CN201147308Y - 用于光学相干层析技术的全光纤结构超连续谱光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及全光纤结构光源。为提供一种用于光学相干层析技术的全光纤结构超连续谱光源，其具有超宽带光谱、高功率、体积小、重量轻，高耦合效率，且具有高成像分辨率、便于临床应用的用于光学相干层析技术的全光纤结构超连续谱光源，本实用新型采用的技术方案是，结构包括：依次相连的σ型腔非线性偏振旋转被动锁模掺铒光纤激光器1，输出耦合器2，EDFA掺铒光纤放大器3，产生超连续谱的光纤4，光纤激光器1、输出耦合器2、EDFA掺铒光纤放大器3、产生超连续谱的光纤4依次相连，超短脉冲泵浦的超连续谱光纤4作为光学相干层析技术的全光纤结构超连续谱光源输出端。本实用新型主要应用于制造全光纤结构光源。

Description

用于光学相干层析技术的全光纤结构超连续谱光源

技术领域

本实用新型涉及可以应用于光学相干层析(OCT)技术中的全光纤结构光源，尤其是应用于纵向分辨率在微米量级的光学相干层析系统的全光纤结构光源。

背景技术

在生命科学成为科技发展热点的今天，为了能够安全、及时、有效地发现病变如肿瘤，并对其区分定位，科研工作者一直在寻求无创的生物体检测方法。为避免有高度转移倾向的恶性病变组织转移，一般不作术前活检。因此光学相干层析技术(Optical CoherenceTomography，简称OCT)这一非侵入式光学成像技术在近年来发展起来，它能对活体组织进行实时、高分辨率断层成像，对活体组织内部机构的生理、病理变化过程作精确的分析和诊断。另外，由于采用的是光学成像，避免了辐射等造成的潜在危害，因而对人体组织发育将提供安全的检测手段。光学相干层析技术这种应用于临床医学的新型成像技术结合了激光技术、光学技术、超灵敏探测技术和计算机图像处理技术，能够获得高分辨率的截面图像。对它的开发研究，将为生物医学领域提供一种全新的重要诊断手段。

当今，OCT最具诱惑力的应用在于它对人体癌变和心血管疾病的早期准确诊断，这要求OCT的分辨率能够达到细胞水平，因此这对作为其核心技术的光源性能提出了苛刻要求。由于相干性和实用性的特殊要求，OCT系统需要光源具有较宽的频谱宽度，输出功率高，稳定性好，易于耦合。

现今的OCT系统使用的光源主要有辐射光源和飞秒固体激光器两类。常用的辐射光源以超辐射二极管(SLD)为主。SLD相对价格较低、体积小、工作稳定，但是它的光谱宽度窄且输出功率低，限制了系统的纵向分辨率(一般纵向分辨率～10-20μm)和灵敏度，因此对于细胞或亚细胞级的成像精度，SLD光源远远不能满足要求。另一类OCT光源是飞秒固体激光器，它具有脉宽窄、光谱宽、功率强的特点，能提高OCT的纵向分辨率达到细胞级；同时由于高能量的特点，特别适合做快速成像OCT系统的光源，但目前使用的飞秒激光器主要是利用克尔棱镜锁模的Ti:Al₂O₃固体激光器，尽管它可以输出中心波长～800nm、脉宽～10fs、谱宽～200nm左右的宽谱宽超短脉冲，但是这种固体激光器噪声大，直接耦合到光纤系统时效率极低，操作和维护复杂，成本昂贵且体积庞大，严重限制了OCT技术的临床应用。。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种用于光学相干层析技术的全光纤结构超连续谱光源，具有超宽带光谱、高功率、体积小、重量轻，不存在固体激光器与OCT系统中的光纤干涉仪之间低耦合效率问题，且具有高成像分辨率、便于临床应用。

本实用新型采用的技术方案是，一种用于光学相干层析技术的全光纤结构超连续谱光源，其结构包括：依次相连的σ型腔非线性偏振旋转被动锁模掺铒光纤激光器1，输出耦合器2，EDFA掺铒光纤放大器3，产生超连续谱的光纤4，光纤激光器1、输出耦合器2、EDFA掺铒光纤放大器3、产生超连续谱的光纤4依次相连，超短脉冲泵浦的超连续谱光纤4作为光学相干层析技术的全光纤结构超连续谱光源输出端。

σ型腔非线性偏振旋转被动锁模掺铒光纤激光器1结构为：依次相连的半导体激光器7、WDM波分复用器8、低掺杂Er³⁺光纤9、PC2偏振控制器11、PBS偏振分束器12、ISO光隔离器13、PC1偏振控制器10、WDM波分复用器8，相连各器件由单模光纤14和法兰盘连接，采用被动锁模光纤激光器泵浦光纤产生超宽带光谱。

输出光功率由掺铒光纤放大器(EDFA)来提供，可以达到50mW以上。

被动锁模光纤激光器1由980nm半导体激光器作为泵浦源。

用一个偏振分束器代替传统环形腔中的起偏器兼输出耦合器。

本实用新型有下述技术效果：超短脉冲泵浦的超连续谱光纤4作为光学相干层析技术的全光纤结构超连续谱光源输出端，全光纤结构光源可以输出1100-1800nm的超宽带光谱，平均功率大于50mW。不但宽谱宽和高功率是辐射光源无法匹敌的，其全光纤结构更可以实现体积小、重量轻，不存在固体激光器与OCT系统中的光纤干涉仪之间低耦合效率问题，且具有高成像分辨率、便于临床应用。

