CN114389136A - 一种双鉴相激光锁相装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双鉴相激光锁相装置，分别与锁模激光器和微波参考源连接，包括：光学鉴相模块，设置为接收锁模激光器输出的激光信号，光学鉴相模块沿光路走向包括依次连接的光隔离器、光纤耦合器、相位调制器和平衡探测器，光隔离器与锁模激光器连接，相位调制器与微波参考源连接；电子学模块，包括信号处理模块、与信号处理模块和锁模激光器连接的PZT电压驱动器和预锁模块，以及与信号处理模块连接的计算机，信号处理模块分别与平衡探测器、微波参考源连接。本发明的锁相精度可达20fs以内。本发明能有效抑制漂移，保证锁模激光器长时间稳定运行，成本低、操作简单，不易受外部环境影响。

Description

一种双鉴相激光锁相装置及方法

技术领域

本发明涉及微波光子学技术领域，更具体地涉及一种双鉴相激光锁相装置及方法。

背景技术

随着X射线自由电子激光装置(简称XFEL)的成功研制和快速发展，激光泵浦-X射线探测技术由于具有亚纳米级的空间分辨率和亚飞秒量级的时间分辨率，可以探测物质微观结构变化的瞬态或超快过程，成为近年来前沿科学领域，尤其是物理、化学、生命科学、材料科学的研究热点。

激光泵浦-X射线探测技术的时间分辨率主要受限于泵浦激光和XFEL装置产生的X射线激光之间的时间抖动，该时间抖动主要来源于驱动激光与泵浦激光之间的时间抖动，以及驱动激光与驱动电子束团加速结构的微波信号之间的时间抖动。因此，驱动激光与微波信号之间的高精度时间同步对激光泵浦-X射线探测技术的时间分辨率至关重要，飞秒量级的同步精度是观察物质在原子尺度上的深层微观结构及其瞬态变化的有力工具。

目前，上海软X射线自由电子激光用户装置(简称SXFEL-UF)采用基于射频技术的微波鉴相器实现驱动激光与微波的同步，但是同步精度在百飞秒量级，且存在很高的慢漂现象，严重影响工程的稳定运行。而基于光学技术的双色平衡光学互相关鉴相器可以实现十飞秒量级的高精度同步，也可以改善慢漂现象，但这种技术方案需要通过稳相光纤链路将超低噪声的光脉冲信号传输到驱动激光室，在驱动激光室采用双色平衡光学互相关鉴相器实现驱动激光器和参考微波信号的高精度同步，使得成本较高，也容易受环境噪声、振动以及温湿度变化的影响而失锁。

发明内容

为解决上述现有技术中的问题，本发明提供一种双鉴相激光锁相装置及方法，以实现驱动激光与微波信号十飞秒量级的高精度同步，有效抑制慢漂，能长期稳定地运行，同时成本较低，也不易受外部环境的影响。

本发明提供的一种双鉴相激光锁相装置，分别与一具有腔镜PZT控制端口和腔长粗调控制端口的锁模激光器和一微波参考源连接，包括：

光学鉴相模块，设置为接收所述锁模激光器输出的激光信号，所述光学鉴相模块沿光路走向包括依次连接的光隔离器、光纤耦合器、相位调制器和平衡探测器，所述光隔离器与所述锁模激光器连接，所述相位调制器与所述微波参考源连接；

电子学模块，包括信号处理模块、与所述信号处理模块和所述锁模激光器连接的PZT电压驱动器、与所述信号处理模块和所述锁模激光器连接的预锁模块以及与所述信号处理模块连接的计算机，且所述信号处理模块分别与所述平衡探测器、所述微波参考源连接。

进一步地，所述光隔离器和所述光纤耦合器之间设有光环形器。

进一步地，所述光环形器具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述光环形器的输入端与所述光隔离器的输出端连接，所述第一输出端与所述光纤耦合器连接，所述第二输出端与所述信号处理模块连接。

进一步地，所述信号处理模块与所述光纤耦合器连接。

进一步地，所述光纤耦合器具有三个输入端和三个输出端，所述光纤耦合器的一个输入端与所述光环形器的第一输出端连接，另外两个输入端与所述平衡探测器的两个输入端连接；所述光纤耦合器的一个输出端与所述信号处理模块连接，另外两个输出端分别与所述相位调制器的光输入端和光输出端连接。

