CN109313344B - 艾里光束光学扫频源 - Google Patents

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Abstract

简言之，描述了用于波长色散、模式锁定的光纤环形激光器的方法和/或系统，所述波长色散、模式锁定的光纤环形激光器生成用于稳定光学脉冲的艾里光束轮廓。

Description

艾里光束光学扫频源
背景技术
1.技术领域
本公开一般地涉及生成波长色散、模式锁定的艾里光束的光学系统。
2.信息
在某些类型的情形中，超快光学系统可以用于例如计量学、频谱学、频谱编码显微术、光学相干层析成像（OCT）和/或光声层析成像（PAT）。光学相干层析成像（OCT）指代使用光在三维以微米分辨率对来自诸如生物组织之类的光学散射介质内的特征进行成像的技术。一般而言，如果使用相对较长波长的光，那么通常存在到散射介质中相对较大的穿透。OCT至少部分地基于通常采用近红外光的低相干干扰量度法。相对于常规干扰量度法，OCT具有相对短的相干长度。OCT使用相对宽带宽的光源（例如，超发光二极管、超短脉冲激光器和/或超连续谱激光器）以至少部分地取决于所采用的光源的属性来界定a~100nm波长带内的干扰。
可以从超发光二极管或飞秒脉冲激光器生成例如与较低功率的白光相比相对高功率、相对宽带的光。然而，至少部分地归因于机械扫描惯性、慢电气调谐响应和/或诸如在各种OCT技术中使用的干扰量度技术，光学脉冲重复率通常可能限于10-100kHz的范围。
然而，例如在其中光学脉冲与色散材料的相互作用可能随着传播发生而增大或减小色散的超快激光系统可以表现出啁啾（chirp）。啁啾的信号频率可以随时间而增大或减小。在一些情形中，术语啁啾与扫频可互换使用，例如扫频源或扫频信号。操作范围可以限于某些波长，例如在0.85、1.06和1.31μm处由光学通信技术支持的那些。可以通过不具有用于实现宽带波长扫频的适当宽带增益介质而排除其他波长操作范围。诸如啁啾的信号、扫频源和/或波长扫频激光之类的术语描述在一些光学成像技术中使用的光学光束。相干长度与包括光学脉冲的波包的波长分布的宽度近似成比例，并且与对应的相干时间近似成比例，而与频谱带宽成反比。近似至少部分地取决于色散关系，例如，可以至少部分地由在真空中或在光纤内的传播所确定。因此，在特定的操作波长处并发地实现相对高的光学脉冲重复率和充分的相干性可能是个挑战。
附图说明
在说明书的结论部分中特别指出并清楚地要求保护所要求保护的主题。然而，就组织和/或操作的方法两者以及其对象、特征和/或优点而言，如果与附图一起阅读，可以通过参考以下详细描述而最好地被理解，附图中：
图1是图示了波长色散、模式锁定的艾里光束的实施例的示意图。
图2是针对实施例的所测量的光学脉冲波长的图。
图3是针对实施例的所测量的光学脉冲和时序脉冲宽度的图。
图4是针对实施例的所测量的光学脉冲波长的图。
图5是针对实施例的所测量的光学脉冲的图。
图6是基本上根据实施例的在各种景深（DOF）处的图像。
图7是针对各种实施例的所测量的光学脉冲波长频谱的图。
在以下详细描述中参考形成其部分的附图，附图中同样的数字从始至终可以指定对应的和/或类似的同样部分。将领会，诸如为了图示的简单性和/或清楚性，附图不一定按比例绘制。例如，一些方面的尺寸可以相对于其他被夸大。此外，要理解，可以利用其他实施例。此外，在不脱离所要求保护的主题的情况下，可以做出结构和/或其他改变。还应指出，例如诸如向上、向下、顶部、底部等方向和/或参照可以用于促进附图的讨论和/或没有局限意图要由一项或多项权利要求（例如，所要求保护的主题）覆盖的主题应用的意图。因此，不要将以下详细描述当作限制所要求保护的主题和/或等同物。
具体实施方式
贯穿本说明书对一个实现方式、实现方式、一个实施例、实施例等的参考意指关于特定实现方式和/或实施例所描述的特定特征、结构和/或特性被包括在意图要由一项或多项权利要求所覆盖的主题的至少一个实现方式和/或实施例中。因此，例如在贯穿本说明书各处这类短语的出现不一定意图指代相同的实现方式和/或实施例或任何一个特定实现方式和/或实施例。此外，要理解，所描述的特定特征、结构和/或特性能够在一个或多个实现方式和/或实施例中以各种方式组合，并且因此在所意图的权利要求范围内。一般而言，当然，对于专利申请的说明书一直如此，这些和其他问题具有在特定的用法上下文中变化的潜在性。换言之，贯穿本专利申请，特定的描述和/或用法的上下文提供关于要作出的合理推断的有帮助指导；然而，同样地，一般而言，“在该上下文中”在没有另外条件的情况下一般指代本专利申请的上下文。
