本发明涉及一种驱动系统，特别是涉及一种声光调制器驱动系统。

背景技术：

原子的激光冷却与囚禁是近20年发展起来的新的研究领域。在原子的激光冷却与囚禁技术中遇到的主要问题就是利用红失谐的激光来对原子进行冷却，磁光阱反应显微成像谱仪是源自的激光冷却与囚禁技术的设备之一。在现有技术中，一般通过声光调制技术对激光进行移频从而产生所需的红失谐的激光。然而，现有的用于驱动声光调制器的驱动系统一般均存在产生的驱动信号隔离度低、带宽较宽、频率及功率不够稳定、衍射效率较低、不能实现激光光路的快速切换、且成本较高等问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种声光调制器驱动系统，用于解决现有技术中的声光调制器驱动系统存在的驱动信号隔离度低、带宽较宽、频率及功率不够稳定、衍射效率较低、不能实现激光光路的快速切换等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种声光调制器驱动系统，所述声光调制器驱动系统包括：

信号发生电路，适于生成特定频率的微波信号；

可调衰减电路，与所述信号发生电路相连接，适于调节所述信号发生电路生成的微波信号的功率的衰减，以得到一定范围内功率可调的微波信号；

功率放大电路，与所述可调衰减电路相连接，适于将所述可调衰减电路调制后的微波信号进行放大，以得到所需功率的微波信号；

射频开关电路，位于所述可衰减电路与所述功率放大电路之间，通过自身的开通与关断以控制所述可调衰减电路与所述功率放大电路之间的微波信号传输。

作为本发明的声光调制器驱动系统的一种优选方案，所述信号发生电路包括压控振荡器，所述压控振荡器适于依据输入的控制电压生成相应频率的微波信号。

作为本发明的声光调制器驱动系统的一种优选方案，所述信号发生电路还包括可调电压模块，所述可调电压模块的输入端与一输入电压相连接，输出端与所述压控振荡器的输入端相连接，适于依据所述输入电压生成可调的控制电压。

作为本发明的声光调制器驱动系统的一种优选方案，所述可调电压模块包括：稳压集成电路、第一固定电阻及第一可变电阻；

所述第一固定电阻与所述第一可变电阻串联；

所述稳压集成电路包括输入端、输出端及调节终端；所述稳压集成电路的输入端与一输入电压相连接，所述稳压集成电路的输出端与所述第一固定电阻远离所述第一可变电阻的一端相连接，所述稳压集成电路的调节终端与所述第一固定电阻的另一端及所述可变电阻相连接；所述稳压集成电路的输出端与调节终端之间提供一参考电压，所述参考电压限定了流经所述第一固定电阻及所述第一可变电阻的电流。

作为本发明的声光调制器驱动系统的一种优选方案，所述稳压集成电路为LM317芯片。

作为本发明的声光调制器驱动系统的一种优选方案，所述可调衰减电路包括可调衰减器，所述可调衰减器包括控制端、信号输入端及信号输出端；所述可调衰减器的控制端接入一控制电流，信号输入端与所述信号发生电路的输出端相连接；所述可调衰减器适于依据输入的控制电流控制其衰减系数，从而对输入的微波信号的功率进行调节。

作为本发明的声光调制器驱动系统的一种优选方案，所述可调衰减电路还包括一可调电流模块，所述可调电流模块与所述可调衰减器的控制端相连接，适于生成可调的控制电流。

作为本发明的声光调制器驱动系统的一种优选方案，所述可调电流模块包括：第二可变电阻、第二固定电阻、第三固定电阻、第一电容及第二电容；

所述第二可变电阻包括第一固定端、第二固定端及滑动端；所述第二可变电阻的第一固定端与一电压源相连接，所述第二可变电阻的第二固定端接地；

所述第一电容的一端与所述第二可变电阻的滑动端相连接，另一端接地；

所述第二固定电阻、所述第三固定电阻及所述第二电容依次串联，且所述第二固定电阻远离所述第三固定电阻的一端与所述第二可变电阻的滑动端相连接，所述第二电容远离所述第三固定电阻的一端接地；所述第二固定电阻与所述第三固定电阻相连接的一端作为所述可调电流模块的输出端与所述可调衰减器的控制端相连接。

作为本发明的声光调制器驱动系统的一种优选方案，所述可调电流模块还包括一第一单刀双掷开关，所述第一单刀双掷开关包括：第一固定端、第二固定端及可动端；所述第二可变电阻与所述第二固定电阻经由所述第一单刀双掷开关相连接，且所述第二可变电阻的滑动端与所述第一单刀双掷开关的第一固定端相连接，所述第二固定电阻远离所述第三固定电阻的一端与所述第一单刀双掷开关的可动端相连接。

