CN112186489B - 自动锁模激光器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动锁模激光器及其控制方法。其中，该激光器包括：泵浦光源，准直器，锁模器件，输出器件，还包括监测电路，主控电路，泵浦功率控制器以及多维微动平台，在主控电路根据监测电路的结果判断出激光器未达到锁模状态时，通过泵浦功率调整信号来控制泵浦光源的功率，或通过相对位移调整信号控制多维微动平台来控制锁模器件与准直器之间的相对位移，从而改变输出器件输出的激光状态，循环执行上述步骤，直至输出的激光满足预设锁模条件，实现自动锁模。本发明解决了现有激光器锁模操作复杂或稳定性低的技术问题。

Description

自动锁模激光器及其控制方法

技术领域

本发明涉及激光器领域，具体而言，涉及一种自动锁模激光器及其控制方法。

背景技术

超快光纤激光器在激光精细加工、激光医疗和科研等领域具有广泛的应用，目前皮秒、飞秒光纤激光器主要采用被动锁模的方式产生超短脉冲，使用SESAM、碳基材料（石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、碳化硅）、拓扑绝缘体等被动锁模器件进行锁模，其被动锁模过程调节复杂，需要经过复杂的手动调节过程才能实现被动锁模，输出超短脉冲。这个过程不仅需要操作人员具有丰富的锁模经验，而且调节过程较长，费时费力，不利于大规模推广被动锁模激光器。

同时，在激光器长期工作过程中，被动锁模器件的锁模部位容易被高能量脉冲损伤，使得激光器产生失锁现象，脉冲消失，锁模失效，影响了激光器的长期稳定性。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种自动锁模激光器及其控制方法，以至少解决现有激光器锁模操作复杂或稳定性低的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种自动锁模激光器，包括泵浦光源，准直器，锁模器件以及输出器件，还包括：监测电路，光连接于输出器件，用于监测输出器件输出的激光状态，并生成对应的激光监测信号；主控电路，电连接于监测电路，用于根据接收到的激光监测信号来判断输出的激光是否满足预设锁模条件，在判断为是的情况下，主控电路确定激光器达到锁模状态，在判断为否的情况下，主控电路根据激光监测信号产生对应的泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号；泵浦功率控制器，电连接于主控电路和泵浦光源，用于根据接收到的泵浦功率调整信号来控制泵浦光源的功率；多维微动平台，电连接于主控电路，其上安装有锁模器件，用于根据接收到的相对位移调整信号带动锁模器件在至少一个维度方向上移动，使得锁模器件与准直器之间产生预定的相对位移；其中，泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号使得输出器件输出的激光状态发生改变，直至输出的激光满足预设锁模条件，实现自动锁模。

在前述可选方案的基础上，多维微动平台用于根据接收到的相对位移调整信号带动锁模器件在以下至少一个维度方向上移动：多维微动平台根据接收到的第一相对位移调整信号，带动锁模器件旋转，使得准直器相对于锁模器件所在平面的角度被调整为第一预设值；多维微动平台根据接收到的第二相对位移调整信号，带动锁模器件朝向或者背离准直器平移，使得准直器与锁模器件之间的相对距离被调整为第二预设值；多维微动平台根据接收到的第三相对位移调整信号，带动锁模器件在锁模器件所在的平面内平移，使得准直器在锁模器件所在平面上的垂直投影位置被调整为第三预设值。

在前述任一种可选方案基础上，监测电路包括激光脉冲频率监测电路和激光脉冲能量监测电路，使得激光监测信号中包含激光脉冲频率信息和激光脉冲能量信息，预设锁模条件包括每个激光脉冲的能量均等且激光脉冲的重复频率满足预设条件。

在前述任一种可选方案基础上，当主控电路判断每个激光脉冲的能量均等且激光脉冲的重复频率满足预设条件时，主控电路确定激光器达到锁模状态；当主控电路判断每个激光脉冲的能量不均等时，主控电路产生对应的相对位移调整信号，通过多维微动平台来调整锁模器件与准直器之间相对位移，直至每个激光脉冲的能量均等；当主控电路判断激光脉冲的重复频率不满足预设条件时，主控电路产生对应的泵浦功率调整信号，通过泵浦功率控制器来调整泵浦光源的功率，直至激光脉冲的重复频率满足预设条件。

在前述任一种可选方案基础上，主控电路先判断每个激光脉冲的能量是否均等；在判断为是的情况下，再判断激光脉冲的重复频率是否满足预设条件；在判断为否的情况下，主控电路产生第二相对位移调整信号，使得多维微动平台根据第二相对位移调整信号带动锁模器件朝向或者背离准直器平移，直到准直器与锁模器件之间的相对距离使得每个激光脉冲的能量均等；如果主控电路遍历了准直器与锁模器件之间的所有相对距离，仍无法使得每个激光脉冲的能量均等，则主控电路产生第三相对位移调整信号，带动锁模器件在锁模器件所在的平面内平移，改变准直器在锁模器件所在平面上的垂直投影位置，并再次遍历准直器与锁模器件之间的所有相对距离，直到准直器与锁模器件之间的相对距离使得每个激光脉冲的能量均等。

在前述任一种可选方案基础上，主控电路在根据接收到的激光监测信号来判断激光是否满足预设锁模条件之前，先根据接收到的激光监测信号来判断激光中是否出现光脉冲；在判断为是的情况下，再执行判断激光是否满足预设锁模条件的步骤；在判断为否的情况下，主控电路产生第三相对位移调整信号，带动锁模器件在锁模器件所在的平面内平移，改变准直器在锁模器件所在平面上的垂直投影位置，直到该垂直投影位置使得输出的激光中出现光脉冲。

在前述任一种可选方案基础上，主控电路还包括存储器，用于在主控电路根据接收到的激光监测信号判断出激光满足预设锁模条件的时刻，记录该时刻的泵浦功率值以及多维微动平台的相对位移值，以便于在激光器未达到锁模状态时，主控电路根据所存的泵浦功率值以及多维微动平台的相对位移值产生对应的泵浦功率调整信号和相对位移调整信号，实现激光器的自动锁模。

在前述任一种可选方案基础上，多维微动平台包括：基座；可移动支座 ，可移动支座中第一面上安装有锁模器件，可移动支座中与第一面相对的第二面朝向基座的第一面；致动机构，安装于基座的第一面和可移动支座的第二面之间，被配置为根据主控电路发送的相对位移调整信号运转，致使可移动支座相对于基座产生预设位移，以带动锁模器件在至少一个维度方向上移动；其中，致动机构包括以下至少一个：旋转致动子机构，用于通过可移动支座带动锁模器件旋转，使得准直器相对于锁模器件所在平面的角度被调整为第一预设值；第一平移致动子机构，用于通过可移动支座带动锁模器件朝向或者背离准直器平移，使得准直器与锁模器件之间的相对距离被调整为第二预设值；第二平移致动子机构，用于通过可移动支座带动锁模器件在锁模器件所在的平面内平移，使得准直器在锁模器件上的垂直投影位置被调整为第三预设值。

在前述任一种可选方案基础上，旋转致动子机构包括安装于基座的第一面和可移动支座的第二面之间的四个电控伸缩组件，每个电控伸缩组件均包括固定件、电动力源（马达）以及可伸缩传动杆（导杆），每个电动力源根据相对位移调整信号各自运转，从而控制与其相连的传动杆伸长或收缩，当控制四个传动杆在各自的电动力源的作用下伸长或收缩至不同的预设长度时，可移动支座所在的平面发生预定角度的倾斜旋转，使得准直器相对于锁模器件所在平面的角度被调整为第一预设值； 第一平移致动子机构与旋转致动子机构的结构相同，当四个传动杆在各自的电动力源的作用下伸长或收缩至相同的预设长度时，可移动支座所在的平面整体朝向或者背离准直器运动，使得准直器与锁模器件之间的相对距离被调整为第二预设值。

