CN117239530A - 一种数字化激光频率自动搜索及锁定的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字化激光频率自动搜索及锁定的装置，包括激光器、光隔离器、电光调制器、偏振分光棱镜、四分之一波片、光学参考腔、光电探测器、光电探测器、FPGA控制模块。本发明还公开了一种数字化激光频率自动搜索及锁定的的方法，使用温控模块先对激光频率进行大范围搜索，再对激光频率进行小范围搜索，使激光恢复到激光稳频工作区间。本发明可以实现激光频率自动锁定以及激光频率的自动搜索，在受到外界干扰时，本装置可以自动重新锁定。

Description

一种数字化激光频率自动搜索及锁定的装置及方法

技术领域

本发明涉及精密测量和激光技术领域，具体涉及一种数字化激光频率自动搜索及锁定的装置，还涉及一种数字化激光频率自动搜索及锁定的方法。本发明适用于为多种常见的稳频技术提供频率自动搜索和锁定的功能，如PDH稳频技术以及调制转移谱等主动稳频技术。

背景技术

超稳窄线宽激光器具有很高的光谱纯度和频率稳定度，广泛地应用于光频率标准、旋转光腔法检验狭义相对论和引力波探测等研究中。

线宽和频率稳定性是激光器的重要性能参数。为了实现更窄的线宽和更高的频率稳定性，通常会把激光器频率锁定在F-P腔或者饱和吸收谱等外部参考信号上，利用激光频率与外部参考的差产生锁频误差信号，将处理后的误差信号反馈给激光器频率执行机构，建立闭环反馈控制回路来压窄激光器线宽。

然而在多数稳频系统中，激光稳频的捕获范围远小于激光频率受外界环境因素影响产生的变化和漂移。而且一般反馈控制环路都有一定的工作区间，一旦某些外界干扰因素使得系统控制跳出工作区间，反馈系统便无法自行恢复，造成激光频率失去锁定。这种激光失锁问题极大地降低了系统稳定性，限制了稳频激光的应用场景。

在激光频率自动锁定的系统中要实现激光的频率自动搜索，以光腔为例，首先需要搜索到腔的谐振频率，参考腔自由光谱区在GHz量级, 谐振峰宽度在几十kHz的量级，被搜索的目标宽度只有搜索区域的万分之一量级，因此需要开发出适用于激光稳频技术的自动频率搜索功能。

发明内容

本发明提供了一种数字化激光频率自动搜索及锁定的装置，还提供了一种数字化激光频率自动搜索及锁定的方法，能够实现激光频率的快速搜索且长时间锁定的功能，具有搜索效率高、运行稳定、抗干扰性强、成本低和适用性强等优点。

本发明的技术方案如下：

一种数字化激光频率自动搜索及锁定的装置，包括激光器，激光器出射激光依次通过光隔离器、电光调制器，偏振分光棱镜、四分之一波片后耦合到光学参考腔中；光学参考腔内耦合的激光一部分沿光学参考腔入射光的方向透射光学参考腔，然后入射到第一光电探测器中；第一光电探测器输出电平信号至FPGA控制模块的锁定判断信号接收端口，温控模块依据锁定判断信号接收端口接收的电平信号将温控信号输入到激光器的温度控制端口，粗调温度信号区间位于设定的温度信号上限和温度信号下限的范围内，FPGA控制模块的温控模块在粗调温度信号区间中以设定的步进遍历输出温控信号，将第一光电探测器出现上升沿信号对应步进的起始温度信号到结束温度信号的温度变化区间作为精调温度信号区间；FPGA控制模块的温控模块在精调温度信号区间中以设定的步进遍历输出温控信号，以第一光电探测器出现上升沿信号对应步进的起始温度信号到结束温度信号的中间值作为温控模块的输出的温控信号。

