CN115096850A - 一种起始波长可调的扫频光源 - Google Patents
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Abstract
一种起始波长可调的扫频光源，半导体光放大器发出的光进入耦合器后被分为两路光，耦合器将被分为两路光的其中一路输出，另一路经过环形器后进入调谐滤波器，调谐滤波器返回的光经过半导体放大器后进入耦合器。进入调谐滤波器的光首先经过准直器准直后进入光栅进行衍射，衍射光通过透镜1后形成平行光，平行光经过大小可调的光阑后进入透镜2，透镜2将光束聚焦后经扫描振镜后，进入反射镜，由反射镜进行反射后进入到扫描振镜，经过扫描振镜反射，光返回透镜2，透镜2发出的平行光由透镜1进行聚焦，光经过光栅后发生衍射，衍射光进入准直镜后返回环形器。通过调节光阑的大小，从而改变扫频光源输出光谱的起始波长。
Description
技术领域
本发明属于扫频光源相干层析成像技术，尤其是涉及一种可以消除扫频光源时间抖动的起始波长可调的扫频光源。
背景技术
光学相干层析成像(optical coherence tomography，OCT)技术是一种新型的无损伤、非侵入、高分辨率的光学生物体成像扫描技术，能够对多种生物体组织及其内部结构进行在体成像。近年来在生物医学成像领域已经取得了较大应用。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。
扫频光源用于波长选择的核心器件是可调谐滤波器，常见的可调谐滤波器包括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，以及基于微机电系统的滤波器。基于多面转镜结构的可调谐滤器通过光栅分割光，并使用反射镜和入射光之间的角度选择波长。基于多面转镜结构的可调谐滤器已被广泛应用多年，在近几年的研究中发现该滤波器表现出良好的波长线性度。然而，扫描光源中的扫描可能导致每个周期之间的差异，形成时间抖动问题，并降低图像质量。
目前商用的扫频光源存在时间抖动问题，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
针对上述传统扫频光源存在的扫频光源时间抖动的不足之处，本发明提供一种起始波长可调的扫频光源，调谐滤波器中采用大小可调的光阑来控制可通过的光谱范围，从而实现起始波长可调，消除扫频光源的时间抖动问题。
本发明的技术方案为：
一种基于锁相环同步外部时钟的时钟产生电路，其特征在于，包括鉴相与电荷泵模块、时钟频率产生模块和分频分相模块；
一种起始波长可调的扫频光源，其特征在于，包括半导体光放大器、调谐滤波器、环形器和耦合器，所述调谐滤波器包括准直镜、光栅、第一透镜、光阑、第二透镜、扫描振镜和反射镜；
所述半导体光放大器发出的光进入耦合器后被分为两路光，所示耦合器将被分为两路光的其中一路输出，另一路经过环形器后进入所述调谐滤波器，所述调谐滤波器返回的光经过所述半导体放大器后进入所述耦合器；
所述调谐滤波器对光的具体处理过程为：环形器输出的光经过准直器准直后进入光栅进行衍射发出第一衍射光，第一衍射光通过第一透镜后形成第一平行光，第一平行光经过大小可调的光阑后进入第二透镜，第二透镜将光束聚焦后经扫描振镜后，进入反射镜，由反射镜进行反射后进入到扫描振镜，经过扫描振镜反射产生反射光，反射光返回第二透镜，第二透镜发出的第二平行光由第一透镜进行聚焦，经过光栅后发生衍射产生第二衍射光，第二衍射光进入准直镜后返回环形器；通过调节光阑的大小改变扫频光源输出光谱的起始波长，实现起始波长可调。
本发明增益效果：本发明提供了一种起始波长可以调节的扫频光源，通过设置调谐滤波器中光阑的大小从而改变了通过光路的光谱范围，使得光栅衍射后的光经透镜后，经光阑遮挡，使得起始波长可调，进而实现占空比可调。由于本发明起始波长可调，光斑大小可调，进而可以消除扫频光源的时间抖动问题。