在前述任一种可选方案基础上，基座的第一面中心处具有一凹槽；可移动支座的第一面为平面，可移动支座的第二面中心处具有一凸起，当可移动支座放置于基座上时，可移动支座的凸起被容纳于基座的凹槽内；第一平移致动子机构包括安装于基座的凹槽端面和可移动支座的凸起端面之间的电控伸缩组件，电控伸缩组件包括固定件、电动力源（马达）以及可伸缩传动杆（导杆），当传动杆在电动力源的作用下伸长或收缩预设长度时，可移动支座的凸起在基座的凹槽中沿其轴线方向伸入或抽出预设长度，带动可移动支座所在的平面整体朝向或者背离准直器运动，使得准直器与锁模器件之间的相对距离被调整为第二预设值；第二平移致动子机构包括安装于基座的凹槽侧面和可移动支座的凸起侧面之间的两个电控伸缩组件，电控伸缩组件包括固定件、电动力源（马达）以及可伸缩传动杆（导杆），当两个传动杆在各自电动力源的作用下伸长或收缩预设长度时，可移动支座的凸起在可移动支座所在的平面内二维移动预设长度，带动可移动支座在其所在的平面内二维平移，使得准直器在锁模器件上的垂直投影位置被调整为第三预设值。

在前述任一种可选方案基础上，多维微动平台的控制精度为微米量级，锁模器件包括透射式或反射式可饱和吸收体，包含半导体类可饱和吸收体（SESAM）、碳基可饱和吸收体（石墨烯、碳纳米管、碳化硅）、拓扑绝缘体等，输出器件为镀有部分反射膜的输出镜或基于光纤机构的输出耦合器件。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种激光器自动锁模控制方法，激光器包括泵浦光源，准直器，锁模器件，输出器件，以及多维微动平台，锁模器件安装于多维微动平台上，方法包括：接收第一激光监测信号，第一激光监测信号用于表征输出器件输出的激光状态；根据第一激光监测信号来判断输出的激光是否满足预设锁模条件；在判断为否的情况下，根据第一激光监测信号产生对应的泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号，其中，泵浦功率调整信号用于控制泵浦光源的功率，相对位移调整信号用于控制多维微动平台带动锁模器件在至少一个维度方向上移动，使得锁模器件与准直器之间产生预定的相对位移；控制激光器按照泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号进行调整，以改变输出器件输出的激光状态，得到第二激光监测信号；其中，当根据第二激光监测信号判断输出的激光满足预设锁模条件时，确定激光器达到锁模状态，实现自动锁模。

在本发明实施例中，该激光器包括：泵浦光源，准直器，锁模器件，输出器件，监测电路，主控电路，泵浦功率控制器以及多维微动平台，在主控电路根据监测电路的结果判断出激光器未达到锁模状态时，通过泵浦功率调整信号来控制泵浦光源的功率，或通过相对位移调整信号控制多维微动平台来控制锁模器件与准直器之间的相对位移，从而改变输出器件输出的激光状态，循环执行上述步骤，直至输出的激光满足预设锁模条件，从而实现了自动锁模的技术效果，进而解决了现有激光器锁模操作复杂或稳定性低的技术问题。

本发明设计了一种自动锁模结构，采用主控电路中的处理器控制，通过自动监测锁模运行状态，自动进行参数调整，可实现自动锁模功能，保证脉冲激光器可以长期稳定运行。在另一种使用情况下，当已经锁模的激光器的锁模状态失效后，本发明的方法也可以通过状态监测及时发现异常，并实现自动锁模。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据现有技术的一种激光器的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的自动锁模激光器的示意图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的主控电路控制流程示意图；

图4是根据本发明实施例的又一种可选的主控电路控制流程示意图；

图5是根据本发明实施例的一种可选的主控电路总体性控制流程示意图；

图6是根据本发明实施例的一种可选的多维微控平台结构示意图；

图7是根据本发明实施例的一种可选的多维微控平台结构主示意图；

图8是根据本发明实施例的一种可选的多维微控平台结构辅示意图；

图9是根据本发明实施例的一种激光器自动锁模控制方法的流程图；

图10是根据本发明实施例的一种线形腔激光器结构示意图；

图11是根据本发明实施例的一种环形腔激光器结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是根据现有技术的一种激光器的示意图；如图1所示，现有技术中的激光器包括：泵浦光源11，准直器12，锁模器件13以及输出器件14，该激光器可以配置为线性腔，也可以配置为环形腔，在此不做限定。可选的，锁模器件包括透射式或反射式可饱和吸收体，包含半导体类可饱和吸收体（SESAM）、碳基可饱和吸收体（石墨烯、碳纳米管、碳化硅）、拓扑绝缘体等，输出器件可为镀有部分反射膜的输出镜或基于光纤机构的输出耦合器件，增益介质（130）可以是掺有钕或镱或铒或铥或钬等其他稀有金属的光纤或晶体。

针对上述结构的激光器，在调节锁模时，通常需要操作人员手动调节准直器12与锁模器件13之间的相对位移，并且需要由操作人员根据输出器件14输出的激光来人工确定是否实现锁模，其锁模过程调节复杂，费时费力，不利于大规模推广被动锁模激光器。

为了解决现有激光器锁模过程复杂的技术问题，根据本实施例，本发明提供了一种自动锁模激光器的技术方案。图1是根据本发明实施例的一种可选的自动锁模激光器的示意图，如图1所示，除了泵浦光源11，准直器12，锁模器件13以及输出器件14以外，该激光器还包括：监测电路15，主控电路16，泵浦功率控制器17，以及多维微动平台18，其中：

监测电路15，光连接于输出器件14，用于监测输出器件14输出的激光状态，并生成对应的激光监测信号；

可选地，监测电路15可以用于检测输出的激光中是否包含光脉冲，以及所包含的光脉冲的重复频率、每个光脉冲的能量；监测电路15还可以用于检测光脉冲的平均功率。

可选地，监测电路15包括激光脉冲频率监测电路和激光脉冲能量监测电路，激光脉冲频率监测电路例如可以为光电探头或者示波器，用于监测激光中是否包含光脉冲，以及在包含光脉冲时，可以监测所包含的光脉冲的重复频率，从而产生包含激光脉冲频率信息的激光监测信号；激光脉冲能量监测电路例如可以为光电探头或者能量计，用于在包含光脉冲时，监测每个光脉冲的能量，从而产生包含激光脉冲能量信息的激光监测信号，其中光电探头为将光信号转换成电信号的装置，光电探头可以直接将转换后的电信号传输给主控电路，由主控电路根据该电信号对激光状态进行识别。

可选地，监测电路15还包括激光脉冲功率监测电路，激光脉冲功率监测电路例如可以为功率计，用于在包含光脉冲时，监测所包含的光脉冲的平均功率，从而产生包含激光脉冲功率信息的激光监测信号。

可选地，监测电路15还包括辅处理器，由辅处理器接收光电探头转换的电信号功率计发送的功率信号，并通过该信号识别激光状态，并生成激光脉冲标志、激光重复频率数据、激光脉冲能量数据、激光脉冲功率数据，将上述数据打包后按照预定协议发送给主控电路。

可选地，监测电路15可以实时的对输出器件输出的激光状态进行监控，也可以按照预设间隔，定期的对输出器件输出的激光状态进行监控。

主控电路16，电连接于监测电路15，用于根据接收到的激光监测信号来判断输出的激光是否满足预设锁模条件，在判断为是的情况下，主控电路16确定激光器达到锁模状态，在判断为否的情况下，主控电路16根据激光监测信号产生对应的泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号；