如上所述光学参考腔内耦合的激光另一部分沿光学参考腔入射光的反方向出射光学参考腔并第二次通过四分之一波片后再通过偏振分光棱镜反射至到第二光电探测器，第二光电探测器输出激光频率误差信号至FPGA控制模块的误差信号接收端口；

FPGA控制模块中的压电陶瓷控制模块依据误差信号接收端口接收的激光频率误差信号输出频率扫描信号到激光器的电压控制端口；

FPGA控制模块内还包括DDS模块，DDS模块产生的射频信号通过FPGA控制模块的射频信号输出端口输出到电光调制器中。

如上所述FPGA控制模块还包括压控电流源模块，压控电流源模块输出泵浦电流控制信号到激光器的泵浦电流端口。

一种数字化激光频率自动搜索及锁定的方法，利用如上所述一种数字化激光频率自动搜索及锁定的装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、初始化数据设置和监测步骤，

依据激光器的输出激光的频率搜索范围设置对温控模块输出的温度信号上限、温度信号下限以及温度信号起始点以及步进间隔进行初始化设置；其中温度信号上限输入到激光器，激光器的输出激光的频率为激光频率上限；温度信号下限输入到激光器，激光器的输出激光的频率为激光频率上限；步进间隔等于温度信号的扫描时间间隔，温度信号起始点为温度信号上限和温度信号下限之间的中点；

步骤2、激光频率对应的温度自动搜索判断步骤，

锁定判断信号接收端口判断第一光电探测器中的输出的电平信号是否为低电平，若第一光电探测器输出电平信号为低电平，则数字化激光频率自动搜索及锁定的装置进行步骤3大范围搜索步骤；

步骤3、大范围搜索步骤，

步骤3.1、设置大范围搜索步长，以步骤1设置的温度信号起始点为中点，设置大范围搜索的粗调温度信号区间最大值和粗调温度信号区间最小值，

步骤3.2、判断粗调温度信号区间最大值是否大于等于温度信号上限，以及粗调温度信号区间最小值是否小于等于温度信号下限，并进行粗调温度信号区间的粗调搜索，

步骤3.3、在粗调温度信号区间的粗调搜索过程中，判断第一光电探测器是否出现上升沿信号，并将上升沿信号对应步进的起始温度信号到结束温度信号的温度变化区间作为精调温度信号区间；

步骤4、小范围搜索步骤，

步骤4.1、设置小范围搜索温度起始点、小范围搜索步长，其中小范围搜索温度起始点为步骤3确定的精调温度信号区间中间点，小范围搜索步长小于大范围搜索步长；

步骤4.2、使用温控模块进行小范围搜索，使第一光电探测器出现上升沿信号。

步骤5、根据误差信号接收端口接收到的激光频率误差信号，压电陶瓷控制模块输出频率扫描信号到电压控制端口，对激光器进行频率扫描稳定，返回步骤2。

如上所述步骤2中，若第一光电探测器输出电平信号为高电平，则进入步骤5。

如上所述步骤3.2中判断粗调温度信号区间最大值是否大于等于温度信号上限，以及粗调温度信号区间最小值是否小于等于温度信号下限，并进行大范围搜索，具体进行如下操作：

如果粗调温度信号区间最大值大于等于温度信号上限，则将粗调温度信号区间最大值设置为温度信号上限，如果粗调温度信号区间最小值小于等于温度信号下限，则将粗调温度信号区间最小值设置为温度信号下限，并在设置后的粗调温度信号区间最大值和粗调温度信号区间最小值的范围内进行粗调搜索；

如果粗调温度信号区间最大值小于温度信号上限，以及粗调温度信号区间最小值大于温度信号下限，则在粗调温度信号区间最大值和粗调温度信号区间最小值的范围内进行粗调温度信号区间的粗调搜索。

