CN110754024A - 用于维持傅立叶域锁模（fdml）激光器的同步性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于维持傅立叶域锁模(FDML)激光器的同步性的方法，其中所述FDML激光器具有至少一个色散补偿谐振器，所述色散补偿谐振器具有至少一个可变波长选择性光学滤波器，其中激光在谐振器中以往返传播频率传播，并且所述滤波器以调谐速率在其波长选择性方面重复地改变，其中当所述调谐速率是所述往返传播频率的整数倍时，所述FDML激光器是同步的，其特征在于，所述方法具有下述步骤：a.从所述谐振器中耦合输出所述激光中的至少一部分；b.借助至少一个光电检测器检测耦合输出的所述激光中的至少一部分；c.在彼此相继的计数时间间隔期间对在光电检测器的信号中的偏移进行计数；d.对往返传播频率或调谐速率进行调节，使得所述计数值与所述计数时间间隔的长度之比保持在预先确定的期望值区间内。

Description

用于维持傅立叶域锁模（FDML）激光器的同步性的方法
技术领域
本发明涉及一种用于维持傅立叶域锁模(FDML)激光器的同步性的方法。
背景技术
FDML激光器具有至少一个谐振器，所述谐振器具有至少一个可变的波长选择性光学滤波器，其中激光在所述谐振器中以往返传播频率 (Umlauffrequenz)传播，并且所述滤波器反复地以调谐频率在其波长选择性方面变化。在此，将滤波器每单位时间经过其调谐带宽的平均通过次数称为调谐速率。如果例如借助于电子操控将所述滤波器严格地周期性调谐，那么也能够称为调谐频率。
对于激光器的连续运行重要的是，滤光器的调谐速率与激光的往返传播频率同步，以便使旋转波长中的每个旋转波长在下述时间点再次到达滤波器，在该时间点所述滤光器恰好对该波长刚好是可穿透的。如果所述调谐速率尽可能精确地是往返传播频率的整数倍—在忽略色散的情况下—，那么可以指的是FDML激光器的同步性。因此，FDML激光器发射波长反复变化的光。波长通过在德语中通常也称为“扫描”。发射具有重复的波长通过的光的激光光源通常称为“扫频光源”。
FDML激光器的特征在于，所述FDML激光器能够构成和发射用于通过滤波器的所有波长的激光模式，进而能够作为扫频光源产生具有随时间可变的波长、大的相干长度、小的线宽和高的频谱能量密度的光。所述 FDML激光器的扫描速率—与滤波器的调谐速率相对应—在此非常高；其至少对应于它的往返传播频率。因此，FDML激光器是用于傅里叶域光学相干断层扫描(FD-OCT)的优选的光源，所述傅里叶域光学相干断层扫描目前已广泛应用于材料测试和医学成像。
能够在非常短的时间内遍及其调谐带宽进行调谐的光学滤波器，例如根据Fabry-Perot干涉仪的方式构造并且是本身已知的，例如从文献EP 2 557 441 A1中已知。例如，借此能够实现直至1MHz的调谐速率。
激光在FDML激光器的谐振器中的往返传播频率应对应于调谐速率的整分数，并且就此而言通过滤波器向上限制。这要求具有位于几百米到几千米之间的光学路径长度的谐振器。为了实现，通常在谐振器中引导激光，所述谐振器包括足够长的、卷绕的玻璃纤维作为延迟线(“delay line”)。这种光纤同时引入了色散。
FDML激光器的实际结构例如从文献US 7,414,779 B2和US 8,315,282 B2中已知，并且通常是完全基于光纤的。在这些示例中，除了可调滤波器以外，还将光学或电泵浦的激光活性介质(“增益介质”)集成到引导光的纤维中。