可选地，当激光监测信号中包含激光脉冲频率信息和激光脉冲能量信息时，预设锁模条件包括每个激光脉冲的能量均等且激光脉冲的重复频率满足预设条件。主控电路16判断激光脉冲的重复频率是否满足预设条件，以及判断激光脉冲中的每一个脉冲的能量是否均等，只有当每个激光脉冲的能量均等且激光脉冲的重复频率满足预设条件时才确定激光器达到锁模状态。

可选地，当激光振荡腔为线形腔时，激光脉冲的重复频率需要与腔长满足预定关系，该关系为：

。当激光振荡腔为环形腔时，激光脉冲的重复频率需要与腔长满足预定关系，该关系为：

。其中f表示激光脉冲的重复频率，C表示光在真空中的传输速度，n表示光纤的折射率，L表示振荡腔的腔长，

可选地，在一种优化方案中，为了节约能耗，当主控电路确定激光器达到锁模状态的情况下，主控电路向监测电路15发出第一触发信号，以停止监测电路15对输出器件输出的激光状态的监控，或者减小监测电路15对输出器件的监测频率；或者为了提供锁模效率，当主控电路确定激光器未达到锁模状态的情况下，主控电路向监测电路15发出第二触发信号，以启动监测电路15对输出器件输出的激光状态的监控，或者提高监测电路15对输出器件的监测频率，便于处理器更快速的掌握输出状态，以更加灵活高效实现自动锁模。

可选地，在激光器的结构发生变化的情况下，本发明中的主控电路根据激光监测信号动态的生成对应的泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号，并循环执行判断步骤，即通过监测电路15实时监测，主控电路持续根据监测值对泵浦功率和相对位移进行调整，如此循环往复，实现动态锁模。在激光器的结构未发生变化的情况下，主控电路可以记录之前锁模状态对应的一个或多个锁模泵浦功率值和锁模相对位移值。从而在激光器的锁模失效时，主控电路从预存数据中获取锁模状态对应的锁模泵浦功率值和锁模相对位移值，并根据锁模泵浦功率值/锁模相对位移值与当前的泵浦功率值和相对位移值之间的差量，生成泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号，以将当前的泵浦功率和相对位移直接调整为记录值，直接实现一步锁模。

泵浦功率控制器17，电连接于主控电路16和泵浦光源11，用于根据接收到的泵浦功率调整信号来控制泵浦光源11的功率；

可选地，通过控制泵浦光源11的电流，可以控制泵浦光源的功率。

多维微动平台18，电连接于主控电路16，其上安装有锁模器件13，用于根据接收到的相对位移调整信号带动锁模器件在至少一个维度方向上移动，使得锁模器件13与准直器12之间产生预定的相对位移；

可选地，锁模器件呈平面状，因而准直器12与锁模器件13之间的相对位置关系可以包括：准直器12入射在锁模器件13上的点，准直器12入射锁模器件13的角度，以及准直器12与锁模器件13之间的距离。因而，多维微动平台用于根据接收到的相对位移调整信号带动锁模器件在以下至少一个维度方向上移动：

多维微动平台根据接收到的第一相对位移调整信号，带动锁模器件旋转，使得准直器相对于锁模器件所在平面的角度被调整为第一预设值；即通过调整锁模器件所在平面相对于准直器进行旋转，从而使得准直器射出的激光光束以不同的角度入射到锁模器件上，以改变从锁模器件反射回的光束的角度，实现从锁模器件返回到准直器的激光光束的光强。最佳的方案中，调整调整锁模器件所在平面的角度，使得准直器射出的激光光束垂直入射到锁模器件所在平面。

多维微动平台根据接收到的第二相对位移调整信号，带动锁模器件朝向或者背离准直器平移，使得准直器与锁模器件之间的相对距离被调整为第二预设值，即通过调整锁模器件与准直器之间相对距离的大小，能控制从准直器射出的激光光束在锁模器件上的光斑的大小和能量。

多维微动平台根据接收到的第三相对位移调整信号，带动锁模器件在锁模器件所在的平面内平移，使得准直器在锁模器件所在平面上的垂直投影位置被调整为第三预设值。即通过调整准直器的激光光束入射到锁模器件的具体位置，来改变锁模器件上的反射点，避免锁模器件均一性不足引起的锁模障碍。

其中，泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号使得输出器件输出的激光状态发生改变，直至输出的激光满足预设锁模条件，实现自动锁模。

可选地，泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号均能改变输出器件输出的激光状态，从而使得监测电路得到的激光监测信号发生改变，主控电路根据改变后的激光监测信号再次判断激光是否满足预设锁模条件，并在判断不满足预设锁模条件的情况下，进一步发出泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号进行调整，直至输出的激光满足预设锁模条件，也就是说，主控电路可以通过一次调整实现锁模，也可以通过动态多次调整实现锁模。

在本发明实施例中，该激光器包括：泵浦光源，准直器，锁模器件，输出器件，监测电路，主控电路，泵浦功率控制器以及多维微动平台，在主控电路根据监测电路的结果判断出激光器未达到锁模状态时，通过泵浦功率调整信号来控制泵浦光源的功率，或通过相对位移调整信号控制多维微动平台来控制锁模器件与准直器之间的相对位移，从而改变输出器件输出的激光状态，循环执行上述步骤，直至输出的激光满足预设锁模条件，从而实现了自动锁模的技术效果，进而解决了现有激光器锁模操作复杂或稳定性低的技术问题。

在本发明实施例中，当主控电路判断每个激光脉冲的能量均等且激光脉冲的重复频率满足预设条件时，主控电路确定激光器达到锁模状态；

当主控电路判断每个激光脉冲的能量不均等时，主控电路产生对应的相对位移调整信号，通过多维微动平台来调整锁模器件与准直器之间相对位移，直至每个激光脉冲的能量均等；

当主控电路判断激光脉冲的重复频率不满足预设条件时，主控电路产生对应的泵浦功率调整信号，通过泵浦功率控制器来调整泵浦光源的功率，直至激光脉冲的重复频率满足预设条件。

可选地，主控电路分别判断激光脉冲的重复频率和各脉冲的能量，并分别生成相对位移调整信号和泵浦功率调整信号，从而使得监测电路得到的激光监测信号的重复频率和个脉冲的能量大小发生改变，处理器根据改变后的激光监测信号再次判断激光是否满足预设锁模条件，并在判断不满足预设锁模条件的情况下，进一步发出泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号进行调整，直至输出的激光满足预设锁模条件。

在本发明实施例中，每个激光脉冲的能量均等这一条件的优先级高于激光脉冲的重复频率满足预设条件这一条件，原因一方面在于当先调整满足每个激光脉冲的能量均等时，必然可以调整至激光脉冲的重复频率满足预设条件，反之则不然。因此，图3是根据本发明实施例的一种可选的主控电路控制流程示意图，结合图3可以看出，主控电路先判断每个激光脉冲的能量是否均等，在判断为否的情况下，输出对应的相对位移调整信号，通过多维微动平台来调整锁模器件与准直器之间相对位移，直至每个激光脉冲的能量均等；在判断为是的情况下，再执行判断激光脉冲的重复频率是否满足预设条件这一步骤，此时如果激光脉冲的重复频率满足预设条件，则确定激光器处于锁模状态，此时如果激光脉冲的重复频率不满足预设条件，则输出泵浦功率调整信号，通过泵浦功率控制器来调整泵浦光源的功率，直至激光脉冲的重复频率满足预设条件。

在本发明实施例中，结合前述的三个具体的相对位移调整信号，即第一相对位移调整信号用于调整准直器相对于锁模器件的相对角度，第二相对位移调整信号用于调整准直器与所述锁模器件之间的相对距离，第三相对位移调整信号用于调整准直器在锁模器件上的投影位置，提出一种由主控电路的处理器执行的程序方法，如图4所示：主控电路先判断每个激光脉冲的能量是否均等；在判断为是的情况下，再判断激光脉冲的重复频率是否满足预设条件；

