CN216450927U - 一种双波段增益拼接耗散孤子扫频光源及光学成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双波段增益拼接耗散孤子扫频光源及光学成像系统，通过顺次连接的种子光源模块、种子放大模块及扫频输出模块；种子光源模块包括依次连接的第一泵浦源、第一波分复用器、缠绕有第一掺铒光纤的第一偏振控制器、缠绕有第二掺铒光纤的第二偏振控制器、第一隔离器及第一耦合器，且第一耦合器的第一路输出连接第一波分复用器形成闭合的环形谐振腔,第一耦合器的第二路输出连接种子放大模块，第一路输出功率大于第二路输出功率，第一掺铒光纤的波长大于第二掺铒光纤的波长，扫频输出模块输出宽带扫频激光。采用第一掺铒光纤和第二掺铒光纤增益拼接掺铒光纤双波段的方式，使光谱的覆盖范围更稳定且更宽，并且很平坦。

Description

一种双波段增益拼接耗散孤子扫频光源及光学成像系统

技术领域

本实用新型涉及激光器领域，尤其是指一种双波段增益拼接耗散孤子扫频光源及光学成像系统。

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。

扫频光源是扫频源OCT的关键组成部分，在决定OCT成像系统的扫频范围即实时成像质量上起着决定性作用。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。而现有的扫频光源主要是采用单波段掺铒光纤输出扫频光源，而单波段掺铒光纤输出的扫频光源存在扫频带宽不够宽、不够稳定的问题。

因此，有必要提供一种双波段增益拼接耗散孤子扫频光源，以提升扫频光源的扫频带宽及稳定性。

实用新型内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种双波段增益拼接耗散孤子扫频光源，解决现有技术单波段掺铒光纤输出的扫频光源存在扫频带宽不够宽、不够稳定的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：第一方面提供一种双波段增益拼接耗散孤子扫频光源，包括顺次连接的种子光源模块、种子放大模块及扫频输出模块；所述种子光源模块包括依次连接的第一泵浦源、第一波分复用器、缠绕有第一掺铒光纤的第一偏振控制器、缠绕有第二掺铒光纤的第二偏振控制器、第一隔离器及第一耦合器，且所述第一耦合器的第一路输出连接所述第一波分复用器形成闭合的环形谐振腔,所述第一耦合器的第二路输出连接所述种子放大模块，所述第一路输出功率大于所述第二路输出功率，所述第一掺铒光纤的波长大于所述第二掺铒光纤的波长，所述扫频输出模块输出宽带扫频激光。

进一步的，所述第一掺铒光纤的长度为3m，所述第一掺铒光纤的波长范围为1565~1625nm；所述第二掺铒光纤的长度为9.5m，所述第二掺铒光纤的波长范围为1530~1565nm。

进一步的，所述第一路输出功率与所述第二路输出功率的输出功率的比值为90:10。

进一步的，所述种子放大模块包括偏振无关隔离器、第二泵浦源、第二波分复用器、第三掺铒光纤、单模光纤及高非线性光纤；所述偏振无关隔离器第一端连接所述第一耦合器的第二路输出，所述偏振无关隔离器另一端连接所述第二波分复用器的一端，所述第二波分复用器的另一端连接所述第二泵浦源，所述第二波分复用器的第三端连接第三掺铒光纤的一端，所述第三掺铒光纤另第一端连接单模光纤的一端，所述单模光纤的另一端连接高非线性光纤。

进一步的，所述扫频输出模块包括第三分复用器、第二耦合器、第一光谱仪及第一示波器；所述第三波分复用器的一端连接高非线性光纤，所述第三波分复用器的另一端连接所述第二耦合器的一端，所述第二耦合器的另一端连接所述第一光谱仪，所述第二耦合器的第三端连接所述第一示波器。

