CN107643248B - 一种基于多面转镜的起始波长和占空比可调的扫频光源 - Google Patents

Abstract

一种基于多面转镜的起始波长和占空比可调的扫频光源，涉及扫频源光源相干层析成像技术。由信号发生器(6)输出两列周期相同但占空比不同的第一信号和第二信号，可调谐滤波器驱动模块(7)连接第一信号用于驱动可调谐滤波器(3)中的多面转镜(10)，电流控制模块(5)连接第二信号用于调制半导体光放大器(1)的注入电流波形。通过调节第一信号相比于第二信号的起始延时，可以调节电流控制模块(5)与可调谐滤波器驱动模块(7)之间的延时，改变扫频光源输出光谱的起始波长；通过改变输入给电流控制模块(5)的第一信号调节半导体光放大器(1)注入电流的波形，从而控制半导体光放大器(1)的光谱输出范围，达到调节光源占空比的目的。

Description

一种基于多面转镜的起始波长和占空比可调的扫频光源

技术领域

本发明涉及扫频源光源相干层析成像技术，尤其是涉及一种基于多面转镜的起始波长和占空比可调的扫频光源。

背景技术

光学相干层析成像(optical coherence tomography，OCT)技术是一种高分辨率的生物医学成像手段，通过测量生物组织的背向散射光对生物组织结构进行二维断面和三维立体成像，因为具有的非侵入式、非接触式、能进行活体成像、实时成像和高分辨率等特点，OCT已经逐步在许多领域有着广泛的应用，具有良好的发展前景。OCT技术的发展经历了从第一代的时域OCT到第二代的傅立叶域OCT，傅立叶域OCT又可分为两种：谱域OCT和扫频源OCT。扫频源OCT和前面几代相比，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，而扫频光源作为扫频源OCT的重要组成部分，其各项性能的好快，直接影响OCT系统的成像质量。

扫频光源中用于波长选择的核心器件是可调谐滤波器。常见的用于扫频光源的可调谐滤波器有2003年哈佛大学的Yun等人提出的基于光栅加多面转镜结构的调谐滤波器和加州大学欧文分校(University of California，Irvine)的Jun Zhang等人在2006年使用的光纤型可调谐法布里-珀罗滤波器。这些可调谐滤波器的扫频速度都是有限的。为了进一步提高扫频光源的扫频速度，2006年，麻省理工学院的Robert Huber等人提出了采用缓存技术(buffer structure)来提高扫频光源的速度。如果要采用缓存技术，就需要扫频光源的占空比在50％以下。这就需要对扫频光源的占空比进行调节。

目前商用的扫频光源存在起始波长的抖动问题。这会带来扫频源OCT系统的相位抖动问题，导致扫频源OCT系统无法应用于多普勒，血管造影等与相位有关的成像。解决该问题方法主要是在OCT系统中引入新的硬件来获得稳定的相位，如2011年Boy Braaf等人在扫频源OCT系统中引入参考的干涉仪，2013年W.Choi等人在扫频源OCT系统中引入参考的光纤布拉格光栅。这些方法都需要引入新的硬件，同时还需要在软件上对相位进行校准。这些方法都既增加了系统的成本，同时也降低了系统的速度。

综上所述，占空比调节是提高扫频光源扫频速度的关键技术之一，如何获得起始波长稳定的扫频光源是提高扫频源OCT系统相位稳定性的技术难点之一，解决这两点对快速高分辨的扫频源光学相干层析成像技术具有重要意义。

发明内容

针对上述不足之处，本发明提供一种基于多面转镜的起始波长和占空比可调的扫频光源，采用信号发生器6产生第一信号和第二信号分别控制电流控制模块5和可调谐滤波器驱动模块7，通过改变两路信号之间的延时改变扫频光源输出光谱的起始波长，同时通过调节第一信号改变半导体光放大器1注入电流的波形，从而控制半导体光放大器1的光谱输出范围，最终达到调节光源起始波长和占空比的目的。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于多面转镜的起始波长和占空比可调的扫频光源，包括半导体光放大器1、偏振控制器2、耦合器3和可调谐滤波器4，所述半导体光放大器1发出受激辐射后的光并通过偏振控制器2后进入耦合器3，通过耦合器3后的光分为两路，一路进入所述可调谐滤波器4，另一路通过输出端8输出；