在判断为否的情况下，主控电路产生第二相对位移调整信号，使得多维微动平台根据第二相对位移调整信号带动锁模器件朝向或者背离准直器平移，直到准直器与锁模器件之间的相对距离使得每个激光脉冲的能量均等；如果主控电路遍历了准直器与锁模器件之间的所有相对距离，仍无法使得每个激光脉冲的能量均等，则主控电路产生第三相对位移调整信号，带动锁模器件在锁模器件所在的平面内平移，改变准直器在锁模器件所在平面上的垂直投影位置，并再次遍历准直器与锁模器件之间的所有相对距离，直到准直器与锁模器件之间的相对距离使得每个激光脉冲的能量均等。

在本发明实施例中，主控电路在根据接收到的激光监测信号来判断激光是否满足预设锁模条件之前，先根据接收到的激光监测信号来判断激光中是否出现光脉冲；在判断为是的情况下，再执行判断激光是否满足预设锁模条件的步骤；

在判断为否的情况下，主控电路产生第三相对位移调整信号，带动锁模器件在锁模器件所在的平面内平移，改变准直器在锁模器件所在平面上的垂直投影位置，直到该垂直投影位置使得输出的激光中出现光脉冲。

可选地，由于主控电路输出了泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号，从而改变了泵浦光源的功率或者锁模器件与准直器之间的相对位移，从而改变输出器件输出的激光状态，在上述可选实施例中，输出器件输出的激光状态被改变，以至于输出的激光中可能不包含光脉冲，因而需要调整准直器在锁模器件上的投影位置，来使得输出的激光为光脉冲。

综上所述，本发明提出了一种具有自动锁模功能的激光器，其主控电路的总体性控制流程如图5所示，参见图5，

首先，将泵浦功率调整为预设值，并通过监测电路实时监测输出器件输出的激光状态，并先判断输出的激光中是否包含光脉冲；

在输出的激光中包含光脉冲的情况下，判断脉冲是否满足预设锁模条件，即先判断脉冲能量是否均等，再判断脉冲频率是否满足预设条件，此处判断流程中与图3或图4相同的部分将不再赘述；

在输出的激光中的光脉冲信号丢失的情况下，在未遍历完准直器相对于锁模器件的所有角度时，生成第一相对位移调整信号来调整准直器相对于锁模器件的角度，直至输出器件输出光脉冲，然而，如果遍历完准直器相对于锁模器件的所有角度，均无法使输出器件输出光脉冲，则生成第三位移调整信号，改变准直器在锁模器件上的投影位置，即改变准直器入射到锁模器件上的点，并在当前这个投影位置的基础上，再次遍历准直器相对于锁模器件的所有角度，如此循环往复，直至使得输出器件输出光脉冲。如果遍历了准直器入射到锁模器件上的所有点，并且在每个点上均遍历准直器相对于锁模器件的所有角度，仍无法使得输出器件输出光脉冲，则输出异常提醒，以提醒工程师或用户该锁模器件或者准直器可能出现物理损坏。

进一步地，在输出的激光中包含光脉冲的情况下，主控制器判断脉冲能量不均等，则发出第二相对位移调整信号，先调整准直器与锁模器件的相对距离，在遍历了准直器与锁模器件的所有相对距离的情况下，如果仍无法使得脉冲能量均等，则发出第三相对位移调整信号，改变准直器在锁模器件上的投影位置，即改变准直器入射到锁模器件上的点，并在当前这个投影位置的基础上，判断输出器件是否输出光脉冲，其步骤如上所述。如果遍历了准直器入射到锁模器件上的所有点，并且在每个点上均遍历准直器与锁模器件的所有相对距离，仍无法使得输出器件输出的光脉冲能量均等，则输出异常提醒，以提醒工程师或用户该锁模器件或者准直器可能出现物理损坏，在一种可选方式中，通过主控电路在人机交互界面上显示异常预警，或者通过发声器发出警报声，例如蜂鸣器。

进一步地，如果脉冲能量均等，则判断激光脉冲的重复频率是否满足预设条件，此时如果激光脉冲的重复频率不满足预设条件，则输出泵浦功率调整信号，通过泵浦功率控制器来调整泵浦光源的功率，直至激光脉冲的重复频率满足预设条件，确定激光器处于锁模状态。

在本发明实施例中，主控电路还包括存储器，用于在主控电路根据接收到的激光监测信号判断出激光满足预设锁模条件的时刻，记录该时刻的泵浦功率值以及多维微动平台的相对位移值，以便于在激光器未达到锁模状态时，主控电路根据所存的泵浦功率值以及多维微动平台的相对位移值产生对应的泵浦功率调整信号和相对位移调整信号，实现激光器的自动锁模。

进一步地，在激光器的物理结构没有改动的前提下，主控电路记录锁模过程中所有锁模时刻对应的泵浦功率值以及多维微动平台的相对位移值，并在锁模失效或者复位的情况下，获取当前泵浦功率值以及多维微动平台的相对位移值，并根据锁模时刻对应的泵浦功率值以及多维微动平台的相对位移值与当前时刻对应的泵浦功率值以及多维微动平台的相对位移值之间的差量，生成泵浦功率调整信号和相对位移调整信号，以便一步到位的实现锁模。如果锁模器件发生损坏或者其他条件发生变化，导致原本可以锁模的泵浦功率值以及多维微动平台的相对位移值现在无法实现锁模，则可参照图3-5所述的方法流程进行调整，在多次循环执行的方法中实现锁模。

在本发明实施例中，结合图6或图7所示，多维微动平台18包括：

基座180；

可移动支座181 ，可移动支座中181第一面上安装有锁模器件13，可移动支座181中与第一面相对的第二面朝向基座180的第一面；

致动机构，安装于基座的第一面和可移动支座的第二面之间，被配置为根据主控电路发送的相对位移调整信号运转，致使可移动支座相对于基座产生预设位移，以带动锁模器件在至少一个维度方向上移动；

其中，致动机构包括以下至少一个：

旋转致动子机构182，用于通过可移动支座带动锁模器件旋转，使得准直器相对于锁模器件所在平面的角度被调整为第一预设值；

第一平移致动子机构183，用于通过可移动支座带动锁模器件朝向或者背离准直器平移，使得准直器与锁模器件之间的相对距离被调整为第二预设值；

第二平移致动子机构184，用于通过可移动支座带动锁模器件在锁模器件所在的平面内平移，使得准直器在锁模器件上的垂直投影位置被调整为第三预设值。

在本发明实施例中，旋转致动子机构包括安装于基座的第一面和可移动支座的第二面之间的四个电控伸缩组件，每个电控伸缩组件均包括固定件、电动力源（马达）以及可伸缩传动杆（导杆），每个电动力源根据相对位移调整信号各自运转，从而控制与其相连的传动杆伸长或收缩，当控制四个传动杆在各自的电动力源的作用下伸长或收缩至不同的预设长度时，可移动支座所在的平面发生预定角度的倾斜旋转，使得准直器相对于锁模器件所在平面的角度被调整为第一预设值；

第一平移致动子机构与旋转致动子机构的结构相同，当四个传动杆在各自的电动力源的作用下伸长或收缩至相同的预设长度时，可移动支座所在的平面整体朝向或者背离准直器运动，使得准直器与锁模器件之间的相对距离被调整为第二预设值。