色散能够在设备方面被补偿，用于关于所有发射的全部波长保持尽可能不变的光强度。这在具有基于光纤的延迟线的FDML激光器中例如通过无源部件实现，所述无源部件集成到延迟线中并且将波长选择性的光分量耦合输入到附加的延迟线中，例如参见Desmond C.Adler，Wolfgang Wieser，Francois Trepanier，Joseph M.Schmitt和RobertA.Huber所著的，“Extended coherence length Fourier domain mode locked lasers at1310 nm”，期刊：Opt.Express 19，20930-20939(2011)。在本说明书的上下文中，当所述谐振器具有要用于补偿色散的设备方面的设计方案时，指的是色散补偿的谐振器。
已经提到的文献US 7,414,779 B2和US 8,315,282 B2非常详细地描述了FDML激光器的组件和变型方案。此外，从US 8,315,282 B2中还得出在反馈的意义上从FDML激光器的耦合输出的光对光学滤波器的调谐速率进行调节的提示，以便将调谐速率设立为与往返传播频率的整数倍相一致并且在进行的运行期间维持。所述调节在此基于对谐振器中传播的辐射的耦合输出的部分的强度测量。作为时间的函数对强度波动进行检测和积分，以确定噪声值，然后将噪声值的最小化作为调节目标。持续的调节需求从以下事实中得出：往返传播频率与对光纤结合的延迟线的干扰影响相关并且在进行的运行期间会发生变化。
所述调节通常涉及调谐速率，通过修改对所述滤波器的电子操控能够特别简单地控制所述调谐速率。主要的干扰影响还包括光纤的环境温度的波动，这替选地开启下述可能性：例如通过对所述光纤的温度控制建立激光器的同步性。
但是如在此期间所表明的那样，常规的调节还不够精确。
在根据现有技术用高分辨率示波器(50GHz检测带宽)检查常规的同步运行的FDML激光器的耦合输出的辐射时，发明人发现：所述激光器在每次扫描期间在非常短的时间内--在亚纳秒范围中--被关断很多次。这种关断不仅引起非常快速的强度波动，而且尤其也引起激光辐射的相干性降低，因为必须一再构建新的激光模式。在手动改变所述滤波器的调谐速率时，能够表明在激光器的关断与同步性之间存在极其敏感的相关性的提示。因此，在几百千赫兹的往返传播频率下，调谐速率变化几毫赫兹就会引起关断增加，并进而引起激光发射明显恶化。在光纤的温度波动大约千分之一度时就已经在往返传播频率中出现这种小的变化。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种用于调节FDML激光器的方法，所述方法允许激光器以比现有技术中更小的噪声和更高的相干性持久地、稳定地运行。
所述目的通过一种用于维持傅立叶域锁模(FDML)激光器的同步性的方法来实现，其中所述FDML激光器具有至少一个色散补偿谐振器，所述色散补偿谐振器具有至少一个可变的波长选择性光学滤波器，其中激光在谐振器中以往返传播频率传播，并且所述滤波器以调谐速率在其波长选择性方面重复地改变，其中当调谐速率是往返传播频率的整数倍时， FDML激光器是同步的，其特征在于，所述方法具有下述步骤：
a.从谐振器耦合输出激光中的至少一部分；
b.借助至少一个光电检测器检测耦合输出的激光中的至少一部分；
c.在彼此相继的计数时间间隔期间对在光电检测器的测量信号中的偏移进行计数；
d.对往返传播频率或调谐速率进行调节，使得计数值与计数时间间隔的长度之比保持在预先确定的期望值区间内。
从属权利要求给出本发明的有利的设计方案。
根据本发明的方法基于FDML激光器的已经进行的运行，意即当激光器达到根据现有技术评估为同步的状态时才使用所述方法。然后确保：在另外的运行持续时间内保持这种同步性，并且代替其它调节，只要所述激光机例如不因外部影响突然并且显著脱离其受控的运行状态，例如因机械振动或电网电压的波动。本领域技术人员尤其从该文献中熟悉用于启动或重启FDML激光器直至同步所需的步骤。