如上所述步骤3.2中粗调温度信号区间的粗调搜索包括以下步骤：在粗调温度信号区间最大值到粗调温度信号区间最小值的范围内，依据所述步骤3.1设置的大范围搜索步长以及步进间隔，调节温控模块使激光器温度变化，温控模块输出的温度信号从温度信号起始点遍历至粗调温度信号区间最大值，再从粗调温度信号区间最大值遍历至粗调温度信号区间最小值，再从粗调温度信号区间最小值遍历至温度信号起始点。

如上所述步骤3.3中判断第一光电探测器是否出现上升沿信号，并将上升沿信号对应步进的起始温度信号到结束温度信号的温度变化区间作为精调温度信号区间，具体方法为：

若第一光电探测器出现上升沿信号，则进入步骤4的小范围搜索步骤，并且将搜索到上升沿信号的步进对应的起始温度信号到结束温度信号的温度变化区间作为精调温度信号区间；

若遍历完粗调温度信号区间后第一光电探测器未出现上升沿信号，同时粗调温度信号区间最大值不等于温度信号上限且粗调温度信号区间最小值不等于温度信号下限，则加大粗调温度信号区间最大值并减小粗调温度信号区间最小值，然后返回步骤3.2继续执行更新后的粗调温度信号区间的粗调搜索；

若遍历完粗调温度信号区间后第一光电探测器未出现上升沿信号，同时粗调温度信号区间最大值等于温度信号上限且粗调温度信号区间最小值等于温度信号下限，则停止大范围搜索，返回步骤1，重新设置温度信号上限和温度信号下限。

如上所述步骤4.2中进行小范围搜索的具体方法为：

温控模块输出的温度信号从小范围搜索温度起始点遍历至精调温度信号区间最大值，再从精调温度信号区间最大值遍历至精调温度信号区间最小值，再从精调温度信号区间最小值遍历至小范围搜索温度起始点，并且在精调温度信号区间的搜索过程中，

若第一光电探测器出现上升沿信号，则将上升沿信号对应的步进的起始温度信号和结束温度信号的平均值作为温控模块的输出；

若遍历完精调温度信号区间未搜索到第一光电探测器出现上升沿信号，则返回步骤3大范围搜索步骤。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

当外界干扰因素使得激光跳出激光稳频工作区间，本发明的一种数字化激光频率自动搜索及锁定的装置可自行搜索激光稳频工作区间，以便恢复激光频率锁定。

另外本发明具有如下特点：

1、激光频率搜索效率高。本发明利用大范围和小范围搜索相结合的方式进行激光频率的搜索，在搜索路径的规划中，减少了算法运行计算的节点，搜索时间大大减少，且通过循环搜索的方式，使得搜索效率得到了很大的提高。

2、装置简单、运行稳定，抗干扰性强。本发明采用全数字化的系统实现激光频率的自动锁定和重锁，可实现激光频率的快速锁定。

附图说明

图1为激光频率自动搜索及锁定装置原理图；

图2（a）为大范围搜索示意图；

图2（b）为小范围搜索示意图；

其中，1-激光器；101-泵浦电流端口；102-温度控制端口；103-电压控制端口；2-光隔离器；3-电光调制器；4-偏振分光棱镜；5-四分之一波片；6-光学参考腔；7-第一光电探测器；8-第二光电探测器；9-FPGA控制模块；901-压控电流源模块；902-温控模块；903-压电陶瓷控制模块；904-射频信号输出端口；905-误差信号接收端口；906-锁定判断信号接收端口。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种数字化激光频率自动搜索及锁定的装置，包括激光器1、光隔离器2、电光调制器3、偏振分光棱镜4、四分之一波片5、光学参考腔6、第一光电探测器7、第二光电探测器8、以及FPGA控制模块9。

激光器1出射激光依次通过光隔离器2、电光调制器3，偏振分光棱镜4、四分之一波片5后耦合到光学参考腔6中，光学参考腔6内耦合的激光一部分沿光学参考腔6入射光的方向透射光学参考腔6，然后入射到第一光电探测器7中；光学参考腔6内耦合的激光另一部分沿光学参考腔6入射光的反方向出射光学参考腔6后，再通过四分之一波片5入射偏振分光棱镜4，再通过偏振分光棱镜4反射至到第二光电探测器8中。在本实施例中，光学参考腔6采用F-P腔。

