本发明涉及光纤激光技术领域，特别是涉及一种相位偏移器、锁模激光器、锁模激光器的控制方法及计算机可读存储介质。
背景技术：
锁模激光器具有脉冲超短、重复频率确定、峰值功率高等特点，在科学研究和工业加工中有不可替代的应用价值。但是对比普通激光器，锁模激光器难于自启动、易受外界干扰，价格高，妨碍了其应用。
目前，锁模光纤激光器基于非线性环形镜的结构基础，引入反射镜来缩短腔长，使用非互易性相位偏移器增加相移差，从而降低了锁模的启动功率，以克服锁模激光器难于自启动的问题。但是，传统技术中锁模光纤激光器在通过非互易性相位偏移器进行相位差调节时十分不便。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种相位偏移器。
一种相位偏移器，包括：
第一法拉第旋转器，用于在第一方向接收第一偏振光，并将第一偏振光的振动方向旋转-45°以输出第二偏振光；还用于在第二方向接收第三偏振光，并将第三偏振光的振动方向旋转-45°后以输出第四偏振光；第一方向和第二方向为相反的两个方向；
可变波片，用于在第一方向接收第二偏振光，并将第二偏振光增加第一相移后输出第五偏振光；以及在第二方向接收第六偏振光，并将第六偏振光增加第二相移后输出第三偏振光至第一法拉第旋转器；其中，第二偏振光的振动方向与可变波片的第一光矢量方向平行；第六偏振光的振动方向与可变波片的第二光矢量方向平行；第一相移和第二相移的差值由可变波片的折射率确定；第一光矢量方向是指可变波片的快轴或慢轴的方向；第二光矢量方向是指在可变波片的主截面上与第一光矢量方向垂直的方向；
第二法拉第旋转器，用于在第二方向接收第七偏振光，并将第七偏振光的振动方向旋转45°后以输出第六偏振光至可变波片，以及用于在第一方向接收第五偏振光，并将第五偏振光的振动方向旋转45°后以输出第八偏振光；
电压控制器，电性连接可变波片，用于控制可变波片的输入电压，以调节可变波片的折射率。
在其中一个实施例中，相位偏移器还包括第一保偏准直器和第二保偏准直器。其中，第一保偏准直器用于连接第一保偏光纤，并聚焦第一保偏光纤的出射光的光场，以形成第一偏振光；第一保偏准直器还用于接收第四偏振光，并聚焦第四偏振光的光场，以将聚焦后的第四偏振光入射第一保偏光纤的慢轴；其中，第一保偏器准直器的慢轴与第一保偏光纤的慢轴相互平行；第二保偏准直器用于连接第二保偏光纤，并聚焦第二保偏光纤的出射光的光场，以形成第七偏振光；第二保偏准直器还用于接收第八偏振光，并聚焦第八偏振光的光场，以将聚焦后的第八偏振光入射第二保偏光纤的慢轴；其中，第二保偏器准直器的慢轴与第二保偏光纤的慢轴相互平行。
在其中一个实施例中，相位偏移器还包括第一光纤夹持器和第二光纤夹持器。其中，第一光纤夹持器用于固定第一保偏光纤；第二光纤夹持器用于固定第二保偏光纤。
在其中一个实施例中，第一法拉第旋转器和第二法拉第旋转器为薄片式法拉第旋转器或磁光晶体插入永磁体中构成的法拉第旋转器。
在一个实施例中，本申请还提供了一种锁模激光器，该锁模激光器包括：第一保偏准直器、第二保偏准直器、第一保偏光纤、第二保偏光纤、泵浦源、波分复用器、保偏增益光纤、第一光纤耦合器、反射镜以及第一实施例中所述的相位偏移器。
其中，第一光纤耦合器的第一端包括第一端口、第二端口，第一光纤耦合器的第二端包括第三端口和第四端口；波分复用器的第一端包括泵浦端口和双向输出端口，波分复用器的第二端包括公共端口；其中，第一光纤耦合器的第一端口通过第一保偏光纤连接第一保偏准直器，第二端口连接波分复用器的双向输出端口，第三端口连接反射镜，第四端口用于输出锁模激光；泵浦源连接波分复用器的泵浦端口；保偏增益光纤的第一端连接波分复用器的公共端口，保偏增益光纤的第二端通过第二保偏光纤连接第二保偏准直器。其中，第一保偏准直器用于聚焦第一保偏光纤的出射光的光场，以形成第一偏振光；第一保偏准直器还用于接收第四偏振光，并聚焦第四偏振光的光场，以将聚焦后的第四偏振光入射第一保偏光纤的慢轴；其中，第一保偏器准直器的慢轴与第一保偏光纤的慢轴相互平行。其中，第二保偏准直器用于聚焦第二保偏光纤的出射光的光场，以形成第七偏振光；第二保偏准直器还用于接收第八偏振光，并聚焦第八偏振光的光场，以将聚焦后的第八偏振光入射第二保偏光纤的慢轴；其中，第二保偏器准直器的慢轴与第二保偏光纤的慢轴相互平行。
在其中一个实施例中，锁模激光器还包括第二光纤耦合器和反馈模块。其中，第二光纤耦合器的第一端包括第五端口，第二光纤耦合器的第二端包括第六端口和第七端口；第二光纤耦合器的第五端口连接第一光纤耦合器的第四端口，并用于接收锁模激光；第二光纤耦合器的第六端口用于输出锁模激光的第一部分；第二光纤耦合器的第七端口用于输出锁模激光的第二部分；锁模激光的第一部分和锁模激光的第二部分根据第二耦合器的光束比确定；反馈模块的第一端连接第六端口，反馈模块的第二端连接电压控制器，用于接收锁模激光的第一部分，并对锁模激光的第一部分进行处理，以根据处理的结果向电压控制器输出电压控制信号；电压控制器还用于根据电压控制信号控制可变波片的输入电压。
在其中一个实施例中，反馈模块包括光电转换单元、数据采集单元以及处理器。其中，光电转换单元连接第二光纤耦合器的第六端口，用于将锁模激光的第一部分由光信号转换为模拟电信号，并输出模拟电信号；数据采集单元电性连接光电转换单元，用于采集模拟电信号，并将模拟电信号转化为数字电信号，以输出数字电信号；处理器电性连接数据采集单元和电压控制器，用于接收数字电信号，并对数字电信号进行处理，以根据处理的结果向电压控制器输出电压控制信号。