例如，根据不同的调谐速率对FDML激光器的输出功率进行简单测量能够用于，将FDML激光器粗略地设定为大致在功率最大值情况下存在的调谐速率。这种功率最大化在US7,414,779B2中和由Murari中描述，并且能够允许将往返传播频率和调谐速率调整到直至1-10Hz的偏差。对于常见的在几百千赫兹数量级的往返传播频率，这对应于10-5至10-6的精度。该方法能够称为“粗调”，并且用于启动FDML激光器。与此相反，本发明现在提供一种附加的“细调”，所述精调能够由粗调承担并且能够进一步改进激光器质量。
粗调和精调的组合原则上也比FDML激光器的启动过程更有利。因为当根据本发明的方法有时无法实现调节时，那么粗调也能够用作为“拦截和取回程序”。例如，这例如在如下情况下会发生：由于任何原因发生太多的计数事件而使得测量电子设备不再能检测到很大的部分。当在一个计数时间间隔内超出预先确定的最大计数值时，那么能够根据已知的方法，例如借助于所描述的功率最大化，将从这里提出的精调切换为粗调。一旦粗调将激光器带回到近似同步的状态，那么精调就能够再次承担控制。用于施加粗调的替选的方法还在于使积分的噪声功率最小化或借助来自光电二极管的脉冲信号直接测量所述激光的传播时间。
根据本发明的方法与对光电检测器的测量信号的常规积分的主要区别在于：在本发明中，完全不关注关断的实际持续时间或强度骤降的时间长度。
代替于此，仅记录骤降的发生，以及如果在计数时间间隔内发生骤降，那么将计数器增加。然后，将在计数时间间隔结束时的计数器读数相对于计数时间间隔的长度成比例地设置，意即确定在至少一个光电检测器的测量信号中的偏移频率。持续地对于另外的计数时间间隔重新确定该比率，意即，在每个计数时间间隔开始时将计数器设置为零。
计数时间间隔能够预先确定为，使得在每个接下来的计数时间间隔中开始计数过程之前，确定至少该接下来的计数时间间隔的开始和结束。优选地，能够从一开始就提供相同长度的计数时间间隔，所述计数时间间隔相互间具有均匀的时间间隔。但是也能够有利的是，在进行的调节期间改变计数时间间隔的长度，例如如果较早的计数时间间隔的一个或多个计数值高于(低于)预先确定的阈值时，那么对于较晚的计数时间间隔缩短(延长)预先确定的百分比。此外能够有利的是，在两个彼此相继的计数时间间隔之间提供预先确定时间空隙的持续时间。
所述预先确定的计数时间间隔能够在运行期间进行调整，例如，在开始时在发生许多骤降的区域中较短的时间间隔是有意义的，以便不使计数器过载，即产生过多计数事件。然后，如果所述调节在一定时间之后已经良好地工作，使得每个计数间隔仅还发生非常少的计数事件，那么能够延长计数窗。也能够相应地移动到噪声较强和噪声较弱的光学频率范围中。调节的自适应方法还能够涉及计数时间间隔的可变的位置和宽度、计数阈值或涉及幅度权重因子。如果事件变得更鲜有，那么能够增大间隔的宽度，所述位置能够被更多地朝向扫描的中心移动。
替选地，也能够直接测量计数时间间隔的长度，其方式为：使用计数器作为秒表。时间测量以计数器的清零开始，并且然后在达到预先确定的计数值时结束。
根据本发明的调节能够完全异步地工作，意即，计数时间间隔不必以任何方式与激光器同步。
在所有上述情况下，能够确定计数值与计数时间间隔长度的比率，所述比率适用于根据本发明的调节。所述比率应在彼此相继的计数时间间隔中一再重新--反复--确定，并且在此通过调节往返传播频率或调谐速率来保持在预先确定的期望值区间内。优选地，期望值区间的下限能够设置为零，而上限能够根据具体的激光器构造通过观察激光行为由本领域技术人员根据经验确定。
总体上，致力于将计数值或比率最小化，意即，例如期望，所述比率值尽可能地接近期望值区间的下限。然而，激光特性由于上述极度灵敏性而不可避免且非常快速地漂移，并进而符合目的的是，对于调节设有反应容限，其方式为：对于比率值允许下述值通道，所述值通道不会引起往返传播频率或调谐速率的调节技术方面的改变。仅在比率值从该范围突破时，调节才应有效，并且例如通过改变频率发生器的对光学滤波器进行调谐的频率，所述比率值再次返回该通道中。以这种方法能够避免：调节在时间上不能及时跟上和/或开始振荡。
