本发明专利技术公开了一种基于连续稳频激光的双光学频率梳光学成像方法，该光学成像方法将两台光学频率梳种子源通过重复频率控制模块锁定在稳定的外界原子钟上，同时，通过连续稳频激光与两台光学频率梳种子源输出激光的相互作用，将携带有光梳频率不稳定度的电学信号提取出来，并将该信号进行射频信号功率分配与处理，其一部分直接用于反馈控制两台光学频率梳种子源的激光谐振腔特性，以稳定半导体激光器的输出载波包络相位频率，另一部分用于与双光梳成像系统产生的周期性干涉谱信号进行混频，进一步将光梳系统的频率漂移量抵消掉，从而从两个方面入手控制整个双光梳成像系统的测量精度，实现快速、超高分辨的光梳相干成像。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超快激光
，具体涉及一种。
技术介绍
光学显微成像技术的发展由来已久，伴随着人类对微观世界探索程度的加深而不断进步。早在公元前一世纪，人们就发现可以利用水滴观察到物体被放大后的像。传统光学成像系统的空间分辨能力受到衍射极限的限制，一般来说，光学成像系统衍射限制的空间分辨率约为探测光波长的一半，而对于小于这个成像极限值的物体细节，传统光学系统将无能为力。进入80年代，非光学类扫描探针显微术特别是原子力显微镜的出现可以将成像的分辨率推进到纳米量级的精度，但这些显微技术或者穿透深度很小，或者只能给出物体表面的信息，并在不同程度上存在系统结构复杂、成像检测环境要求苛刻等问题。随着激光技术的发展与成熟，将激光这一具有良好相干性、方向性与能量密度的工具运用于光学显微成像，可以为活体生物样品提供重要的光学信息(如偏振态、折射率、光谱等)，并进行无损伤性生物活体探测。其中，近年来新兴的飞秒光学频率梳(简称光梳)可以直接作为光源，运用于非线性光学成像过程。其可用于光学成像的非线性效应很多，如:双光子吸收、二次谐波(SHG )、三次谐波(THG )、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS )、克尔效应等。 另一方面，为了构建时域与频域兼具频率高稳定度的飞秒光学频率梳，需将锁模脉冲激光器的输出脉冲序列的重复频率信号(/；)与载波包络相位频率信号(/_)锁定，即保证频率梳的每根梳齿与梳齿的间隔稳定，且整体在频率域不发生漂移。其中，光梳的重复频率信号是可直接探测的电学信号，将其与原子钟控制的标准信号混频，并反馈控制激光器腔长，即可实现光梳重复频率锁定。但是，脉冲传播过程中由于群速度与相速度之差产生的光梳载波包络相位漂移频率的探测与控制过程较为复杂，通常需要对光梳的输出光进行功率放大与光谱展宽，再采用共线或非共线型的自参考光学系统进行光学倍频与光学合束拍频，将载波包络相位漂移频率提取出来。而上述这一过程中，不仅需要对脉冲的色散特性与偏振态进行良好的控制，而且对非线性晶体的温度、整个光学系统的相位匹配度、光路的调整精度与稳定度都提出了较高要求，这些无疑为光学频率梳技术的应用推广带来不利影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种，该光学成像方法将两台光学频率梳种子源通过重复频率控制模块锁定在稳定的外界原子钟上，同时，通过连续稳频激光与两台光学频率梳种子源输出激光的相互作用，将携带有光梳频率不稳定度的电学信号提取出来，并将该信号进行射频信号功率分配与处理，其一部分直接用于反馈控制两台光学频率梳种子源的激光谐振腔特性，以稳定半导体激光器的输出载波包络相位频率，另一部分用于与双光梳成像系统产生的周期性干涉谱信号进行混频，进一步将光梳系统的频率漂移量抵消掉，从而从两个方面入手控制整个双光梳成像系统的测量精度，实现快速、超高分辨的光梳相干成像。 