进一步的，还包括监测种子源模块，所述监测种子源模块包括第三耦合器、第四耦合器、第二光谱仪及第二示波器；所述第三耦合器的第一端连接所述第一耦合器的第二路输出，所述第三耦合器的第二端连接所述第四耦合器的第一端，所述第三耦合器的第三端连接所述偏振无关隔离器，所述第四耦合器的第二端连接所述第二光谱仪，所述第四耦合器的第三端连接所述第二示波器。

进一步的，还包括色散补偿光纤，所述色散补偿光纤两端分别连接所述高非线性光纤和所述第三波分复用器。

进一步的，还包括偏振相关隔离器，所述偏振相关隔离器两端分别连接所述色散补偿光纤和所述第三波分复用器。

进一步的，所述第一泵浦源和第二泵浦源均为半导体激光二极管。

本申请第二方面提供一种光学成像系统，所述光学成像系统包括上述的双波段增益拼接耗散孤子扫频光源。

本实用新型的有益效果在于：通过顺次连接的种子光源模块、种子放大模块及扫频输出模块；所述种子光源模块包括依次连接的第一泵浦源、第一波分复用器、缠绕有第一掺铒光纤的第一偏振控制器、缠绕有第二掺铒光纤的第二偏振控制器、第一隔离器及第一耦合器，且所述第一耦合器的第一路输出连接所述第一波分复用器形成闭合的环形谐振腔,所述第一耦合器的第二路输出连接所述种子放大模块，所述第一路输出功率大于所述第二路输出功率，所述第一掺铒光纤的波长大于所述第二掺铒光纤的波长，所述扫频输出模块输出宽带扫频激光。采用第一掺铒光纤器和第二掺铒光纤器增益拼接掺铒光纤双波段的方式，使光谱的覆盖范围更稳定以及更宽，并且很平坦，用于光学成像系统。

附图说明

图1为本实用新型的双波段增益拼接耗散孤子扫频光源的整体流程图；

图2为本实用新型的双波段耗散孤子锁模光谱图；

图3为本实用新型的锁模种子源脉冲序列图；

图4为本实用新型的放大后超连续光谱图；

图5为本实用新型的色散后脉冲序列图。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

现有的扫频光源主要是采用单波段掺铒光纤输出扫频光源，而单波段掺铒光纤输出的扫频光源存在扫频带宽不够宽、不够稳定的问题。因此，有必要对上述问题进行改进。

本实用新型第一方面提供一种双波段增益拼接耗散孤子扫频光源，包括顺次连接的种子光源模块、种子放大模块及扫频输出模块；种子光源模块包括依次连接的第一泵浦源1、第一波分复用器2、缠绕有第一掺铒光纤的第一偏振控制器3、缠绕有第二掺铒光纤的第二偏振控制器4、第一隔离器5及第一耦合器6，且第一耦合器6的第一路输出连接第一波分复用器2形成闭合的环形谐振腔,第一耦合器6的第二路输出连接种子放大模块，第一路输出功率大于第二路输出功率，第一掺铒光纤的波长大于第二掺铒光纤的波长，扫频输出模块输出宽带扫频激光。

本实用新型通过采用第一掺铒光纤和第二掺铒光纤的增益拼接掺铒光纤双波段方式，使光谱的覆盖范围更稳定以及更宽，并且很平坦，用于光学成像系统。

进一步的，第一掺铒光纤的长度为3m，第一掺铒光纤的波长范围为1565~1625nm；第二掺铒光纤的长度为9.5m，第二掺铒光纤的波长范围为1530~1565nm。

具体的，上述缠绕有第一掺铒光纤的第一偏振控制器3和缠绕有第二掺铒光纤的第二偏振控制器4均是采用掺铒光纤与偏振控制器的组合，一方面可以控制偏振态，另一方面可以缩短环形谐振腔的腔长，有利于色散的控制。其中，第一掺铒光纤的光纤采用的是L波段（Long-wavelength Band，长波长波段）掺铒光纤即波长范围为1565~1625nm；第二掺铒光纤的光纤采用的是C波段（Conventional Band，常规波段）掺铒光纤即波长范围为1530~1565nm，C波段掺铒光纤是用于吸收来自L波段辐射，并产生C波段的受激辐射，产生具有带宽较大的耗散孤子受激辐射背景光，便于后续更好的实现平坦的锁模光谱。