作为本发明的声光调制器驱动系统的一种优选方案，所述可调电流模块还包括一电流调节单元，所述电流调节单元与所述第一单刀双掷开关的第二固定端相连接，适于调节所述可调电流模块的输出电流。

作为本发明的声光调制器驱动系统的一种优选方案，所述射频开关电路包括高隔离度开关，所述高隔离度开关包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、第一输出端及第二输出端；所述高隔离度开关的第一输入端与所述可调衰减电路的输出端相连接，第二输入端与控制信号相连接，第三输入端与一正电源相连接，第四输入的与一负电源相连接，所述高隔离度开关适于在所述控制信号的控制下实现导通与切断的快速切换。

作为本发明的声光调制器驱动系统的一种优选方案，所述射频开关电路还包括第二单刀双掷开关，所述第二单刀双掷开关包括第一固定端、第二固定端及可动端；所述第二单刀双掷开关的第一固定端与一电压源相连接，所述第二固定端与一控制信号输入单元相连接，可动端与所述高隔离度开关的第二输入端相连接。

作为本发明的声光调制器驱动系统的一种优选方案，所述功率放大电路包括功率放大器。

作为本发明的声光调制器驱动系统的一种优选方案，所述功率放大电路还包括检测单元，所述检测单元与所述功率放大器相连接。

作为本发明的声光调制器驱动系统的一种优选方案，所述检测单元包括开关及指示灯，所述开关与所述功率放大器相连接，所述指示灯与所述开关相连接。

如上所述，本发明的声光调制器驱动系统具有输出可实现激光光路ns级别的快速切换、隔离度高、带宽窄、频率和功率稳定且可连续可调、衍射效率高等优点，且本发明的声光调制器驱动系统的成本较低。

附图说明

图1及图2显示为本发明的声光调制器驱动系统的结构框图。

图3显示为本发明的声光调制器驱动系统中的可调电压模块的结构框图。

图4显示为本发明的声光调制器驱动系统中的可调电流模块的结构框图。

图5至图6显示为本发明的声光调制器驱动系统中的可调衰减电路处理后的不同频率的输入信号的功率衰减与控制电流的关系曲线图。

图7至图9显示为本发明的声光调制器驱动系统对不同频率的输入信号处理后的频谱图。

元件标号说明

1 信号发生电路

11 压控振荡器

12 可调电压模块

2 可调衰减电路

21 可调衰减器

22 可调电流模块

221 第一单刀双掷开关

3 射频开关电路

31 第二单刀双掷开关

32 高隔离度开关

4 功率放大电路

41 功率放大器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

请参阅图1，本发明提供一种声光调制器驱动系统，所述声光调制器驱动系统包括：信号发生电路1，所述信号发生电路1适于生成特定频率的微波信号，譬如，在本实施例中，所述信号发生电路1适于生成中心频率为80MHz、110MHz及250MHz的功率、频率稳定且具有连续可调的正弦信号；所述微波信号的性能直接决定了声光调制器(AOM)对激光调制的精确性和稳定性；可调衰减电路2，所述可衰减电路2与所述信号发生电路1相连接，适于调节所述信号发生电路1生成的微波信号的功率的衰减，以得到一定范围内功率可调的微波信号；功率放大电路4，所述功率放大电路4与所述可调衰减电路2相连接，适于将所述可调衰减电路2调制后的微波信号进行放大，以得到所需功率的微波信号；射频开关电路3，所述射频开关电路3位于所述可衰减电路2与所述功率放大电路4之间，通过自身的开通与关断以控制所述可调衰减电路2与所述功率放大电路4之间的微波信号传输，即当所述射频开关电路3开通时，所述可调衰减电路2输出的微波信号可以传输至所述功率放大电路4，当所述射频开关电路3关断时，所述可调衰减电路2输出的微波信号不可以传输至所述功率放大电路4。

作为示例，所述信号发生电路1包括压控振荡器11，所述压控振荡器11适于依据输入的控制电压生成相应频率的微波信号。所述压控振荡器11是通过控制电压调节频率的振荡电路，其振荡的频率会随着直流电压的不同而改变。具体的所述压控振荡器11可以为ZOS-100+、ZOS-150+和ZOS-300+三种型号的压控振荡器，上述三种型号的压控振荡器的结构为本领域人员所熟知，此处不再累述。上述三种信号的压控振荡器集成度较高，所需外部电路结构简单，电路性能优良，输出的射频信号稳定符合AOM驱动电路的要求。

作为示例，请参阅图2，所述信号发生电路1还包括可调电压模块12，所述可调电压模块12的输入端与一输入电压相连接，输出端与所述压控振荡器11的输入端相连接，适于依据所述输入电压生成可调的控制电压。