在本专利申请的上下文中，术语“连接”、术语“组件”和/或相似术语意图是物理上的但不一定总是有形的。因此，这些术语是否指代有形主题可以在特定的用法上下文中变化。作为示例，可以由诸如有形的电气连接（诸如包括金属的导电路径），来做出能够在两个有形组件之间传导电流的有形连接和/或有形连接路径。同样地，有形连接路径可以至少部分地受影响和/或控制，使得如通常那样，有形连接路径可以在从一个或多个外部导出的信号（诸如对于电气开关是诸如外部电流和/或电压）的影响所得到的时间被断开或闭合。电气开关的非限制性说明包括晶体管、二极管等。然而，在特定的用法上下文中的“连接”和/或“组件”虽然是物理上的，但同样也可以是非有形的。
因此，在特定的用法上下文中，诸如其中讨论有形组件的特定上下文中，以使得术语不是同义的方式来使用术语“耦合”和“连接”。还可以以其中表现出相似意图的方式来使用相似术语。因此，“连接”用于指示两个或更多个有形组件等例如处于直接的物理上有形、包括电气有形（例如，如先前讨论的）的接触；而“耦合”用于意指两个或更多个有形组件等潜在地处于直接的物理上有形、潜在地包括电气有形的接触；尽管如此，“耦合”也用于意指两个或更多个有形组件等不一定处于直接的物理上有形的接触，但能够诸如例如通过“光学耦合”而协作和/或相互作用。同样地，在诸如其中讨论有形组件的特定上下文中，术语耦合也理解为意指间接连接。还指出，在本专利申请的上下文中，由于诸如存储器组件和/或存储器状态之类的存储器意图是非暂时性的，因此术语物理（至少如果关于存储器使用）必然暗指是有形的。
此外，在本专利申请中，在诸如其中讨论有形组件（和/或相似地，有形材料）的特定的用法上下文中，术语光学用作涉及电磁辐射频谱的光学部分和/或红外（IR）部分，例如光学辐射可以指代近IR辐射。这些描述指代光学和/或近IR辐射的宽范围或特性。如果必要，数值用于更精确地指定光学特性或组件。
此外，在本专利申请中，在诸如其中讨论有形组件（和/或相似地，有形材料）的特定的用法上下文中，在“上”和“之上”之间存在区别。作为示例，在基板“上”沉积物体指代涉及直接的物理上有形的接触、在所沉积物体和该后一示例中的基板之间没有中间物（诸如中间物体）的沉积；尽管如此，沉积在基板“之上”虽然一般理解为潜在地包括沉积在基板“上”（由于“上”还可以准确地描述为“之上”），但一般理解为包括其中在所沉积的物体和基板之间有一个或多个中间物（诸如一个或多个中间物体）存在，使得所沉积的物体不一定和基板处于直接的物理上有形的接触的情形。
在诸如其中讨论有形材料和/或有形组件的适当的特定用法上下文中，在“下”和“之下”之间做出相似的区别。“下”在这类特定的用法上下文中意图必然暗指物理上有形的接触（与刚刚所描述的“上”相似），而“之下”潜在地包括其中存在直接物理上有形的接触的情形，但是不一定暗指直接物理上有形的接触，诸如如果有一个或多个中间物（诸如一个或多个中间物体）存在。因此，“上”理解为意指“紧接地之上”并且“下”理解为意指“紧接地之下”。
同样地应领会，以与先前提到的术语向上、向下、顶部、底部等相似的方式来理解诸如“之上”或“之下”之类的术语。这些术语可以用于促进讨论，但没有必然局限由一项或多项权利要求所覆盖的主题的范围的意图。例如，作为示例，术语“之上”不意指暗示权利要求范围仅限于其中实施例是右侧向上（例如，诸如与倒置的实施例相比）的情形。示例包括倒装芯片（作为一个说明），其中，例如在各种时间（例如，在制造期间）的取向可以不一定对应于最终产品的取向。因此，即使适用字面权利要求语言具有以其他方式解释的潜在性，但如果对象（作为示例）在特定取向（作为一个示例，诸如倒置）中是在适用权利要求范围内的，那么同样地，意图后者在另一取向（再次作为示例，诸如右侧向上）中也解释为被包括在适用权利要求范围内，并且反之亦然。当然，再次，在专利申请的说明书中一直如此，特定的描述和/或用法的上下文提供关于要作出的合理推断的有帮助指导。