进一步地，所述信号处理模块包括电信号提取单元、基波鉴相单元、环路控制和监测单元，所述电信号提取单元与所述光纤耦合器连接，所述基波鉴相单元与所述微波参考源连接，所述环路控制和监测单元与所述平衡探测器、所述PZT电压驱动器连接，所述预锁模块以及所述计算机连接。

进一步地，所述微波参考源输出谐波参考信号和基波参考信号，所述谐波参考信号的频率是所述基波参考信号的频率的N倍，其中N为≥1的整数。

本发明还提供一种双鉴相激光锁相方法，包括：

步骤S1，提供上述的双鉴相激光锁相装置，并将其与一锁模激光器和一微波参考源连接；

步骤S2，所述锁模激光器输出激光脉冲，所述激光脉冲通过光隔离器或依次通过光隔离器、光环形器后，传输至光纤耦合器，所述光纤耦合器输出的一路光信号传输至信号处理模块的电信号提取单元，另外两路光信号传输至相位调制器；微波参考源输出基波参考信号和谐波参考信号，所述基波参考信号传输至所述信号处理模块的基波鉴相单元，所述谐波参考信号传输至所述相位调制器；

步骤S3，所述电信号提取单元将来自所述光纤耦合器的光信号或来自所述光环形器的光信号转换为电信号，根据所述电信号提取出基波信号，所述基波鉴相单元对所述基波信号与所述基波参考信号进行基波电子学鉴相，得到基波相差信号；

步骤S4，传输至所述相位调制器的两路光信号返回至所述光纤耦合器，并在所述光纤耦合器内部发生干涉，干涉后的光信号从所述光纤耦合器传输至平衡探测器，光学鉴相模块对所述锁模激光器和所述谐波参考信号进行谐波光学鉴相，所述平衡探测器输出谐波相差信号；

步骤S5，根据所述基波相差信号，对所述腔长粗调控制端口进行腔长调节，以使所述锁模激光器工作在一预设频差范围内；

步骤S6，根据基波相差信号和/或谐波相差信号，调节所述锁模激光器谐振腔的腔长，以使所述的激光脉冲的相位锁定在所述基波参考信号和/或所述谐波参考信号上，完成所述锁模激光器锁相；

步骤S7，将环路控制和监测单元提供的PZT驱动电压与一预设阈值进行实时比较，若所述PZT驱动电压超过所述预设阈值，则通过所述预锁模块对所述腔长粗调控制端口进行腔长调节，以使所述PZT驱动电压回到预设阈值内。

进一步地，所述步骤S5中对所述腔长粗调控制端口进行腔长调节的方法为：

根据所述基波相差信号获取基波频率差，计算机根据所述基波频率差判断所述锁模激光器是否工作在预设频差范围内，若否，则通过所述预锁模块对所述腔长粗调控制端口进行腔长调节，以调节所述锁模激光器输出的激光脉冲重复频率，直至所述基波频率差处于所述预设频差范围内。

进一步地，所述步骤S6中对所述锁模激光器进行锁相包括：

利用所述环路控制和监测单元对所述基波相差信号进行PID处理，生成反馈控制信号，所述反馈控制信号经PZT电压驱动器放大后反馈至所述腔镜PZT控制端口，以调节所述锁模激光器的谐振腔的腔长，以使所述激光脉冲的重复频率与所述基波参考信号的重复频率一致；和/或

利用所述环路控制和监测单元对所述谐波相差信号进行PID处理，生成反馈控制信号，所述反馈控制信号经PZT电压驱动器放大后反馈至所述腔镜PZT控制端口，以调节所述锁模激光器的谐振腔的腔长，以使所述激光脉冲的重复频率与所述谐波参考信号的重复频率一致。

本发明采用基于射频技术和光学技术相结合的双鉴相结构，锁相精度可以达到20fs以内，能够有效抑制漂移。并且，本发明可以保证锁模激光器长时间稳定运行，适合锁模激光器需要长期连续运行的工作场合。另外，本发明成本低、操作简单，不易受外部环境的影响，除了可以应用于XFEL装置激光与微波的同步外，还可以应用在超快电子衍射、汤姆逊散射X射线等装置上。