作为示例，请参阅图3，所述可调电压模块12包括：稳压集成电路、第一固定电阻R₁及第一可变电阻R_s1；所述第一固定电阻R₁与所述第一可变电阻R_s1串联；所述稳压集成电路包括输入端、输出端及调节终端；所述稳压集成电路的输入端与一输入电压V_i相连接，所述稳压集成电路的输出端与所述第一固定电阻R₁远离所述第一可变电阻R_s1的一端相连接，所述稳压集成电路的调节终端与所述第一固定电阻R₁的另一端及所述可变电阻R_s1相连接；所述稳压集成电路的输出端与调节终端之间提供一参考电压V_REF，所述参考电压V_REF限定了流经所述第一固定电阻R₁及所述第一可变电阻R_s1的电流。所述可调电压模块12输出的控制电压V₀为：

其中，I_ADJ为引脚电流，工作时通过调节所述第一可变电阻R_s1的阻值来控制所述控制电压V₀。

作为示例，所述稳压集成电路为LM317芯片。所述可调电压模块12可以提供1～21V的可调控制电压。

作为示例，请继续参阅图2，所述可调衰减电路2包括可调衰减器21，所述可调衰减器21包括控制端、信号输入端及信号输出端；所述可调衰减器21的控制端接入一控制电流，信号输入端与所述信号发生电路1的输出端相连接；所述可调衰减器21适于依据输入的控制电流控制其衰减系数，从而对输入的微波信号的功率进行调节。具体的，所述可调衰减器21可以为为ZMAS-1型号及ZMAS-3型号的衰减器，所述衰减器通过调节控制端的输入的控制电流的大小来实现输出功率可调。

作为示例，所述可调衰减电路2还包括一可调电流模块22，所述可调电流模块22与所述可调衰减器21的控制端相连接，适于生成可调的控制电流。

作为示例，请参阅图4，所述可调电流模块22包括：第二可变电阻R_s2、第二固定电阻R₂、第三固定电阻R₃、第一电容C₁及第二电容C₂；所述第二可变电阻R_s2包括第一固定端、第二固定端及滑动端；所述第二可变电阻R_s2的第一固定端与一电压源相连接(图4中以一提供5V电压的正电压源作为示例)，所述第二可变电阻R_s2的第二固定端接地；所述第一电容C₁的一端与所述第二可变电阻R_s2的滑动端相连接，另一端接地；所述第二固定电阻R₂、所述第三固定电阻R₃及所述第二电容C₂依次串联，且所述第二固定电阻R₂远离所述第三固定电阻R₃的一端与所述第二可变电阻R_s2的滑动端相连接，所述第二电容C₂远离所述第三固定电阻R₃的一端接地；所述第二固定电阻R₂与所述第三固定电阻R₃相连接的一端作为所述可调电流模块22的输出端与所述可调衰减器21的控制端相连接。

作为示例，所述可调电流模块22还包括一第一单刀双掷开关221，所述第一单刀双掷开关221包括：第一固定端、第二固定端及可动端；所述第二可变电阻R_S2与所述第二固定电阻R₂经由所述第一单刀双掷开关221相连接，且所述第二可变电阻R_S2的滑动端与所述第一单刀双掷开关221的第一固定端相连接，所述第二固定电阻R_S2远离所述第三固定电阻R₃的一端与所述第一单刀双掷开关221的可动端相连接。

作为示例，所述可调电流模块22还包括一电流调节单元(未示出)，所述电流调节单元与所述第一单刀双掷开关221的第二固定端相连接，适于调节所述可调电流模块22的输出电流。具体的，所述电流调节单元通过同轴电缆接口BNC与所述第一单刀双掷开关221的第二固定端相连接。所述可调衰减电路2处理后的不同频率的输入信号的功率衰减与控制电流的关系曲线图如图5及图6所示。

作为示例，所述射频开关电路3包括高隔离度开关32，所述高隔离度开关32包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、第一输出端及第二输出端；所述高隔离度开关32的第一输入端与所述可调衰减电路2的输出端相连接，第二输入端32与控制信号相连接，第三输入端与一正电源(图2中以5V的正电源为示例)相连接，第四输入的与一负电源(图2中以5V的负电源为示例)相连接，所述高隔离度开关32适于在所述控制信号的控制下实现导通与切断的快速切换。

作为示例，所述射频开关电路3还包括第二单刀双掷开关31，所述第二单刀双掷开关31包括第一固定端、第二固定端及可动端；所述第二单刀双掷开关31的第一固定端与一电压源相连接，所述第二固定端与一控制信号输入单元相连接，可动端与所述高隔离度开关32的第二输入端相连接。具体的，所述第二单刀双掷开关31的第二固定端通过一同轴电缆接口BNC与一控制信号输入单元相连接。更为具体的，所述高隔离度开关32位ZASW-2-50DR+型号的高隔离度开关，其输出阻抗为20Ω，其控制端接入的控制信号为TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号；上述高隔离度开关可以实现激光光路ns级别的快速切换。

