CN115753607A - 具信号整形的扫频激光光源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具信号整形的扫频激光光源系统，其包括光纤法布里‑珀罗可调滤波器、光束波长控制器、第一隔离器、激光光束放大器、信号整形器、分束器与第二隔离器。光纤法布里‑珀罗可调滤波器接收一电压信号来将所接收的一宽频谱光束进行过滤且输出一特定波长光束。光束波长控制器根据一预设定参数输出该电压信号至光纤法布里‑珀罗可调滤波器。激光光束放大器用以初始发射出该宽频谱光束，且持续放大特定波长光束直到成为主要光束。信号整形器用以根据波形整形参数来对宽频谱光束与特定波长光束进行半周期滤波，其中波形整形参数具有不同的增益值。
Description
技术领域
本发明涉及一种扫频激光器，尤其是指一种能调整优化待观测物的三维信息真实度的具信号整形的扫频激光光源系统。
背景技术
光学相干断层扫描(Optical coherence tomography，OCT)又称光学相干层析术、光学同调断层扫描，是一种获取与处理光学信号的成像技术，其利用低相干光(如近红外光)扫描，自光学散射介质(如生物组织)内部拍摄微米级分辨率的二维和三维图像；用于医学成像和工业无损检测。光学相干断层扫描技术利用光的干涉原理，通常选取波长较长的近红外光拍照，可穿过一定深度的扫描介质。另一种类似的技术，共焦显微技术，穿过样品的深度不如光学相干断层扫描。光学相干断层扫描使用的光源包括超辐射发光二极管与超短脉冲激光。根据光源性质的不同，这种扫描方式甚至可以达到亚微米级的分辨率，这时需要光源的频谱非常宽，波长的变化范围在100纳米左右。
OCT为一种光学干涉成像技术，与目前许多工程上常用的迈克尔逊干涉仪(Michelson Interferometer)相当类似，组成同样都是一个光源、一个参考光路、一个测量光路及一个屏幕。OCT与迈克尔逊干涉仪最大的差别在于光源选用：迈克尔逊干涉仪通常采用激光光源，可以同调距离很长，通常可以到数米。然而通常OCT采用特殊低同调光源照射样本，如发光二极管(LED)或超流明二极管(Superluminescent Diode；SLD)，也正因为利用同调特性的差异，使得OCT具有断层透视的能力。目前OCT所采用的扫频激光光源在侦测器后所产生的光学干涉影像信号仍有不足的地方，例如侧峰，而影响到待检物真实度的还原与观察。
因此，如何解决上述现有技术的问题与缺失，即为相关业者所亟欲研发的课题所在。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具信号整形的扫频激光光源系统。
本发明提供一种具信号整形的扫频激光光源系统，其用以连接至一干涉仪模块且该干涉仪模块连接至一平衡侦测器，其中该平衡侦测器输出一光学干涉波形信号。具信号整形的扫频激光光源系统包括光纤法布里-珀罗可调滤波器、光束波长控制器、第一隔离器、激光光束放大器、信号整形器、分束器与第二隔离器。光纤法布里-珀罗可调滤波器，其用以接收一电压信号来将所接收的一宽频谱光束进行过滤且输出一特定波长光束，其中该电压信号决定该特定波长光束的波长范围。光束波长控制器，其连接至该光纤法布里-珀罗可调滤波器，该光束波长控制器用以根据一预设定参数输出该电压信号至光纤法布里-珀罗可调滤波器，其中该预设定参数决定该电压信号的电压值。第一隔离器，其连接至该光纤法布里-珀罗可调滤波器的输出端以接收该特定波长光束，该第一隔离器用以单方向输出该特定波长光束。激光光束放大器，其连接至该第一隔离器的输出端，该激光光束放大器用以初始发射出该宽频谱光束，且持续放大该特定波长光束直到该特定波长光束成为主要光束，其中该宽频谱光束无法反向通过该第一隔离器。信号整形器，其连接至该激光光束放大器，该信号整形器用以根据一波形整形参数来对该宽频谱光束与该特定波长光束进行半周期滤波，其中该波形整形参数具有不同的增益值。分束器，其输入端连接至该激光光束放大器，且第一输出端连接至一干涉仪模块。第二隔离器，其连接至该分束器的第二输出端与该光纤法布里-珀罗可调滤波器的输入端，该第二隔离器用以单方向输出该特定波长光束与该宽频谱光束。