此外，会有利的是，在进行调节期间自适应地重新预先确定期望值区间，意即，例如如果较早的计数时间间隔的比率值整体上承受非常强的波动，并且应增大调节的反应容限，直至另行通知，那么将期望值区间对于稍后的计数时间间隔关于至少一个期望值区间极限方面进行改变。因此在评估每个所确定的比率值的意义上为了决定调节措施而预先确定期望值区间；但是为此不需要在激光器的整个运行持续时间期间将其固定在固定的区间极限上。
但是在这种情况下还应注意，利用根据本发明调节的FDML激光器具体而言用于根据光学相干断层扫描(OCT)的类型成像的实验表明：几毫赫兹的再调节对图像质量没有明显影响。也就是说，由于持续的再调节引起的轻微抖动对于OCT是完全能够接受的。这于是又再允许一种纯粹的最小值调节方法，其中所述调节在每个计数时间间隔之后都会轻微改变频率。每当在一个间隔中计数值相对于上一个间隔提高时，在后续的间隔中的调节方向就会反转，使得朝向计数值零调节。在此优选自适应地调整计数时间间隔的持续时间，优选地计数事件发生越少，持续时间就越长。
在所述光电检测器的测量信号中的偏移能够部分地与谐振器中传播的激光的定时或滤波器的定时直接相关。然而，所述往返传播频率及其较高的谐波的频率范围远低于下述频率，所述频率对于激光的在此感兴趣的亚纳秒骤降可能是有意义的。因此，优选地在测量信号中应当将频率分量抑制到往返传播频率的前N倍，其中N是预先确定的自然数。特别优选地，以直至100MHz的极限频率对测量信号进行高通滤波。因此，对于 411kHz的示例性的往返传播频率能够选择1≤N≤243，其中至少N≥100 是优选的。
此外被视为是本发明的一个特别有利的设计方案的是，仅当在测量信号中出现异常大的偏移时，才在计数时间间隔期间提高计数器。从最初同步运行的激光器开始，在该激光器中在测量信号中的偏移主要由噪声引起，例如，能够先将偏移的幅度A(k)考虑为高斯分布随机变量，并且在很短的时间段内—有限样本—计算常规的标准偏差，例如以<A>作为测量信号的平均值进行计算。
Figure BDA0002308376840000061
据此，能够设置阈值“Bias”,B，例如B＝3*σ。然后，一旦—由于同步性变差等—在条件|A(k)–<A>|>B下发生偏移，这能够被认为是异常大的，进而与调节相关地进行评估，而将其余部分作为由随机噪声引起而被忽略。优选地，在测量信号中仅对下述偏移进行计数，所述偏移的与测量信号的平均值的差值超出预先确定的阈值。该方式此外还提高了与基于测量信号积分对激光器进行常规调节的差异，因为在此，对测量信号分量执行了非线性加权。换言之，即在该情况下也相当少地关注测量信号中的偏移幅度以及所测量到的强度骤降的程度。仅还将其分类为相关和不相关的。
在一个替选的设计方案中，通过与在测量信号中出现的最大幅度进行简单比较来确定用于计数的阈值。例如，能够将阈值设置为最大偏移的 5％、10％、30％、50％或75％。
通过引入阈值，该方法对外部干扰、暗电流和电子噪声具有极强的鲁棒性。
但是，上述调节尤其高精度地进行，为至今为止提出的例如仅调节功率的调节的精度大致100至1000倍。在良好情况下，所述精度为毫赫兹以下，这在400kHz的调谐速率下对应于近似10-9的相对运行精度。
附图说明
下面也借助附图详细阐述本发明。在此示出：
图1示出借助高分辨率示波器(50GHz)测量的在根据现有技术的调节的情况下近似同步的FDML激光器的激光发射的曲线图(电压信号)；
图2示出借助本发明调节的FDML激光器的如在图1中的激光发射的曲线图；
图3示出在往返传播频率附近调谐速率改变±5Hz时测量信号的被计数的骤降的曲线图；
图4示出在往返传播频率附近调谐速率改变±100mHz时直接借助高分辨率示波器(50GHz)计数的强度骤降次数的曲线图；
图5示出在对具有温度稳定的空腔的谐振器进行主动调节时激光器的调谐速率的曲线图；
图6示出用于阐述对残留色散的测量的滤波器选择率的波数变化曲线的示意图；
