具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1：

如图1所示为一种激光器频率差控制方法的实施例，包括以下步骤：

S1：在FPGA中预设目标频率差；

S2：光耦合器接收通信系统中激光器发出的两路激光信号得到拍频信号，光电探测器接收拍频信号并转换得到电信号；

S3：FPGA接收来自光电探测器的电信号并将电信号转换为数字信号，并对数字信号作傅里叶变换，输出包含电信号频率信息的变换序列；

S4：通过FPGA计算变换序列中每个点的功率值，并查找出功率值最大的点对应的频率点；

S5：利用频率点计算得到FPGA中当前输入信号的频率值，即得到两路激光的实际频率差；

S6：将实际频率差与预设目标频率差进行比较，根据比较结果计算输出电压值，并将输出电压值反馈至伺服系统，伺服系统根据输出电压值改变激光器输出的两路激光信号的频率。

本实施例中的光耦合器包括第一光耦合器、第二光耦合器以及第三光耦合器，步骤S2具体包括以下步骤：

S21：第一光耦合器、第二光耦合器分别对两路激光信号进行分光，均得到第一光束以及第二光束，第二光束在通信系统中传输；应当理解的是，两路激光信号均被光耦合器分光，且光耦合器只会影响激光的功率，并不会影响激光的频率，其中，第一光束的功率小于第二光束的功率，第二光束在通信系统中继续传输以保障通信系统的正常功能，第一光束用于作为频率差控制的信号；

S22：两路激光的第一光束在第三光耦合器中合束并得到拍频信号；

S23：光电探测器接收拍频信号并将其转换为电信号，其中，电信号与第一光束的关系为：

I∝|E₁cos(ω₁t)+E₂cos(ω₂t)|²

＝E₁ ²cos²(ω₁t)+E₂ ²cos²(ω₂t)+2E₁E₂cos(ω₁t)cos(ω₂t)，

其中，I为电信号强度，E₁、E₂分别为两路激光的振幅，ω₁、ω₂分别为两路激光的频率，t为时间。

在步骤S23中，光电探测器将电信号中的直流分量进行隔绝，电信号进一步表示为：

I_RF∝2E₁E₂cos(ω₁t)cos(ω₂t)

＝E₁E₂·{cos[(ω₁-ω₂)·t]+cos[(ω₁+ω₂)·t]}

≈E₁E₂·{cos[(ω₁-ω₂)·t]}，

其中，I_RF为交流分量的强度，E₁E₂·{cos[(ω₁-ω₂)·t]}为低频正弦波，其中低频正弦波的频率可表示两个激光器的频率差，E₁E₂·{cos[(ω₁+ω₂)·t]}为高频正弦波，其中高频正弦波的频率可表示两个激光器的频率和。这样，两路激光的频率和会超过光电探测器的探测带宽，无法被探测得到，光电探测器只探测到信号中的低频分量，最终输出到FPGA中的电信号的低频正弦波频率即为两路激光的频率差，便于后续FPGA直接对电信号进行计算处理，简化FPGA的处理步骤。

由于输入到FPGA中的电信号频率有可能大于模数转换器采样率的二分之一，根据奈奎斯特采样定理，其频谱会发生混叠，不利于后续数据处理以及频率差的控制，本实施例中的步骤S3中具体通过FPGA中的模数转换器对电信号进行降采样得到数字信号。这样当输入FPGA中的电信号频率大于模数转换器采样率的二分之一，不符合采样定理时，部分波形数据被滤除，可以得到一个低频的正弦波，其经过傅里叶变换后可以得到一个固定且和当前频率值有关的数值，有利于后续对频率差的控制。