附图说明

图1是按照本发明的一种双鉴相激光锁相装置的简单结构示意图。

图2是按照本发明的一种双鉴相激光锁相装置的具体结构示意图。

图3是图2中光环形器的结构示意图。

图4是图2中光纤耦合器的结构示意图。

图5是图2中信号处理模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图1和图2所示，本发明提供的双鉴相激光锁相装置10，分别与锁模激光器20、微波参考源30连接，其包括分别与锁模激光器20、微波参考源30信号连接的光学鉴相模块1以及分别与锁模激光器20、微波参考源30、光学鉴相模块1连接的电子学模块2。在图1和图2中，实线箭头表示光信号的传输，虚线箭头表示射频信号的传输。

以下对上述各部件进行详细描述。

锁模激光器20向光学鉴相模块1输出激光信号，光学鉴相模块1沿光路走向包括依次连接的光隔离器11、光环形器12、光纤耦合器13、相位调制器14和平衡探测器15。其中，光隔离器11的输入端与锁模激光器20信号连接，即光隔离器11接收来自锁模激光器20的激光信号，并将激光信号传输至下游器件。需要说明的是，锁模激光器20可以是自由空间输出，也可以是光纤输出。当锁模激光器20是自由空间输出时，需要通过一个光耦合器将自由空间的激光脉冲耦合到光纤后接到光隔离器11上，也可以使用一个自由空间的光隔离器后接一个光耦合器来实现。

本发明采用的光环形器12为三端口光环形器，如图3所示，其具有输入端121、第一输出端122和第二输出端123。光信号在光环形器12中的传输方向唯一，即从输入端121传输至第一输出端122，从第一输出端122传输至第二输出端123。在本发明中，光环形器12的输入端121与光隔离器11的输出端连接，第一输出端122与光纤耦合器13连接，第二输出端123用于监测锁模激光器20的状态，判断锁模激光器20是否锁模、功率是否正常以及是否锁相。需要说明的是，在其他实施例中，也可以省去光环形器12，而将光隔离器11与光纤耦合器13直接相连。

本发明采用的光纤耦合器13为3×3光纤耦合器，如图4所示，其具有三个输入端和三个输出端。光纤耦合器13的一个输入端与光环形器12的第一输出端122连接，另外两个输入端与平衡探测器15的两个输入端连接；光纤耦合器13的一个输出端与射频处理模块2连接，另外两个输出端分别与相位调制器14的光输入端和光输出端连接。光纤耦合器13和相位调制器14形成一个萨格奈克环，光纤耦合器13的两路输出在萨格纳克环的传输路径是相反的，一路沿顺时针方向传输，另一路沿逆时针方向传输，最后两路光都回到光纤耦合器13。需要说明的是，在其他实施例中，光环形器12的第二输出端123也可代替光纤耦合器13的一个输出端与电子学模块2连接。

微波参考源30产生参考信号，其分别与相位调制器14和电子学模块2连接，用于为相位调制器14的射频输入接口提供谐波参考信号，为电子学模块2提供基波参考信号。并且，微波参考源30产生的谐波参考信号的频率是基波参考信号的频率的N倍，其中N≥1，为整数。

电子学模块2包括信号处理模块21、PZT电压驱动器22、预锁模块23和计算机24，其中，信号处理模块21分别与PZT电压驱动器22、预锁模块23、计算机24连接，PZT电压驱动器22和预锁模块23与锁模激光器20的腔镜PZT控制端口连接。另外，信号处理模块21还分别与光纤耦合器13的一个输出端、平衡探测器15的一个射频输出端、微波参考源30连接。

如图5所示，信号处理模块21包括电信号提取单元211、基波鉴相单元212、环路控制和监测单元213。其中，电信号提取单元211的输入端口与光纤耦合器13的一个输出端连接，输出端口与基波鉴相单元212连接。基波鉴相单元212的输入端口与微波参考源30连接，输出端口与环路控制和监测单元213的一个输入端口连接。环路控制和监测单元213的另外一个输入端口与平衡探测器15的输出端口连接，环路控制和监测单元213的输出端口分别与PZT电压驱动器22、预锁模块23、计算机24连接。

