CN102938535A

CN102938535A - 一种高光谱分辨宽带快速扫频激光光源

Info

Publication number: CN102938535A
Application number: CN2012104734147A
Authority: CN
Inventors: 陈明惠; 宋成利; 王成; 崔海坡; 谷雪莲; 陈智雄
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2013-02-20

Abstract

本发明公开一种高光谱分辨宽带快速扫频激光光源，第一半导体光放大器和第二半导体光放大器并联在第一50%：50%光纤耦合器和第二50%：50%光纤耦合器的一端，第一50%：50%光纤耦合器另一端连接第一偏振控制器，该第一偏振控制器连接法布里珀罗调谐滤波器的输入端，波形驱动器连接法布里珀罗调谐滤波器，该法布里珀罗调谐滤波器的输出端连接环行器的第一端口，该环行器的第三端口连接到第二偏振控制器，再连接40%：60%光纤耦合器，该40%：60%光纤耦合器一路经过60%端口输出，另一路进入所述环形激光振荡腔，波形驱动器通过同步装置再连接到双光栅旋转多面镜调谐滤波器，所述环行器的中间端口连接双光栅旋转多面镜调谐滤波器。

Description

一种高光谱分辨宽带快速扫频激光光源

技术领域

本发明涉及扫频光学相干层析成像技术，尤其是涉及一种高光谱分辨宽带快速扫频激光光源。

背景技术

光学相干层析成像（Opt ical Coherence Tomography，简称OCT）是一种通过测量后向散射光的振幅和相位得到微米量级分辨的结构图像，能非侵入地、无损伤地对活体组织的内部结构以及生理功能进行三维成像。扫频OCT是继时域OCT和谱域OCT的新一代OCT技术，在一个扫频周期内得到了所有成像深度范围内信息。扫频OCT在速度、信噪比和灵敏度的提高使其实现实时成像，应用于在体生物医学诊断。

扫频光源的频率扫描速度、扫频带宽、光谱分辨率存在互相权衡问题。哈佛大学的Bouma小组，发展了基于光栅与旋转多面镜的调谐滤波器的扫频激光光源，光先到光栅后经望远系统改变光斑和会聚角的大小来匹配多面镜的面宽度和扫描角度的范围，实现单向、波长线性扫描。加州理工学院的Nezam提出了没有望远镜系统光栅利特罗结构和旋转多面镜的调谐滤波器，光先到旋转多面镜再直接反射到自准直光栅选频。加拿大的Leung等人提出了光栅的利特曼结构和旋转多面镜的调谐滤波器，他们加了一块平面反射镜。日本的ChanghoChong等人用棱镜组合来进行光扩束再照射到自准直光栅。无论怎样的变形，还是无法突破扫描速度、扫频带宽、光谱分辨的权衡问题。美国MIT的Fujimoto小组等，采用光纤法布里珀罗调谐滤波器（fiber FabryPerot tunablefilter,FFP-TF）发展了扫频激光光源。这种调谐滤波器的自由光谱范围和光谱分辨率（瞬时线宽）是互相制约的。扫频激光光源的扫频速度也要受限于滤波器的调谐速度和腔内激光建立时间。浙江大学ding等人提出组合型调谐滤波器解决这个矛盾，采用声光可调滤波器（AOTF）和工作在非谐振频率下的FFP-TF级联而成，FFP-TF在更高频率的非谐振频率驱动下使用，自由光谱范围变得很窄，但是FFP-TF是双向扫描，所以造成占空比下降。

综上所述，如何突破扫描速度、扫频带宽、光谱分辨率的矛盾，得到宽带、高光谱分辨快速扫频激光光源是一大技术难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高光谱分辨宽带快速扫频激光光源，采用并联两个半导体光放大器（SOA）扩展带宽，通过粗调滤波器和细调滤波器结合解决扫描速度、扫频宽带和光谱分辨率的互相权衡问题。

本发明的技术方案是：

一种高光谱分辨宽带快速扫频激光光源，由第一半导体光放大器、第二半导体光放大器、第一50%：50%光纤耦合器、第二50%：50%光纤耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、法布里珀罗调谐滤波器、波形驱动器、同步装置、双光栅旋转多面镜调谐滤波器，环行器和40%：60%光纤耦合器组成的环形激光振荡腔，

第一半导体光放大器和第二半导体光放大器并联在第一50%：50%光纤耦合器和第二50%：50%光纤耦合器的一端，第一50%：50%光纤耦合器另一端连接第一偏振控制器，该第一偏振控制器连接法布里珀罗调谐滤波器的输入端，波形驱动器连接法布里珀罗调谐滤波器，该法布里珀罗调谐滤波器的输出端连接环行器的第一端口，该环行器的第三端口连接到第二偏振控制器，再连接40%：60%光纤耦合器，该40%：60%光纤耦合器一路经过60%端口输出，另一路进入所述环形激光振荡腔，

波形驱动器通过同步装置再连接到双光栅旋转多面镜调谐滤波器，所述环行器的中间端口连接双光栅旋转多面镜调谐滤波器。

所述的双光栅旋转多面镜调谐滤波器包括光纤准直镜、多面镜、电机控制器、扩展光栅和自准直光栅，电机控制器驱动多面镜，准直光通过光纤准直镜射出，经由多面镜反射到扩束光栅，再由该扩束光栅后衍射到自准直光栅选通不同色光按原路反射回来，从所述环形器的中间端口至第三端口进入环形激光振荡腔。

本发明的有益效果是：

1.并联半导体光放大器（SOA）的使用使得两个半导体放大器（SOA）自发辐射光谱范围互为扩展，可以弥补单一半导体放大器（SOA）有限带宽的限制，使得调谐滤波器不至于受到自发辐射光谱范围的限制而得不到带宽的扫频激光输出。