除非另有指示，否则在本专利申请的上下文中，“或”如果用于关联诸如A、B或C的列表，意图意指A、B和C（这里以包含性意义使用）以及A、B或C（这里以排他性意义使用）。以该理解，“和”以包含性意义使用并且意图意指A、B和C；然而，尽管不要求这类用法，但可以足够谨慎地使用“和/或”以表明意图所有前述含义。此外，术语“一个或多个”和/或相似的术语用于描述以单数形式的任何特征、结构和/或特性，和/或还用于描述多个特征、结构和/或特性和/或特征、结构和/或特性的某种其他组合。同样地，术语“基于”和/或相似的术语理解为不一定意图传达一组排他性的因素，而是允许不一定明确描述的附加因素的存在。
还应注意，术语“类型”和/或“像”如果诸如与特征、结构和/或特性一起使用（使用“光学”或“电气”作为简单示例），以以下这样的方式意指特征、结构和/或特性的至少部分和/或与特征、结构和/或特性相关：如果微小变化足够微小使得在这类变化也存在的情况下，将仍然认为特征、结构和/或特性基本上存在，那么微小变化、甚至可能在其他方面不认为与特征、结构和/或特征完全一致的变化的存在，一般不妨碍特征、结构和/或特性具有“类型”和/或作为“像”（例如，诸如作为“光学类型”或作为“像光学”）。因此，以该示例继续，术语光学类型和/或像光学的属性必然意图包括光学属性。同样地，作为另一示例，术语电气类型和/或像电气的属性必然意图包括电气属性。应当指出，以下描述仅提供一个或多个说明性示例并且所要求保护的主题意图不限于一个或多个说明性示例；然而，再次，相对于专利申请的说明书而言一直如此，特定的描述和/或用法的上下文提供关于要作出的合理推断的有帮助指导。
此外，如果（作为示例，诸如物理属性的）值涉及所要求保护的主题的实现方式并且受制于关于度的测试、测量和/或规定；然而，同样地，以该示例继续，如果对关于度的测试、测量和/或规定的可替换合理方案至少相对于属性是本领域普通技术人员很可能合理想到的（其中可替换合理方案至少对于实现目的而言一般是单独足够的（例如充分的）），那么除非另有明确指示，否则所要求保护的主题意图覆盖那些可替换合理方案。作为示例，如果产生区域之上的测量图并且所要求保护的主题的实现方式指代采用该区域之上的斜率的测量，但是用于估计该区域之上的斜率的各种合理和可替换技术存在，那么除非另有明确指示，否则所要求保护的主题意图覆盖那些合理的可替换技术。
算法描述和/或符号表示是信号处理和/或相关领域的普通技术人员用于将他们的工作实质传达给该领域其他技术人员的技术示例。算法在本专利申请的上下文中并一般地被认为是导致期望结果的自相一致的操作序列和/或相似的信号处理。在本专利申请的上下文中，操作和/或处理涉及物理量的物理操控。尽管不是必须的，但通常这类量可以采取能够被存储、传送、组合、比较、处理和/或以其他方式操控的光学、电气和/或磁性信号和/或状态的形式，例如，作为构成各种形式的数字内容的分量的电子信号和/或状态，所述数字内容诸如信号测量、文本、图像、视频、音频等。
有时，主要出于通用的原因，已经证明将这类物理信号和/或物理状态称为比特、值、要素、符号、字符、项、号码、数字、测量、内容等是方便的。然而，应当理解，所有这些和/或相似术语要与适当的物理量相关联，并且仅仅是方便的标签。除非另有特别声明，否则从前述讨论来看清楚的，应领会，贯穿本说明书，利用诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”、“建立”、“获得”、“标识”、“选择”、“生成”等术语的讨论可以指代特定装置的动作和/或过程，所述装置诸如专用计算机和/或相似的专用计算和/或网络设备。因此，在本说明书的上下文中，专用计算机和/或相似的专用计算和/或网络设备能够处理、操控和/或转换在专用计算机和/或相似的专用计算和/或网络设备的存储器、寄存器和/或其他存储设备、处理设备和/或显示设备内通常以物理电子和/或磁性量形式的信号和/或状态。在本特定专利申请的上下文中，如提到的，因此术语“特定装置”包括诸如通用计算机（一旦被编程为诸如依照程序软件指令来执行特定功能）之类的通用计算和/或网络设备。