在本发明的一实施例中，信号整形器根据不同的增益值来对该宽频谱光束与特定波长光束进行信号整形。
在本发明的一实施例中，平衡侦测器连接至一运算处理器，该运算处理器用以将该光学干涉波形信号进行傅立叶变换以获得一三维信息波形信号。
在本发明的一实施例中，在该信号整形器对该宽频谱光束进行半周期滤波且根据不同的增益值对该宽频谱光束进行信号整形后，该光学干涉波形信号也会被半周期滤波且信号整形，以让该三维信息波形信号的波峰两侧转换为平坦且对称。
在本发明的一实施例中，分束器为一比一的光量比例来对该特定波长光束进行分光。
综上所述，本发明所提供的具信号整形的扫频激光光源系统能够达到以下功效：
1.通过对宽频谱光束特定波长光束进行半周期滤波与信号波形调整来获得较佳的光学干涉波形信号波形与三维信息波形信号；以及
2.简单通过增益值的调整来调整待观测物的三维信息真实度。
以下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1为本发明的具信号整形的扫频激光光源系统的区块示意图。
图2为本发明的具信号整形的扫频激光光源系统应用于干涉仪系统的区块示意图。
图3A为本发明的信号整形器的低通理想波形的示意图。
图3B为本发明的信号整形器的低通理想波形的另一示意图。
图3C为本发明的信号整形器的低通实际波形的示意图。
图4A为现有技术下未经本发明信号整形的光学干涉波形信号的示意图。
图4B为现有技术下未经本发明信号整形的三维信息波形信号的示意图。
图5A为本发明的具信号整形的扫频激光光源系统处理过的光学干涉波形信号的示意图。
图5B为本发明的具信号整形的扫频激光光源系统处理过的三维信息波形信号的示意图。
附图标记说明：100-具信号整形的扫频激光光源系统；110-光纤法布里-珀罗可调滤波器；120-光束波长控制器；130-第一隔离器；140-激光光束放大器；150-信号整形器；160-分束器；170-第二隔离器；200-干涉仪模块；300-平衡侦测器；400-运算处理器；LS-光学干涉波形信号；T-三维信息波形信号；VS-电压信号；WS-宽频谱光束；AS-特定波长光束。
具体实施方式
为能解决现有三维断层扫描下待检物真实度不足的问题，发明人经过多年的研究及开发，据以改善现有产品的诟病，后续将详细介绍本发明如何以一种具信号整形的扫频激光光源系统来达到最有效率的功能要求。
请参阅图1至图2，图1为本发明的具信号整形的扫频激光光源系统的区块示意图。图2为本发明的具信号整形的扫频激光光源系统应用于干涉仪系统的区块示意图。如图所示，具信号整形的扫频激光光源系统100连接至干涉仪模块200且该干涉仪模块200连接至一平衡侦测器300，其中平衡侦测器300输出一光学干涉波形信号LS，平衡侦测器300连接至一运算处理器400，以让运算处理器400对光学干涉波形信号LS进一步处理运算。在频域光学相干断层扫描中，宽带干涉的信号通过频域分离的探测器来获取，分离的方式可以通过使用可变频率光源在不同时刻的频率的时间编码或者使用如光栅和线性探测器阵列的色散探测器。根据傅立叶变换中的维纳-辛钦定理，信号的自相关函数与其功率谱密度互为傅立叶变换对，因此深度扫描可以通过对获得的频谱进行傅立叶变换立即得到。此外，具信号整形的扫频激光光源系统100的内部会形成一个回圈，且会透过一个分光器来将回圈内的光束分光至干涉仪模块200以进行光学干涉效应。
