CN110148875B - 傅里叶域锁模光纤激光器及其抖动消除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及傅里叶域锁模光纤激光器及其抖动消除方法，其中傅里叶域锁模光纤激光器包括，耦合器还连接有环形器，用于将部分激光束传输至环形器；与环形器连接的布拉格光栅用于滤波出预设波长的激光束；与布拉格光栅连接的光电二极管用于根据预设波长的激光束生成参考电信号；光电二极管和用于驱动滤波器的外时钟均与鉴相电路连接；鉴相电路用于根据外时钟的电信号与参考电信号的相位比较结果生成误差数据；压电陶瓷用于根据误差数据对光纤的长度进行微调，以使激光束的传输时间与外时钟同步，从而通过消除FDML中光源波长产生的抖动，来减少OCT的伪影现象。

Description

傅里叶域锁模光纤激光器及其抖动消除方法
技术领域
本发明属于光学领域，特别涉及傅里叶域锁模光纤激光器及其抖动消除方法。
背景技术
光学相干层析成像(Optical coherence tomography，OCT)，作为一种高分辨、无损、非侵入的光学三维成像技术，不仅能够满足眼科、胃肠科、心脏科等医学领域对生物组织三维结构的成像需求，而且能够满足诸如透镜间距、印刷电路板、药物外涂层、半导体晶片、光学薄膜膜厚等工业领域的检测需求。
傅里叶域锁模(Fourier domain mode-lock，FDML)光纤激光器作为OCT的理想光源，具有波长扫描速度快，瞬时光谱线宽窄和输出功率高等优点。
发明人经过研究发现，现有技术中至少还存在以下缺陷：
由于FDML中光源波长产生的抖动，会造成OCT的伪影等现象。
上述的背景技术仅仅是发明人为了导出本发明实施方式而保有的、或在导出过程中习得的技术信息，并不一定是在本发明实施方式的提交之前已公开于一般公众的公知技术。
发明内容
为了消除FDML中光源波长产生的抖动，以减少OCT的伪影现象，本发明提供了傅里叶域锁模光纤激光器及其抖动消除方法，包括：
其中，傅里叶域锁模光纤激光器，包括：
耦合器还连接有环形器，用于将部分激光束传输至所述环形器；与所述环形器连接的布拉格光栅用于从所述环形器输出的激光束中滤波出预设波长的激光束；与所述布拉格光栅连接的光电二极管用于根据所述预设波长的激光束生成参考电信号；
所述光电二极管和用于驱动所述滤波器的外时钟均与鉴相电路连接；所述鉴相电路用于根据所述外时钟的电信号与所述参考电信号的相位比较结果生成误差数据；
串接于所述滤波器和光纤之间的压电陶瓷用于根据所述误差数据对所述光纤的长度进行微调，以使光束的传输时间与所述外时钟同步。
优选的，在本发明实施例中，所述布拉格光栅包括光纤布拉格光栅。
优选的，在本发明实施例中，所述压电陶瓷包括锆钛酸铅压电陶瓷PZT。
优选的，在本发明实施例中，所述PZT包括电压转换模块；
所述电压转换模块用于以所述误差数据为参数，根据PZT外施电压与相位变化量的数学关系式生成所述PZT对所述光纤的长度进行微调时所需的电压值。
在本发明实施例的另一面，还提供了一种傅里叶域锁模光纤激光器的抖动消除方法，包括：
使用环形器获取光纤中的部分激光束；
通过布拉格光栅在上述部分激光束中滤波出预设波长的激光束；
使用光电二极管根据所述预设波长的激光束生成参考电信号；
使用鉴相电路根据外时钟的电信号与所述参考电信号的相位比较结果生成误差数据；
通过串接于所述滤波器和光纤之间的压电陶瓷根据所述误差数据对所述光纤的长度进行微调，以使光束的传输时间与所述外时钟同步。
优选的，在本发明实施例中，所述布拉格光栅包括光纤布拉格光栅。
优选的，在本发明实施例中，所述压电陶瓷包括锆钛酸铅压电陶瓷PZT。
优选的，在本发明实施例中，所述通过串接于所述滤波器和光纤之间的压电陶瓷根据所述误差数据对所述光纤的长度进行微调，以使光束的传输时间与所述外时钟同步，包括：
以所述误差数据为参数，根据PZT外施电压与相位变化量的数学关系式生成所述PZT对所述光纤的长度进行微调时所需的电压值。