环路控制和监测单元213包括ADC转换器、FPGA主控制器和DAC转换器。其中，ADC转换器用于将平衡探测器15以及基波鉴相单元212输出的电信号数字化，分别得到数字化的基波相差信号和数字化的谐波相差信号。FPGA主控制器一方面在锁相前根据数字化的基波相差信号计算基波和基波参考信号之间的相位差和频率差，从而判断该频率差是否超过预设频率差范围，若超过，则通过预锁模块23输出控制指令，缓慢调节锁模激光器20的腔长以粗调控制端口，使频率差落入预设频率差范围内；另一方面用于锁模激光器20锁相后控制调节PID(比例积分微分)参数以优化锁相精度，同时比较PZT驱动电压监测信号与预设阈值，保证腔镜PZT始终工作在中心工作电压附近，避免腔镜PZT受损。此外，FPGA主控制器还用于向计算机24传输PZT驱动电压监测信号、基波信号和基波参考信号之间的相位差和频率差，以使计算机24监控锁相装置的环路状态，同时进行数据显示。

因而，信号处理模块21的工作原理为：电信号提取单元211将来自光纤耦合器13的光信号转换为电信号后，经滤波放大后提取出基波信号，传输至基波鉴相单元212。微波参考源30输出的基波参考信号也传输至基波鉴相单元212。然后由基波鉴相单元212对基波信号与基波参考信号进行电子学鉴相，得到基波相差信号。基波相差信号输入至环路控制和监测单元213，平衡探测器15输出的谐波相差信号也输入至环路控制和监测单元213。在锁相前，环路控制和监测单元213根据数字化的基波相差信号计算获得基波和基波参考信号之间的相位差和频率差，从而判断该频率差是否超过预设频率差范围，若超过，则通过预锁模块23输出控制指令，缓慢调节锁模激光器20的腔长以粗调控制端口，使频率差落入预设频率差范围内。数字化的基波相差信号和谐波相差信号在信号处理模块21中经数字PID处理后生成数字化的反馈控制信号，该反馈控制信号经过DAC转换器变成模拟信号后传输至PZT电压驱动器22放大，然后反馈至锁模激光器20中的腔镜PZT控制端口，用以调节锁模激光器20谐振腔的腔长，从而实现小动态范围、精细地调节锁模激光器20输出的激光脉冲重复频率，直到锁模激光器20输出的激光脉冲的相位锁定在微波参考源30输出的基波参考信号和/或谐波参考信号上，完成锁模激光器锁相。信号处理模块21中基波鉴相单元212采用模拟混频器方法来获得模拟基波相差信号。来自基波鉴相单元212的模拟基波相差信号和来自平衡探测器15的模拟谐波相差信号传输至环路控制和监测单元213。环路控制和监测单元213采用数字技术实现相位差、频率差监测以及PID处理与参数调节。此处，信号处理模块21采用模拟技术和数字技术相结合来实现环路监测与控制。信号处理模块21中基波鉴相功能和环路控制功能也可以采用模拟技术方式比如模拟混频器方法和模拟PID实现，也可以采用数字电路方式比如数字鉴相器和数字PID实现。信号处理模块21采用常规技术手段均可实现，因此本发明不详细介绍所有可以实现的方式，只通过介绍一种实现方式来解释说明。

本发明提供一种双鉴相激光锁相方法，对基波进行电子学鉴相，用于粗同步，抑制锁模激光器频率的长期漂移；对谐波进行光学鉴相，用于精同步。可以通过环路控制和监测单元对锁模激光器选取基波和/或谐波锁相。以下通过具体示例来对该方法进行详细说明。