接下来，将进一步说明具信号整形的扫频激光光源系统100的相关细节。
请同时参照图1至图5B，图3A为本发明的信号整形器的低通理想波形的示意图。图3B为本发明的信号整形器的低通理想波形的另一示意图。图3C为本发明的信号整形器的低通实际波形的示意图。图4A为现有技术下未经本发明信号整形的光学干涉波形信号的示意图。图4B为现有技术下未经本发明信号整形的三维信息波形信号的示意图。图5A为本发明的具信号整形的扫频激光光源系统处理过的光学干涉波形信号的示意图。图5B为本发明的具信号整形的扫频激光光源系统处理过的三维信息波形信号的示意图。具信号整形的扫频激光光源系统100包括光纤法布里-珀罗可调滤波器110、光束波长控制器120、第一隔离器130、激光光束放大器140、信号整形器150、分束器160与第二隔离器170。光纤法布里-珀罗可调滤波器110用以接收一电压信号VS来将所接收的一宽频谱光束WS进行过滤且输出一特定波长光束AS，其中该电压信号VS决定特定波长光束AS的波长范围，并且特定波长光束AS是指位于某个波长范围的光束。光束波长控制器120连接至光纤法布里-珀罗可调滤波器110，光束波长控制器120用以根据一预设定参数输出电压信号VS至光纤法布里-珀罗可调滤波器110，其中预设定参数决定该电压信号VS的电压值。第一隔离器130连接至光纤法布里-珀罗可调滤波器110的输出端以接收特定波长光束AS，第一隔离器130用以单方向输出特定波长光束AS。激光光束放大器140连接至第一隔离器130的输出端以接收特定波长光束AS，激光光束放大器140用以初始发射出宽频谱光束WS，且持续放大光纤法布里-珀罗可调滤波器110所滤通的特定波长光束AS，直到特定波长光束AS成为回圈里的主要光束，其中宽频谱光束WS无法反向通过第一隔离器130。信号整形器150连接至激光光束放大器140。分束器160的输入端连接至激光光束放大器140，且分束器160的第一输出端与第二输出端分别连接至一干涉仪模块200与第二隔离器170，其中分束器160为一比一的光量比例来对回圈内作为主要光束的特定波长光束AS进行分光。第二隔离器170连接至分束器160的第二输出端与光纤法布里-珀罗可调滤波器110的输入端，第二隔离器170用以单方向输出特定波长光束AS与该宽频谱光束WS，其中第二隔离器170的功能与第一隔离器130的功能一样，让光束只能单方向通过。
须注意的是，本发明的信号整形器150用以根据一波形整形参数来对宽频谱光束WS与特定波长光束AS进行半周期滤波，其中波形整形参数具有不同的增益值，其中波形整形参数的增益值可由设计者根据实际情况来进行设定，以符合各种实际需求。信号整形器150根据不同的增益值来对宽频谱光束WS与特定波长光束AS进行信号整形，以让信号波形更接近或等价于待观测物三维信息的真实度。在信号整形器150对宽频谱光束WS进行半周期滤波且根据不同的增益值对宽频谱光束WS进行信号整形后，后端的光学干涉波形信号LS也会被半周期滤波且信号整形，以让三维信息波形信号TS的波峰两侧转换为平坦且对称。
进一步来说，如图3A与图3B所示，其为一个理想的信号整形器150的滤波波形且增益值都是一样的，会将对宽频谱光束WS与特定波长光束AS进行半周期滤波，但还无法对信号波形重塑，此时可以选择前半周期或后半周期。为了改善侧峰效应，则会使用图3C所示的信号整形器150的滤波波形，可以根据不同的增益值来对宽频谱光束WS与特定波长光束AS进行信号整形，让半周期的光学干涉波形信号LS更加完善，以便将光学干涉波形信号LS送进运算处理器400进行傅立叶变换后能够改善侧峰效应，以让信号波形更接近或等价于真实度。因此，根据上述说明，图4A的现有技术下的光学干涉波形信号经过本发明的具信号整形的扫频激光光源系统100处理后会变成图5A的光学干涉波形信号LS；图4B的现有技术下的三维信息波形信号经过本发明的具信号整形的扫频激光光源系统100处理后会变成图5B的三维信息波形信号TS。