附图说明
图1是本发明提出的一种起始波长可调的扫频光源在实施例中所使用的光路结构图。
图2是本发明提出的一种起始波长可调的扫频光源在实施例中采集到的1.3um的宽带光源的光谱图。
图3是本发明提出的一种起始波长可调的扫频光源在实施例中采集到的1.3um的宽带光源的波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
图1所示为本发明提出的一种起始波长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、环形器2、50:50光耦合器10和可调谐滤波器，可调谐滤波器由准直镜3、光栅4、1号透镜5、光阑6、2号透镜7、扫描振镜8和反射镜9组成。半导体光放大器1发出的光进入耦合器10后被分为两路光，耦合器10将被分为两路光的其中一路输出，另一路经过环形器2后进入调谐滤波器，调谐滤波器返回的光经过半导体放大器1后进入耦合器10。进入调谐滤波器的光首先经过准直器3准直后进入光栅4进行衍射，衍射光通过1号透镜5后形成平行光，平行光经过大小可调的光阑6后进入2号透镜7，透镜7将光束聚焦后经扫描振镜8后，进入反射镜9，由反射镜9进行反射后进入到扫描振镜8，经过扫描振镜反射，光返回2号透镜7，2号透镜7发出的平行光由1号透镜5进行聚焦，光经过4光栅后发生衍射，衍射光进入准直镜3后返回环形器2。通过调节光阑的大小，从而改变扫频光源输出光谱的起始波长。
本实施例中的半导体放大器1的型号为Thorlabs.US.BOA1036s,该BOA是O波段助推光学放大器，采用十四脚封装的蝶形结构。
最终得到的光源光谱图如图2所示，波形图如图3所示。
从图3可以看出输出波形图的单个波形与光谱图2的波形基本相同，这说明激光是从短波扫描到长波的正向扫描。而且输出波形图的每一个波形形状基本相同，这说明激光的稳定性较好，最后测得激光扫频范围是105nm，光功率为6mW，扫频速度为45kHz，占空比大概为70％。
综上所述，本发明提出的扫频光源能够消除时间抖动，传输时因为在两个透镜间设置了大小可调的光阑，从而使得光谱的初始波长可调。基于光阑的调节，与传统的消除扫频光源时间抖动的方法相比，本发明由于是改变了光路结构得到的光源性能的提高方法，所以不需要复杂的电流驱动和信号控制，提高了系统的稳定性，还降低了系统的复杂性。本发明提出的扫频光源结构，短腔扫频光源和傅里叶域(FDML)扫频光源均可以使用。
Claims (1)
1.一种起始波长可调的扫频光源，其特征在于，包括半导体光放大器、调谐滤波器、环形器和耦合器，所述调谐滤波器包括准直镜、光栅、第一透镜、光阑、第二透镜、扫描振镜和反射镜；
所述半导体光放大器发出的光进入耦合器后被分为两路光，所示耦合器将被分为两路光的其中一路输出，另一路经过环形器后进入所述调谐滤波器，所述调谐滤波器返回的光经过所述半导体放大器后进入所述耦合器；
所述调谐滤波器对光的具体处理过程为：环形器输出的光经过准直器准直后进入光栅进行衍射发出第一衍射光，第一衍射光通过第一透镜后形成第一平行光，第一平行光经过大小可调的光阑后进入第二透镜，第二透镜将光束聚焦后经扫描振镜后，进入反射镜，由反射镜进行反射后进入到扫描振镜，经过扫描振镜反射产生反射光，反射光返回第二透镜，第二透镜发出的第二平行光由第一透镜进行聚焦，经过光栅后发生衍射产生第二衍射光，第二衍射光进入准直镜后返回环形器；通过调节光阑的大小改变扫频光源输出光谱的起始波长，实现起始波长可调。
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2022
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