在其中一个实施例中，锁模激光器还包括电流控制器。其中，处理器连接电流控制器，并用于根据处理的结果向电流控制器输出电流控制信号；电流控制器连接泵浦源，并用于根据电流控制信号控制泵浦源的驱动电流。
在一个实施例中，本申请还提供了一种锁模激光器的控制方法，用于控制第二实施例所述的锁模激光器，该方法包括以下步骤：接收第一光纤耦合器的第四端口输出的锁模激光；根据锁模激光判断锁模激光器是否处于锁模状态；若锁模激光器未处于锁模状态，向电压控制器输入电压控制信号，并返回至接收所述第一光纤耦合器的所述第四端口输出的锁模激光的步骤进行迭代处理，直至锁模激光器处于锁模状态；其中，电压控制信号用于指示所述电压控制器控制可变波片的输入电压，以调节可变波片的折射率。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：接收第一光纤耦合器的第四端口输出的锁模激光；根据锁模激光判断锁模激光器是否处于锁模状态；若锁模激光器未处于锁模状态，向电压控制器输入电压控制信号，并返回至接收所述第一光纤耦合器的所述第四端口输出的锁模激光的步骤进行迭代处理，直至锁模激光器处于锁模状态；其中，电压控制信号用于指示所述电压控制器控制可变波片的输入电压，以调节可变波片的折射率。
上述相位偏移器，通过第一法拉第旋转器在第一方向接收第一偏振光，并将第一偏振光的振动方向旋转-45°以输出第二偏振光至可变波片，而后，通过可变波片接收第二偏振光，并将第二偏振光增加第一相移后输出第五偏振光，接着，第二法拉第旋转器接收第五偏振光，并将第五偏振光的振动方向旋转45°后以输出第八偏振光，且，通过第二法拉第旋转器在与第一方向相反的第二方向接收第七偏振光，并将第七偏振光的振动方向旋转45°后以输出第六偏振光至可变波片，然后，通过可变波片接收第六偏振光，并将第六偏振光增加第二相移后输出第三偏振光至第一法拉第旋转器，以及通过第一法拉第旋转器接收第三偏振光，并将第三偏振光的振动方向旋转-45°后以输出第四偏振光，最后，通过电压控制器控制可变波片的输入电压，从而通过调节可变波片的折射率，就可以实现根据调节可变波片的折射率来控制第一相移和第二相移的差值即相位差。基于此，通过电压控制器控制可变波片的输入电压，从而实现在相位偏移器处于工作状态时可以调节相位偏移器的第一相移和第二相移的差值即相位差，也就避免了对于不同参数的非线性环形镜锁模激光器会因为光纤长度、增益大小以及色散量等参数的不同时，需要通过在非线性环形镜锁模激光器处于非工作状态下更换不同的相位偏移器调节相移差，提高了相位偏移器的便利性和工作效率，降低了相位偏移器的工作成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施例中相位偏移器的第一示意性结构图；
图2为一个实施例中相位偏移器的第二示意性结构图；
图3为一个实施例中相位偏移器的第三示意性结构图；
图4为一个实施例中锁模激光器的第一示意性结构图；
图5为一个实施例中锁模激光器的第二示意性结构图；
图6为一个实施例中锁模激光器的第三示意性结构图；
图7为一个实施例中锁模激光器的第四示意性结构图；
图8为一个实施例中锁模激光器的控制方法的流程示意图；
图9为一个实施例中锁模激光器的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
在光纤激光技术领域中，传统的锁模激光器具有结构简单、成本低廉、性能优越等特点，并且在激光切割、材料加工、高精度测量等领域有着巨大的应用潜力和前景。传统的的锁模激光器主要有三种：一种是可饱和吸收体锁模激光器，其最容易实现激光器的锁模状态，但由于半导体材料的限制而不能输出高功率的脉冲以及维持激光器长时间锁模状态的稳定性；一种是非线性偏振旋转锁模激光器，其可以实现飞秒级别的脉冲输出且能产生高重频和高能量的脉冲，但由于使用了单模光纤导致激光器极易出现因环境中的温度变化或存在机械振动而出现失锁现象；还有一种是非线性光纤环形镜锁模激光器，其对环境变化不敏感，但由于需要使用足够长度的光线或者足够高的泵浦来积累非线性效应来实现锁模，从而导致其难以实现开机自启动和输出高重频脉冲。
为了实现环境稳定性好、重频高、能自启动的光纤激光器，传统技术在非线性环形镜激光器的基础上进行改进，引入反射镜来缩短腔长，并使用非互易性相位偏移器增加相移差，以实现非线性环形镜激光器的自启动；但是改进后的非线性环形镜激光器需要利用封装好的非互易性相位偏移器增加相移差，但对于不同参数的非线性环形镜激光器会因为光纤长度、增益大小以及色散量等参数的不同，所需要的相移差不一致，所以需要在非线性环形镜激光器处于非工作状态下更换不同的非互易性相位偏移器，也就导致改进后的非线性环形镜激光器在相位差调节时十分不便。
为此，本申请实施例提供了一种一种相位偏移器、锁模激光器、锁模激光器的控制方法及计算机可读存储介质，其通过相位偏移器中的电压控制器控制可变波片的输入电压，从而实现在相位偏移器处于工作状态时可以调节相位偏移器的第一相移和第二相移的差值即相位差，也就避免了对于不同参数的非线性环形镜锁模激光器会因为光纤长度、增益大小以及色散量等参数的不同时，需要通过在非线性环形镜锁模激光器处于非工作状态下更换不同的相位偏移器调节相移差，提高了相位偏移器的便利性和工作效率，降低了相位偏移器的工作成本。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种相位偏移器100，该相位偏移器100包括：第一法拉第旋转器110、可变波片120、第二法拉第旋转器130以及电压控制器140。