FPGA控制模块9包括有压控电流源模块901、温控模块902、压电陶瓷控制模块903、射频信号输出端口904、误差信号接收端口905和锁定判断信号接收端口906，FPGA控制模块9实时监测激光器1输出激光频率是否跳出激光稳频工作区间，当激光器1输出激光频率跳出激光稳频工作区间则进行自动搜索使激光器1输出激光频率回到激光稳频工作区间，并在激光器1输出激光频率回到激光稳频工作区间后进行激光频率扫描实现最终的激光稳频。

FPGA控制模块9通过压控电流源模块901控制激光器1的泵浦电流，压控电流源模块901输出的泵浦电流控制信号输入到激光器1的泵浦电流端口101。

FPGA控制模块9利用内部的DDS模块产生射频信号，射频信号通过射频信号输出端口904输出，此射频信号输入到电光调制器3中，对来自于光隔离器2输出的激光的激光频率进行调制。

FPGA控制模块9通过误差信号接收端口905接收来自第二光电探测器8输出的电压信号，第二光电探测器8输出的电压信号为激光频率误差信号。

FPGA控制模块9通过压电陶瓷控制模块903控制激光器1的输出频率，压电陶瓷控制模块903依据误差信号接收端口905接收的激光频率误差信号输出频率扫描信号到激光器1的电压控制端口103。

为解决外界干扰因素使得激光器输出激光频率跳出激光稳频工作区间，反馈系统无法自行恢复，造成激光频率失去锁定的问题，FPGA控制模块9还包括锁定判断信号接收端口906和温控模块902：

FPGA控制模块9通过锁定判断信号接收端口906接收来自第一光电探测器7输出的电平信号，第一光电探测器7输出的电平信号为激光频率锁定状态的判断信号。若激光频率在激光稳频工作区间，透射光学参考腔6的激光经过第一光电探测器7探测后输出的电平信号则为高电平；若激光频率跳出激光稳频工作区间，透射光学参考腔6的激光经过第一光电探测器7探测后输出的电平信号则为低电平。

FPGA控制模块9通过温控模块902控制激光器1的温度，温控模块902依据锁定判断信号接收端口906接收的电平信号输出温控信号到激光器1的温度控制端口102。

当第一光电探测器7探测后输出的电平信号则为低电平即激光器1输出频率跳出激光稳频工作区间，温控模块902调节激光器1中的温度，使激光器1的输出激光频率变化，直到激光频率回到激光稳频工作区间。所述激光器1的温度指激光器1中激光晶体的温度。当搜索到激光器1激光频率落入激光稳频工作区间后，再利用误差信号接收端口905和压电陶瓷控制模块903对激光器1进行反馈调节实现最终的激光稳频。

一种数字化激光频率自动搜索及锁定的装置是以FPGA控制模块9为主控模块，通过第一光电探测器7和第二光电探测器8作为FPGA控制模块9的输入信号，以压控电流源模块901、温控模块902、压电陶瓷控制模块903作为激光频率反馈执行模块，使激光频率锁定在频率参考（如光学参考腔6）上。

实施例2

一种数字化激光频率自动搜索及锁定的方法，是通过FPGA控制模块9对激光器1中激光晶体进行温度控制，从而实现对激光频率的自动控制及搜索。

一种数字化激光频率自动搜索及锁定的方法，具体步骤如下：

步骤1、初始化数据设置和监测步骤：

设置温控模块902输出的温度信号上限（温度信号上限输入到激光器1，激光器1的输出激光的频率为激光频率上限）、温度信号下限（温度信号下限输入到激光器1，激光器1的输出激光的频率为激光频率上限）、温度信号起始点以及步进间隔（即温度信号的扫描时间间隔）进行初始化设置，其中温度信号起始点为温度信号上限和温度信号下限之间的中点。另外，对激光器1的输出进行判断，确保实施例1所述数字化激光频率自动搜索及锁定的装置控制运行正常。