所述扫频光源还包括电流控制模块5、信号发生器6和可调谐滤波器驱动模块7，所述信号发生器6用于产生周期相同但占空比不同的第一信号和第二信号；

所述电流控制模块5的输入端连接所述第一信号，其输出端连接所述半导体光放大器1，所述可调谐滤波器驱动模块7的输入端连接所述第二信号，其输出端连接所述可调谐滤波器4。

具体的，所述可调谐滤波器4包括准直器9、多面转镜10和光栅11，进入可调谐滤波器4的光先通过所述准直器9到达所述多面转镜10，并通过所述多面转镜10反射后照射到所述光栅11上，经过光栅11衍射后，满足利特罗条件的光将沿原路返回到所述耦合器3。

具体的，所述电流控制模块5包括电流驱动器和温度控制器，所述温度控制器连接所述半导体光放大器1的温度控制端，用于将所述半导体光放大器1的工作温度恒定控制在25°；所述电流驱动器的输入端连接所述第一信号，其输出端连接所述半导体光放大器的光控制端，用于控制所述半导体光放大器1产生对应占空比的光。

具体的，所述可调谐滤波器驱动模块7包括多面转镜的驱动板，所述多面转镜的驱动板的控制端连接所述第二信号，其输出端连接所述多面转镜10，用来驱动所述多面转镜10工作。

本发明的工作原理为：由信号发生器6输出两列周期相同但占空比不同的第一信号和第二信号，第一信号通过可调谐滤波器驱动模块7用于驱动可调谐滤波器4中的多面转镜10，第二信号通过电流控制模块5用于调制半导体光放大器1的注入电流波形，通过调节第一信号相比于第二信号的起始延时，就可以调节电流控制模块5与可调谐滤波器驱动模块7之间的延时，从而改变扫频光源输出光谱的起始波长；同时通过改变输入给电流控制模块5的第一信号来调节半导体光放大器1注入电流的波形，从而控制半导体光放大器1的光谱输出范围，最终达到调节光源占空比的目的。

本发明的有益效果为：本发明提供的扫频光源的起始波长可调，从而可以实现稳定的起始波长输出；同时通过调节扫频光源的光谱输出范围，实现了占空比可调，提高了扫频光源的扫频速度。

附图说明

图1是本发明提出的一种基于多面转镜的起始波长和占空比可调的扫频光源的结构示意图。

图2是实施例中可调谐滤波器的结构示意图。

图3是光源的起始波长和占空比随同步控制信号的变化图。

具体实施方式

下面结合附图和示例对本发明做进一步说明：

图1所示为本发明提出的一种基于多面转镜的起始波长和占空比可调的扫频光源的结构图，包括半导体光放大器(semiconductor optical amplifier,SOA)1、偏振控制器2、耦合器3和可调谐滤波器4，半导体光放大器1发出受激辐射后的光通过偏振控制器2后进入耦合器3，通过耦合器3后的光分为两路，一路进入可调谐滤波器4，另一路通过输出端8输出；扫频光源还包括电流控制模块5、信号发生器6和可调谐滤波器驱动模块7，信号发生器6用于产生周期相同但占空比不同的第一信号和第二信号；电流控制模块5的输入端连接第一信号，其输出端连接半导体光放大器1，可调谐滤波器驱动模块7的输入端连接第二信号，其输出端连接可调谐滤波器4。

本实施例中的半导体光放大器1的型号为Superlum，SOA-521，偏振控制器2的型号为Thorlabs，PCL-35-13-SS-2-1。

本实施例中，信号发生器6为函数发生器，可调谐滤波器4的结构示意图如图2所示，包括准直器9、多面转镜10和光栅11，进入可调谐滤波器4的光先通过准直器9到达多面转镜10，并通过多面转镜10反射后照射到光栅11上，经过光栅11衍射后，满足利特罗条件的光将沿原路返回到耦合器3。本实施例中的准直器9的型号为Thorlabs,F220APC-1064，多面转镜10的型号为Lincon Laser，BMC-7。

