CN110336180A - 一种宽带高速扫频光源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤激光器技术领域，特指一种宽带高速扫频光源，包括由量子阱半导体光放大器QW‑SOA1、量子点半导体光放大器QD‑SOA、光耦合器三、光纤偏振控制器二、双级隔离器二、光纤F‑P可调谐滤波器、光环形器、单模光纤、法拉第旋转镜、光耦合器一、双级隔离器一、光纤偏振控制器一与光耦合器二组成的宽带高速扫频光源输入线路以及宽带高速扫频光源输出线路。该系统通过耦合器将量子阱半导体光放大器QW‑SOA1与量子点半导体光放大器QD‑SOA并联，有效地对扫频光源的扫频范围进行了展宽，同时结合FDML技术，扫频光源具有高速，窄线宽和高相位稳定性的优点，达到宽带高速的目标。

Description

一种宽带高速扫频光源
技术领域
本发明涉及光纤激光器技术领域，特指一种宽带高速扫频光源。
背景技术
光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)是一种高分辨率的生物医学成像手段,可以实现生物组织内部微观结构的实时、高分辨率、三维成像，在临床诊疗与基础科学研究领域得到了广泛的应用。近年来，得益于光源与探测技术的发展，傅里叶域OCT已经成为OCT的主流模式,尤其推动OCT微血管造影等功能成像技术的发展。
扫频光学相干层析成像(Swept Source Optical Coherence Tomography,SS-OCT)是最新一代技术,它综合了时域OCT系统的单点探测优势和谱域OCT系统的高速成像能力。然而扫频光源是扫频源OCT的关键组成部分，扫频光源的关键性能参数包括扫频速度、光谱范围、瞬时线宽和输出光功率。扫频速度决定了扫频源OCT系统的轴向扫描速度，也就是成像速度。从OCT系统的角度来看，系统的轴向分辨能力与光谱范围有关，系统的成像深度与瞬时线宽有关，系统的灵敏度与扫频光源的输出功率有关。
目前对扫频光源的研究如下：
CN107490830A公开了一种高速扫频光源装置，通过光纤环路与光开关形成闭合环路，控制信号发生器与光开关连接，光源的输出光从光开关的端口进入，控制信号发生器控制光开关在直通模式、交叉模式之间切换。其特点在于具有快速精准的优点，但该扫频光源的带宽扫描范围低，分辨率低无法达到后续OCT成像要求。
CN107643248A公开了一种基于多面转镜的起始波长和占空比可调的扫频光源，由信号发生器输出两列周期相同但占空比不同的第一信号和第二信号，通过改变输入给电流控制模块的第一信号来调节半导体光放大器注入电流的波形，从而控制半导体光放大器的光谱输出范围，最终达到调节光源占空比的目的。其特点在于能够通过调节占空比来提高扫频光源的扫频速率，但其不能保证各色光在谐振腔内同时谐振，瞬时线宽与调谐速度间存在矛盾。
目前，对扫频光源的研究均存在扫频范围窄与扫频速度低的问题，亟待解决。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种宽带高速扫频光源，该系统通过光耦合器将量子阱半导体光放大器QW-SOA与量子点半导体光放大器QD-SOA并联，由于量子阱半导体光放大器QW-SOA与量子点半导体光放大器QD-SOA的中心波长存在明显差异，在特定波长区间内，两者存在明显的互补效果，因此二者并联后，有效地对扫频光源的扫频范围进行了拓宽以及扫频速度提升，该系统结合长腔傅里叶锁模技术，在光学谐振腔内引入长距离单模光纤并通过法拉第旋转镜将光反射回光环路作延时作用，压缩了扫频光源的瞬时线宽，具有高速扫频的优点。
为了实现上述目的，本发明应用的技术方案如下：
一种宽带高速扫频光源，包括由量子阱半导体光放大器QW-SOA1、量子点半导体光放大器QD-SOA、光耦合器三、光纤偏振控制器二、双级隔离器二、光纤F-P可调谐滤波器、光环形器、单模光纤、法拉第旋转镜、光耦合器一、双级隔离器一、光纤偏振控制器一与光耦合器二，法拉第旋转镜通过单模光纤连接于光环形器，光环形器连接于光纤F-P可调谐滤波器，光纤F-P可调谐滤波器连接于光耦合器一，光耦合器一连接于双级隔离器一，双级隔离器一连接于光纤偏振控制器一，光纤偏振控制器一连接于光耦合器二，光耦合器二将量子阱半导体光放大器QW-SOA的输入端与量子点半导体光放大器QD-SOA的输入端并联，构成宽带高速扫频光源输入线路，量子阱半导体光放大器QW-SOA的输出端与量子点半导体光放大器QD-SOA的输出端通过光耦合器三并联，光耦合器三连接于光纤偏振控制器二，光纤偏振控制器二连接于双级隔离器二，双级隔离器二连接于光环形器，光环形器连接于光纤F-P可调谐滤波器，光纤F-P可调谐滤波器连接于光耦合器一，构成宽带高速扫频光源输出线路。