可选地，图7是根据本发明实施例的一种可选的多维微控平台结构主示意图，图8是根据本发明实施例的一种可选的多维微控平台结构辅示意图；如图6、图7和图8所示，旋转致动子机构182包括四个电控伸缩组件，分别为第一电控伸缩组件1821，第二电控伸缩组件1822，第三电控伸缩组件1823，第四电控伸缩组件1824，为了能够调节锁模器件13及可移动支座181所在平面的角度，四个电控伸缩组件至少需要满足不在同一条直线上这一条件。在一可选实施例中，四个电控伸缩组建分别位于可移动支座181的边缘区域，以最大化电控伸缩组件作用的力矩，便于通过四个电控组件的伸缩长度差来调节可移动支座181所在平面的角度。在一种可选实施例中，四个电控伸缩组件可以分别位于可移动支座的邻近四个边的区域的中点；在另一种可选实施例中， 如本申请图6中182所指区域以及图8中1821、1822、1823、1824所指区域所示，四个电控伸缩组件分别对称的位于可移动支座的四个角，在图7中，第一电控伸缩组件1821和第三电控伸缩组件1823显示为同一处，第二电控伸缩组件1822和第四电控伸缩组件1824显示为同一处。

可选地，如图7所示，第一电控伸缩组件1821，第二电控伸缩组件1822，第三电控伸缩组件1823，第四电控伸缩组件1824可以一端固定安装于可移动支座181上，另一端抵顶在基座180上，也可以一端固定安装于基座180上，另一端抵顶在可移动支座181上。

可选地，电控伸缩组件均包括固定件、电动力源（例如马达）以及可伸缩传动杆（即螺旋导杆）。主控电路可以将第一相对位移调整信号按照预定转化公式，计算与第一相对位移调整信号所对应的四个螺旋导杆需要调整的长度值，并分别将四个长度值转换为对应的马达控制信号。每个马达根据各自的马达控制信号独立运转，带动螺旋导杆旋转，通过控制螺纹的前进或后退，从而控制与其相连的螺纹导杆伸长或收缩，实现准直器相对于锁模器件所在平面的角度被调整为第一预设值。

可选地，如图6或图8所示，锁模器件13位于可移动支座181的中心位置，然而本发明不以此为限，锁模器件13可以位于可移动支座181的任意位置，在这种情况下，主控电路记录有锁模器件13的中心相对于可移动支座181的中心的偏移量，并在将第一相对位移调整信号按照预定转化公式，计算与第一相对位移调整信号所对应的四个螺旋导杆需要调整的长度值时，将该偏移量考虑在内。

可选地，第一平移致动子机构也可以借助上述旋转致动子机构来实现，当接收到第二相对位移调整信号时，第一平移致动子机构可以将第二相对位移调整信号按照预定转化公式，计算与第二相对位移调整信号所对应的四个螺旋导杆需要调整的长度值，并在旋转致动子机构182根据第一相对位移调整信号对螺旋导杆长度进行调整的基础上，再叠加根据第二相对位移调整信号所对应的螺旋导轨对应伸长或收缩的长度，由于四个传动杆在各自的电动力源的作用下伸长或收缩至相同的预设长度时，可移动支座所在的平面整体朝向或者背离准直器运动，使得准直器与锁模器件之间的相对距离被调整为第二预设值。

在本发明实施例中，如图7所示，基座180的第一面中心处具有一凹槽；可移动支座181的第一面为平面，可移动支座的第二面中心处具有一凸起，当可移动支座放置于基座上时，可移动支座的凸起被容纳于基座的凹槽内；

在一可选实施例中，如图7所示，第一平移致动子机构183包括安装于基座的凹槽端面和可移动支座的凸起端面之间的电控伸缩组件，电控伸缩组件包括固定件、电动力源（马达）以及可伸缩传动杆（导杆），当传动杆在电动力源的作用下伸长或收缩预设长度时，可移动支座的凸起在基座的凹槽中沿其轴线方向伸入或抽出预设长度，带动可移动支座所在的平面整体朝向或者背离准直器运动，使得准直器与锁模器件之间的相对距离被调整为第二预设值；

在一可选实施例中，如图8所示，第二平移致动子机构184包括安装于基座的凹槽侧面和可移动支座的凸起侧面之间的两个电控伸缩组件1841和1842，电控伸缩组件包括固定件、电动力源（马达）以及可伸缩传动杆（导杆），当两个传动杆在各自电动力源的作用下伸长或收缩预设长度时，可移动支座的凸起在可移动支座所在的平面内二维移动预设长度，带动可移动支座在其所在的平面内二维平移，使得准直器在锁模器件上的垂直投影位置被调整为第三预设值。

在本发明实施例中，多维微动平台的控制精度为微米量级，锁模器件包括透射式或反射式可饱和吸收体，包含半导体类可饱和吸收体（SESAM）、碳基可饱和吸收体（石墨烯、碳纳米管、碳化硅）、拓扑绝缘体等，输出器件为镀有部分反射膜的输出镜或基于光纤机构的输出耦合器件。

在本发明实施例中，激光器的激光谐振腔可以为线性腔，也可以为环形腔。结合图10和图11所示，分别对两种腔型的激光器的结构进行描述，其调整过程可以与上述激光器相同，在此不再赘述。

如图10所示为根据本发明实施例的一种线形腔激光器结构示意图，激光器包括泵浦光源11，泵浦功率由泵浦功率控制器17设置，其发出的泵浦光通过合束器19进入激光振荡腔，用来激励振荡腔内的增益介质（如增益光纤）20产生初始ASE光，随即通过准直器12入射到反射式锁模器件13上，锁模器件13安装于多维微动平台18上，并可在多维微动平台18的带动下运动，使得锁模器件13入射多维微动平台的角度、入射到多维微动平台的点、以及与多维微动平台之间的距离被调整。同时，输出器件14可为FBG 腔镜，从输出器件14输出的激光光束通过分束器21后一部分直接输出，另一部分则进入监测电路15（如光电探头）。监测电路15监测输出器件14输出的激光状态，生成对应的激光监测信号后发送给主控电路16，主控电路判断激光器是否实现锁模，在未锁模的情况下通过发送控制信号给多维微动平台，来调整锁模器件13入射多维微动平台的角度、入射到多维微动平台的点、以及与多维微动平台之间的距离；或者通过发送控制信号给泵浦功率控制器17，来调整泵浦光源11的功率，处理器持续调整，直至调整到某一值时激光器实现锁模。其具体的调整过程可如本发明任一实施例所述。

此处需要说明的是，图10所示的激光器的各器件之间的顺序仅为示意，在线形振荡腔中，除了输出器件14和锁模器件13分别位于线形腔两端外，其余各器件的顺序可以根据需要调整。

如图11所示为根据本发明实施例的一种环形腔激光器结构示意图，激光器包括泵浦光源11，泵浦功率由泵浦功率控制器17设置，其发出的泵浦光通过合束器19进入激光振荡腔，用来激励振荡腔内的增益介质（如增益光纤）20产生初始ASE光，随后通过输出器件14输出，此实施例中输出器件为一分三的分束器。激光光束通过输出器件14后第一部分直接输出，第二部分则进入环形器22的第一端，环形器22的第二端连接准直器12，激光光束通过准直器12入射到反射式锁模器件13上，锁模器件13安装于多维微动平台18上，并可在多维微动平台18的带动下运动，使得锁模器件13入射多维微动平台的角度、入射到多维微动平台的点、以及与多维微动平台之间的距离被调整。从锁模器件13反射回的激光光束通过准直器12以及环形器22的第三端进入环形振荡腔。随后通过振荡腔中的隔离器23返回合束器19，其中隔离器23用于保证激光在振荡腔中单向传输。激光光束通过输出器件14后第三部分进入监测电路15（例如光电探头）。监测电路15监测输出器件14输出的激光状态，生成对应的激光监测信号后发送给主控电路16，主控电路判断激光器是否实现锁模，在未锁模的情况下通过发送控制信号给多维微动平台，来调整锁模器件13入射多维微动平台的角度、入射到多维微动平台的点、以及与多维微动平台之间的距离；或者通过发送控制信号给泵浦功率控制器17，来调整泵浦光源11的功率，处理器持续调整，直至调整到某一值时激光器实现锁模。其具体的调整过程可入上述任一实施例所述。