步骤2、激光频率对应的温度自动搜索判断步骤：

锁定判断信号接收端口906通过判断第一光电探测器7中的输出的电平信号，来判断是否进行自动搜索，

若第一光电探测器7输出电平信号为高电平，则数字化激光频率自动搜索及锁定的装置处于锁定状态，此状态下数字化激光频率自动搜索及锁定的装置不进行自动搜索步骤，进入步骤5；

若第一光电探测器7输出电平信号为低电平，则表明数字化激光频率自动搜索及锁定的装置处于失锁状态，此状态下数字化激光频率自动搜索及锁定的装置进行步骤3大范围搜索。

自动搜索主要是通过FPGA控制模块9对温控模块902进行控制，使得温控模块902输出不同的温控信号来控制激光器1的温度的变化，从而实现激光频率工作区间的自动搜索。

步骤3、大范围搜索步骤：

步骤3.1、设置大范围搜索步长，以步骤1设置的温度信号起始点为中点，设置大范围搜索的粗调温度信号区间最大值和粗调温度信号区间最小值，其中大范围搜索的粗调温度信号区间最大值小于温度信号上限，粗调温度信号区间最小值大于温度信号下限；

步骤3.2、判断粗调温度信号区间最大值是否大于等于温度信号上限，以及粗调温度信号区间最小值是否小于等于温度信号下限，并进行粗调温度信号区间的粗调搜索；

如果粗调温度信号区间最大值大于等于温度信号上限，则将粗调温度信号区间最大值设置为温度信号上限，如果粗调温度信号区间最小值小于等于温度信号下限，则将粗调温度信号区间最小值设置为温度信号下限，并在设置后的粗调温度信号区间最大值和粗调温度信号区间最小值的范围内进行粗调温度信号区间的粗调搜索；

如果粗调温度信号区间最大值小于温度信号上限，以及粗调温度信号区间最小值大于温度信号下限，则在粗调温度信号区间最大值和粗调温度信号区间最小值的范围内进行粗调温度信号区间的粗调搜索；

粗调搜索包括以下步骤：在粗调温度信号区间最大值到粗调温度信号区间最小值的范围内，依据步骤3.1设置的大范围搜索步长以及步进间隔，调节温控模块902使激光器1温度变化，温控模块902输出的温度信号从温度信号起始点遍历至粗调温度信号区间最大值，再从粗调温度信号区间最大值遍历至粗调温度信号区间最小值，再从粗调温度信号区间最小值遍历至温度信号起始点。在此过程中，通过循环搜索的操作，避免了激光频率漂移过快带来的误判断结果。

步骤3.3、在粗调温度信号区间的粗调搜索过程中，判断第一光电探测器7是否出现上升沿信号，根据第一光电探测器7是否出现上升沿信号判断激光频率是否进入激光稳频工作区间，并将上升沿信号对应的步进前后的温度信号之间的区间作为精调温度信号区间，

粗调搜索中，每一步进后都利用第一光电探测器7中的触发沿信号，来寻找激光频率与光学参考腔频率纵模匹配的指示信号。

若第一光电探测器7出现上升沿信号，则表明激光频率在此搜索范围区间，然后停止步骤3的大范围搜索并进入步骤4的小范围搜索步骤，并且将搜索到上升沿信号的对应的步进前后的温度信号之间的区间（即该步进对应的起始温度信号到结束温度信号的温度变化区间）作为精调温度信号区间；

若遍历完粗调温度信号区间后第一光电探测器7未出现上升沿信号，同时粗调温度信号区间最大值不等于温度信号上限且粗调温度信号区间最小值不等于温度信号下限，则进加大粗调温度信号区间最大值并减小粗调温度信号区间最小值，然后返回步骤3.2继续执行更新后的粗调温度信号区间的粗调搜索；