进一步而言，所述量子阱半导体光放大器QW-SOA的中心波长为1310nm，对应于量子点半导体光放大器QD-SOA在1320～1350nm波长区间内，量子点半导体光放大器QD-SOA的中心波长为1260nm，对应于量子阱半导体光放大器QW-SOA在1248～1280nm波长区间内。
进一步而言，所述量子阱半导体光放大器QW-SOA单独的扫频光谱宽度为70nm左右，量子点半导体光放大器QD-SOA单独的扫频光谱宽度为80nm左右，二者并联后的扫频光谱宽度为110nm。
进一步而言，所述光纤偏振控制器一与光纤偏振控制器二均采用FiberTable偏振器。
进一步而言，所述光耦合器一的分光比为75:25，光耦合器二与光耦合器三的分光比为50：50。
本发明有益效果：
1)该系统通过光耦合器将量子阱半导体光放大器QW-SOA与量子点半导体光放大器QD-SOA并联，由于量子阱半导体光放大器QW-SOA与量子点半导体光放大器QD-SOA的中心波长存在明显差异，在特定波长区间内，两者存在明显的互补效果，因此二者并联后，有效地对扫频光源的扫频范围进行了拓宽以及扫频速度提升；
2)该系统结合长腔傅里叶锁模技术(FDML)，在光学谐振腔内引入长距离单模光纤并通过法拉第旋转镜将光反射回光环路作延时作用，压缩了扫频光源的瞬时线宽，具有高速扫频的优点。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
1.量子阱半导体光放大器QW-SOA；2.量子点半导体光放大器QD-SOA；3.光耦合器三；4.光纤偏振控制器二；5.双级隔离器二；6.光纤F-P可调谐滤波器；7.光环形器；8.单模光纤；9.法拉第旋转镜；10.光耦合器一；11.双级隔离器一；12.光纤偏振控制器一；13.光耦合器二。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1所示，本发明所述一种宽带高速扫频光源，包括由量子阱半导体光放大器QW-SOA1、量子点半导体光放大器QD-SOA2、光耦合器三3、光纤偏振控制器二4、双级隔离器二5、光纤F-P可调谐滤波器6、光环形器7、单模光纤8、法拉第旋转镜9、光耦合器一10、双级隔离器一11、光纤偏振控制器一12与光耦合器二1组成的宽带高速扫频光源输入线路以及宽带高速扫频光源输出线路。
更具体而言，所述法拉第旋转镜9通过单模光纤8连接于光环形器7，光环形器7连接于光纤F-P可调谐滤波器6，光纤F-P可调谐滤波器6连接于光耦合器一10，光耦合器一10连接于双级隔离器一11，双级隔离器一11连接于光纤偏振控制器一12，光纤偏振控制器一12连接于光耦合器二13，光耦合器二13将量子阱半导体光放大器QW-SOA1的输入端与量子点半导体光放大器QD-SOA2的输入端并联，构成宽带高速扫频光源输入线路。
更具体而言，所述量子阱半导体光放大器QW-SOA1的输出端与量子点半导体光放大器QD-SOA2的输出端通过光耦合器三3并联，光耦合器三3连接于光纤偏振控制器二4，光纤偏振控制器二4连接于双级隔离器二5，级隔离器二5连接于光环形器7，环形器7连接于光纤F-P可调谐滤波器6，光纤F-P可调谐滤波器6连接于光耦合器一10，构成宽带高速扫频光源输出线路。
更具体而言，所述量子阱半导体光放大器QW-SOA1的中心波长为1310nm，对应于量子点半导体光放大器QD-SOA2在1320～1350nm波长区间内，量子点半导体光放大器QD-SOA2的中心波长为1260nm，对应于量子阱半导体光放大器QW-SOA1在1248～1280nm波长区间内。
实际应用中，该系统通过光耦合器将量子阱半导体光放大器QW-SOA1与量子点半导体光放大器QD-SOA2并联，由于量子阱半导体光放大器QW-SOA1与量子点半导体光放大器QD-SOA2的中心波长存在明显差异，在特定波长区间内，两者存在明显的互补效果，因此二者并联后，有效地对扫频光源的扫频范围进行了拓宽以及扫频速度提升。
实际应用中，该系统结合长腔傅里叶锁模技术(FDML)，在光学谐振腔内引入长距离单模光纤并通过法拉第旋转镜9将光反射回光环路作延时作用，压缩了扫频光源的瞬时线宽，具有高速扫频的优点。
实际应用中，基于量子阱半导体光放大器QW-SOA1与量子点半导体光放大器QD-SOA2并联并联结合FDML技术，扫频光源的扫频范围为110nm，输出光扫频速率为101kHz，瞬时线宽为0.1nm，扫频光平均光功率为7.8mW。