作为示例，所述功率放大电路4包括功率放大器41。具体的，所述功率放大器可以为负载阻抗为50Ω的AMPA-B-34的功率放大器，该放大器集成度高、无需外围元件、体积小、发热量小，采用低压供电，自带散热背板，稳定性高，且具有饱和输出功率以防止驱动信号功率过高烧坏声光调制器。

作为示例，所述功率放大电路4还包括检测单元(未示出)，所述检测单元与所述功率放大器41相连接。

作为示例，所述检测单元包括开关(未示出)及指示灯(未示出)，所述开关与所述功率放大器41相连接，所述指示灯与所述开关相连接。这是由于所述功率放大器41不能空载，否则工作时会烧坏器件，因此需要增设所述开关及所述指示灯，以提醒操作者在使用时检查电路，防止所述功率放大器41烧坏。

在磁光阱铷原子显微成像过程中要求选用的声光调制器输入射频功率小于2W即33dBm，在一示例中，所述信号发生电路1输出的微波信号的功率为9dBm，而在所述功率放大电路4中所选用的所述功率放大器41正常工作时增益为38dB，为了满足声光调制器正常工作要求，在所述驱动系统中加入所述可调衰减电路2对输出信号进行至少14dB的衰减；同时，又由于所述信号发生电路1产生的交流信号微弱，而所述功率放大电路4的功放大，若将二者直接连接，会导致微波信号输出功率漂移、产生耦合噪声等问题。因此，本发明中，在所述信号发生电路1及所述功率放大电路4之间增加了所述可调衰减电路2来调节，在实现微波信号功率连续可调的同时，也有效隔离了电路间的相互干扰，且其输入输出阻抗为50Ω(AOM的输入阻抗为50Ω)，满足阻抗匹配要求，既保证了微波信号的性能，同时又提高了驱动电路的工作效率。同时，在磁光阱反应显微成像过程中，当用探测光照射铷原子时，该时刻需要将冷却原子的回泵光和冷却光快速切断以免对激光照射铷原子过程造成干扰，影响最终所测相关物理量。同时，在该过程中，需要冷却许多个铷原子，以便增大探测光照射到铷原子的概率，因此需要快速切断、打开回泵光和冷却光，故在所述声光调制器驱动系统中设置所述射频开关电路3以实现快速切换功能。功率放大电路4将射频信号的输出功率进行放大以满足声光调制器工作要求，所述功率放大电路4应尽量避免如下两个问题：1.非线性失真：所述功率放大电路4长时间工作在大信号状态下，且功放愈大，非线性引起的失真就愈大；因此需要分析声光调制器对驱动信号的要求，在保证符合要求的前提下尽量减小非线性失真带来的影响；2.散热问题：所述功率放大电路4的工作频率高、功耗大，长时间工作器件温度升高较快，所以需要做好散热措施，防止温度过高烧坏器件。

本发明的声光调制器驱动系统对中心频率为80MHz、110MHz及250MHz的驱动电路输出信号加上30dB衰减后的频率图如图7至图9所示。由图7至图9可知，本发明的声光调制器驱动系统输出的信号的频率比较纯净、带宽较窄、且其功率和中心频率均很好地满足了声光调制器正常工作的需要。同时，本发明的射频信号的频率为110MHz时，所示射频开关3打开时，所述声光调制器驱动系统的输出信号功率为3.232dBm，关断时输出信号为-77.017dBm，则所述声光调制器驱动系统的信号隔离度为80.249dBm，具有较高的信号隔离度。

综上所述，本发明的声光调制器驱动系统，所述声光调制器驱动系统包括：信号发生电路，适于生成特定频率的微波信号；可调衰减电路，与所述信号发生电路相连接，适于调节所述信号发生电路生成的微波信号的功率的衰减，以得到一定范围内功率可调的微波信号；功率放大电路，与所述可调衰减电路相连接，适于将所述可调衰减电路调制后的微波信号进行放大，以得到所需功率的微波信号；射频开关电路，位于所述可衰减电路与所述功率放大电路之间，通过自身的开通与关断以控制所述可调衰减电路与所述功率放大电路之间的微波信号传输。本发明的声光调制器驱动系统具有输出可实现激光光路ns级别的快速切换、隔离度高、带宽窄、频率和功率稳定且可连续可调、衍射效率高等优点，且本发明的声光调制器驱动系统的成本较低。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。