在本实施例中，更新后的粗调温度信号区间最大值到温度信号起始点的温度差为当前的粗调温度信号区间最大值到温度信号起始点的温度差的2倍，更新后的粗调温度信号区间最小值到温度信号起始点的温度差为当前的粗调温度信号区间最小值到温度信号起始点的温度差的2倍；

若遍历完粗调温度信号区间后第一光电探测器7未出现上升沿信号，同时粗调温度信号区间最大值等于温度信号上限且粗调温度信号区间最小值等于温度信号下限，则停止大范围搜索，返回步骤1，重新设置温度信号上限和温度信号下限。

大范围搜索过程如图2（a）所示，表示搜索方向，当前第k次步进结束时激光器1温度为/>，进行第k+1步进迭代结束时温度则为/>，/>为步骤1设置的温度信号起始点，/>为大范围搜索步长；大范围搜索方向/>为正向搜索时，大范围搜索方向/>=正方向搜索/>，正方向搜索/>为正符号；大范围搜索方向/>为负向搜索时，大范围搜索方向/>=负方向搜索/>，负方向搜索/>为负符号；大范围搜索的终点记为/>（第一光电探测器7出现上升沿信号对应的搜索点）,/>对应的大范围搜索方向，当搜索到第一光电探测器7出现上升沿信号时将温度变化区间作为精调温度信号区间。

步骤4、小范围搜索步骤：

步骤4.1、设置小范围搜索温度起始点、小范围搜索步长，

小范围搜索温度起始点为步骤3确定的精调温度信号区间的中间点，小范围搜索步长小于大范围搜索步长；

步骤4.2、使用温控模块902输出的温控信号实现对激光频率进行小范围搜索，使激光器1输出激光频率落入激光稳频工作区间即搜索到第一光电探测器7出现上升沿信号，

此时利用第一光电探测器7中的触发沿信号，来寻找激光频率与光学参考腔频率纵模匹配的指示信号，

温控模块902输出的温度信号从小范围搜索温度起始点遍历至精调温度信号区间最大值，再从精调温度信号区间最大值遍历至精调温度信号区间最小值，再从精调温度信号区间最小值遍历至小范围搜索起始点。

在精调温度信号区间的搜索过程中：

若第一光电探测器7出现上升沿信号，则表明激光频率在此扫描范围区间，激光频率搜索状态结束，将本步骤中搜索到的上升沿信号对应的步进的起始温度信号和结束温度信号的平均值作为温控模块902的输出，进入步骤5；

若遍历完精调温度信号区间未搜索到第一光电探测器7出现上升沿信号，则跳出小范围搜索过程，返回步骤3大范围搜索步骤。

小范围搜索过程如图2（b）所示，将精调温度信号区间的中间点即/>设置为小范围搜索温度起始点，若小范围搜索的当前步进结束温度为/>，设置小范围搜索方向/>以及小范围搜索步长/>，/>，下一个步进结束时温度则为/>，/>或者/>。

步骤5、根据误差信号接收端口905接收到的激光频率误差信号压电陶瓷控制模块903输出频率扫描信号到电压控制端口103，从而对激光器1进行频率扫描实现最终的激光稳频，该过程为现有技术。

以上大范围搜索和小范围搜索中的大小均为相对概念，不涉及具体数值。大范围搜索中的粗调温度信号区间的最大值大于精调温度信号区间的最大值，粗调温度信号区间的最小值小于精调温度信号区间的最小值。