此处需要说明的是，图11所示的激光器的各器件之间的顺序仅为示意，在环形振荡腔中各器件的顺序可以根据需要调整。

此处还需要说明的是，图11中所示的一分三分束器仅为示意，在另一实施例中还可以用两个一分二的分束器代替。

本发明还提供了一种激光器自动锁模控制方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图9是根据本发明实施例的一种激光器自动锁模控制方法的流程图，应用于如图1所示的激光器中，该激光器看可以为本发明实施例中描述的任一种可选激光器。在一种可选方案中，激光器至少包括泵浦光源，准直器，锁模器件以及输出器件，还包括多维微动平台，锁模器件安装于多维微动平台上。如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S902，接收第一激光监测信号，第一激光监测信号用于表征输出器件输出的激光状态；

可选地，可以由监测电路15来生成第一激光监测信号，其中监测电路可以用于检测输出的激光中是否包含光脉冲，以及所包含的光脉冲的重复频率、每个光脉冲的能量；监测电路15还可以用于检测光脉冲的平均功率。监测电路的具体结构和功能可与上述激光器的实施例中相同，此处不再赘述。

步骤S904，根据第一激光监测信号来判断输出的激光是否满足预设锁模条件；

可选地，当第一激光监测信号中包含激光脉冲频率信息和激光脉冲能量信息时，预设锁模条件包括每个激光脉冲的能量均等且激光脉冲的重复频率满足预设条件。主控电路16判断激光脉冲的重复频率是否满足预设条件，以及判断激光脉冲中的每一个脉冲的能量是否均等，只有当每个激光脉冲的能量均等且激光脉冲的重复频率满足预设条件时才确定激光器达到锁模状态。激光脉冲的重复频率需要与腔长满足预定关系。

可选地，在一种优化方案中，为了节约能耗，当主控电路确定激光器达到锁模状态的情况下，主控电路向监测电路15发出第一触发信号，以停止监测电路15对输出器件输出的激光状态的监控，或者减小监测电路15对输出器件的监测频率；或者为了提供锁模效率，当主控电路确定激光器未达到锁模状态的情况下，主控电路向监测电路15发出第二触发信号，以启动监测电路15对输出器件输出的激光状态的监控，或者提高监测电路15对输出器件的监测频率，便于处理器更快速的掌握输出状态，以更加灵活高效实现自动锁模。

可选地，在激光器的结构发生变化的情况下，主控电路根据激光监测信号动态的生成对应的泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号，并循环执行判断步骤，即通过监测电路15实时监测，主控电路持续根据监测值对泵浦功率和相对位移进行调整，如此循环往复，实现动态锁模；

步骤S906，在判断为否的情况下，根据第一激光监测信号产生对应的泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号，其中，泵浦功率调整信号用于控制泵浦光源的功率，相对位移调整信号用于控制多维微动平台带动锁模器件在至少一个维度方向上移动，使得锁模器件与准直器之间产生预定的相对位移；

可选地，锁模器件呈平面状，因而准直器12与锁模器件13之间的相对位置关系可以包括：准直器12入射在锁模器件13上的点，准直器12入射锁模器件13的角度，以及准直器12与锁模器件13之间的距离。因而，多维微动平台用于根据接收到的相对位移调整信号带动锁模器件在以下至少一个维度方向上移动：

多维微动平台根据接收到的第一相对位移调整信号，带动锁模器件旋转，使得准直器相对于锁模器件所在平面的角度被调整为第一预设值；即通过调整锁模器件所在平面相对于准直器进行旋转，从而使得准直器射出的激光光束以不同的角度入射到锁模器件上，以改变从锁模器件反射回的光束的角度，实现从锁模器件返回到准直器的激光光束的光强。最佳的方案中，调整调整锁模器件所在平面的角度，使得准直器射出的激光光束垂直入射到锁模器件所在平面。

多维微动平台根据接收到的第二相对位移调整信号，带动锁模器件朝向或者背离准直器平移，使得准直器与锁模器件之间的相对距离被调整为第二预设值，即通过调整锁模器件与准直器之间相对距离的大小，能控制从准直器射出的激光光束在锁模器件上的光斑的大小和能量。

多维微动平台根据接收到的第三相对位移调整信号，带动锁模器件在锁模器件所在的平面内平移，使得准直器在锁模器件所在平面上的垂直投影位置被调整为第三预设值。即通过调整准直器的激光光束入射到锁模器件的具体位置，来改变锁模器件上的反射点，避免锁模器件均一性不足引起的锁模障碍。

步骤S908，控制激光器按照泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号进行调整，以改变输出器件输出的激光状态，接收第二激光监测信号；

可选地，泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号均能改变输出器件输出的激光状态，从而使得监测电路得到的激光监测信号发生改变，得到第二激光监测信号，主控电路根据第二激光监测信号再次判断激光是否满足预设锁模条件，并在判断不满足预设锁模条件的情况下，进一步发出泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号进行调整，直至输出的激光满足预设锁模条件，

步骤S910，其中，当根据第二激光监测信号判断输出的激光满足预设锁模条件时，确定激光器达到锁模状态，实现自动锁模。

综上所述，在本发明实施例中，通过接收第一激光监测信号，并根据第一激光监测信号来判断输出的激光是否满足预设锁模条件，当在判断为否的情况下，根据第一激光监测信号产生对应的泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号，控制激光器按照泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号进行调整，以改变输出器件输出的激光状态，接收第二激光监测信号，循环判断二激光监测信号是否满足预设锁模条件，循环执行上述步骤，当根据第二激光监测信号判断输出的激光满足预设锁模条件时，确定激光器达到锁模状态，从而实现了自动锁模的技术效果，进而解决了现有激光器锁模操作复杂或稳定性低的技术问题。

在本发明实施例中，步骤S906，在判断为否的情况下，根据第一激光监测信号产生对应的泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号还包括：

步骤S9062：当所述主控电路判断每个激光脉冲的能量不均等时，所述主控电路产生对应的相对位移调整信号，通过所述多维微动平台来调整锁模器件与准直器之间相对位移，直至每个激光脉冲的能量均等；

步骤S9064：当所述主控电路判断激光脉冲的重复频率不满足预设条件时，所述主控电路产生对应的泵浦功率调整信号，通过所述泵浦功率控制器来调整所述泵浦光源的功率，直至激光脉冲的重复频率满足预设条件。

可选地，通过上述步骤S9062-S9064，主控电路分别判断激光脉冲的重复频率和各脉冲的能量，并分别生成相对位移调整信号和泵浦功率调整信号，从而使得监测电路得到的激光监测信号的重复频率和个脉冲的能量大小发生改变，处理器根据改变后的激光监测信号再次判断激光是否满足预设锁模条件，并在判断不满足预设锁模条件的情况下，进一步发出泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号进行调整，直至输出的激光满足预设锁模条件。

在本发明实施例中，在步骤S904:根据第一激光监测信号来判断输出的激光是否满足预设锁模条件之前，所述方法还包括：

步骤S903：设定每个激光脉冲的能量均等这一条件的优先级高于激光脉冲的重复频率满足预设条件。具体的，这样设置的原因一方面在于当先调整满足每个激光脉冲的能量均等时，必然可以调整至激光脉冲的重复频率满足预设条件，反之则不然。因此，在具体判断过程中，可以先判断每个激光脉冲的能量是否均等，在调整至每个脉冲能量均等时再判断激光脉冲的重复频率是否满足预设条件。