2.法布里珀罗调谐滤波器（FFP-TF）作为粗调滤波器可以克服双向扫描带来的占空比下降的问题。

3.双光栅旋转多面镜调谐滤波器可以实现超精细的调谐，作为细调滤波器实现极高的光谱分辨率。

4.使用法布里珀罗调谐滤波器作为粗调滤波器，双光栅旋转多面镜调谐滤波器作为细调滤波器，实现了快速宽带调谐高光谱分辨扫频激光输出。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明双光栅旋转多面镜调谐滤波器的结构示意图；

附图中：1-第一半导体光放大器；2-第二半导体光放大器；3-第一50%：50%光纤耦合器；4-第一偏振控制器；5-法布里珀罗调谐滤波器；6-波形驱动器；7-同步装置；8-双光栅旋转多面镜调谐滤波器；9-环行器；10-第二偏振控制器；11-40%:60%光纤耦合器；12-第二50%：50%光纤耦合器；13-光纤准直镜；14-多面镜；15-电机控制器；16-扩束光栅；17-自准直光栅。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。

如图1所示，一种高光谱分辨宽带快速扫频激光光源，由第一半导体光放大器1（InPhenix,Inc.,IPSAD1301-L213）、第二半导体光放大器2（InPhenix,Inc.,IPSAD1301-L213）、第一50%：50%光纤耦合器3（Lightcomm Technology Co.,Ltd.,DWC-A-1*2-1315-50/50-1-0-FC/APC）、第二50%：50%光纤耦合器12（Lightcomm Technology Co.,Ltd.,DWC-A-1*2-1315-50/50-1-0-FC/APC）、第一偏振控制器4、第二偏振控制器10、法布里珀罗调谐滤波器5、波形驱动器6、同步装置7、双光栅旋转多面镜调谐滤波器8，环行器9和40%：60%光纤耦合器11（Lightcomm Technology Co.,Ltd.,DWC-A-1*2-1315-40/60-1-0-FC/APC）组成的环形激光振荡腔，

第一半导体光放大器1和第二半导体光放大器2并联在第一50%：50%光纤耦合器3和第二50%：50%光纤耦合器的一端12，第一50%：50%光纤耦合器3另一端连接第一偏振控制器4，该第一偏振控制器4连接法布里珀罗调谐滤波器5的输入端，波形驱动器6连接法布里珀罗调谐滤波器5，该法布里珀罗调谐滤波器5的输出端连接环行器9的第一端口，该环行器9的第三端口连接到第二偏振控制器10，再连接40%：60%光纤耦合器11，该40%：60%光纤耦合器11一路经过60%端口输出，另一路进入所述环形激光振荡腔，

波形驱动器6通过同步装置7再连接到双光栅旋转多面镜调谐滤波器8，所述环行器9的中间端口连接双光栅旋转多面镜调谐滤波器8。

环形激光振荡腔的增益介质是偏振不敏感的半导体光放大器，两个SOA的中心波长分别是1259nm和1304nm，光谱范围分别是145nm（1200-1345nm）和140nm（1240-1380nm），半高全宽分别是69nm和67nm。两个SOA的自发辐射光谱范围有重叠部分105nm（1240-1345nm），短波和长波互为拓展40nm和35nm。

如图2所示，所述的双光栅旋转多面镜调谐滤波器包括光纤准直镜13、多面镜14、电机控制器15、扩束光栅16和自准直光栅17，电机控制器15驱动多面镜14，准直光通过光纤准直镜13射出，经由多面镜14反射到扩束光栅16，再由该扩束光栅16后衍射到自准直光栅17选通不同色光按原路反射回来，从所述环形器9的中间端口至第三端口进入环形激光振荡腔。

超精细调谐滤波器主要由基于利特曼-利特罗结构的扩束光栅-自准直光栅的双光栅组合色散系统和旋转多面镜组成，利用扩束光栅的色散与扩束能力，提高自准直光栅入射光的口径，同时形成不同色光对自准直光栅自准直条件的不同偏离，提高双光栅组合色散系统的色散能力。

本发明公开了一种宽带高光谱分辨快速扫频激光光源。增益介质采用两个SOA并联使用，两个SOA自发辐射光谱范围互为拓展，可以弥补单一SOA有限带宽的限制。法布里珀罗调谐滤波器为粗调滤波器，克服双向扫描带来的占空比下降的问题。双光栅旋转多面镜调谐滤波器为细调滤波器，实现超精细的调谐，得到极高光谱分辨率。两者通过同步装置控制使其同步调谐。本扫频激光光源，能实现宽带、高光谱分辨的扫频激光输出，是高轴向分辨率和深度成像范围要求高的扫频光学相干层析成像技术的最关键技术。

Claims

1.一种高光谱分辨宽带快速扫频激光光源，其特征在于：由第一半导体光放大器、第二半导体光放大器、第一50%：50%光纤耦合器、第二50%：50%光纤耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、法布里珀罗调谐滤波器、波形驱动器、同步装置、双光栅旋转多面镜调谐滤波器，环行器和40%：60%光纤耦合器组成环形激光振荡腔，

2.根据权利要求1所述的高光谱分辨宽带快速扫频激光光源，其特征在于：所述的双光栅旋转多面镜调谐滤波器包括光纤准直镜、多面镜、电机控制器、扩展光栅和自准直光栅，电机控制器驱动多面镜；

准直光通过光纤准直镜射出，经由多面镜反射到扩束光栅，再由该扩束光栅后衍射到自准直光栅选通不同色光按原路反射回来，从所述环形器的中间端口至第三端口进入环形激光振荡腔。