本文所描述的技术内容仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体技术方案做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代。但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种数字化激光频率自动搜索及锁定的装置，包括激光器（1），其特征在于，激光器（1）出射激光依次通过光隔离器（2）、电光调制器（3），偏振分光棱镜（4）、四分之一波片（5）后耦合到光学参考腔（6）中；光学参考腔（6）内耦合的激光一部分沿光学参考腔（6）入射光的方向透射光学参考腔（6），然后入射到第一光电探测器（7）中；第一光电探测器（7）输出电平信号至FPGA控制模块（9）的锁定判断信号接收端口（906），粗调温度信号区间位于设定的温度信号上限和温度信号下限的范围内，FPGA控制模块（9）的温控模块（902）在粗调温度信号区间中以设定的步进遍历输出温控信号，将第一光电探测器（7）出现上升沿信号对应步进的起始温度信号到结束温度信号的温度变化区间作为精调温度信号区间；FPGA控制模块（9）的温控模块（902）在精调温度信号区间中以设定的步进遍历输出温控信号，以第一光电探测器（7）出现上升沿信号对应步进的起始温度信号到结束温度信号的中间值作为温控模块（902）的输出的温控信号。

2.根据权利要求1所述一种数字化激光频率自动搜索及锁定的装置，其特征在于，所述光学参考腔（6）内耦合的激光另一部分沿光学参考腔（6）入射光的反方向出射光学参考腔（6）并第二次通过四分之一波片（5）后再通过偏振分光棱镜（4）反射至到第二光电探测器（8），第二光电探测器（8）输出激光频率误差信号至FPGA控制模块（9）的误差信号接收端口（905）；

FPGA控制模块（9）中的压电陶瓷控制模块（903）依据误差信号接收端口（905）接收的激光频率误差信号输出频率扫描信号到激光器（1）的电压控制端口（103）；

FPGA控制模块（9）内还包括DDS模块，DDS模块产生的射频信号通过FPGA控制模块（9）的射频信号输出端口（904）输出到电光调制器（3）中。

3.根据权利要求2所述一种数字化激光频率自动搜索及锁定的装置，其特征在于，所述FPGA控制模块（9）还包括压控电流源模块（901），压控电流源模块（901）输出泵浦电流控制信号到激光器（1）的泵浦电流端口（101）。

4.一种数字化激光频率自动搜索及锁定的方法，利用权利要求3所述一种数字化激光频率自动搜索及锁定的装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、初始化数据设置和监测步骤，

依据激光器（1）的输出激光的频率搜索范围设置对温控模块（902）输出的温度信号上限、温度信号下限以及温度信号起始点以及步进间隔进行初始化设置；其中温度信号上限输入到激光器（1），激光器（1）的输出激光的频率为激光频率上限；温度信号下限输入到激光器（1），激光器（1）的输出激光的频率为激光频率上限；步进间隔等于温度信号的扫描时间间隔，温度信号起始点为温度信号上限和温度信号下限之间的中点；

步骤2、激光频率对应的温度自动搜索判断步骤，

锁定判断信号接收端口（906）判断第一光电探测器（7）中的输出的电平信号是否为低电平，若第一光电探测器（7）输出电平信号为低电平，则数字化激光频率自动搜索及锁定的装置进行步骤3大范围搜索步骤；

步骤3、大范围搜索步骤，

步骤3.1、设置大范围搜索步长，以步骤1设置的温度信号起始点为中点，设置大范围搜索的粗调温度信号区间最大值和粗调温度信号区间最小值，

步骤3.2、判断粗调温度信号区间最大值是否大于等于温度信号上限，以及粗调温度信号区间最小值是否小于等于温度信号下限，并进行粗调温度信号区间的粗调搜索，

步骤3.3、在粗调温度信号区间的粗调搜索过程中，判断第一光电探测器（7）是否出现上升沿信号，并将上升沿信号对应步进的起始温度信号到结束温度信号的温度变化区间作为精调温度信号区间；

步骤4、小范围搜索步骤，

步骤4.1、设置小范围搜索温度起始点、小范围搜索步长，其中小范围搜索温度起始点为步骤3确定的精调温度信号区间中间点，小范围搜索步长小于大范围搜索步长；

步骤4.2、使用温控模块（902）进行小范围搜索，使第一光电探测器（7）出现上升沿信号；

步骤5、根据误差信号接收端口（905）接收到的激光频率误差信号，压电陶瓷控制模块（903）输出频率扫描信号到电压控制端口（103），对激光器（1）进行频率扫描稳定。