其中，在第一方向上，第一法拉第旋转器110接收第一偏振光，并将第一偏振光的振动方向旋转-45°以输出振动方向与可变波片的第一光矢量方向平行的第二偏振光；可变波片120接收第二偏振光，并将第二偏振光增加第一相移
在第二方向上，第二法拉第旋转器130接收第七偏振光，并将第七偏振光的振动方向旋转45°后以输出振动方向与可变波片的第二光矢量方向平行的第六偏振光至可变波片；可变波片120接收第六偏振光，并将地六偏振光增加第二相移
电压控制器140与可变波片120电性连接，通过控制可变波片120的输入电压来调节可变波片120的折射率，从而控制第一相移
基于此，通过电压控制器140控制可变波片120的输入电压，从而实现在相位偏移器100处于工作状态时可以调节相位偏移器100的第一相移和第二相移的差值即相位差，也就避免了对于不同参数的非线性环形镜锁模激光器会因为光纤长度、增益大小以及色散量等参数的不同时，需要通过在非线性环形镜锁模激光器处于非工作状态下更换不同的相位偏移器调节相移差，提高了相位偏移器的便利性和工作效率，降低了相位偏移器的工作成本。
在其中一个实施例中，如图2所示，相位偏移器100还包括第一保偏准直器150和第二保偏准直器160。
其中，第一保偏准直器150用于连接第一保偏光纤200，并聚焦第一保偏光纤200的出射光的光场，以形成第一偏振光。第一保偏准直器150还用于接收第四偏振光，并聚焦第四偏振光的光场，以将聚焦后的第四偏振光入射第一保偏光纤200的慢轴。此外，第一保偏器准直器的慢轴与第一保偏光纤200的慢轴相互平行。
第二保偏准直器160用于连接第二保偏光纤，并聚焦第二保偏光纤300的出射光的光场，以形成第七偏振光.。第二保偏准直器160还用于接收第八偏振光，并聚焦第八偏振光的光场，以将聚焦后的第八偏振光入射第二保偏光纤300的慢轴。此外，第二保偏器准直器的慢轴与第二保偏光纤300的慢轴相互平行。
在本实施例中，穿过第一保偏准直器150或者第二保偏准直器160的偏振光都将聚焦光场，方便第四偏振光入射第一保偏光纤200的慢轴以及地八偏振光入射第二保偏光纤300，有利于穿过第一保偏准直器150或者第二保偏准直器160的偏振光的传播效率，提高了相位偏移器100的便利性和工作效率。
在其中一个实施例中，如图3所示，相位偏移器100还包括第一光纤夹持器170和第二光纤夹持器180。其中，第一光纤夹持器170用于固定第一保偏光纤200，以保证第一保偏光纤200的慢轴与第一保偏准直器150的慢轴平行，第二光纤夹持器180用于固定第二保偏光纤300，以保证第二保偏光纤300的慢轴与第二保偏准直器160的慢轴平行。此外，第一保偏光纤200的快轴与慢轴互相垂直，第二保偏光纤300的快轴与慢轴互相垂直。第一保偏光纤200的慢轴与第二保偏光纤300的慢轴互相平行，从而第一保偏光纤200的快轴与第二保偏光纤300的快轴也互相平行，且第一保偏光纤200与第二保偏光纤300互为输入输出。在其中一个实施例中，在相位偏移器100的使用过程中，需保持相位偏移器100中的第一法拉第旋转器110、可变波片120、第二法拉第旋转器130、电压控制器140、第一保偏准直器150、第二保偏准直器160、第一光纤夹持器170和第二光纤夹持器180的中心进行同轴等高调节。在本实施例中，通过第一光纤夹持器170和第二光纤夹持器180分别固定第一保偏光纤200和第二保偏光纤300，提高了相位偏移器100的便利性以及稳定性。
在其中一个实施例中，第一法拉第旋转器110和第二法拉第旋转器130可以是薄片式法拉第旋转器或磁光晶体插入永磁体中构成的法拉第旋转器，以纺防止偏振光在传播过程中受到背向反射噪声或干扰带来的影响。
在一个实施例中，如图4所示，本申请还提供了一种锁模激光器，该锁模激光器包括第一保偏准直器150、第二保偏准直器160、第一保偏光纤200、第二保偏光纤300、波分复用器400、保偏增益光纤500、第一光纤耦合器600、反射镜700、泵浦源800以及如图1所示的相位偏移器100。
其中，波分复用器400是1×2三端口的波分复用器，波分复用器400的第一端包括泵浦端口410和双向输出端口420，波分复用器的第二端包括公共端口430。
第一光纤耦合器600是2×2四端口光纤耦合器，第一光纤耦合器600的第一端包括第一端口610、第二端口620，第一光纤耦合器的第二端包括第三端口630和第四端口640。在其中一个实施例中，第一光纤耦合器的光束比可以优选为45:55、40:60或者30:70；因此，第一光纤耦合器可以避免光束比是50:50时引起的锁模激光器难以锁模的现象，提高了锁模激光器的稳定性。
在其中一个实施例中，保偏增益光纤500可以是掺饵光纤、掺镱光纤、掺铥光纤、掺钬光纤或掺钕光纤；因为掺饵光纤、掺镱光纤、掺铥光纤、掺钬光纤或掺钕光纤都具有圆柱形波导结构，芯径小，容易实现高密度泵浦，提高了锁模激光的工作效率。在其中一个实施例中，反射镜700可以是全反镜。