术语操作波长或中心波长指代针对波长分布的例如均值、中位数或平均数之类的一阶统计量。波长分布的宽度的对应度量指代例如在3dB相对功率处的分布的宽度、方差等二阶统计量。光学脉冲的波长宽度或波包分布具有与相干长度（诸如纵向相干长度）和/或作为近似成比例的相干时间的对应性，和/或与频谱带宽近似成反比。可以针对特定色散属性描述更精确的关系，所述色散属性例如从通过光纤的光传输所得到的波长色散。
在如先前提出的一些三维、高空间分辨率光学成像应用中，并发地实现在10MHz范围或10MHz范围以上的重复率、至少约为100nm的空间相干性、和/或近似1000nm的近IR操作波长可能成为挑战。
由激光器输送的光束轮廓通常可以是高斯成形的并且衍射受限。可替换地，艾里光束轮廓可以是相对无衍射、自愈的，并且可以至少部分地取决于光学配置而扩展焦深（DOF）和/或扩大视场（FOV）。这对于其中例如期望非衍射、较大穿透深度和/或更好的分辨率特征的应用可以是有益的。
实施例100可以包括模式锁定的光纤环形激光器、外部波长调制器光学组件和立方相位掩模，来产生例如用于相对高重复率、相对低相干性的光学脉冲的艾里光束轮廓。图1示出了基本上根据所要求保护的主题的示例系统实施例。如将描述的，该方案可以例如提供用于使用在近红外（近IR）中和/或可见光照制度中操作的光学脉冲以相对快的成像率实现相对低相干性的装置和/或方法。在一些应用中、诸如通常在以相对高空间分辨率使用三维成像的情况下，具有纵向相干激光脉冲可以是有用的。纵向空间相干性具有对应的时序相干性，（例如如果使用光纤环形激光器）所述时序相干性可以至少部分地与材料色散属性相关。在实施例中，例如对于光纤环形腔内的光学脉冲，相干时间可以因此近似与波包的波长分布相关。至少在一些情况下，通过使用波前编码技术来进一步扩展成像系统的景深（DOF）也可以是有用的。
在一些应用中，对于要成像的光学介质，具有其操作波长与可见光相比相对长的光束以实现更大穿透深度可以是进一步有用的，例如在下面的实施例中，可以产生具有近似1045nm操作波长的近IR光学脉冲。
对于超快检测和/或成像应用，超过由机械扫描、时间集成传感器和/或至少部分地归因于干扰量度方法的惯性效应所引入的限制可以是合期望的，所述限制例如，对应的光学调制的扫频率或重复率，其通常在10-100kHz的范围中。为了改进重复率，可以引入脉冲激光光学系统，其在示例实施例中可以至少部分地基于模式锁定的光纤环形腔101。模式锁定指代其中激光器可以在极端情况下产生相对短持续时间（例如约为飞秒（10-15sec））的光脉冲的技术。如果引发谐振腔的纵向模式之间的基本上固定的相位关系，那么激光器被称为是基于相位锁定或模式锁定的。这些模式之间的干扰可以生成作为一连串脉冲的激光。在下面的实施例中，展示了近似在10MHz的范围周围（对应于100nsec的扫频周期）的模式锁定重复率。在其他实施例中，可以例如通过调谐光纤环形腔长度来改变重复率。
图1示出了色散模式锁定的艾里光束系统的实施例100。如先前提及的，可以采用光纤环形腔101，其可以包括增益介质102。泵浦源的波长对应于光纤环形腔（诸如101）的工作波长窗口可以是合期望的。有源增益介质可以包括掺杂有稀土元素的光纤，所述稀土元素例如诸如铒、镱、钕、镝、镨，铥和/或钬。在实施例中，例如，0.5m长度的掺镱光纤（YDF，Thorlabs YB1200-4/125）可以经由操作在980nm的600mW激光二极管103被泵浦并通过单个模式的光纤尾纤104和波分复用器（WDM）105而耦合到光纤腔。
如果受泵浦源103驱动，那么光纤环形激光器可以至少部分地通过由光纤环形腔相互作用引发的非线性偏振旋转（NPR）而表现出模式锁定。用于实现相对稳定且相对高功率操作的一个方案可以是对模式锁定的光学脉冲的偏振进行调整和滤波。例如，图1的106可以调整偏振并且107可以允许滤波，使得脉冲可以更少相互干扰。在一个实施例中，光学耦合器（OC）108、偏振滤波器107和WDM 105可以集成在光学集成模块（OIM）109中。例如，在实施例中，可以以近似250mW的泵浦功率发起模式锁定操作，其中光纤环形腔（诸如101）的最大平均功率为近似110mW。WDM 105可以复用980nm波长和1045nm波长的光学脉冲。可以采用光学耦合器108，使得光学脉冲传递到下面针对示例实施例更详细地描述的附加波长扫频组件（AWS）110。