本发明提供的一种双鉴相激光锁相方法，包括以下步骤：

步骤S1，提供上述双鉴相激光锁相装置10，并将其与锁模激光器20、微波参考源30连接。锁模激光器20采用美国相干公司的商用钛宝石锁模激光器，中心波长为800nm，重复频率为79.33MHz，自由空间输出，通过一个自由空间的隔离器和一个光纤耦合器将激光信号传输至双鉴相激光锁相装置10(此具体示例中自由空间隔离器和光耦合器组合具备双鉴相激光锁相装置10中光隔离器11的功能)。该激光器具有一个腔镜PZT和一个腔镜马达以及各自的控制端口，其中，腔镜马达的行程范围为13mm，可调节的激光脉冲重复频率范围为500kHz；腔镜PZT的驱动电压范围为10V-130V，中心工作电压为70V，可驱动的腔镜行程为8um，可调节的激光脉冲重复频率范围为500Hz。应当理解，锁模激光器20也可以是其他类型的具有不同中心波长和重复频率以及不同腔长粗调控制端口的锁模激光器，比如Menhir公司的掺铒锁模激光器(中心波长1550nm，重复频率216.67MHz，具有精调腔镜PZT和粗调腔镜PZT控制端口)、Onefive公司的掺铒锁模激光器(中心波长1550nm，重复频率238MHz，具有腔镜PZT控制端口和温度控制粗调控制端口)、Amplitude公司的掺镱锁模激光器(中心波长1030nm，重复频率36.11MHz，具有腔镜PZT控制端口和马达粗调控制端口)等等，具有不同腔长控制端口的锁模激光器的预设频率差范围存在区别。电信号提取单元211可以采用EOT公司响应带宽为10GHz、型号为ET4000的光电探测器，也可以采用U²T公司响应带宽为50GHz、型号为XPDV2120R的光电探测器或其他型号的光电探测器，并且光电探测器波长范围覆盖所使用锁模激光器的中心波长。

步骤S2，锁模激光器20输出激光脉冲，该激光脉冲依次通过光隔离器11、光环形器12后，传输至光纤耦合器13，光纤耦合器13输出的一路光信号通过光纤传输至信号处理模块21的电信号提取单元211，另外两路光信号通过光纤传输至相位调制器14；微波参考源30输出基波参考信号(频率为79.33MHz)和谐波参考信号(频率为2856MHz)，基波参考信号通过射频线缆传输至信号处理模块21的基波鉴相单元212，谐波参考信号传输至相位调制器14。

步骤S3，电信号提取单元211将来自光纤耦合器13的光信号转换为电信号，电信号经滤波放大提取出基波信号，基波鉴相单元212对提取出来的基波信号与微波参考源30输出的79.33MHz基波参考信号进行电子学鉴相，得到基波相差信号。

步骤S4，传输至相位调制器14的两路光信号返回至光纤耦合器13，并在光纤耦合器13内部发生干涉，干涉后的光信号从光纤耦合器13的两个输入端传输至平衡探测器15的两个光输入端，光学鉴相模块1对锁模激光器和所谐波参考信号进行谐波光学鉴相，平衡探测器15的一个射频输出端输出误差信号，该误差信号即为谐波相差信号。

步骤S5，锁相前，根据基波相差信号获取基波频率差，计算机24根据基波频率差判断相干公司钛宝石激光器是否工作在预设频差范围(0-125Hz)内。若否，则通过马达控制器SMC100PP对相干公司钛宝石锁模激光器的马达粗调控制端口发送控制指令调节腔镜马达使PZT驱动电压逐渐接近腔镜PZT的中心工作电压70V并且最终位于预设阈值电压的上下限范围内(本实施例中PZT预设阈值电压的上下限设为85V和55V)，从而实现大动态范围、粗略地调节相干公司钛宝石锁模激光器输出的激光脉冲重复频率，直至基波频率差在0-125Hz范围内，马达控制器SMC100PP停止对相干公司钛宝石锁模激光器马达粗调控制端口进行腔长调节。

步骤S6，根据基波相差信号和/或谐波相差信号，调节相干公司钛宝石锁模激光器谐振腔的腔长，实现小动态范围、精细地调节相干公司钛宝石锁模激光器输出的激光脉冲重复频率，以使相干公司钛宝石锁模激光器输出的激光脉冲的相位锁定在微波参考源30输出的基波参考信号和/或谐波参考信号上，完成相干公司钛宝石锁模激光器锁相。

其中，对相干公司钛宝石锁模激光器进行锁相包括：

利用环路控制和监测单元213选择对相干公司钛宝石锁模激光器进行下述步骤S61或步骤S62来完成基波或谐波锁相；或者选择先执行步骤S61、再执行步骤S62，来完成相干公司钛宝石锁模激光器的基波和谐波相位的同时锁定。步骤S61、步骤S62分别为：