第一光纤耦合器600的第一端口610通过第一保偏光纤200连接第一保偏准直器150，第二端口620连接波分复用器400的双向输出端口420，第三端口630连接反射镜700，第四端口640用于输出锁模激光；泵浦源800连接波分复用器400的泵浦端口410；保偏增益光纤500的第一端连接波分复用器400的公共端口430，保偏增益光纤500的第二端通过第二保偏光纤300连接第二保偏准直器160。
第一保偏准直器150用于连接第一保偏光纤200，并聚焦第一保偏光纤200的出射光的光场，以形成第一偏振光。第一保偏准直器150还用于接收第四偏振光，并聚焦第四偏振光的光场，以将聚焦后的第四偏振光入射第一保偏光纤200的慢轴。此外，第一保偏器准直器的慢轴与第一保偏光纤200的慢轴相互平行。
第二保偏准直器160用于连接第二保偏光纤，并聚焦第二保偏光纤300的出射光的光场，以形成第七偏振光.。第二保偏准直器160还用于接收第八偏振光，并聚焦第八偏振光的光场，以将聚焦后的第八偏振光入射第二保偏光纤300的慢轴。此外，第二保偏器准直器的慢轴与第二保偏光纤300的慢轴相互平行。
在一个具体示例中，锁模激光器的锁模过程为：通过电压控制器140控制可变波片120的输入电压，以设置可变波片120的相位差，并将泵浦源700作为光源将泵浦光发射至波分复用器400泵浦端口410传输到公共端口430，从而入射至保偏增益光纤500中提供增益，并通过第二保偏光纤300传输至第二保偏准直器160中，以入射至相位偏移器100。在锁模激光器处于未锁模状态时，锁模激光器内会产生随机的小噪声。当一个强度较大的噪声产生时，相位偏移器100通过第一保偏光纤传输的偏振光通过第一光纤耦合器600的第一端口610传输至第三端口630，并通过保偏光纤入射反射镜700后再通过保偏光纤传输回第一光纤耦合器600，从而分别利用第一光纤耦合器600的第一端口610和第二端口620分为顺时针方向和逆时针方向传输。在顺时针方向，偏振光从第一光纤耦合器600的第一端口610出射依次经过第一保偏光纤200、第一保偏准直器150、第一法拉第旋转器110、可变波片120、第二法拉第旋转器130、第二保偏准直器160、第二保偏光纤300、保偏增益光纤500和波分复用器400，再传输回第一光纤耦合器600的第二端口620；在逆时针时针方向，偏振光从第一光纤耦合器600的第二端口620出射依次经过波分复用器400、保偏增益光纤500、第二保偏光纤300、第二保偏准直器160、第二法拉第旋转器130、可变波片120、第一法拉第旋转器110、第一保偏准直器150和第一保偏光纤200，再传输回第一光纤耦合器600的第一端口610，从而传输回第一光纤耦合器600的第二端口620的偏振光和传输回第一光纤耦合器600的第一端口610的偏振光在第一光纤耦合器600中发生干涉。由于顺时针和逆时针两个方向经过保偏增益光纤500的先后不同，则两个方向的偏振光传输时的强度也不同，与光强有关的非线性效应积累量也不同，从而在两个传输方向上的偏振光就产生了相位差。随着相位差的改变，从第一光纤耦合器600的第三端口630和第四端口640输出偏振光的强度比例也会发生改变，第一光纤耦合器600的第三端口630输出的偏振光会经过反射镜700后全部返回并再次传输到第一光纤耦合器600的第三端口630，至此完成一次循环。当锁模激光器中两个方向的偏振光的相位差满足条件时，即可实现可饱和吸收效应，从而锁模激光器发生锁模，在第一光纤耦合器600的第四端口640输出锁模激光。以上仅为具体示例，实际应用中可以根据需求而灵活设置，在此不进行限制。
在本实施例中，通过电压控制器140控制可变波片120的输入电压，从而实现在相位偏移器100处于工作状态时可以调节相位偏移器100的第一相移和第二相移的差值即相位差，也就避免了对于不同参数的非线性环形镜锁模激光器会因为光纤长度、增益大小以及色散量等参数的不同时，需要通过在非线性环形镜激光器处于非工作状态下更换不同的相位偏移器调节相移差，提高了锁模激光器的便利性和工作效率，降低了锁模激光器的工作成本。
在其中一个实施例中，如图5所示，锁模激光器还包括第二光纤耦合器900和反馈模块1000。其中，第二光纤耦合器900是1×2三端口的光纤耦合器，第二光纤耦合器900的第一端包括第五端口910，第二光纤耦合器900的第二端包括第六端口920和第七端口930。
第二光纤耦合器900的第五端口910通过连接第一光纤耦合器600的第四端口640接收锁模激光，并通过第二光纤耦合器900的第六端口920输出锁模激光的第一部分以及通过第二光纤耦合器900的第七端口930输出锁模激光的第二部分。锁模激光的第一部分和锁模激光的第二部分根据第二耦合器的光束比确定。在其中一个实施例中，第二光纤耦合器900的光束比可以优选为1:99或这10:90；因此，第二光纤耦合器900选则的上述光束比有效避免了反馈模块1000接收的锁模激光第二部分在锁模激光中占比过高，也就使锁模激光第一部分在锁模激光中占比过低，从而降低了对输出锁模激光的损耗，提高了锁模激光器的工作效率。
反馈模块1000是一种能够对接收的的锁模激光进行处理并将处理结果转化为电压控制信号输出的电路模块或器件。其中，反馈模块1000的第一端连接第二光纤耦合器900的第六端口920，反馈模块1000的第二端连接电压控制器140，用于接收锁模激光的第一部分，并对锁模激光的第一部分进行光电转换、模数转换、计算处理以及优化遗传算法处理，以根据处理的结果向电压控制器140输出电压控制信号。电压控制器140接收到反馈模块1000输出的电压控制信号后，根据电压控制信号控制可变波片120的输入电压，以调节可变拨片120的折射率。