非线性偏振旋转（NPR）指代其中入射到弱双折射光纤的线性偏振光在光纤内产生椭圆偏振光的效应。光偏振的取向和椭圆率可以至少部分地受到光纤长度和/或双折射的影响。然而，如果光强度相对强，那么非线性光学克尔效应也可以以至少部分地与光强度相关的方式影响光偏振。因此，利用放置在光纤后面的偏振器，光偏振可以变成是至少部分光强度相关的。同样地，偏振器的取向和/或光纤的长度可以影响吸收，使得具有更高强度的超快光可以经历更少的吸收损失。因此，NPR技术可以利用更少的吸收来在光纤环形腔中实现无源模式锁定。在形成模式锁定的脉冲之后，光纤的非线性可以进一步将脉冲成形为光学孤子，使得可以得到稳定光学脉冲。光学克尔效应指代其中电场导致折射率的变化的效应，所述折射率的变化可以与局部光辐照度成比例。该折射率变化可以产生包括自相位调制和/或交叉相位调制的非线性光学效应，可以结合偏振滤波产生NPR模式锁定。
因此，在实施例中，NPR模式锁定光纤环形腔可以表现出自相位调制（SPM）和/或交叉相位调制（XPM）。自相位调制（SPM）指代至少部分地归因于光物质相互作用的非线性光学效应。如提到的，在介质中行进的超短光脉冲可以至少部分地归因于光学克尔效应而引发变化的折射率。该折射率的变化可以导致脉冲相移，从而导致频谱的改变。因此，在自相位调制中，在介质中传播的激光束与介质相互作用并对自身施加相位调制。例如，激光束的强场能够在介质中引发明显的强度相关的折射率改变，使得介质在到来波上产生相位改变，从而导致SPM。在脉冲激光输入信号的情况下，激光强度的时序变化可以导致时间方面的SPM。波的相位的时间导数是波的角频率。因此，SPM可以表现为频率调制，在该情况下，输出光束可以具有自引发的频谱展宽。XPM是其中一个波长分量可以引发另一个波长分量的相位改变的相关非线性效应。如果能够依据脉冲时间的频率调制来描述XPM和SPM，那么可以潜在地色散延迟激光光学脉冲以至少部分地补偿NPR相位调制。
啁啾脉冲放大（CPA）指代用于放大超短激光光学脉冲的技术，在所述技术中光学脉冲在放大之前在时序上和频谱上被拉伸。在没有CPA的情况下，激光脉冲的峰值功率例如可能受到限制，这是因为具有高强度的激光脉冲可能损坏增益介质和/或导致光学脉冲分裂。相反，在CPA中，通过使用异常色散光纤（诸如图1中的111）来在时间方面拉伸超短激光光学脉冲，以在将光学脉冲引入到其中放大光学脉冲的增益介质102之前产生负啁啾的光学脉冲。同样地，使用普通色散光纤（诸如图1中的112）来将放大的激光脉冲重压缩回近似其初始脉冲宽度，以实现负啁啾的光学脉冲，从而实现相对较高的峰值功率。
在实施例中，来自光纤环形模式锁定的激光器的输出信号可以被传递到附加波长扫频组件（AWS）（诸如图1中的110）。例如，除了在光纤环形激光腔（诸如101）中可能发生的波长色散之外，对应于传输波长的色散光纤还可以导致稳定光学脉冲的附加波长色散。例如，在一个实施例中，色散介质可以包括啁啾光纤布拉格光栅113，所述啁啾光纤布拉格光栅113具有用于光学脉冲的1045nm操作波长，并且可以提供近似1.6nsec/nm的群速度色散。图2示出了来自AWS的具有以1045nm为中心的20nm带宽的波长频谱。图3示出了以9.4MHz重复率生成的具有30.5%占空比的稳定光学脉冲的时序图。图3中示出的32.5nsec时序脉冲宽度对应于图2的20nm带宽。如先前描述的，通过诸如经由图1 的106和107来调整偏振，进一步增大光学脉冲宽度波长频谱是可能的，例如图4作为结果示出了其中所测量波长色散增大到73nm的图。在图5中示出了所测量9.4MHz重复率和时序脉冲行为的对应图。色散的波长包括全部的、近似100%的占空比。图4和5的比较示出，例如从使用正色散光纤，所测量的光学波长频谱与光学脉冲的时序形状一致。