步骤S61，利用环路控制和监测单元23对基波相差信号进行PID处理，生成反馈控制信号，反馈控制信号经过型号为PDX150的PZT电压驱动器放大后反馈至相干公司钛宝石锁模激光器中的腔镜PZT控制端口，以调节相干公司钛宝石锁模激光器的谐振腔的腔长，使相干公司钛宝石锁模激光器输出的激光脉冲重复频率与微波参考源30输出的基波参考信号重复频率一致，实现相干公司钛宝石锁模激光器与微波参考源基波(79.33MHz)相位粗同步，完成基波锁相，同步精度百飞秒以内。

步骤S62，利用环路控制和监测单元23对谐波相差信号进行PID处理，生成反馈控制信号，反馈控制信号经过型号为PDX150的PZT电压驱动器放大后反馈至相干公司钛宝石锁模激光器中的腔镜PZT控制端口，以调节相干公司钛宝石锁模激光器的谐振腔的腔长，使相干公司钛宝石锁模激光器输出的激光脉冲重复频率与微波参考源30输出的谐波参考信号重复频率一致，实现相干公司钛宝石锁模激光器与微波参考源谐波(2856MHz)相位精同步，完成谐波锁相，同步精度20飞秒以内。

需要说明的是，在其他实施例采用其他类型的激光器时，根据锁模激光器腔长粗调控制端口的不同，也可通过调整锁模激光器的粗调腔镜PZT或者温度控制端口来使锁模激光器的工作频率差在预设频率差范围内。

步骤S7，在锁相后，相干公司钛宝石锁模激光器内部的腔长抖动由腔镜PZT来抑制，为了避免腔镜PZT的行程超过预设阈值，计算机24将实时地比较环路控制和监测单元23提供的PZT驱动电压监测信号与预设阈值，若PZT驱动电压超过预设阈值(阈值电压的上下限设为85V和55V)，则通过预锁模块23对相干公司钛宝石锁模激光器进行大动态范围、粗略的腔长调节，从而补偿腔镜PZT的过量行程，使PZT驱动电压回到预设阈值内。

本发明有效结合了基波电子学鉴相和谐波光学鉴相，基波锁相和/或谐波锁相可以自由选择，两者可以分别实现，也可以同时锁定。基波电子学鉴相将锁模激光器粗同步锁定到基波参考信号上，同步精度百飞秒量级；谐波光学鉴相将锁模激光器精同步锁定到高次谐波参考信号上，同步精度20飞秒以内。对锁模激光器实现基波和谐波同时锁相，既可以防止锁模激光器只锁谐波时在不同谐波之间切换，又可以预防由于环境温湿度震动等原因引起精同步失锁，粗同步还在正常工作，从而保证锁模激光器能长时间稳定运行。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种双鉴相激光锁相装置，分别与一具有腔镜PZT控制端口和腔长粗调控制端口的锁模激光器和一微波参考源连接，其特征在于，包括：

光学鉴相模块，设置为接收所述锁模激光器输出的激光信号，所述光学鉴相模块沿光路走向包括依次连接的光隔离器、光纤耦合器、相位调制器和平衡探测器，所述光隔离器与所述锁模激光器连接，所述相位调制器与所述微波参考源连接；

电子学模块，包括信号处理模块、与所述信号处理模块和所述锁模激光器连接的PZT电压驱动器、与所述信号处理模块和所述锁模激光器连接的预锁模块以及与所述信号处理模块连接的计算机，且所述信号处理模块分别与所述平衡探测器、所述微波参考源连接。

2.根据权利要求1所述的双鉴相激光锁相装置，其特征在于，所述光隔离器和所述光纤耦合器之间设有光环形器。

3.根据权利要求2所述的双鉴相激光锁相装置，其特征在于，所述光环形器具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述光环形器的输入端与所述光隔离器的输出端连接，所述第一输出端与所述光纤耦合器连接，所述第二输出端与所述信号处理模块连接。

4.根据权利要求1或3所述的双鉴相激光锁相装置，其特征在于，所述信号处理模块与所述光纤耦合器连接。

5.根据权利要求2所述的双鉴相激光锁相装置，其特征在于，所述光纤耦合器具有三个输入端和三个输出端，所述光纤耦合器的一个输入端与所述光环形器的第一输出端连接，另外两个输入端与所述平衡探测器的两个输入端连接；所述光纤耦合器的一个输出端与所述信号处理模块连接，另外两个输出端分别与所述相位调制器的光输入端和光输出端连接。