在本实施例中，通过第二光纤耦合器900对第一光纤耦合器600的第四端口640输出的锁模激光进行分路处理从而形成锁模激光的第一部分和锁模激光的第二部分，并通过反馈模块1000对接收第二光纤耦合器900的第六端口920输出的锁模激光的第一部分进行处理后向电压控制器140发出电压控制信号，以控制可变波片120的输入电压，从而实现通过调节可变波片120的折射率来控制锁模激光器中相位偏移器100的相位差。因此，根据输出的锁模激光来控制相位偏移器100的相位差的调节，使得相位差的调节更具针对性，提高了锁模激光器的便利性和工作效率。
在其中一个实施例中，如图6所示，反馈模块1000包括光电转换单元1010、数据采集单元1020和处理器1030。
其中，光电转换单元1010连接第二光纤耦合器900的第六端口920，将第二光纤耦合器900中第六端口920输出的锁模激光的第一部分由光信号转换为模拟电信号，并输出模拟电信号。在其中一个实施例中，光电转换单元1010可以是光电探头，也可以是由其他电学元件构成的电路单元，只要能实现上述功能即可。
数据采集单元1020电性连接光电传感单元1010，可以采集光电转换单元1010输出的采集模拟电信号，并将采集到的模拟电信号转换为数字电信号，以输出数字电信号。在其中一个实施例中，数据采集单元1020可以是高速数据采集卡或模数转换器，也可以是由其他电学元件构成的电路单元，只要能实现上述功能即可。
处理器1030电性连接数据采集单元1020和电压控制器140，可以接收输出采集单元1020输出的数字电信号，并对该数字电信号进行计算处理以及优化遗传算法处理，以根据处理的结果向电压控制器140输出电压控制信号。在其中一个实施例中，处理器1030可以是工控机，也可以是由其他电学元件构成的电路器件，只要能实现上述功能即可。
在本实施例中，通过光电转换单元1010和数据采集单元1020，将锁模激光的第一部分由光信号转换成为数字电信号，并通过处理器1030对数字电信号进行计算处理和优化遗传算法处理，从而后向电压控制器140发出电压控制信号，以控制可变波片120的输入电压，从而实现通过调节可变波片120的折射率来控制锁模激光器中相位偏移器100的相位差。因此，根据输出的锁模激光来控制相位偏移器100的相位差的调节，使得相位差的调节更具针对性，提高了锁模激光器的便利性和工作效率。
在其中一个实施例中，如图7所示，锁模激光器还包括电流控制器1100。其中，处理器1030连接电流控制器1100，并根据上述计算处理和优化遗传算法处理的结果向电流控制器1100输出电流控制信号。电流控制器1100连接泵浦源800，根据电流控制信号控制泵浦源800的驱动电流，从而调节泵浦源800的发射的泵浦光的大小。
在本实施例中，锁模激光器可以根据处理器1030对锁模激光第一部分处理后的结果分别对电流控制器1100和电压控制器140输出电流控制信号和电压控制信号，从而通过电流控制器1100控制泵浦源800的驱动电流来调节泵浦光的大小并结合电压控制器140控制可变波片120的折射率来调节相位偏移器100的相位差，使得锁模激光器更容易处于锁模状态以及输出的锁模激光的稳定性更高，也就提高了锁模激光器的工作效率和稳定性，降低了锁模激光器的操作成本。
在一个实施例中，如图8所示，本申请还提供了一种锁模激光器的控制方法，该方法应用于如图4的锁模激光器中，该方法包括以下步骤：
步骤102，接收第一光纤耦合器600的第四端口640输出的锁模激光。
步骤104，根据锁模激光判断锁模激光器是否处于锁模状态。
其中，若第一光纤耦合器600的第四端口640输出的锁模激光中没有脉冲信号或者出现不规则且波动较大的脉冲信号，则说明锁模激光器处于未锁模状态时；若第一光纤耦合器600的第四端口640输出的锁模激光中固定时间内出现的脉冲的数量也是恒定的，则说明锁模激光器处于锁模状态，从而也就可以通过上述现象来实现根据锁模激光判断锁模激光器是否处于未锁模状态。
步骤106，若锁模激光器未处于锁模状态，则向电压控制器140输入电压控制信号，并返回至步骤102进行迭代处理，直至锁模激光器处于锁模状态。其中，电压控制信号用于指示电压控制器控制可变波片的输入电压，以调节可变波片的折射率。
其中，通过上述判断后确定锁模激光器处于未锁模状态，则输出一个电压控制信号至电压控制器140，电压控制器140接收到电压控制信号后控制可变波片120的输入电压，从而实现通过调节可变波片120的折射率来控制锁模激光器中相位偏移器100的相位差，并返回至接收第一光纤耦合器600的第四端口640输出的锁模激光的步骤进行迭代处理，直至锁模激光器处于锁模状态。