进一步的，第一路输出功率与第二路输出功率的输出功率的比值为90:10。

在本实施例中，采用第一耦合器6第一路输出功率大于第二路输出功率的输出功率是为了将由第一隔离器5传输的大部分脉冲激光留在环形谐振腔内继续循环叠加，而将少部分的脉冲激光输出腔外进行后续的放大和监测。

进一步的，种子放大模块包括偏振无关隔离器11、第二泵浦源12、第二波分复用器13、第三掺铒光纤14、单模光纤15及高非线性光纤16；偏振无关隔离器11第一端连接第一耦合器6的第二路输出，偏振无关隔离器11第二端连接第二波分复用器13的第一端，第二波分复用器13的第二端连接第二泵浦源12，第二波分复用器13的第三端连接第三掺铒光纤14的第一端，第三掺铒光纤14另第一端连接单模光纤15的一端，单模光纤15的另一端连接高非线性光纤16。

在本实施例中，偏振无关隔离器11用于防止来自第一耦合器6输出的种子源激光进入后续的掺铒光纤放大使得系统受到背向反射噪声或干扰；第二泵浦源12为长度980nm的半导体激光二极管，用于产生掺铒光纤的背景光，并对第三掺铒光纤中的增益光纤进行前向泵浦；第二波分复用器13用于将偏振无关隔离器出来的信号光和第二泵浦源12出来的背景光进行同时对增益光纤进行泵浦；通过改变单模光纤15其长度用于调节掺铒光纤器的非线性效应的长度的大小，对来自种子源中的脉冲光源的光谱进行平坦展宽为后续产生超连续谱做准备；高非线性光纤是一段长度为13m的光纤，是用于提高光纤非线性作用的关键介质，光线中产生的非线性效应可以对脉冲进行整形和用于产生宽带光源。

进一步的，还包括色散补偿光纤17和偏振相关隔离器18，色散补偿光纤17两端分别连接高非线性光纤16和偏振相关隔离器18，偏振相关隔离器18另一端连接扫频输出模块。

具体的，色散补偿光纤17用于平衡非线性效应以及色散使得傅里叶变换激光脉冲变成长脉冲；偏振相关隔离器18用于将进来的光沿着一个方向通过，而在相反方向阻挡光通过。

进一步的，扫频输出模块包括第三波分复用器19、第二耦合器20、第一光谱仪21及第一示波器22；第三波分复用器19的一端连接高非线性光纤16，第三分复用器19的另一端连接第二耦合器20的一端，第二耦合器20的另一端连接第一光谱仪21，第二耦合器的第三端连接第一示波器22。

在本实施例中，第三波分复用器为具有滤波效果的波分复用器；第二耦合器可以为耦合比为90:10的光耦合器，将来自第三波分复用器90%的光传输至光谱仪,用于观察色散之后的脉冲光谱形状，另一端为10%的光传输至示波器用于观察色散延时之后的脉冲形状。

进一步的，还包括监测种子源模块，监测种子源模块包括第三耦合器7、第四耦合器8、第二光谱仪9及第二示波器10；第三耦合器7的第一端连接第一耦合器6的第二路输出，第三耦合器7的第二端连接第四耦合器8的第一端，第三耦合器7的第三端连接偏振无关隔离器11，第四耦合器8的第二端连接第二光谱仪9，第四耦合器8的第三端连接第二示波器10。

具体的，第三耦合器7用于将来自第一耦合器6的第二路输出的10%的继续分为两束，分别为10%和90%，将其中10%的光传输至第四耦合器8，用于监测种子源模块的工作状态，将90%的光传输至偏振无关隔离器，用于作为后续掺铒光纤放大器的1550nm波段的入射光。