6.根据权利要求1所述的双鉴相激光锁相装置，其特征在于，所述信号处理模块包括电信号提取单元、基波鉴相单元、环路控制和监测单元，所述电信号提取单元与所述光纤耦合器连接，所述基波鉴相单元与所述微波参考源连接，所述环路控制和监测单元与所述平衡探测器、所述PZT电压驱动器连接，所述预锁模块以及所述计算机连接。

7.根据权利要求1所述的双鉴相激光锁相装置，其特征在于，所述微波参考源输出谐波参考信号和基波参考信号，所述谐波参考信号的频率是所述基波参考信号的频率的N倍，其中N为≥1的整数。

8.一种双鉴相激光锁相方法，其特征在于，包括：

步骤S1，提供如权利要求1-7所述的双鉴相激光锁相装置，并将其与一锁模激光器和一微波参考源连接；

步骤S2，所述锁模激光器输出激光脉冲，所述激光脉冲通过光隔离器或依次通过光隔离器、光环形器后，传输至光纤耦合器，所述光纤耦合器输出的一路光信号传输至信号处理模块的电信号提取单元，另外两路光信号传输至相位调制器；微波参考源输出基波参考信号和谐波参考信号，所述基波参考信号传输至所述信号处理模块的基波鉴相单元，所述谐波参考信号传输至所述相位调制器；

步骤S3，所述电信号提取单元将来自所述光纤耦合器的光信号或来自所述光环形器的光信号转换为电信号，根据所述电信号提取出基波信号，所述基波鉴相单元对所述基波信号与所述基波参考信号进行基波电子学鉴相，得到基波相差信号；

步骤S4，传输至所述相位调制器的两路光信号返回至所述光纤耦合器，并在所述光纤耦合器内部发生干涉，干涉后的光信号从所述光纤耦合器传输至平衡探测器，光学鉴相模块对所述锁模激光器和所述谐波参考信号进行谐波光学鉴相，所述平衡探测器输出谐波相差信号；

步骤S5，根据所述基波相差信号，对所述腔长粗调控制端口进行腔长调节，以使所述锁模激光器工作在一预设频差范围内；

步骤S6，根据基波相差信号和/或谐波相差信号，调节所述锁模激光器谐振腔的腔长，以使所述的激光脉冲的相位锁定在所述基波参考信号和/或所述谐波参考信号上，完成所述锁模激光器锁相；

步骤S7，将环路控制和监测单元提供的PZT驱动电压与一预设阈值进行实时比较，若所述PZT驱动电压超过所述预设阈值，则通过所述预锁模块对所述腔长粗调控制端口进行腔长调节，以使所述PZT驱动电压回到预设阈值内。

9.根据权利要求8所述的双鉴相激光锁相方法，其特征在于，所述步骤S5中对所述腔长粗调控制端口进行腔长调节的方法为：

根据所述基波相差信号获取基波频率差，计算机根据所述基波频率差判断所述锁模激光器是否工作在预设频差范围内，若否，则通过所述预锁模块对所述腔长粗调控制端口进行腔长调节，以调节所述锁模激光器输出的激光脉冲重复频率，直至所述基波频率差处于所述预设频差范围内。

10.根据权利要求8所述的双鉴相激光锁相方法，其特征在于，所述步骤S6中对所述锁模激光器进行锁相包括：

利用所述环路控制和监测单元对所述基波相差信号进行PID处理，生成反馈控制信号，所述反馈控制信号经PZT电压驱动器放大后反馈至所述腔镜PZT控制端口，以调节所述锁模激光器的谐振腔的腔长，以使所述激光脉冲的重复频率与所述基波参考信号的重复频率一致；和/或

利用所述环路控制和监测单元对所述谐波相差信号进行PID处理，生成反馈控制信号，所述反馈控制信号经PZT电压驱动器放大后反馈至所述腔镜PZT控制端口，以调节所述锁模激光器的谐振腔的腔长，以使所述激光脉冲的重复频率与所述谐波参考信号的重复频率一致。

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