在一个具体示例中，通过上述判断后确定锁模激光器处于未锁模状态，且通过第二光纤耦合器900将第一光纤耦合器600的第四端口640输出的锁模激光进行分路并形成锁模激光的第一部分，通过光电转换单元1010对锁模激光的第一部分进行光电转换后形成模拟电信号，并利用数据采集单元1020采集模拟电信号并将模拟电信号转换为数字电信号传输至处理器1030中；处理器1030将数字电信号作为源数据，并通过优化遗传算法对源数据和历史电压控制信号进行处理，使得可变波片140的输入电压往最优值进行收敛，从而形成电压控制信号，并将电压控制信号输出至电压控制器140以及将电流控制信号输出至电流控制器1100；电压控制器140根据接收到的电压控制信号调节可变波片120的输入电压后，返回至接收锁模激光的第一部分并再次判断锁模激光器是否处于未锁模状态，直至锁模激光器处于锁模状态。处理器1030将数字电信号作为源数据，并通过优化遗传算法对源数据和历史电压控制信号，使得可变波片140的输入电压往最优值进行收敛，从而分别形成电压控制信号，并将电压控制信号输出至电压控制器140；电压控制器140根据接收到的电压控制信号调节可变波片120的输入电压后，返回至接收锁模激光的第一部分并再次判断锁模激光器是否处于未锁模状态，直至锁模激光器处于锁模状态。以上仅为具体示例，实际应用中可以根据需求而灵活设置，在此不进行限制。
在其中一个实施例中，处理器1030还用于将数字电信号作为源数据，并通过优化遗传算法对源数据、历史电压控制信号以及历史电流控制信号进行处理，使得可变波片140的输入电压和泵浦源800的驱动电流往最优值进行收敛，从而分别形成电压控制信号和电流控制信号，并将电压控制信号输出至电压控制器140以及将电流控制信号输出至电流控制器1100；电压控制器140根据接收到的电压控制信号调节可变波片120的输入电压，电流控制器1100根据接收到的电流控制信号调节泵浦源800的驱动电流后，返回至接收锁模激光的第一部分并再次判断锁模激光器是否处于未锁模状态，直至锁模激光器处于锁模状态。因此，通过电压控制信号和电流控制信号分别对可变波片120的输入电压和泵浦源800的驱动电压进行控制，从而更容易使得锁模激光器达到锁模状态。以上仅为具体示例，实际应用中可以根据需求而灵活设置，在此不进行限制。
在本实施例中，该控制方法通过在锁模激光器处于未锁模状态时输出给电压控制器140一个电压控制信号，再通过电压控制器140控制可变波片120的输入电压，从而实现在相位偏移器100处于工作状态时可以调节相位偏移器100的第一相移和第二相移的差值即相位差，直至锁模激光器处于锁模状态，也就避免了对于不同参数的非线性环形镜锁模激光器会因为光纤长度、增益大小以及色散量等参数的不同时，需要通过在非线性环形镜激光器处于非工作状态下更换不同的相位偏移器调节相移差，并且使得锁模激光器处于锁模状态，提高了锁模激光器的便利性和工作效率，降低了锁模激光器的工作成本。
在其中一个实施例中，如图9所示，根据锁模激光判断锁模激光器是否处于未锁模状态的步骤之后还包括：
步骤108，若锁模激光器处于锁模状态，则判断锁模激光器的锁模状态是否处于稳定状态。
其中，若锁模激光中各个脉冲信号的大小之间的差值均在阈值范围内，则说明该锁模激光器的锁模状态处于稳定状态。若锁模激光中各个脉冲信号的大小之间的差值中存在某个差值不在阈值范围内，则说明该锁模激光器的锁模状态处于不稳定状态。
在一个具体示例中，通过第二光纤耦合器900将第一光纤耦合器600的第四端口640输出的锁模激光进行分路并形成锁模激光的第一部分，通过光电转换单元1010对锁模激光的第一部分进行光电转换后形成模拟电信号，并利用数据采集单元1020采集模拟电信号并将模拟电信号转换为数字电信号传输至处理器1030中；处理器1030将数字电信号作为源数据，并对源数据进行计算平均值处理，若源数据中的最大值和最小值分别与平均值的差值均属于阈值范围内，则说明锁模激光器处于稳定状态；若源数据中的最大值和最小值分别与平均值的差值存在不属于阈值范围内的情况，则说明锁模激光器不处于稳定状态。以上仅为具体示例，实际应用中可以根据需求而灵活设置，在此不进行限制。
在一个具体示例中，通过第二光纤耦合器900将第一光纤耦合器600的第四端口640输出的锁模激光进行分路并形成锁模激光的第一部分，通过光电转换单元1010对锁模激光的第一部分进行光电转换后形成模拟电信号，并利用数据采集单元1020采集模拟电信号并将模拟电信号转换为数字电信号传输至处理器1030中；处理器1030将数字电信号作为源数据，并对源数据进行傅里叶变换处理即可得到锁模激光的频谱信息，若频谱信息中的频谱线周围出现了明显的边带则说明该频谱信息中时域处于不稳定状态，也就说明该锁模激光器处于不稳定状态；若频谱信息中的频谱线周围并未出现了明显的边带则说明该频谱信息中时域处于稳定状态，也就说明该锁模激光器处于稳定状态。此外，频谱信息中时域越稳定，则信噪比越大。以上仅为具体示例，实际应用中可以根据需求而灵活设置，在此不进行限制。
步骤110，若否，则向电压控制器140输入电压控制信号，并返回至步骤102进行迭代处理，直至锁模激光器的锁模状态处于稳定状态。
其中，当锁模激光器的锁模状态处于不稳定状态，则输出一个电压控制信号至电压控制器140，电压控制器140接收到电压控制信号后控制可变波片120的输入电压，从而实现通过调节可变波片120的折射率来控制锁模激光器中相位偏移器100的相位差，并返回至接收第一光纤耦合器600的第四端口640输出的锁模激光的步骤进行迭代处理，直至锁模激光器的锁模状态处于稳定状态。