本实施例中，电流控制模块5包括电流驱动器和温度控制器，温度控制器的型号为ITC4001,Thorlabs，温度控制器连接半导体光放大器1的温度控制端，用于将半导体光放大器1的工作温度恒定控制在25°。电流驱动器的输入端连接第一信号，其输出端连接半导体光放大器的光控制端，用于控制半导体光放大器1产生对应占空比的光，基本原理是控制半导体光放大器1在高电平时(或者有电流注入时)有自发辐射的光产生，而低电平时(或者没有电流注入时)不出光。

本实施例中，可调谐滤波器驱动模块7包括多面转镜的驱动板(型号为BMC-7，Lincoln Laser)，多面转镜的驱动板的控制端连接第二信号，其输出端连接多面转镜10，用来驱动多面转镜10工作，最终达到滤波的作用。

图3是光源的起始波长和占空比随同步控制信号的变化图。其中(a)是可调谐滤波器4中多面转镜10的驱动信号，(b)是电流控制模块5的调制信号，高电平时有电流注入，低电平时不注入电流，(c)是调制信号(b)条件下扫频光源的输出信号，该信号的占空比约为61％。(d)是改变后的电流控制模块5的调制信号，(e)是调制信号(d)条件下扫频光源的输出信号，该信号的占空比为51％。由此图可以看出，当电流控制模块5与可调谐滤波器驱动模块7之间的延时发生改变时，扫频光源输出光谱的起始波长也发生了变化，同时当减小电流控制模块5注入电流的时间比值时，扫频光源的占空比也随之减小。

本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于多面转镜的起始波长和占空比可调的扫频光源，包括半导体光放大器(1)、偏振控制器(2)、耦合器(3)、可调谐滤波器(4)和可调谐滤波器驱动模块(7)，所述半导体光放大器(1)发出受激辐射后的光并通过偏振控制器(2)后进入耦合器(3)，通过耦合器(3)后的光分为两路，一路进入所述可调谐滤波器(4)，另一路通过输出端(8)输出，所述可调谐滤波器驱动模块(7)的输出端连接所述可调谐滤波器(4)；

其特征在于，所述扫频光源还包括电流控制模块(5)和信号发生器(6)，所述信号发生器(6)用于产生周期相同但占空比不同的第一信号和第二信号；

所述电流控制模块(5)的输入端连接所述第一信号，其输出端连接所述半导体光放大器(1)，所述可调谐滤波器驱动模块(7)的输入端连接所述第二信号。

2.根据权利要求1所述的基于多面转镜的起始波长和占空比可调的扫频光源，其特征在于，所述可调谐滤波器(4)包括准直器(9)、多面转镜(10)和光栅(11)，进入可调谐滤波器(4)的光先通过所述准直器(9)到达所述多面转镜(10)，并通过所述多面转镜(10)反射后照射到所述光栅(11)上，经过光栅(11)衍射后，满足利特罗条件的光将沿原路返回到所述耦合器(3)。

3.根据权利要求1所述的基于多面转镜的起始波长和占空比可调的扫频光源，其特征在于，所述电流控制模块(5)包括电流驱动器和温度控制器，所述温度控制器连接所述半导体光放大器(1)的温度控制端，用于将所述半导体光放大器(1)的工作温度恒定控制在25°；所述电流驱动器的输入端连接所述第一信号，其输出端连接所述半导体光放大器的光控制端，用于控制所述半导体光放大器(1)产生对应占空比的光。

4.根据权利要求2所述的一种基于多面转镜的起始波长和占空比可调的扫频光源，其特征在于，所述可调谐滤波器驱动模块(7)包括多面转镜的驱动板，所述多面转镜的驱动板的控制端连接所述第二信号，其输出端连接所述多面转镜(10)，用来驱动所述多面转镜(10)工作。