在一个实施例中，稳定光学脉冲可以在离开AWS 110之后穿过准直器（ThorlabsTC06APC-1064）并且可以通过立方相位掩模（CPM）114。在一个实施例中，CPM（诸如114）具有9.2mm的元件通光孔径以及在1064nm的操作波长处在98％之上的传输效率。卷积输出信号可以导致艾里光束轮廓。当景深（DOF）被改变时，可以利用IR相机115来测量光束轮廓，例如图6示出了在聚焦透镜的傅立叶平面之后以1m间隔测量的艾里光束轮廓。图6（a）-（c）分别示出了在0、100cm和200cm处的在1064nm波长处的无衍射艾里光束轮廓。在图 6（d）-（f）中示出了艾里光束的自愈属性。如图6（d）中示出的，艾里光束的主瓣在0cm处被阻止。在其中被阻止的主瓣图像以相应更大强度再现的图6（e）-（f）中示出了艾里光束的自愈属性。在另一个实施例中，CPM可以通过在所蚀刻图案中添加衍射光栅来产生艾里光束和高斯光束轮廓两者。在另一个实施例中，可以将CPM（诸如116）插入到光纤环形腔中以提取具有飞秒时序脉冲宽度的艾里光束。
通过在AWP 110和CPM 114之间介入其他光学过程（诸如由图1中的117图示的），波长色散、模式锁定的艾里光束的操作波长窗口可以延伸到从近似400nm至700nm的可见范围中，参见例如图7（a），其中示出了对应于各种艾里光束操作波长的光学脉冲波长频谱。例如，二次谐波生成是众所周知的光学过程，其可以导致操作波长减少一半。如果期望，光学参量放大还可以通过差异混合而导致波长减少，并且还可以用于进一步放大稳定的光束脉冲。
A0. 一种装置，包括：用于生成色散的稳定光学脉冲的光纤环形激光器，包括光纤环形腔、增益介质、正色散光纤、负色散光纤、以及偏振控制器和滤波器；
波长色散光纤，用于进一步使光纤环形激光器外部的稳定光学脉冲色散；以及
波调制器，用于立方相位调制色散的稳定光学脉冲以生成艾里光束轮廓。
A1. 一种光学传输系统装置，包括：
光学辐射的激光驱动泵浦源，其作为光纤环形腔的部分耦合到稀土掺杂增益介质，
其中光学辐射的激光驱动泵浦源能够经由波分复用器向光纤环形腔提供足够的功率；
其中光纤环形腔能够生成在操作波长附近色散的模式锁定、部分相干的光学脉冲；
其中光纤环形腔包括：光纤元件，其能够使放大的模式锁定、部分相干的光学脉冲的波长分量色散；
其中偏振控制器能够调整放大的模式锁定的光学脉冲的偏振旋转；
其中偏振隔离器能够对放大的模式锁定且经偏振调整的光学脉冲进行滤波；
其中放大的模式锁定且经偏振调整的光学脉冲经由波分复用器而耦合到光纤环形腔外部的至少两个光学元件；
其中第一外部光学元件包括波长色散组件，并且第二外部光学元件包括立方相位掩模；
使得要产生艾里光束。
A2. 根据权利要求A1所述的装置，其中能够经由波分复用器向光纤环形腔提供足够的功率的光学辐射的激光驱动泵浦源包括：
激光驱动泵浦源，其能够生成在从近似900nm至近似2000nm的范围中的近红外波长，和至少200mW的激光驱动泵浦源功率；以及
单个模式光纤，其将光学辐射的激光驱动泵浦源耦合到波分复用器，其中光学辐射的激光驱动泵浦源耦合到光纤环形腔。
A3. 根据权利要求A1所述的装置，其中能够生成在操作波长附近色散的模式锁定、部分相干的光学脉冲的光纤环形腔能够生成放大的辐射脉冲，所述放大的辐射脉冲具有：在近似从1000nm至近似1100nm范围中的波长；至少在从近似9MHz至近似11MHz的范围中的脉冲重复率；至少在飞秒范围中的时序脉冲持续时间；以及至少100mW的最大平均功率输出。
A4. 根据权利要求A1所述的装置，其中能够使放大的模式锁定、部分相干的光学脉冲的波长分量色散的光纤元件包括：
具有正色散的一个光纤元件和具有负色散的第二光纤元件，其中正色散与负色散相似但比负色散相对更大，使得净色散具有相对正的值以及比正色散光纤或负色散光纤的量值相对更小的值。
A5. 根据权利要求A1所述的装置，其中经由波分复用器在光纤环形腔外部的至少两个光学元件包括：
包括波长色散组件的第一外部光学元件、包括立方相位掩模的第二外部光学元件，以及
第三光学元件，其能够进行二次谐波生成，使得要使波长减少部分相干、放大的模式锁定的操作波长的近似一半，并且使得要由光学耦合器来产生经偏振调整的光学脉冲。
A6. 根据权利要求A1所述的装置，其中在光纤环形腔外部的至少两个光学元件包括：
包括波长色散组件的第一外部光学元件、包括立方相位掩模的第二外部光学元件，以及
