CN108107505A - 一种集成双包层光子带隙光纤的多光子内窥镜结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多光子内窥镜领域，公开了一种集成双包层光子带隙光纤的多光子内窥镜结构，解决多光子内窥镜中实心材料的双包层光纤在传输飞秒脉冲光时非线性问题。本发明包括用于传输激发光和信号光的双包层光子带隙光纤，所述双包层光子带隙光纤由内到外依次包括纤芯、内包层、外包层和涂覆层，所述内包层的折射率、所述外包层的折射率、所述涂覆层的折射率三者之间梯度下降，所述内包层为光子带隙层，所述光子带隙层包括周期性的网状结构。本发明适用于双光子荧光内窥镜。
Description
技术领域
本发明涉及多光子内窥镜领域，特别涉及一种集成双包层光子带隙光纤的多光子内窥镜结构。
背景技术
PZT(即压电陶瓷管)双光子荧光内窥镜多采用双包层光纤来传输激发光和信号光。这类光纤由内到外分别为纤芯、内包层、外包层和涂覆层，内包层和外包层由实心材料构成，且内包层的折射率、外包层的折射率和涂覆层的折射率三者之间梯度下降。其中，纤芯一般为掺杂锗的石英，其折射率比纯石英高；内包层为纯石英；外包层为掺杂氟的石英，其折射率比纯石英低；涂覆层为折射率更低的塑料材料。双包层光纤的内包层传输飞秒脉冲激光，外包层传输荧光信号。然而实心材料的双包层光纤在传输飞秒脉冲光时由于光纤的非线性问题，会导致飞秒激光脉冲的分裂、展宽等影响，从而破坏双光子效应的发生，对内窥镜的成像质量影响很大，严重影响成像效果，甚至无法实现成像。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种集成双包层光子带隙光纤的多光子内窥镜结构，解决多光子内窥镜中实心材料的双包层光纤在传输飞秒脉冲光时非线性问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种集成双包层光子带隙光纤的多光子内窥镜结构，包括用于传输激发光和信号光的双包层光子带隙光纤，所述双包层光子带隙光纤由内到外依次包括纤芯、内包层、外包层和涂覆层，所述内包层的折射率、所述外包层的折射率、所述涂覆层的折射率三者之间梯度下降，所述内包层为光子带隙层，所述光子带隙层包括周期性的网状结构。
具体的，所述网状结构中的网格由石英壁和气孔组成。
进一步的，所述外包层由纯石英构成。相对于传统掺杂氟石英的外包层，采用纯石英工艺难度和成本都将进一步降低。
进一步的，所述纤芯为空气孔结构。
本发明的有益效果是：本发明通过将多光子内窥镜结构中双包层光纤的内包层设置为光子带隙层，可以使飞秒光在经过长距离的光纤传输后在保持较低的色散的同时，完全能够避免非线性对传导脉冲的破坏，由于外包层为实心的石英，内包层材料为空心材料，且涂覆层采用比外包层折射率更低的材料，因此使收集到的荧光信号限制在外包层的环形区域内传输。
以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述，应当注意的是，实施例仅仅是为了帮助读者更好地理解本发明的技术构思，并不用以限制本发明权利要求的保护范围。
附图说明
图1为PZT双光子内窥镜的结构原理图。
图2为实施例中双包层光子带隙光纤的截面图；
图3为实施例中双包层光子带隙光纤的内包层的截面图。
图中编号：S1为激光耦合及信号采集装置，S2为双包层光纤，S3为压电陶瓷管，S4为物镜，S5为样本，1为纤芯，2为内包层，3为外包层，4为涂覆层，21为石英壁，22为气孔。
具体实施方式
在介绍实施例之前，本发明首先对PZT双光子内窥镜的结构原理进行简要说明。PZT双光子内窥镜的结构原理如图1所示，PZT双光子内窥镜的激发光为长波长的飞秒脉冲激光，经过激光耦合及信号采集装置S1耦合进入双包层光纤S2。双包层光纤S2固定在压电陶瓷管S3的一端，通过给压电陶瓷管S3两个方向加载特定的电压信号，可以使压电陶瓷管S3快速周期性弯曲，带动双包层光纤S2周期性抖动。从而使光纤端面扫描整个视场。激发光从双包层光纤S2纤芯射出，经过物镜组S4汇聚在样本S5上。由于双光子激发的特点，信号光只在焦点处产生。在系统中，信号光通过物镜S4返回到双包层光纤S2的端面，进入双包层光纤S2的内包层和外包层中传输到信号收集系统中。其中信号光为低波长的连续光，无法在光纤的空心部分传输，所以光纤端面的有效接收区域呈环形。激发光和信号光通过同一个根双包层光纤传输，实现点对点激发，并点对点收集。收集系统记录下视场中每一个点的灰度值，通过软件算法重构出完整的图像。由于激发光和信号光波长相差很多，收集系统通过二向色镜分光即可同时完成激发光耦合和信号光收集。
实施例提供一种集成双包层光子带隙光纤的PZT双光子内窥镜结构，包括用于传输激发光和信号光的双包层光子带隙光纤，如图2所示，该双包层光子带隙光纤由内到外依次包括纤芯1、内包层2、外包层3和涂覆层4，内包层2的折射率、外包层3的折射率、涂覆层4的折射率三者之间梯度下降。
如图3所示，实施例中的内包层2为光子带隙层，用于传输飞秒脉冲激光。所述光子带隙层包括周期性的网状结构，网状结构中的网格由石英壁21和气孔22组成。
实施例中，纤芯1为空气孔结构，用于传输飞秒脉冲激光；外包层3由纯石英构成，用于传输内窥镜收集的连续光荧光信号。相对于传统中掺杂锗的石英纤芯以及掺杂氟的石英外包层，实施例的纤芯和外包层均不用掺杂，因此工艺难度和成本都将进一步降低。
实施例中双包层光子带隙光纤在工作时可以使飞秒光在经过长距离的光纤传输后在保持较低的色散的同时，完全能够避免非线性对传导脉冲的破坏，由于外包层3为实心的石英，内包层2材料为空心材料，且涂覆层4采用比外包层折射率更低的材料，使收集到的荧光信号限制在外包层3的环形区域内传输。
Claims (4)
1.一种集成双包层光子带隙光纤的多光子内窥镜结构，其特征在于，包括用于传输激发光和信号光的双包层光子带隙光纤，所述双包层光子带隙光纤由内到外依次包括纤芯、内包层、外包层和涂覆层，所述内包层的折射率、所述外包层的折射率、所述涂覆层的折射率三者之间梯度下降，所述内包层为光子带隙层，所述光子带隙层包括周期性的网状结构。
2.如权利要求1所述的一种集成双包层光子带隙光纤的多光子内窥镜结构，其特征在于，所述网状结构中的网格由石英壁和气孔组成。
3.如权利要求2所述的一种集成双包层光子带隙光纤的多光子内窥镜结构，其特征在于，所述外包层由纯石英构成。
4.如权利要求3所述的一种集成双包层光子带隙光纤的多光子内窥镜结构，其特征在于，所述纤芯为空气孔结构。
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