5.根据权利要求4所述一种数字化激光频率自动搜索及锁定的方法，其特征在于，所述步骤2中，若第一光电探测器（7）输出电平信号为高电平，则进入步骤5。

6.根据权利要求5所述一种数字化激光频率自动搜索及锁定的方法，其特征在于，所述步骤3.2中判断粗调温度信号区间最大值是否大于等于温度信号上限，以及粗调温度信号区间最小值是否小于等于温度信号下限，并进行大范围搜索，具体进行如下操作：

如果粗调温度信号区间最大值大于等于温度信号上限，则将粗调温度信号区间最大值设置为温度信号上限，如果粗调温度信号区间最小值小于等于温度信号下限，则将粗调温度信号区间最小值设置为温度信号下限，并在设置后的粗调温度信号区间最大值和粗调温度信号区间最小值的范围内进行粗调搜索；

如果粗调温度信号区间最大值小于温度信号上限，以及粗调温度信号区间最小值大于温度信号下限，则在粗调温度信号区间最大值和粗调温度信号区间最小值的范围内进行粗调温度信号区间的粗调搜索。

7.根据权利要求6所述一种数字化激光频率自动搜索及锁定的方法，其特征在于，所述步骤3.2中粗调温度信号区间的粗调搜索包括以下步骤：在粗调温度信号区间最大值到粗调温度信号区间最小值的范围内，依据所述步骤3.1设置的大范围搜索步长以及步进间隔，调节温控模块（902）使激光器（1）温度变化，温控模块（902）输出的温度信号从温度信号起始点遍历至粗调温度信号区间最大值，再从粗调温度信号区间最大值遍历至粗调温度信号区间最小值，再从粗调温度信号区间最小值遍历至温度信号起始点。

8.根据权利要求7所述一种数字化激光频率自动搜索及锁定的方法，其特征在于，所述步骤3.3中判断第一光电探测器（7）是否出现上升沿信号，并将上升沿信号对应步进的起始温度信号到结束温度信号的温度变化区间作为精调温度信号区间，具体方法为：

若第一光电探测器（7）出现上升沿信号，则进入步骤4的小范围搜索步骤，并且将搜索到上升沿信号的步进对应的起始温度信号到结束温度信号的温度变化区间作为精调温度信号区间；

若遍历完粗调温度信号区间后第一光电探测器（7）未出现上升沿信号，同时粗调温度信号区间最大值不等于温度信号上限且粗调温度信号区间最小值不等于温度信号下限，则加大粗调温度信号区间最大值并减小粗调温度信号区间最小值，然后返回步骤3.2继续执行更新后的粗调温度信号区间的粗调搜索；

若遍历完粗调温度信号区间后第一光电探测器（7）未出现上升沿信号，同时粗调温度信号区间最大值等于温度信号上限且粗调温度信号区间最小值等于温度信号下限，则停止大范围搜索，返回步骤1，重新设置温度信号上限和温度信号下限。

9.根据权利要求8所述一种数字化激光频率自动搜索及锁定的方法，其特征在于，所述步骤4.2中进行小范围搜索的具体方法为：

温控模块（902）输出的温度信号从小范围搜索温度起始点遍历至精调温度信号区间最大值，再从精调温度信号区间最大值遍历至精调温度信号区间最小值，再从精调温度信号区间最小值遍历至小范围搜索温度起始点，并且在精调温度信号区间的搜索过程中，

若第一光电探测器（7）出现上升沿信号，则将上升沿信号对应的步进的起始温度信号和结束温度信号的平均值作为温控模块（902）的输出；

若遍历完精调温度信号区间未搜索到第一光电探测器（7）出现上升沿信号，则返回步骤3大范围搜索步骤。