本专利技术目的实现由以下技术方案完成:一种，涉及两台光学频率梳种子源，其特征在于所述光学成像方法包括如下步骤:将两台所述光学频率梳种子源各自的输出激光分为三路；第一路，两台所述光学频率梳种子源的输出激光分别进入频率控制模块以将所述光学频率梳种子源的重复频率信号锁定在外界原子钟上；第二路，两台所述光学频率梳种子源的输出激光与连续稳频激光发生模块的输出激光在连续激稳频激光与双光梳相互作用模块中进行拍频，产生两个频率相近的拍频信号并滤取出来做差频，得到射频信号f ;通过射频信号功率分配与处理模块将所述射频信号f分为等值的三路信号U2与f3信号，其中所述信号^和f2分别反馈回两台所述光学频率梳种子源中的电光调制器和半导体激光器，以稳定两台所述光学频率梳种子源输出激光的载波包络相位频率，所述信号f3经倍频器放大为信号后进入样品数据采集与处理模块；第三路，将其中第一台所述光学频率梳种子源的输出激光作为探测光入射至待测样品，将其中第二台所述光学频率梳种子源的输出激光作为参考光与所述探测光拍频以得到干涉谱信号A ;所述干涉谱信号A之后进入所述样品数据采集与处理模块中与所述信号Hf3进行混频以抵消频率不稳定度，得到光谱信号，并对所述光谱信号fsignal进行逐点还原，实现所述待测样品的光学成像。 两台所述光学频率梳种子源的输出激光频率分别为fcoM=nfrep+fceo与fcomb2=n (frep+A {!^+{—，其中^^是第一台所述光学频率梳种子源的重复频率，A frep是第二台所述光学频率梳种子源与第一台所述光学频率梳种子源的重复频率的微小差值，fceo与分别表示第一台所述光学频率梳种子源与第二台所述光学频率梳种子源的载波包络相位漂移频率。 所述连续稳频激光发生模块的输出激光是指激光频率线宽在Hz量级的单纵模激光。 所述光学频率梳种子源中的激光谐振腔内设置有电光调制器和半导体激光器；所述信号A转换为直流电压后作用于所述电光调制器，改变所述电光调制器的折射率以调整所述激光谐振腔的啁啾量并补偿其腔长的失配量；所述信号f2反馈至所述半导体激光器，反馈控制所述半导体激光器的电流以稳固所述激光谐振腔的噪声特性。 所述探测光的频率为fcombl=nfrep+fceo，所述参考光的频率为fc-2=n (frep+A所述探测光与所述参考光进行拍频后得到由一系列间隔为Λ frep的射频信号组成的所述干涉谱信号fi。 本专利技术的优点是:1)基于具有微小重复频率差值的双光梳光学成像方法可以同时采集由粒子跃迁所产生的宽频率范围内的光谱信息与高分辨率形貌图像，其装置响应速率快，采集快速高；2)待测样品的所有光谱元素可以在一个光电探测器上进行同时测量，从而确保了光谱的一致性；此外，高精度光学频率梳保证了波数标度的再现性和准确性；3)成像所需的双光学频率梳系统可以在无需精确探测脉冲载波包络相位信号的情况下，通过连续稳频激光将光梳系统的频率漂移量以电学信号的方式传递出来，并进行控制，从而较大程度上降低了光学系统的复杂性与维护难度，增强了整个光梳成像装置的紧凑性与适用性；4)光梳与连续稳频激光产生的携带光梳特性的电学信号展现了多重利用价值:其一方面反馈控制光梳种子源激光腔的泵浦电流与腔内电光调制器，稳固光梳光源的输出激光特性，另一方面与光梳成像过程中得到的干涉谱信号做混频，进一步抵消由光梳系统的频率漂移带来的测量误差；整个成像装置从多角度入手保证了成像图谱的高精度输出；5)光学频率梳输出激光的脉冲宽度一般在飞秒(I(T15s)量级，甚至可以通过控制激光的高阶色散获得更窄的脉冲输出，这相当于提高了光学探针的精度，有利于实现超分辨光谱探测和显微成像技术；6)光学频率梳可以通过光子晶体光纤等元件实现频域拓展，使其输出频带具有覆盖紫夕卜、可见与红外等较宽的范围；双光梳成像系统能够充分利用这一特点，在同一时刻使物质分子中多个分子振动模式得到共振增强，产生相应的光谱信号，因此在对生物系统和其他含有多种成份的复杂系统进行非侵入光谱识别和显微成像的过程中具有显著优势；7)光学频率梳的重复频率一般在几百兆赫兹(16Hz)至几个吉赫兹(19Hz )量级，且其输出脉冲通常可以通过功率放大器达到百瓦量级的强度；具有高峰值功率和较低的单脉冲能量的超短激光脉冲能够最大限度地本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于连续稳频激光的双光学频率梳光学成像方法，涉及两台光学频率梳种子源，其特征在于所述光学成像方法包括如下步骤：将两台所述光学频率梳种子源各自的输出激光分为三路；第一路，两台所述光学频率梳种子源的输出激光分别进入频率控制模块以将所述光学频率梳种子源的重复频率信号锁定在外界原子钟上；第二路，两台所述光学频率梳种子源的输出激光与连续稳频激光发生模块的输出激光在连续激稳频激光与双光梳相互作用模块中进行拍频，产生两个频率相近的拍频信号并滤取出来做差频，得到射频信号f‑；通过射频信号功率分配与处理模块将所述射频信号f‑分为等值的三路信号f1、f2与 f3信号，其中所述信号f1和f2分别反馈回两台所述光学频率梳种子源中的电光调制器和半导体激光器，以稳定两台所述光学频率梳种子源输出激光的载波包络相位频率，所述信号f3经倍频器放大为信号nf3后进入样品数据采集与处理模块；第三路，将其中第一台所述光学频率梳种子源的输出激光作为探测光入射至待测样品，将其中第二台所述光学频率梳种子源的输出激光作为参考光与所述探测光拍频以得到干涉谱信号fi；所述干涉谱信号fi之后进入所述样品数据采集与处理模块中与所述信号nf3进行混频以抵消频率不稳定度，得到光谱信号fsignal，并对所述光谱信号fsignal进行逐点还原，实现所述待测样品的光学成像。...
【技术特征摘要】
1.一种基于连续稳频激光的双光学频率梳光学成像方法，涉及两台光学频率梳种子源，其特征在于所述光学成像方法包括如下步骤:将两台所述光学频率梳种子源各自的输出激光分为三路； 第一路，两台所述光学频率梳种子源的输出激光分别进入频率控制模块以将所述光学频率梳种子源的重复频率信号锁定在外界原子钟上； 第二路，两台所述光学频率梳种子源的输出激光与连续稳频激光发生模块的输出激光在连续激稳频激光与双光梳相互作用模块中进行拍频，产生两个频率相近的拍频信号并滤取出来做差频，得到射频信号f ;通过射频信号功率分配与处理模块将所述射频信号f分为等值的三路信号之、忍与信号，其中所述信号之和忍分别反馈回两台所述光学频率梳种子源中的电光调制器和半导体激光器，以稳定两台所述光学频率梳种子源输出激光的载波包络相位频率，所述信号f3经倍频器放大为信号后进入样品数据采集与处理模块； 第三路，将其中第一台所述光学频率梳种子源的输出激光作为探测光入射至待测样品，将其中第二台所述光学频率梳种子源的输出激光作为参考光与所述探测光拍频以得到干涉谱信号fi ;所述干涉谱信号fi之后进入所述样品数据采集与处理模块中与所述信号Hf3进行混频以抵消频率不稳定度，得到光谱信号，并对所述光谱信号fsignal进行逐点还原，实现所述待测样品的光学成像。2.根据权利要求1所述的一种基于连续...
【专利技术属性】
技术研发人员：白东碧，李文雪，曾和平，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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