第四光学元件，其能够进行光学参量放大，使得针对部分相干、模式锁定要减少波长并要进一步放大强度，并且使得要从光学耦合器产生经偏振调整的辐射脉冲。
A7. 根据权利要求A1所述的装置，其中波长色散组件包括：色散补偿光纤或啁啾-布拉格-光栅光纤。
M0. 一种方法，包括：
利用足够的功率来注射光纤环形腔以在光纤环形腔中发起模式锁定光学脉冲偏振；
调整光纤环形腔中的模式锁定的光学脉冲偏振，以便生成稳定的光学脉冲；
使生成的稳定光学脉冲波长色散；以及
在波长色散后，立方相位调制光学脉冲以生成艾里光束轮廓。
M1. 一种光学传输方法，包括：
利用泵浦激光束来注射光纤环形腔，其中光束波长对应于支持光传输的光纤波长操作范围；
经由光纤稀土掺杂增益介质来放大泵浦激光束；
向放大的泵浦激光束提供足够的功率以在光纤环形腔中发起模式锁定，如果通过波分复用器耦合，则产生模式锁定的光学脉冲；
对模式锁定的光学脉冲偏振进行调整和滤波；
经由波分复用器在光纤环形腔外部生成模式锁定、经偏振调整的光学脉冲；
经由色散补偿光纤或经由啁啾-光纤布拉格-光栅来使光纤环形腔外部的模式锁定、经偏振调整的光学脉冲的波长分量色散；
经由立方相位掩模将光纤环形腔外部的波长色散、模式锁定、经偏振调整的光学脉冲转换为波长色散、模式锁定、光学脉冲、经偏振调整的艾里光束。
M2. 根据M1所述的方法，其中对应于支持光传输的光纤波长操作范围的光束波长包括：
在从近似900nm至近似2000nm的范围中的近红外波长。
M3. 根据M1所述的方法，其中向放大的泵浦激光束提供足够的功率以在光纤环形腔中发起模式锁定，如果通过波分复用器耦合，则产生模式锁定的光学脉冲，以上操作包括：
从耦合到单个模式光纤的激光二极管提供至少200mW的功率以在耦合的光纤环形腔中生成模式锁定，从而产生具有近似9MHz至11MHz的重复率的光学脉冲。
M4. 根据M1所述的方法，其中转换光纤环形腔外部的波长色散、模式锁定、经偏振调整的光学脉冲包括：
应用二次谐波生成过程来使光学脉冲波长减少近似一半。
M5. 根据M1所述的方法，其中转换光纤环形腔外部的波长色散、模式锁定、经偏振调整的光学脉冲包括：
应用光学参量放大来减少光学脉冲波长并放大光学脉冲强度。
在前述描述中，已经描述了所要求保护的主题的各种方面。出于解释的目的，作为示例阐述了诸如数量、系统和/或配置之类的细节。在其他实例中，省略和/或简化了众所周知的特征，以免模糊意图要由一项或多项权利要求覆盖的主题。虽然本文已经说明和/或描述了某些特征，但本领域技术人员现在将想到很多修改、替代物、改变和/或等同物。因此，要理解，所附权利要求意图覆盖落入所要求保护的主题内的所有修改和/或改变。

Claims (14)

1.一种装置，包括：
用于生成色散的稳定光学脉冲的光纤环形激光器，包括包含被配置成放大光学脉冲的增益介质的光纤环形腔、正色散光纤、负色散光纤、第一波调制器，以及偏振控制器和滤波器，增益介质的一端与负色散光纤耦合以接收来自负色散光纤的输出，并且增益介质的另一端与正色散光纤耦合以将放大的光脉冲传输到正色散光纤；
波长色散光纤，用于进一步使光纤环形激光器外部的稳定光学脉冲色散；以及
第二波调制器，用于立方相位调制色散的稳定光学脉冲以生成艾里光束轮廓。
2.一种光学传输系统装置，包括：
光学辐射的激光驱动泵浦源，其作为光纤环形腔的部分耦合到稀土掺杂增益介质，
其中光学辐射的激光驱动泵浦源能够经由波分复用器向光纤环形腔提供足够的功率；
其中光纤环形腔能够生成在操作波长附近色散的模式锁定、部分相干的光学脉冲；
其中光纤环形腔包括：波调制器以及光纤元件，所述光纤元件能够使放大的模式锁定、部分相干的光学脉冲的波长分量色散；
其中偏振控制器能够调整放大的模式锁定的光学脉冲的偏振旋转；
其中偏振隔离器能够对放大的模式锁定且经偏振调整的光学脉冲进行滤波；
其中放大的模式锁定且经偏振调整的光学脉冲耦合到光纤环形腔外部的至少两个光学元件；
其中第一外部光学元件包括波长色散组件，并且第二外部光学元件包括立方相位掩模
使得要产生艾里光束，并且
其中所述增益介质被配置成放大光学脉冲，所述增益介质的一端与负色散光纤耦合以接收来自负色散光纤的输出，并且所述增益介质的另一端与正色散光纤耦合以将放大的光脉冲传输到正色散光纤。