图7示出在以干涉测量法产生的代理信号(下方)与在没有调节的情况下的激光发射的所属的测量信号之间的比较数据的曲线图；
图8示出在基于代理信号激活调节时如图5的曲线图。
具体实施方式
FDML激光器的示例性实验结构具有大约500m的谐振器长度、411kHz的往返传播频率、大约130nm的调谐带宽和411kHz的调谐速率。通带波长λ(t)在此遵循正弦函数在中心波长λ0＝1295nm附近的时间变化曲线，但是对于激光仅使用正弦函数的尽可能线性伸展的、上升段，该段对应于函数变化曲线的八分之一。相应地，激光活性介质仅在每个传播周期的八分之一内被光学泵浦。因此，扫描的持续时间为1/3.288MHz＝304纳秒。
在图1中示出在扫描持续时间内借助高分辨率示波器(检测带宽 50GHz)测量到的耦合输出的激光分量的强度分布。因此，时间轴线同时对应于波长轴线，并且平均强度随波长而变化。在图1中的测量曲线示出根据现有技术同步地运行的FDML激光器的强度。在该分辨率下能够非常好地识别在测量信号中的大量、非常短暂的偏移，但是借助市售的测量电子设备(检测带宽<2GHz)不能检测到所述偏移，所述电子设备提供用于常规调节。如果按照根据本发明的用于调节的方法，利用这些在正方向或负方向上的偏移，那么能够实现明显改进的强度分布，如在图2中可看到的那样。
如果在调谐速率受控地变化的情况下更详细地观察偏移的计数值--在该情况下在规则地间隔开的、相同大的计数时间间隔中进行测量--，根据本发明的调节的精度变得特别清楚。在图3中的曲线图示出在最优调谐速率±5Hz附近的计数值，这引起激光器的同步性。在同步时能够发现偏移的全局最小值，其中测量曲线接近最小值的边沿在100mHz量级的变化中已经示出很强的升高。这能够实现施加调节，所述调节已经能够检测和补偿几毫赫兹的频率差异。在图4中，为了阐明，可见在调谐速率仅改变± 100mHz时在激光扫描中借助高分辨率示波器(50GHz)直接测量到的平均强度骤降次数。在此，根据在扫描期间波长是缩短(红色到蓝色)还是延长(蓝色到红色)来区分测量数据。
借助于根据本发明的调节，首次实现了FDML激光器的持久的、稳定的运行，所述FDML激光器在具有最佳相干特性的同时具有至今为止无法实现的低噪声。所述调节非常准确地工作并且显示出相对于外部影响，例如辐射，以及相对于在谐振器中传播的激光频谱的变化是不敏感的。
图5示出受调节的和温度稳定的FDML激光器的调谐速率在60分钟的时间片段内的变化曲线。可看到的为大约80mHz的长期漂移归因于即使在温度稳定的情况下也不可避免激光器的往返传播频率变化。精调能够毫无问题地跟随这种漂移并且也不受真空泵的暂时接通(近似0和大约 50分钟)干扰，意即精调是鲁棒的。
在此要强调的是，上述的进行快速检测的示波器在此不仅用于调节，而且同样也用于显示在图1和2中未经调节的和受调节的激光发射。但是，仅对于调节而言不需要这种测量设备。也存在非常简单和低成本的、以硬件实现的计数机构(通常为微处理器)，其设计用于非常短的触发时间。例如，这种计数机构使用在光子计数的检测器中。为了实施本发明，仅需要其计数值和计数时间间隔的长度。后者能够固定地--并且本身能够根据用户的选择任意地--预先确定，例如在0.1秒左右。通常，使用以硬件实现的计数机构是本发明的优选的设计方案。
此外能够有利的是，计数时间间隔短于往返传播频率倒数。尤其因此可行并且有利的是，在波长扫描开始之后在预先确定的时间开始和结束计数时间间隔。
在图6中示意性地示出FDML激光输出的波长变化曲线--在此通过波数k＝2π/λ表示--，其中仅为了阐明已去除在扫描之间的某些时间空隙。因此，周期长度T对应于扫描的持续时间。如所示出的那样，波长变化曲线实际上从来不是严格线性的。此外，图6绘制了三个计数时间间隔dt1、 dt2和dt3，所述计数时间间隔分别以周期持续时间T周期性地重复。计数时间间隔分别与波数间隔dk1、dk2和dk3相关联。