对照图4A与图5A可知，图5A的光学干涉波形信号LS的每一周期内只有前半部有波形信号，而后半部则没有，并且在侧峰处的弧度也被优化变形处理过。接下来，对照图4B与图5B可知，三维信息波形信号TS的侧峰处与现有技术下的三维信息波形信号是不一样的，图4B的现有技术下的三维信息波形信号的侧峰略为偏高，这会影响待观测物三维信息的真实度，然而图5B的三维信息波形信号TS的侧峰处已被消除为零，所以更能完整呈现待观测物三维信息的真实度。
综上所述，本发明所提供的具信号整形的扫频激光光源系统能够达到以下功效：
1.通过对宽频谱光束特定波长光束进行半周期滤波与信号波形调整来获得较佳的光学干涉波形信号波形与三维信息波形信号；以及
2.简单通过增益值的调整来优化待观测物的三维信息真实度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。故即凡依本发明权利要求书所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种具信号整形的扫频激光光源系统，其用以连接至一干涉仪模块且该干涉仪模块连接至一平衡侦测器，其中该平衡侦测器输出一光学干涉波形信号，其特征在于，该具信号整形的扫频激光光源系统包括：
一光纤法布里-珀罗可调滤波器，其用以接收一电压信号来将所接收的一宽频谱光束进行过滤且输出一特定波长光束，其中该电压信号决定该特定波长光束的波长范围；
一光束波长控制器，其连接至该光纤法布里-珀罗可调滤波器，该光束波长控制器用以根据一预设定参数输出该电压信号至该光纤法布里-珀罗可调滤波器，其中该预设定参数决定该电压信号的电压值；
一第一隔离器，其连接至该光纤法布里-珀罗可调滤波器的输出端以接收该特定波长光束，该第一隔离器用以单方向输出该特定波长光束；
一激光光束放大器，其连接至该第一隔离器的输出端，该激光光束放大器用以初始发射出该宽频谱光束，且持续放大该特定波长光束直到该特定波长光束成为主要光束，其中该宽频谱光束无法反向通过该第一隔离器；
一信号整形器，其连接至该激光光束放大器，该信号整形器用以根据一波形整形参数来对该宽频谱光束与该特定波长光束进行半周期滤波，其中该波形整形参数具有不同的增益值；
一分束器，其输入端连接至该激光光束放大器，且第一输出端连接至一干涉仪模块；以及
一第二隔离器，其连接至该分束器的第二输出端与该光纤法布里-珀罗可调滤波器的输入端，该第二隔离器用以单方向输出该特定波长光束与该宽频谱光束。
2.如权利要求1所述的具信号整形的扫频激光光源系统，其特征在于，信号整形器根据不同的增益值来对该宽频谱光束与特定波长光束进行信号整形。
3.如权利要求1所述的具信号整形的扫频激光光源系统，其特征在于，该平衡侦测器连接至一运算处理器，该运算处理器用以将该光学干涉波形信号进行傅立叶变换以获得一三维信息波形信号。
4.如权利要求3所述的具信号整形的扫频激光光源系统，其特征在于，在该信号整形器对该宽频谱光束进行半周期滤波且根据不同的增益值对该宽频谱光束进行信号整形后，该光学干涉波形信号也能够被半周期滤波且信号整形，以让该三维信息波形信号的波峰两侧转换为平坦且对称。
5.如权利要求1所述的具信号整形的扫频激光光源系统，其特征在于，该分束器为一比一的光量比例来对该特定波长光束进行分光。
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