3.根据权利要求2所述的装置，其中能够经由所述波分复用器向光纤环形腔提供足够的功率的光学辐射的激光驱动泵浦源包括：
激光驱动泵浦源，其能够生成在从近似900nm至近似2000nm的范围中的近红外波长，和至少200mW的激光驱动泵浦源功率；以及
单个模式光纤，其将光学辐射的激光驱动泵浦源耦合到所述波分复用器，其中光学辐射的激光驱动泵浦源耦合到光纤环形腔。
4.根据权利要求2所述的装置，其中能够生成在操作波长附近色散的模式锁定、部分相干的光学脉冲的光纤环形腔能够生成放大的辐射脉冲，所述放大的辐射脉冲具有：在近似从1000nm至近似1100nm范围中的波长；至少在从近似9MHz至近似11MHz的范围中的脉冲重复率；至少在飞秒范围中的时序脉冲持续时间；以及至少100mW的最大平均功率输出。
5.根据权利要求2所述的装置，其中能够使放大的模式锁定、部分相干的光学脉冲的波长分量色散的光纤元件包括：
具有正色散的一个光纤元件和具有负色散的第二光纤元件，其中正色散与负色散相似但比负色散相对更大，使得净色散具有相对正的值以及比正色散光纤或负色散光纤的量值相对更小的值。
6.根据权利要求2所述的装置，还包括：
第三光学元件，其能够进行二次谐波生成，使得要使波长减少部分相干、放大的模式锁定的操作波长的近似一半，并且使得要由至少两个光学元件来产生经偏振调整的光学脉冲。
7.根据权利要求2所述的装置，还包括：
第三光学元件，其能够进行光学参量放大，使得针对部分相干、模式锁定要减少波长并要进一步放大强度，并且使得要从至少两个光学元件产生经偏振调整的辐射脉冲。
8.根据权利要求2所述的装置，其中波长色散组件包括：色散补偿光纤或啁啾-布拉格-光栅光纤。
9.一种方法，包括：
利用足够的功率来注射光纤环形腔以在光纤环形腔中发起模式锁定光学脉冲偏振；
调整光纤环形腔中的模式锁定的光学脉冲偏振，以便生成稳定的光学脉冲；
使生成的稳定光学脉冲波长色散；以及
在波长色散后，立方相位调制光学脉冲以生成艾里光束轮廓；
其中所述光纤环形腔包括波调制器和增益介质，所述增益介质被配置成放大光学脉冲，所述增益介质的一端与负色散光纤耦合以接收来自负色散光纤的输出，并且所述增益介质的另一端与正色散光纤耦合以将放大的光脉冲传输到正色散光纤。
10.一种光学传输方法，包括：
利用泵浦激光束来注射包括波调制器的光纤环形腔，其中光束波长对应于支持光传输的光纤波长操作范围；
经由光纤稀土掺杂增益介质来放大泵浦激光束；
向放大的泵浦激光束提供足够的功率以在光纤环形腔中发起模式锁定，如果通过波分复用器耦合，则产生模式锁定的光学脉冲；
对模式锁定的光学脉冲偏振进行调整和滤波；
在光纤环形腔外部生成模式锁定、经偏振调整的光学脉冲；
经由色散补偿光纤或经由啁啾-光纤布拉格-光栅来使光纤环形腔外部的模式锁定、经偏振调整的光学脉冲的波长分量色散；
经由立方相位掩模将光纤环形腔外部的波长色散、模式锁定、经偏振调整的光学脉冲转换为波长色散、模式锁定、光学脉冲、经偏振调整的艾里光束，
其中所述增益介质被配置成放大光学脉冲，所述增益介质的一端与负色散光纤耦合以接收来自负色散光纤的输出，并且所述增益介质的另一端与正色散光纤耦合以将放大的光脉冲传输到正色散光纤。
11.根据权利要求10所述的方法，其中对应于支持光传输的光纤波长操作范围的光束波长包括：
在从近似900nm至近似2000nm的范围中的近红外波长。
12.根据权利要求10所述的方法，其中向放大的泵浦激光束提供足够的功率以在光纤环形腔中发起模式锁定，如果通过所述波分复用器耦合，则产生模式锁定的光学脉冲，以上操作包括：
从耦合到单个模式光纤的激光二极管提供至少200mW的功率以在耦合的光纤环形腔中生成模式锁定，从而产生具有近似9MHz至11MHz的重复率的光学脉冲。
13.根据权利要求10所述的方法，其中转换光纤环形腔外部的波长色散、模式锁定、经偏振调整的光学脉冲包括：
应用二次谐波生成过程来使光学脉冲波长减少近似一半。
14.根据权利要求10所述的方法，其中转换光纤环形腔外部的波长色散、模式锁定、经偏振调整的光学脉冲包括：
应用光学参量放大来减少光学脉冲波长并放大光学脉冲强度。
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