根据本发明的调节能够有针对性地根据一系列计数时间间隔之一来安排，例如根据dt1来安排，其方式为：计数器在每次扫描中在dt1开始时设置为零而在dt1结束时进行读取。计数时间间隔dt1在此是指波长扫描的开始，因为只有这样，对波数间隔dk1的固定的参考才在所有扫描上都保持不变。就其而言，在扫描开始之后在预先确定的时间开始和结束计数时间间隔。
然后，调节仅对于波数间隔dk1自动地优化激光器的同步性。因此能够非常精确地测量间隔dk1的波长的平均往返传播频率。对于其余的间隔 dt2或dk2和dt3或dk3同样可行。因此最后知晓不同波长范围的平均传播时间并且可以测量激光器中的残留色散和在需要时优化激光器中的残留色散。此外，可以要么选择特别适合于频率调节的计数时间间隔，也可以要么替选地从用于调节的应用中排除不太适合的计数时间间隔。
能够有利的是，代替有规律地在谐振器中传播的光，对在滤波器处反射的光进行耦合输出和分析，其中在透射光中的强度骤降反映为在反射光中的强度峰值，并且测量信号由于平均反射强度而具有较少的本底。
如已经提到的那样，在至少一个光电检测器的测量信号中激光发射的强度骤降或偏移至今为止不能以可商业上合理的耗费检测到，因为对此所需的检测带宽过高并且具有相应能力的测量电子设备通常过于昂贵，以至于其不能仅用于激光器的运行调节。但是，所述骤降和/或暂时关断的实际上的“不可见性”也恰好能够借助常规的FDML激光器实现高质量的 OCT。
因此存在两个建议：如何使测量信号的偏移至少对于调节电子设备更易于检测，以便也能够实现低成本的技术的应用。
即使借助具有较小的检测带宽的检测硬件也能够使强度骤降可见的一种可能性在于，使强度骤降本身更长和/或更慢，使得直接的测量信号具有较低的频率分量。如在理论上考虑示出的，骤降的持续时间及其边沿陡度与光学滤波器的精细度直接相关；更高的精细度决定更陡的边沿，并且延长了骤降的持续时间。因此，较高的精细度会降低调节的所需的检测带宽。
在FDML激光器中常见将可调的Fabry-Perot滤波器用作可变的波长选择性的光学滤波器。所述光学滤波器是光学谐振器，所述光学谐振器具有高反射率例如99.5％的两个镜，所述镜彼此间的间距能够调节。镜间距的变化在此会产生透射的波长的变化。透射所有波长，所述波长是镜间距的整数因子。Fabry-Perot滤波器的精细度表示在固定的镜间距情况下透射的波长的波长间距与波长带宽之比。镜的反射率越大，透射的波长范围就越窄，而滤波器的精细度就越大。
骤降的持续时间又大致位于反向波长带宽的表征性时间范围内--进而与精细度成比例。作为用于估算在此涉及的表征性时间的示例，将使用波长带宽为0.1nm的滤波器，该波长带宽对应于17GHz的光学频率带宽。基于通常的相关性：带通滤波器的起振时间和衰减时间对应于反向滤波器带宽的一半，在此能够预期在时标为1/(2*17GHz)＝30ps上有骤降。现在，如果优选选择具有小于0.01nm的光学带通滤波器，则骤降持续时间将提高到多于300ps，并且能够以更小的带宽进行检测。
因此，有针对性地选择光学滤光器的足够小的波长带宽是一种用于增加骤降的持续时间使得能够以经济上有利的检测带宽来实现检测的措施。在例如仅0.005nm的波长带宽下，能够使用输入模拟带宽仅为1.7GHz的计数单元。但是，因为也能够检测到比反向模拟带宽更短的骤降--但是因此具有减小的幅度--，所以例如也能够通过降低计数阈值来执行测量。因此，0.2nm、0.1nm、0.05nm或0.02nm的光学滤波器宽度对于6GHz、3GHz、 2GHz或1GHz的模拟检测带宽是适宜的。
但是，骤降的这种时间上的延长会显著影响FDML激光发射的质量，因为现在出现了激光器的不可忽略的“闪烁”。至少对于某些应用而言，这是不期望的。