本实用新型第二方面提供一种光学相干层析成像系统，包括上述的双波段增益拼接耗散孤子扫频光源。

综上，本实用新型提供了的一种双波段增益拼接耗散孤子扫频光源，通过采用掺铒光纤C+L波段的增益拼接可以使光谱的覆盖范围更加稳定以及更宽，后续超连续谱覆盖范围3dB可达到175nm，且光谱平坦，用于光学相干层析成像系统中更好的成像。

Claims (10)

1.一种双波段增益拼接耗散孤子扫频光源，其特征在于：包括顺次连接的种子光源模块、种子放大模块及扫频输出模块；所述种子光源模块包括依次连接的第一泵浦源、第一波分复用器、缠绕有第一掺铒光纤的第一偏振控制器、缠绕有第二掺铒光纤的第二偏振控制器、第一隔离器及第一耦合器，且所述第一耦合器的第一路输出连接所述第一波分复用器形成闭合的环形谐振腔,所述第一耦合器的第二路输出连接所述种子放大模块，所述第一路输出功率大于所述第二路输出功率，所述第一掺铒光纤的波长大于所述第二掺铒光纤的波长，所述扫频输出模块输出宽带扫频激光。

2.如权利要求1所述的双波段增益拼接耗散孤子扫频光源，其特征在于：

所述第一掺铒光纤的长度为3m，所述第一掺铒光纤的波长范围为1565~1625nm；所述第二掺铒光纤的长度为9.5m，所述第二掺铒光纤的波长范围为1530~1565nm。

3.如权利要求1所述的双波段增益拼接耗散孤子扫频光源，其特征在于：

所述第一路输出功率与所述第二路输出功率的输出功率的比值为90:10。

4.如权利要求1所述的双波段增益拼接耗散孤子扫频光源，其特征在于：

所述种子放大模块包括偏振无关隔离器、第二泵浦源、第二波分复用器、第三掺铒光纤、单模光纤及高非线性光纤；所述偏振无关隔离器第一端连接所述第一耦合器的第二路输出，所述偏振无关隔离器另一端连接所述第二波分复用器的一端，所述第二波分复用器的另一端连接所述第二泵浦源，所述第二波分复用器的第三端连接第三掺铒光纤的一端，所述第三掺铒光纤另第一端连接单模光纤的一端，所述单模光纤的另一端连接高非线性光纤。

5.如权利要求4所述的双波段增益拼接耗散孤子扫频光源，其特征在于：

所述扫频输出模块包括第三波分复用器、第二耦合器、第一光谱仪及第一示波器；所述第三波分复用器的一端连接高非线性光纤，所述第三波分复用器的另一端连接所述第二耦合器的一端，所述第二耦合器的另一端连接所述第一光谱仪，所述第二耦合器的第三端连接所述第一示波器。

6.如权利要求5所述的双波段增益拼接耗散孤子扫频光源，其特征在于：

还包括监测种子源模块，所述监测种子源模块包括第三耦合器、第四耦合器、第二光谱仪及第二示波器；所述第三耦合器的第一端连接所述第一耦合器的第二路输出，所述第三耦合器的第二端连接所述第四耦合器的第一端，所述第三耦合器的第三端连接所述偏振无关隔离器，所述第四耦合器的第二端连接所述第二光谱仪，所述第四耦合器的第三端连接所述第二示波器。

7.如权利要求6所述的双波段增益拼接耗散孤子扫频光源，其特征在于：还包括色散补偿光纤，所述色散补偿光纤两端分别连接所述高非线性光纤和所述第三波分复用器。

8.如权利要求7所述的双波段增益拼接耗散孤子扫频光源，其特征在于：还包括偏振相关隔离器，所述偏振相关隔离器两端分别连接所述色散补偿光纤和所述第三波分复用器。

9.如权利要求4所述的双波段增益拼接耗散孤子扫频光源，其特征在于：所述第一泵浦源和第二泵浦源均为半导体激光二极管。

10.一种光学成像系统，其特征在于：包括如权利要求1-9任意一项所述的双波段增益拼接耗散孤子扫频光源。

Images