利用这种光源制备的OCT系统所需光纤器件均有价格低廉的成熟商品，操作维护简单，可大幅降低高分辨率OCT系统的成本，使其快步迈向临床应用。

附图说明

图1为用于OCT系统中的光纤超连续谱光源的结构示意图；

图2为图1中所示被动锁模光纤激光器的结构示意图；

图3为图1中所示被动锁模光纤激光器经掺铒光纤放大器放大后泵浦色散位移光纤产生的超连续光谱图；

图4为图1中所示被动锁模光纤激光器经掺铒光纤放大器放大后泵浦色散平坦光纤产生的超连续光谱图。

图中，1为被动锁模光纤激光器，2为80:20光耦合器，3为掺铒光纤放大器EDFA，4为非线性光纤(色散位移光纤或色散平坦光纤)，5为示波器，6为OSA光组件，7为980nm半导体激光器，8为1550nm/980nm的波分复用器WDM，9为20m低掺杂Er³⁺光纤，偏10为振控制器PC1，11为振控制器PC2，12为偏振分束器PBS，13为光隔离器ISO，14为单模光纤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本用新型。

本实用新型所述的光源结构如图1，其结构包括：被动锁模光纤激光器1，80:20光耦合器2，掺铒光纤放大器EDFA3，非线性光纤(色散位移光纤或色散平坦光纤)4。其中被动锁模光纤激光器1结构如图2所示，其结构包括：980nm半导体激光器7，1550nm/980nm的波分复用器WDM8，20m低掺杂Er³⁺光纤9，偏振分束器PBS12，PC1偏振控制器10和PC2偏振控制器11，光隔离器ISO13，光腔的其它部分皆由单模光纤14构成，光纤及各器件尾纤之间用法兰盘连接。

从偏振分束器PBS输出的线偏振光经过光隔离器ISO再经过偏振控制器PC1成为椭圆偏振光，此时脉冲各部位的椭圆光长、短轴间的相位差相同，但脉冲中间部位的光强要高于脉冲前后沿的光强。当脉冲经过掺Er³⁺光纤得到增益放大时，在光纤的非线性效应Kerr效应作用下，会产生非线性相移。由于非线性相移与光强有关，因而沿脉冲不同部位产生的非线性相移不同，从而使得脉冲各部位的偏振态发生了变化。通过调整偏振控制器PC2使光脉冲的峰值经过PBS，以使光脉冲强度较低的前后沿越来越弱，而峰值越来越强，最后形成稳定的超短光脉冲并在PBS的另一端输出。这种脉冲形成过程就是利用光纤的非线性偏振旋转效应产生一个具有自幅度调制(SAM)作用的等效快速可饱和吸收体的被动锁模机制。光隔离器用来阻止腔内器件带来的后向散射。

利用被动锁模光纤激光器输出的兆赫兹(MHz)、亚皮秒量级超短脉冲作为泵浦源，用示波器5监控其锁模状态是否稳定，激光器的输出光脉冲经掺铒光纤放大器放大后泵浦一段光纤(色散位移光纤或色散平坦光纤)，在光纤中的自相位调制、二阶色散、三阶色散和受激拉曼散射的综合作用下，超短光脉冲的透射脉冲光谱中产生新的频率成分，使入射光脉冲光谱被不断展宽，从而获得光纤超连续谱输出，通过光谱分析仪6观察超连续光谱，通过两个偏振控制器对光源进行微调，当输出谱宽和平坦度等指标达到要求后从端口a处输出即可。图3和图4就是激光器分别泵浦色散位移光纤和色散平坦光纤后测量到的超连续光谱图。

Claims (5)

1.一种用于光学相干层析技术的全光纤结构超连续谱光源，其结构包括σ型腔非线性偏振旋转被动锁模掺铒光纤激光器(1)，输出耦合器(2)，EDFA掺铒光纤放大器(3)，产生超连续谱的光纤(4)，其特征在于，光纤激光器(1)、输出耦合器(2)、EDFA掺铒光纤放大器(3)、产生超连续谱的光纤(4)依次相连，超短脉冲泵浦的超连续谱光纤(4)作为光学相干层析技术的全光纤结构超连续谱光源输出端。

2.根据权利要求1所述的用于光学相干层析技术的全光纤结构超连续谱光源，其特征在于，σ型腔非线性偏振旋转被动锁模掺铒光纤激光器(1)结构为：依次相连的半导体激光器(7)、WDM波分复用器(8)、低掺杂Er³⁺光纤(9)、PC2偏振控制器(11)、PBS偏振分束器(12)、ISO光隔离器(13)、PC1偏振控制器(10)、WDM波分复用器(8)，相连各器件由单模光纤(14)和法兰盘连接，采用被动锁模光纤激光器泵浦光纤产生超宽带光谱。

3.根据权利要求1所述的用于光学相干层析技术的全光纤结构超连续谱光源，其特征在于，EDFA掺铒光纤放大器提供输出光功率，可以达到50mW以上。

4.根据权利要求1所述的用于光学相干层析技术的全光纤结构超连续谱光源，其特征在于，被动锁模光纤激光器(1)由980nm半导体激光器作为泵浦源。

5.根据权利要求2所述的用于光学相干层析技术的全光纤结构超连续谱光源，其特征在于，用一个偏振分束器代替传统环形腔中的起偏器兼输出耦合器。

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