由上可以看出，在本发明实施例中，通过使用获取光纤中的部分激光束，然后从中滤波出预设波长的激光束；接着再使用光电二极管根据预设波长的激光束生成参考电信号；这样，使用鉴相电路根据外时钟的电信号与参考电信号的相位比较结果，就可以获得相应的误差数据；该误差数据的数值与FDML中光源波长在不同周期内出现的位置偏差量有对应关系；于是通过串接于滤波器和光纤之间的压电陶瓷就可以根据误差数据来对光纤的长度进行微调来进行相应的光纤相位调制，以使激光束的传输时间与外时钟同步，进而可以达到通过消除FDML中光源波长产生的抖动，来减少OCT的伪影现象的目的。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例中所述傅里叶域锁模光纤激光器的结构示意图；
图2为本发明实施例中所述傅里叶域锁模光纤激光器的抖动消除方法的步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
本发明实施例提供的傅里叶域锁模光纤激光器如图1所示，包括：耦合器01还连接有环形器11，用于将部分激光束传输至环形器11；与环形器11连接的布拉格光栅12用于从环形器11输出的激光束中滤波出预设波长的激光束；与布拉格光栅12连接的光电二极管13用于根据预设波长的激光束生成参考电信号；光电二极管13和用于驱动滤波器02的外时钟03均与鉴相电路14连接；鉴相电路14用于根据外时钟03的电信号与参考电信号的相位比较结果生成误差数据；串接于滤波器02和光纤04之间的压电陶瓷05用于根据误差数据对光纤05的长度进行微调，以使激光束的传输时间与外时钟03同步。
傅里叶域锁模(Fourier domain mode locking,FDML)光纤激光器，作为扫频光学相干层析成像技术(optical coherence tomography,OCT)成像的关键设备，其整体为光纤环状结构，作为信号发生器的外时钟03通过向滤波器02加载周期性的电驱动信号，来实现周期性的扫描。在本发明实施例中，通过设有环形器11，会使得激光束通过耦合器01后，将一部分激光束部分激光束分流至环形器11；然后，通过布拉格光栅12就可以从分流出来的激光束中滤波出预设波长的激光束；接着，再使用光电二极管13根据预设波长的激光束生成参考电信号；本发明实施例中的鉴相电路14分别与外时钟03和光电二极管13连接，用于分别接收光电二极管13所生成的参考电信号和外时钟03的电信号，通过对这两种电信号进行相位比较的比较结果，就可以获得相应的误差数据；该误差数据的数值与FDML中光源波长在不同周期内出现的位置偏差量有对应关系；于是通过串接于滤波器02和光纤04之间的压电陶瓷05就可以根据误差数据来对光纤04的长度进行微调来进行相应的相位调制，以使激光束的传输时间与外时钟03同步，进而可以达到通过消除FDML中光源波长产生的抖动，来减少OCT的伪影现象的目的。
在实际应用中，本发明实施例中的布拉格光栅12具体可以是光纤布拉格光栅。所采用的压电陶瓷05具体可以是锆钛酸铅压电陶瓷PZT。
优选的，本发明实施例中的PZT可以包括有电压转换模块(图中未示出)；电压转换模块用于以误差数据为参数，根据PZT外施电压与相位变化量的数学关系式生成所述PZT对光纤的长度进行微调时所需的电压值，从而可以对光纤的长度进行相应的调节。
在本发明实施例的另一面，还提供了一种傅里叶域锁模光纤激光器的抖动消除方法，如图2所示，包括步骤：
S11、使用环形器获取光纤中的部分激光束；
傅里叶域锁模光纤激光器开始工作的时候，外时钟通过驱动通过向滤波器加载周期性的电驱动信号，来实现周期性的扫描。
本发明实施例中，通过设有环形器，会使得激光束通过耦合器后，会将一部分激光束部分激光束分流至环形器；
S12、通过布拉格光栅在上述部分激光束中滤波出预设波长的激光束；
通过布拉格光栅就可以从分流出来的激光束中滤波出预设波长的激光束；
S13、使用光电二极管根据所述预设波长的激光束生成参考电信号；
接着，再使用光电二极管根据预设波长的激光束生成参考电信号；
S14、使用鉴相电路根据外时钟的电信号与所述参考电信号的相位比较结果生成误差数据；