因此，在另一种实施例中，步骤S906包括：

步骤S9061：在判断出每个激光脉冲的能量不均等的情况下，输出对应的相对位移调整信号，通过多维微动平台来调整锁模器件与准直器之间相对位移，直至每个激光脉冲的能量均等；

步骤S9063：在判断出每个激光脉冲的能量均等的情况下，再判断激光脉冲的重复频率是否满足预设条件；

步骤S9065：在判断出激光脉冲的重复频率不满足预设条件的情况下，输出泵浦功率调整信号，通过泵浦功率控制器来调整泵浦光源的功率，直至激光脉冲的重复频率满足预设条件；

步骤S9067：在判断出每个激光脉冲的能量均等且激光脉冲的重复频率满足预设条件的情况下，则确定激光器处于锁模状态。

上述步骤S9061-步骤S9067所示的方法，可以如本申请图3所示，因而与上述激光器实施例相同的地方在此不再赘述。

在本发明一种可选实施例中，结合前述的三个具体的相对位移调整信号，即第一相对位移调整信号用于调整准直器相对于锁模器件的相对角度，第二相对位移调整信号用于调整准直器与所述锁模器件之间的相对距离，第三相对位移调整信号用于调整准直器在锁模器件上的投影位置，步骤S906还可以包括：

步骤S962:在判断每个激光脉冲的能量不均等的情况下，产生第二相对位移调整信号，使得多维微动平台根据第二相对位移调整信号带动锁模器件朝向或者背离准直器平移，直到准直器与锁模器件之间的相对距离使得每个激光脉冲的能量均等；

步骤S964：如果遍历了准直器与锁模器件之间的所有相对距离值，仍无法使得每个激光脉冲的能量均等，产生第三相对位移调整信号，带动锁模器件在锁模器件所在的平面内平移，改变准直器在锁模器件所在平面上的垂直投影位置，并再次遍历准直器与锁模器件之间的所有相对距离，直到准直器与锁模器件之间的相对距离使得每个激光脉冲的能量均等。

步骤S966：在判断出每个激光脉冲的能量均等的情况下，再判断激光脉冲的重复频率是否满足预设条件；

步骤S968：在判断出激光脉冲的重复频率不满足预设条件的情况下，输出泵浦功率调整信号，通过泵浦功率控制器来调整泵浦光源的功率，直至激光脉冲的重复频率满足预设条件；

步骤S970：在判断出每个激光脉冲的能量均等且激光脉冲的重复频率满足预设条件的情况下，则确定激光器处于锁模状态。

上述步骤S962-步骤S970所示的方法，可以如本申请图4所示，因而与上述激光器实施例相同的地方在此不再赘述。

在本发明一种可选实施例中，如图5所示，该方法还可以包括如下步骤：

首先，将泵浦功率调整为预设值，并通过监测电路实时监测输出器件输出的激光状态，并先判断输出的激光中是否包含光脉冲。在一种可能的情况下，或是由于主控电路输出了泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号，从而改变输出器件输出的激光状态，或是刚开启激光器时准直器与锁模器件完全不对准，在以至于输出的激光中可能不包含光脉冲，因而需要首先判断输出的激光中是否包含光脉冲。

在输出的激光中的不包含光脉冲的情况下，在未遍历完准直器相对于锁模器件的所有角度时，生成第一相对位移调整信号，来调整准直器相对于锁模器件的角度，来调整从锁模器件反射回准直器的激光光强，直至输出器件输出光脉冲。在一种优选情况下，调整准直器与锁模器件的角度接近垂直。

如果遍历完准直器相对于锁模器件的所有角度，均无法使输出器件输出光脉冲，则在未遍历完准直器在锁模器件上的所有投影位置时，生成第三位移调整信号，来改变准直器在锁模器件上的投影位置，即改变准直器入射到锁模器件上的入射点，并在当前这个投影位置的基础上，再次遍历准直器相对于锁模器件的所有角度，如此循环往复，直至使得输出器件输出光脉冲。

如果遍历了准直器入射到锁模器件上的所有点，并且在每个点上均遍历完准直器相对于锁模器件的所有角度，仍无法使得输出器件输出光脉冲，则输出异常提醒，以提醒工程师或用户该锁模器件或者准直器可能出现物理损坏，在一种可选方式中，通过主控电路在人机交互界面上显示异常预警，或者通过发声器发出警报声，例如蜂鸣器。

在输出的激光中包含光脉冲的情况下，判断脉冲是否满足预设锁模条件，即先判断脉冲能量是否均等，再判断脉冲频率是否满足预设条件，此处判断流程中与图3或图4相同。

在输出的激光中包含光脉冲的情况下，先判断脉冲能量是否均等，如果不均等，则在未遍历完准直器与锁模器件所有相对距离时，发出第二相对位移调整信号，以调整准直器与锁模器件的相对距离。

如果遍历了准直器与锁模器件的所有相对距离，仍无法使得脉冲能量均等，则发出第三相对位移调整信号，改变准直器在锁模器件上的投影位置，即改变准直器入射到锁模器件上的点，并在当前这个投影位置的基础上，先判断输出器件是否输出光脉冲，并按照上述步骤先调整至输出器件输出光脉冲，并按照上述调整方法，调整至各脉冲能量均等。

如果遍历了准直器入射到锁模器件上的所有点，并且在每个点上均遍历准直器与锁模器件的所有相对距离，仍无法使得输出器件输出的光脉冲能量均等，则输出异常提醒，以提醒工程师或用户该锁模器件或者准直器可能出现物理损坏。

在各脉冲能量均等的情况下，判断激光脉冲的重复频率是否满足预设条件，此时如果激光脉冲的重复频率不满足预设条件，则输出泵浦功率调整信号，通过泵浦功率控制器来调整泵浦光源的功率，直至激光脉冲的重复频率满足预设条件，确定激光器处于锁模状态。

上述本发明列举了多个可选实施例，仅仅为了描述技术方案的各个细节，其描述的先后顺序不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种自动锁模激光器，包括泵浦光源，准直器，锁模器件以及输出器件，其特征在于，还包括：

监测电路，光连接于所述输出器件，用于监测所述输出器件输出的激光状态，并生成对应的激光监测信号；

主控电路，电连接于所述监测电路，用于根据接收到的所述激光监测信号来判断输出的激光是否满足预设锁模条件，在判断为是的情况下，所述主控电路确定所述激光器达到锁模状态，在判断为否的情况下，所述主控电路根据所述激光监测信号产生对应的泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号；

泵浦功率控制器，电连接于所述主控电路和所述泵浦光源，用于根据接收到的所述泵浦功率调整信号来控制所述泵浦光源的功率；

多维微动平台，电连接于所述主控电路，其上安装有所述锁模器件，用于根据接收到的所述相对位移调整信号带动所述锁模器件在至少一个维度方向上移动，使得所述锁模器件与准直器之间产生预定的相对位移；

其中，所述泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号使得所述输出器件输出的激光状态发生改变，直至输出的激光满足预设锁模条件，实现自动锁模。

2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述多维微动平台用于根据接收到的所述相对位移调整信号带动所述锁模器件在以下至少一个维度方向上移动：

多维微动平台根据接收到的第一相对位移调整信号，带动所述锁模器件旋转，使得所述准直器相对于所述锁模器件所在平面的角度被调整为第一预设值；

多维微动平台根据接收到的第二相对位移调整信号，带动所述锁模器件朝向或者背离所述准直器平移，使得所述准直器与所述锁模器件之间的相对距离被调整为第二预设值；

多维微动平台根据接收到的第三相对位移调整信号，带动所述锁模器件在所述锁模器件所在的平面内平移，使得所述准直器在所述锁模器件所在平面上的垂直投影位置被调整为第三预设值。