更具体而言，所述量子阱半导体光放大器QW-SOA1单独的扫频光谱宽度为70nm左右，量子点半导体光放大器QD-SOA2单独的扫频光谱宽度为80nm左右，二者并联后的扫频光谱宽度为110nm。有效的对扫频光源的扫频范围进行了拓宽。
更具体而言，所述光纤偏振控制器一12与光纤偏振控制器二4均采用FiberTable偏振器。将一根保偏光纤连接到输入FiberPort，以准直输出光束，这束光束经过一个半波片后其偏振态发生旋转，通过改变该波片的方向，可改变竖直偏振态和水平偏振态的比值，这样就可以影响偏振分束器立方透过或反射信号的多少，该光纤偏振控制器机械和热稳定性好，连续可调的分束比，对输出光功率有极大的优化。
更具体而言，所述光耦合器一10的分光比为75:25，光耦合器二13与光耦合器三3的分光比为50：50。有效增强了耦合光输出光功率，达到后续成像要求，从OCT系统的角度来看，系统的轴向分辨能力与光谱范围有关，系统的成像深度与瞬时线宽有关，系统的灵敏度与扫频光源的输出功率有关。
如图1结构图中所示，搭建并联的两个SOA中，上方的是量子阱半导体光放大器QW-SOA1，下方的是量子点半导体光放大器QD-SOA2，通过光耦合器二13与光耦合器三3(分光比50:50)将量子阱半导体光放大器QW-SOA1与量子点半导体光放大器QD-SOA2并联起来，实际应用中，单模光纤8长度为2km，法拉第旋转镜(FRM)9将光反射回光纤环路，实际光程为4km，光纤F-P可调谐滤波器6的自由光谱范围和最高60kHz的扫描速率能够满足方案需求，使用中结合延时光纤的长度，实际驱动频率达到要求，双级隔离器5保证光的单向传输，光纤偏振控制器4用于对输出光功率的优化，最后由光耦合器一10(分光比75:25)将25％的扫频光耦合输出，可以获得扫频光源的扫频范围、扫频速率、输出光功率等参量，实现了一种宽带高速扫频光源的设计。
以上对本发明实施例中的技术方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种宽带高速扫频光源，其特征在于：包括由量子阱半导体光放大器QW-SOA(1)、量子点半导体光放大器QD-SOA(2)、光耦合器三(3)、光纤偏振控制器二(4)、双级隔离器二(5)、光纤F-P可调谐滤波器(6)、光环形器(7)、单模光纤(8)、法拉第旋转镜(9)、光耦合器一(10)、双级隔离器一(11)、光纤偏振控制器一(12)与光耦合器二(13)，
所述法拉第旋转镜(9)通过单模光纤(8)连接于光环形器(7)，所述光环形器(7)连接于光纤F-P可调谐滤波器(6)，所述光纤F-P可调谐滤波器(6)连接于光耦合器一(10)，所述光耦合器一(10)连接于双级隔离器一(11)，所述双级隔离器一(11)连接于光纤偏振控制器一(12)，所述光纤偏振控制器一(12)连接于光耦合器二(13)，所述光耦合器二(13)将量子阱半导体光放大器QW-SOA(1)的输入端与量子点半导体光放大器QD-SOA(2)的输入端并联，构成宽带高速扫频光源输入线路，
所述量子阱半导体光放大器QW-SOA(1)的输出端与量子点半导体光放大器QD-SOA(2)的输出端通过光耦合器三(3)并联，所述光耦合器三(3)连接于光纤偏振控制器二(4)，所述光纤偏振控制器二(4)连接于双级隔离器二(5)，所述双级隔离器二(5)连接于光环形器(7)，所述光环形器(7)连接于光纤F-P可调谐滤波器(6)，所述光纤F-P可调谐滤波器(6)连接于光耦合器一(10)，构成宽带高速扫频光源输出线路。
2.根据权利要求1所述的一种宽带高速扫频光源，其特征在于：所述量子阱半导体光放大器QW-SOA(1)的中心波长为1310nm，对应于量子点半导体光放大器QD-SOA(2)在1320～1350nm波长区间内，所述量子点半导体光放大器QD-SOA(2)的中心波长为1260nm，对应于量子阱半导体光放大器QW-SOA(1)在1248～1280nm波长区间内。
3.根据权利要求1所述的一种宽带高速扫频光源，其特征在于：所述量子阱半导体光放大器QW-SOA(1)单独的扫频光谱宽度为70nm左右，所述量子点半导体光放大器QD-SOA(2)单独的扫频光谱宽度为80nm左右，二者并联后的扫频光谱宽度为110nm。
4.根据权利要求1所述的一种宽带高速扫频光源，其特征在于：所述光纤偏振控制器一(12)与光纤偏振控制器二(4)均采用FiberTable偏振器。
5.根据权利要求1所述的一种宽带高速扫频光源，其特征在于：所述光耦合器一(10)的分光比为75:25，所述光耦合器二(13)与光耦合器三(3)的分光比为50：50。
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