本发明实施例中的鉴相电路分别与外时钟和光电二极管连接，用于分别接收光电二极管所生成的参考电信号和外时钟的电信号，通过对这两种电信号进行相位比较的比较结果，就可以获得相应的误差数据；
S15、通过串接于所述滤波器和光纤之间的压电陶瓷根据所述误差数据对所述光纤的长度进行微调，以使激光束的传输时间与所述外时钟同步。
该误差数据的数值与FDML中光源波长在不同周期内出现的位置偏差量有对应关系；于是通过串接于滤波器和光纤之间的压电陶瓷就可以根据误差数据来对光纤的长度进行微调来进行相应的光纤相位调制，以使激光束的传输时间与外时钟同步，进而可以达到通过消除FDML中光源波长产生的抖动，来减少OCT的伪影现象的目的。
在实际应用中，本发明实施例中的布拉格光栅具体可以是光纤布拉格光栅。所采用的压电陶瓷具体可以是锆钛酸铅压电陶瓷PZT。
优选的，本发明实施例中的PZT可以包括有电压转换模块；电压转换模块用于以误差数据为参数，根据PZT外施电压与相位变化量的数学关系式生成所述PZT对光纤的长度进行微调时所需的电压值，从而可以对光纤的长度进行相应的调节。
本领域普通技术人员可以理解：在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种傅里叶域锁模光纤激光器，其特征在于，包括：
耦合器还连接有环形器，用于将部分激光束传输至所述环形器；与所述环形器连接的布拉格光栅用于从所述环形器输出的激光束中滤波出预设波长的激光束；与所述布拉格光栅连接的光电二极管用于根据所述预设波长的激光束生成参考电信号；
所述光电二极管和用于驱动滤波器的外时钟均与鉴相电路连接；所述鉴相电路用于根据所述外时钟的电信号与所述参考电信号的相位比较结果生成误差数据；
串接于所述滤波器和光纤之间的压电陶瓷用于根据所述误差数据对所述光纤的长度进行微调，以使激光束的传输时间与所述外时钟同步。
2.根据权利要求1所述的傅里叶域锁模光纤激光器，其特征在于，所述布拉格光栅包括光纤布拉格光栅。
3.根据权利要求1所述的傅里叶域锁模光纤激光器，其特征在于，所述压电陶瓷包括锆钛酸铅压电陶瓷PZT。
4.根据权利要求3所述的傅里叶域锁模光纤激光器，其特征在于，所述PZT包括电压转换模块；
所述电压转换模块用于以所述误差数据为参数，根据PZT外施电压与相位变化量的数学关系式生成所述PZT对所述光纤的长度进行微调时所需的电压值。
5.一种傅里叶域锁模光纤激光器的抖动消除方法，其特征在于，包括：
使用环形器获取光纤中的部分激光束；
通过布拉格光栅在上述部分激光束中滤波出预设波长的激光束；
使用光电二极管根据所述预设波长的激光束生成参考电信号；
使用鉴相电路根据外时钟的电信号与所述参考电信号的相位比较结果生成误差数据；所述光电二极管和用于驱动滤波器的外时钟均与鉴相电路连接；
通过串接于所述滤波器和光纤之间的压电陶瓷根据所述误差数据对所述光纤的长度进行微调，以使光束的传输时间与所述外时钟同步。
6.根据权利要求5所述的抖动消除方法，其特征在于，所述布拉格光栅包括光纤布拉格光栅。
7.根据权利要求5所述的抖动消除方法，其特征在于，所述压电陶瓷包括锆钛酸铅压电陶瓷PZT。
8.根据权利要求7所述的抖动消除方法，其特征在于，所述通过串接于所述滤波器和光纤之间的压电陶瓷根据所述误差数据对所述光纤的长度进行微调，以使光束的传输时间与所述外时钟同步，包括：
以所述误差数据为参数，根据PZT外施电压与相位变化量的数学关系式生成所述PZT对所述光纤的长度进行微调时所需的电压值。
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CP01 Change in the name or title of a patent holder
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Patentee after: Tupai (Beijing) Medical Technology Co.,Ltd.

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