在一个具体示例中，当锁模激光器的锁模状态处于不稳定状态，通过第二光纤耦合器900将第一光纤耦合器600的第四端口640输出的锁模激光进行分路并形成锁模激光的第一部分，通过光电转换单元1010对锁模激光的第一部分进行光电转换后形成模拟电信号，并利用数据采集单元1020采集模拟电信号并将模拟电信号转换为数字电信号传输至处理器1030中；处理器1030将数字电信号作为源数据，并通过优化遗传算法对源数据和历史电压控制信号进行处理，使得可变波片140的输入电压往最优值进行收敛，从而形成电压控制信号，并将电压控制信号输出至电压控制器140；电压控制器140根据接收到的电压控制信号调节可变波片120的输入电压后，返回至接收锁模激光的第一部分并再次判断锁模激光器是否处于稳定状态，直至锁模激光器的锁模状态处于稳定状态。以上仅为具体示例，实际应用中可以根据需求而灵活设置，在此不进行限制。
在其中一个实施例中，处理器1030将数字电信号作为源数据，并通过优化遗传算法对源数据、历史电压控制信号以及历史电流控制信号进行处理，使得可变波片140的输入电压和泵浦源800的驱动电流往最优值进行收敛，从而分别形成电压控制信号和电流控制信号，并将电压控制信号输出至电压控制器140以及将电流控制信号输出至电流控制器1100；电压控制器140根据接收到的电压控制信号调节可变波片120的输入电压，电流控制器1100根据接收到的电流控制信号调节泵浦源800的驱动电流后，返回至接收锁模激光的第一部分并再次判断锁模激光器是否处于稳定状态，直至锁模激光器的锁模状态处于稳定状态。因此，通过电压控制信号和电流控制信号分别对可变波片120的输入电压和泵浦源800的驱动电压进行控制，从而使得锁模激光器的锁模状态更容易达到稳定状态。以上仅为具体示例，实际应用中可以根据需求而灵活设置，在此不进行限制。
在本实施例中，该控制方法通过在锁模激光器的锁模状态处于不稳定状态输出给电压控制器140一个电压控制信号，再通过电压控制器140控制可变波片120的输入电压，从而实现在相位偏移器100处于工作状态时可以调节相位偏移器100的第一相移和第二相移的差值即相位差，直至锁模激光器的锁模状态处于稳定状态，也就避免了对于不同参数的非线性环形镜锁模激光器会因为光纤长度、增益大小以及色散量等参数的不同时，需要通过在非线性环形镜激光器处于非工作状态下更换不同的相位偏移器调节相移差，并且使得锁模激光器输出的锁模激光处于稳定状态，提高了锁模激光器的便利性和稳定性，降低了锁模激光器的工作成本。
在其中一个实施例中，接收所述第一光纤耦合器的所述第四端口输出的所述锁模激光的步骤之前还包括：
步骤101a，设置所述泵浦源的初始驱动电流和所述可变波片的初始输入电压；
步骤101b，根据所述初始驱动电流向所述电流控制器输出所述初始电流控制信号，以通过所述电流控制器控制所述泵浦源的初始驱动电流；
步骤101c，根据所述初始输入电压向所述电压控制器输出所述初始电压控制信号，以通过所述电压控制器控制所述可变波片的初始输入电压。
在本实施例中，可以根据历史经验值来设置所述泵浦源的初始驱动电流和所述可变波片的初始输入电压，并向所述电流控制器输出所述初始电流控制信号以及向所述电压控制器输出所述初始电压控制信号，从而减小锁模激光器处于工作状态后对可变波片和泵浦源的调整范围，加快了锁模激光器进入锁模状态的速度，提高了锁模激光器的工作效率，降低了锁模激光器的工作成本。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
接收第一光纤耦合器的第四端口输出的锁模激光；根据锁模激光判断锁模激光器是否处于锁模状态；若锁模激光器未处于锁模状态，向电压控制器输入电压控制信号，并返回至接收所述第一光纤耦合器的所述第四端口输出的锁模激光的步骤进行迭代处理，直至锁模激光器处于锁模状态；其中，电压控制信号用于指示所述电压控制器控制可变波片的输入电压，以调节可变波片的折射率。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-onlymemory，rom)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(staticrandomaccessmemory，sram)或动态随机存取存储器(dynamicrandomaccessmemory，dram)等。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
1.一种相位偏移器，其特征在于，包括：
第一法拉第旋转器，用于在第一方向接收第一偏振光，并将所述第一偏振光的振动方向旋转-45°以输出第二偏振光；还用于在第二方向接收第三偏振光，并将所述第三偏振光的振动方向旋转-45°后以输出第四偏振光；所述第一方向和所述第二方向为相反的两个方向；
可变波片，用于在所述第一方向接收所述第二偏振光，并将所述第二偏振光增加第一相移后输出第五偏振光；以及在所述第二方向接收第六偏振光，并将所述第六偏振光增加第二相移后输出所述第三偏振光至所述第一法拉第旋转器；其中，所述第二偏振光的振动方向与所述可变波片的第一光矢量方向平行；所述第六偏振光的振动方向与所述可变波片的第二光矢量方向平行；所述第一相移和所述第二相移的差值由所述可变波片的折射率确定；所述第一光矢量方向是指所述可变波片的快轴或慢轴的方向；所述第二光矢量方向是指在所述可变波片的主截面上与所述第一光矢量方向垂直的方向；
第二法拉第旋转器，用于在第二方向接收第七偏振光，并将所述第七偏振光的振动方向旋转45°后以输出所述第六偏振光至所述可变波片，以及用于在所述第一方向接收所述第五偏振光，并将所述第五偏振光的振动方向旋转45°后以输出第八偏振光；