3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述监测电路包括激光脉冲频率监测电路和激光脉冲能量监测电路，使得所述激光监测信号中包含激光脉冲频率信息和激光脉冲能量信息，所述预设锁模条件包括每个激光脉冲的能量均等且激光脉冲的重复频率满足预设条件。

4.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于，当所述主控电路判断每个激光脉冲的能量均等且激光脉冲的重复频率满足预设条件时，所述主控电路确定所述激光器达到锁模状态；

当所述主控电路判断每个激光脉冲的能量不均等时，所述主控电路产生对应的相对位移调整信号，通过所述多维微动平台来调整锁模器件与准直器之间相对位移，直至每个激光脉冲的能量均等；

当所述主控电路判断激光脉冲的重复频率不满足预设条件时，所述主控电路产生对应的泵浦功率调整信号，通过所述泵浦功率控制器来调整所述泵浦光源的功率，直至激光脉冲的重复频率满足预设条件。

5.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述主控电路先判断每个激光脉冲的能量是否均等；在判断为是的情况下，再判断激光脉冲的重复频率是否满足预设条件；

在判断为否的情况下，主控电路产生第二相对位移调整信号，使得多维微动平台根据所述第二相对位移调整信号带动所述锁模器件朝向或者背离所述准直器平移，直到所述准直器与所述锁模器件之间的相对距离使得每个激光脉冲的能量均等；如果主控电路遍历了所述准直器与所述锁模器件之间的所有相对距离，仍无法使得每个激光脉冲的能量均等，则主控电路产生第三相对位移调整信号，带动所述锁模器件在所述锁模器件所在的平面内平移，改变所述准直器在所述锁模器件所在平面上的垂直投影位置，并再次遍历所述准直器与所述锁模器件之间的所有相对距离，直到所述准直器与所述锁模器件之间的相对距离使得每个激光脉冲的能量均等。

6.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述主控电路在根据接收到的所述激光监测信号来判断激光是否满足预设锁模条件之前，先根据接收到的所述激光监测信号来判断激光中是否出现光脉冲；在判断为是的情况下，再执行判断激光是否满足预设锁模条件的步骤；

在判断为否的情况下，所述主控电路产生第三相对位移调整信号，带动所述锁模器件在所述锁模器件所在的平面内平移，改变所述准直器在所述锁模器件所在平面上的垂直投影位置，直到该垂直投影位置使得输出的激光中出现光脉冲。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的激光器，其特征在于，所述主控电路还包括存储器，用于在所述主控电路根据接收到的所述激光监测信号判断出激光满足预设锁模条件的时刻，记录该时刻的泵浦功率值以及多维微动平台的相对位移值，以便于在所述激光器未达到锁模状态时，所述主控电路根据所存的泵浦功率值以及多维微动平台的相对位移值产生对应的泵浦功率调整信号和相对位移调整信号，实现所述激光器的自动锁模。

8.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述多维微动平台包括：

基座；

可移动支座，所述可移动支座中第一面上安装有所述锁模器件，所述可移动支座中与所述第一面相对的第二面朝向所述基座的第一面；

致动机构，安装于所述基座的第一面和所述可移动支座的第二面之间，被配置为根据所述主控电路发送的相对位移调整信号运转，致使所述可移动支座相对于所述基座产生预设位移，以带动所述锁模器件在所述至少一个维度方向上移动；

其中，所述致动机构包括以下至少一个：

旋转致动子机构，用于通过所述可移动支座带动所述锁模器件旋转，使得所述准直器相对于所述锁模器件所在平面的角度被调整为第一预设值；

第一平移致动子机构，用于通过所述可移动支座带动所述锁模器件朝向或者背离所述准直器平移，使得所述准直器与所述锁模器件之间的相对距离被调整为第二预设值；

第二平移致动子机构，用于通过所述可移动支座带动所述锁模器件在所述锁模器件所在的平面内平移，使得所述准直器在所述锁模器件上的垂直投影位置被调整为第三预设值。

9.根据权利要求8所述的激光器，其特征在于，

所述旋转致动子机构包括安装于所述基座的第一面和所述可移动支座的第二面之间的四个电控伸缩组件，每个电控伸缩组件均包括固定件、电动力源以及可伸缩传动杆，每个电动力源根据所述相对位移调整信号各自运转，从而控制与其相连的传动杆伸长或收缩，当控制四个所述传动杆在各自的电动力源的作用下伸长或收缩至不同的预设长度时，可移动支座所在的平面发生预定角度的倾斜旋转，使得所述准直器相对于所述锁模器件所在平面的角度被调整为第一预设值；

所述第一平移致动子机构与所述旋转致动子机构的结构相同，当所述四个传动杆在各自的电动力源的作用下伸长或收缩至相同的预设长度时，可移动支座所在的平面整体朝向或者背离所述准直器运动，使得所述准直器与所述锁模器件之间的相对距离被调整为第二预设值。

10.根据权利要求8所述的激光器，其特征在于，所述基座的第一面中心处具有一凹槽；所述可移动支座的第一面为平面，所述可移动支座的第二面中心处具有一凸起，当所述可移动支座放置于所述基座上时，所述可移动支座的凸起被容纳于所述基座的凹槽内；

所述第一平移致动子机构包括安装于所述基座的凹槽端面和所述可移动支座的凸起端面之间的电控伸缩组件，所述电控伸缩组件包括固定件、电动力源以及可伸缩传动杆，当传动杆在电动力源的作用下伸长或收缩预设长度时，所述可移动支座的凸起在所述基座的凹槽中沿其轴线方向伸入或抽出所述预设长度，带动可移动支座所在的平面整体朝向或者背离所述准直器运动，使得所述准直器与所述锁模器件之间的相对距离被调整为第二预设值；

所述第二平移致动子机构包括安装于所述基座的凹槽侧面和所述可移动支座的凸起侧面之间的两个电控伸缩组件，所述电控伸缩组件包括固定件、电动力源以及可伸缩传动杆当两个传动杆在各自电动力源的作用下伸长或收缩预设长度时，所述可移动支座的凸起在可移动支座所在的平面内二维移动预设长度，带动可移动支座在其所在的平面内二维平移，使得所述准直器在所述锁模器件上的垂直投影位置被调整为第三预设值。

11.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述多维微动平台的控制精度为微米量级，所述锁模器件包括透射式或反射式可饱和吸收体，所述可饱和吸收体包含半导体类可饱和吸收体、碳基可饱和吸收体、或拓扑绝缘体，所述输出器件为镀有部分反射膜的输出镜或基于光纤机构的输出耦合器件。

12.一种激光器自动锁模控制方法，所述激光器包括泵浦光源，准直器，锁模器件以及输出器件，其特征在于，所述激光器还包括多维微动平台，所述锁模器件安装于所述多维微动平台上，所述方法包括：

接收第一激光监测信号，所述第一激光监测信号用于表征所述输出器件输出的激光状态；

根据所述第一激光监测信号来判断输出的激光是否满足预设锁模条件；

在判断为否的情况下，根据所述第一激光监测信号产生对应的泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号，其中，所述泵浦功率调整信号用于控制所述泵浦光源的功率，所述相对位移调整信号用于控制所述多维微动平台带动锁模器件在至少一个维度方向上移动，使得所述锁模器件与准直器之间产生预定的相对位移；

控制所述激光器按照所述泵浦功率调整信号和/或相对位移调整信号进行调整，以改变所述输出器件输出的激光状态，并接收第二激光监测信号；

其中，当根据第二激光监测信号判断输出的激光满足预设锁模条件时，确定所述激光器达到锁模状态，实现自动锁模。

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