借助低成本的测量技术设备执行根据本发明的调节的另一可能性在于，代替激光器强度检测光学代理，所述光学代理具有与快速的强度骤降相同的根源，但是在不同的时标上对该根源做出反应。如下获得对此适宜的代理：在稍后的时间点将从谐振器耦合输出的一部分传播激光与其自身叠加。
目前假定，尤其在到达光学滤波器时，在谐振器中传播的激光的相位匹配中不断重复出现的误差引起非常短暂的关断。如果是这样的话，那么所述相位误差也必定会存在于干涉光中，并且尤其还可能会涉及如下光场部分，所述光场部分在将两个彼此延时的--进而也波长偏移的--激光分量叠加之后具有叠加的光场的差分频率。因此，在这些干涉光的节拍中，能够期望有对相位误差的提示，所述相位误差发生在比强度骤降本身更长的时标上。如以实验方式发现的那样，这也是这种情况。
已经被证明为特别有利的是，以如下方式修改至今所描述的调节方法，使得从谐振器耦合输出的激光被输送给具有至少两个不同的臂长的干涉仪，其中，至少一个光电检测器在干涉仪的至少一个输出端处至少检测干涉光。
为了产生这样的干涉，在最简单的情况下，耦合输出的激光能够通过平面平行的板辐射。在此，来自板的正面和背面的反射彼此干涉，并且部分射束由此具有路径长度差异。所述板能够由玻璃，半导体如硅、硒化锌、锗，或另一种具有尽可能高的折射率的常见的材料形成，以进行强干涉。同样地，通过干涉仪进行的光引导能够以光纤结合的方式借助两个50/50 光纤耦合器和在耦合器之间的两个不同长度的光纤进行。第一光纤耦合器在此用作为射束分束器，所述射束分束器将被分束的光经由两个不同长度的光纤输送给第二光学耦合器的输入端，在所述第二光纤耦合器中部分射束发生干涉。此外或替选地，也能够在谐振器的两个不同的部位处去除两个部分射束，以产生干涉。在此，也能够从由滤光器反射的光中去除一个或两个部分射束。
在干涉仪的输出端处，优选外差式地借助于一对平衡的光电检测器将干涉光作为电差分信号来检测。
优选地，臂长差异在此在3毫米和150毫米之间。在此尤其重要的是，相对应的拍频大于下游的电子设备的检测带宽。然后，除了在射束分束的耦合比方面的剩余的变化以外，平衡的光电检测器的以小于6GHz、优选小于4GHz、特别优选小于2GHz、更特别优选小于1GHz的检测带宽检测到的测量信号应尤其根据波长、根据本领域技术人员对于FDML激光器的期望示出光滑的零线。但是事实上检测到暂时的偏移，所述偏移能够被解释为在检测器处受干扰的干涉信号的较长的相位。所述偏移零星出现正号和负号和不同大小的幅度。
在干涉光的测量信号处值得注意的是，其偏移与激光发射的短得多的强度骤降出色地相关。图7和图8示出在扫描期间干涉光信号的测量曲线 (分别在下方)与激光器的强度变化曲线(分别在上方)在时间上的直接比较。如果所述激光器最优地同步，那么在干涉光中的偏移显著减小。因此能够容易地根据干涉光的测量信号中的仅是代理的偏移的计数值，执行根据本发明的激光调节。这在发明人的实验室中借助具有400MHz带宽的商购的且低成本的测量卡以同样的方式实现。
在根据代理进行调节时，FDML激光器发射完全不会劣化，尤其不会发生“闪烁”。通过调节能够对于所有波长更进一步改进辐射的相干性。
根据本发明的调节方法的两个上述变型方案的目的在于，以几吉赫兹的检测带宽，更特别优选以小于1GHz的检测带宽对测量信号进行检测。这也能够以低成本的测量技术来实现。
代替对调谐速率的调节，替选地也能够改变往返传播频率。尤其可行的是，基于精调，能够通过短的自由射束路线、通过光纤加热装置或通过常用的基于压电的光纤拉伸器来改变谐振器长度。
用于使激光谐振器温度稳定的措施，尤其是关于光纤线圈的温度方面温度稳定的措施，对于调节能够是有利的。为此，能够将玻璃光纤线圈安装在良好导热的载体上，例如铝上，而不是原本对于玻璃光纤常用的塑料上，并且然后能够经由珀耳帖元件使该载体温度稳定。能够有利的是，谐振器的大部分是热隔离的，例如通过泡沫塑料热隔离。

Claims (15)