电压控制器，电性连接所述可变波片，用于控制所述可变波片的输入电压，以调节所述可变波片的折射率。
2.根据权利要求1所述的相位偏移器，其特征在于，所述相位偏移器还包括：
第一保偏准直器，用于连接第一保偏光纤，并聚焦所述第一保偏光纤的出射光的光场，以形成所述第一偏振光；所述第一保偏准直器还用于接收所述第四偏振光，并聚焦所述第四偏振光的光场，以将聚焦后的所述第四偏振光入射所述第一保偏光纤的慢轴；其中，所述第一保偏器准直器的慢轴与所述第一保偏光纤的慢轴相互平行；
第二保偏准直器，用于连接所述第二保偏光纤，并聚焦所述第二保偏光纤的出射光的光场，以形成所述第七偏振光；所述第二保偏准直器还用于接收所述第八偏振光，并聚焦所述第八偏振光的光场，以将聚焦后的所述第八偏振光入射所述第二保偏光纤的慢轴；其中，所述第二保偏器准直器的慢轴与所述第二保偏光纤的慢轴相互平行。
3.根据权利要求2所述的相位偏移器，其特征在于，所述相位偏移器还包括：
第一光纤夹持器，用于固定所述第一保偏光纤；
第二光纤夹持器，用于固定所述第二保偏光纤。
4.根据权利要求1所述的相位偏移器，其特征在于，所述第一法拉第旋转器和所述第二法拉第旋转器为薄片式法拉第旋转器或磁光晶体插入永磁体中构成的法拉第旋转器。
5.一种锁模激光器，其特征在于，包括：第一保偏准直器、第二保偏准直器、第一保偏光纤、第二保偏光纤、泵浦源、波分复用器、保偏增益光纤、第一光纤耦合器、反射镜以及如权利要求1所述的相位偏移器；
所述第一光纤耦合器的第一端包括第一端口、第二端口，所述第一光纤耦合器的第二端包括第三端口和第四端口；所述波分复用器的第一端包括泵浦端口和双向输出端口，所述波分复用器的第二端包括公共端口；其中，所述第一光纤耦合器的所述第一端口通过所述第一保偏光纤连接所述第一保偏准直器，所述第二端口连接所述波分复用器的所述双向输出端口，所述第三端口连接所述反射镜，所述第四端口用于输出锁模激光；所述泵浦源连接所述波分复用器的所述泵浦端口；所述保偏增益光纤的第一端连接所述波分复用器的所述公共端口，所述保偏增益光纤的第二端通过所述第二保偏光纤连接所述第二保偏准直器；
所述第一保偏准直器用于聚焦所述第一保偏光纤的出射光的光场，以形成所述第一偏振光；所述第一保偏准直器还用于接收所述第四偏振光，并聚焦所述第四偏振光的光场，以将聚焦后的所述第四偏振光入射所述第一保偏光纤的慢轴；其中，所述第一保偏器准直器的慢轴与所述第一保偏光纤的慢轴相互平行；
所述第二保偏准直器用于聚焦所述第二保偏光纤的出射光的光场，以形成所述第七偏振光；所述第二保偏准直器还用于接收所述第八偏振光，并聚焦所述第八偏振光的光场，以将聚焦后的所述第八偏振光入射所述第二保偏光纤的慢轴；其中，所述第二保偏器准直器的慢轴与所述第二保偏光纤的慢轴相互平行。
6.根据权利要求5所述的锁模激光器，其特征在于，所述锁模激光器还包括第二光纤耦合器和反馈模块；
所述第二光纤耦合器的第一端包括第五端口，所述第二光纤耦合器的第二端包括第六端口和第七端口；所述第二光纤耦合器的所述第五端口连接所述第一光纤耦合器的所述第四端口，并用于接收所述锁模激光；所述第二光纤耦合器的所述第六端口用于输出所述锁模激光的第一部分；所述第二光纤耦合器的第七端口用于输出所述锁模激光的第二部分；所述锁模激光的第一部分和所述锁模激光的第二部分根据所述第二耦合器的光束比确定；
所述反馈模块的第一端连接所述第六端口，所述反馈模块的第二端连接所述电压控制器，用于接收所述锁模激光的第一部分，并对所述锁模激光的第一部分进行处理，以根据所述处理的结果向所述电压控制器输出电压控制信号；
所述电压控制器还用于根据所述电压控制信号控制所述可变波片的输入电压。
7.根据权利要求6所述的锁模激光器，其特征在于，所述反馈模块包括：
光电转换单元，连接所述第二光纤耦合器的所述第六端口，用于将所述锁模激光的第一部分由光信号转换为模拟电信号，并输出所述模拟电信号；
数据采集单元，电性连接所述光电转换单元，用于采集所述模拟电信号，并将所述模拟电信号转化为数字电信号，以输出所述数字电信号；
处理器，电性连接所述数据采集单元和所述电压控制器，用于接收所述数字电信号，并对所述数字电信号进行处理，以根据所述处理的结果向所述电压控制器输出电压控制信号。
8.根据权利要求7所述的锁模激光器，其特征在于，所述锁模激光器还包括电流控制器；
所述处理器，连接所述电流控制器，并用于根据所述处理的结果向所述电流控制器输出电流控制信号；
所述电流控制器，连接所述泵浦源，并用于根据所述电流控制信号控制所述泵浦源的驱动电流。
9.一种锁模激光器的控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求5所述的锁模激光器，所述方法包括以下步骤：
接收所述第一光纤耦合器的所述第四端口输出的所述锁模激光；
根据所述锁模激光判断所述锁模激光器是否处于锁模状态；
若所述锁模激光器未处于锁模状态，则向所述电压控制器输入电压控制信号，并返回至所述接收所述第一光纤耦合器的所述第四端口输出的所述锁模激光的步骤进行迭代处理，直至所述锁模激光器处于锁模状态；其中，所述电压控制信号用于指示所述电压控制器控制所述可变波片的输入电压，以调节所述可变波片的折射率。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求9中所述的方法的步骤。
技术总结