本实施例中的步骤S4中计算变换序列中每个点的功率具体包括：

对变换序列中每个点的实部和虚部分别进行平方计算，并将每个点对应的实部和虚部平方计算得到的结果相加得到每个点的功率。

本实施例中的步骤S4中查找出功率值最大的点对应的频率点具体包括以下步骤：

设定初始最大功率值为零；

比较当前功率值和初始最大功率值；若当前功率值大于初始最大功率值，则记录当前时刻的序列数，并将初始最大功率值更新为当前功率值；

若当前功率值小于初始最大功率值，则保持最大功率值不变；

当输出序列达到傅里叶变换点数的二分之一，停止计算，并输出最大功率值对应的频率点。

本实施例的步骤S5中，使用125MHz的2048点的傅里叶变换，其最大功率值对应的序列点数为500，则可通过以下公式计算得到当前频率值为：

(125/2048*500)MHz＝30.52MHz

本实施例中的步骤S6中先设定电压步长，若当前频率至小于目标频率值，则以设定的电压步长增大输出电压，并反馈到激光器中；若当前频率值大于目标频率值，则以设定的电压步长减小输出电压数值，并反馈到激光器中。具体地，当输入电压增大，激光器输出光的频率也增大，当输入电压减小，激光器输出光的频率也减小；值得注意的是，通过循环执行本实施例中的步骤，可以对通信系统中两路激光信号的频率差进行持续控制，以实现两路激光信号的频率稳定，从而提高通信系统的稳定性及通信质量。

本实施例中利用了FPGA对激光信号进行处理，简化了处理过程；由于FPGA中的模数转换器对电信号进行降采样，因此其可以适用于更广的激光频率范围；另外地，可较为方便地对FPGA中预设的目标频率差进行编程更改，同时，FPGA可以控制实际频率差在一定的数值范围内，而不是直接将实际频率差控制为零，其更加适用于相干光通信系统。

实施例2

如图2所示为一种激光器频率差控制方法的系统的实施例，用于实现实施例1中的激光器频率差控制方法，具体包括激光器、三个光耦合器、光电探测器、FPGA、伺服系统，伺服系统分别与激光器及FPGA电连接，FPGA连接设置有模数转换模块、数模转换模块以及傅里叶变换模块；具体地，FPGA可采用ACU9EG核心板，其ZYNQ芯片是基于XILINX公司的ZynqUltraScale+MPSoCs EG系列的XCZU9EG-2FFVB1156I。

激光器用于发出两路激光；当然应当理解的是，本实施例中的激光器为通信系统中的两个激光器；

两个光耦合器用于对两路激光进行分光，均获得第一光束以及第二光束，第二光束保持在通信系统中的传播路径；

剩下的一个光耦合器用于接收两路激光信号分出的第一光束产生拍频信号；

光电探测器用于接收拍频信号，将其转换为电信号并输入到FPGA中；

模数转换模块用于将电信号转换为数字信号；

傅里叶变换模块用于对数字信号进行傅里叶变换，并输出包含电信号频率信息的变换序列；

FPGA用于根据变换序列计算得到两路激光的实际频率差，并将实际频率差与目标频率差比较得到频率改变值，根据频率改变值计算得到输出电压值；

数模转换模块用于将输出电压值转换为电信号，输入到伺服系统中；具体地，本实施例中的数模转换模块为ALINX公司AN9767型号的14位双通道数模转换模块，当然这不能理解为对本方案的限定；

伺服系统用于根据输出电压值改变激光器输出的激光频率。

本实施例中的第一光束与第二光束的功率比为10:90，即光耦合器的分光比为10:90，当然这仅为优选的实施例，具体实施过程中还可以根据需要采用不同的分光比，以使得通信系统中激光信号的一部分输出到本实施例中的系统，激光信号的另一部分继续在通信系统中传输信息。

本实施例中的光电探测器为具有隔绝直流结构的光电探测器。这样光电探测器输出的电信号频率仅为低频正弦波，其频率可以直接表示两路激光信号的频率差，减少后续计算频率差的处理步骤。

本发明是参照本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图或方框图来描述的，应理解可由计算机程序指令实现流程图或方框图中的每一流程或方框、以及流程图或方框图中的流程或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。