1.一种用于维持傅立叶域锁模(FDML)激光器的同步性的方法，其中所述FDML激光器具有至少一个色散补偿谐振器，所述色散补偿谐振器具有至少一个可变波长选择性光学滤波器，其中激光在谐振器中以往返传播频率传播，并且所述滤波器以调谐速率在其波长选择性方面重复地改变，其中当所述调谐速率是所述往返传播频率的整数倍时，所述FDML激光器是同步的，其特征在于，所述方法具有下述步骤：
a.从所述谐振器中耦合输出所述激光中的至少一部分；
b.借助至少一个光电检测器检测耦合输出的所述激光中的至少一部分；
c.在彼此相继的计数时间间隔期间对在光电检测器的测量信号中的偏移进行计数；
d.对往返传播频率或调谐速率进行调节，使得所述计数值与所述计数时间间隔的长度之比保持在预先确定的期望值区间内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在测量信号中将频率分量抑制到所述往返传播频率的前N倍，其中N是预先确定的自然数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以直至100MHz的极限频率对所述测量信号进行高通滤波。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述测量信号中仅对下述偏移进行计数，所述偏移与所述测量信号的平均值的差值超出预先确定的阈值。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述计数时间间隔短于往返传播频率倒数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在波长扫描开始之后在预先确定的时间开始和结束所述计数时间间隔。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用具有下述波长带宽的可变波长选择性光学滤波器，所述波长带宽优选小于0.2，更优选小于0.1纳米，更优选小于0.05纳米，最优选小于0.02纳米。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，将耦合输出的激光输送给具有至少两个不同的臂长的干涉仪，其中，至少一个所述光电检测器在所述干涉仪的至少一个输出端处至少检测所述干涉光。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述干涉仪具有两种臂长，所述臂长具有在3毫米和150毫米之间的臂长差异。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，以小于6GHz，优选小于4GHz，特别优选小于2GHz，更特别优选小于1GHz的检测带宽检测所述测量信号。
11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在计数时间间隔内超出预先确定的最大计数值时，切换为粗调，直至再次低于所述最大计数值。
12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于,自适应地调整下述调节参数中至少一个：计数时间间隔的持续时间和位置、调节步长、计数阈值、计数停滞时间。
13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于,提供使谐振器温度稳定的主动和/或被动的措施。
14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将在所述滤波器上反射的光用于调节。
15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述谐振器的不同部位处去除光并且引起干涉。
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