一种基于锗可饱和吸收体用于多模态医学成像的高功率激光种子源制造技术

本发明专利技术公开了一种基于锗可饱和吸收体用于多模态医学成像的高功率激光种子源，其特征在于，包括第一泵浦光源、第二泵浦光源和激光谐振腔，所述激光谐振腔由第一波分复用器、第二波分复用器、掺铒光纤、偏振控制器、偏振无关隔离器、锗可饱和吸收体、单模光纤、光耦合器依次连接而成，所述第一泵浦光源和第一波分复用器相连，第二泵浦光源和第二波分复用器相连。本发明专利技术所制备的锗可饱和吸收体对脉冲具有较好的自启动作用，制备方法简单，制备成本不高。并且得到的可饱和吸收体稳定性较好，可以长时间用于被动锁模。间用于被动锁模。

【技术实现步骤摘要】
一种基于锗可饱和吸收体用于多模态医学成像的高功率激光种子源


[0001]本专利技术涉及成像
，具体涉及一种基于锗可饱和吸收体用于多模态医学成像的高功率激光种子源。

技术介绍

[0002]随着科学技术的进步，光学相干断层扫描成像、太赫兹成像等各种模态的新型成像技术得到了发展，为辅助医师临床诊疗起到了极为重要的作用。针对基于光学的医学成像系统，其关键核心部件是激光光源，光源的性能参数直接决定医学成像系统的成像质量。例如，成像系统的灵敏度取决于输出光功率的大小。目前，对于眼科和血管的光学相干断层成像与用于物质分析和探伤检测的太赫兹成像来说，尚需低成本、高功率的激光种子源对其光源进行改善，从而提高成像系统的灵敏度。近些年来，基于可饱和吸收体的高功率锁模掺Er光纤激光器因其较高输出功率和较低成本得到了广泛的关注与发展。但是，到目前为止，其最大平均输出功率未能突破100mW级。因此，应用于医学成像中的高功率激光种子源技术还有较大的提升空间。
[0003]文献《Investigations of mode
‑
locked Er
‑
doped oscillators with record high
‑
pulse energies》中采用了2个泵浦光源，虽然达到了较大的输出功率，但是没有连接可饱和吸收体，不能达到自启动，并且不稳定。因此，目前急需一种具有高输出功率、具有自启动功能、高稳定性的激光种子源。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供一种基于锗可饱和吸收体用于多模态医学成像的高功率激光种子源。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种基于锗可饱和吸收体用于多模态医学成像的高功率激光种子源，包括第一泵浦光源、第二泵浦光源和激光谐振腔，所述激光谐振腔由第一波分复用器、第二波分复用器、掺铒光纤、偏振控制器、偏振无关隔离器、锗可饱和吸收体、单模光纤、光耦合器依次连接而成，所述第一泵浦光源和第一波分复用器相连，第二泵浦光源第二波分复用器相连。
[0007]作为优选，所述锗可饱和吸收体由以下方法制备得到：
[0008]S1：将1
‑
2g锗粉末加入10
‑
20mL酒精中制备锗溶液，将锗溶液超声处理5
‑
7小时，得到锗分散溶液；
[0009]S2：将聚乙烯醇溶液加入到锗分散溶液中，聚乙烯醇溶液与锗分散溶液的体积比为1:1，超声处理2
‑
4小时，获得锗
‑
聚乙烯醇分散溶液；
[0010]S3：将锗
‑
聚乙烯醇分散溶液涂入培养皿中，在室温下干燥并蒸发10
‑
15小时，得到半透明的锗
‑
聚乙烯醇薄膜；
[0011]S4：将锗
‑
聚乙烯醇薄膜切为小片，并将其放在一个光纤跳头的端面上，中间连接一个光纤套管，与另一光纤跳头端面组成一个三明治结构，制成锗可饱和吸收体。
[0012]作为优选，所述第一泵浦光源的输出端和第一波分复用器的第一输入端相连，第二泵浦光源的输出端和第二波分复用器的第一输入端相连，第一波分复用器和第二波分复用器的输出端分别与掺饵光纤的两端相连，第一波分复用器的第二输入端与偏振控制器的一端相连，偏振控制器的另一端与偏振无关隔离器的一端相连，偏振无关隔离器的另一端与锗可饱和吸收体的一端相连，锗可饱和吸收体的另一端与单模光纤的一端相连，单模光纤的另一端与光耦合器的输入端相连，光耦合器的20％输出端与第二波分复用器的第二输入端相连。
[0013]作为优选，所述第一泵浦光源和第二泵浦光源均为半导体光纤激光器，其中心波长为980nm。
[0014]作为优选，所述第一波分复用器和第二波分复用器的工作波长是980/1550nm，其尾纤均为普通单模光纤。
[0015]作为优选，所述谐振腔的增益介质为一段61cm长的掺饵光纤，型号为Er
‑
80。
[0016]作为优选，所述偏振控制器采用三片线圈旋转式偏振控制器。
[0017]作为优选，所述光耦合器采用20:80耦合比，其中80％信号光输出用于数据的测量。
[0018]作为优选，所述激光谐振腔的器件之间均通过单模光纤熔接。
[0019]激光产生的过程：第一泵浦光源和第二泵浦光源提供泵浦光，通过第一波分复用器和第二波分复用器将泵浦光耦合进环形腔中，经过掺铒光纤增益后，依次经过偏振控制器、偏振无关隔离器、锗可饱和吸收体、单模光纤、光耦合器，光耦合器的耦合比为20:80，其中80％输出用作数据的测量，剩余的20％继续在激光谐振腔内运转，偏振无关隔离器保证了腔内光的单向传输，通过调节第一泵浦光源和第二泵浦光源的数值以及偏振控制器最终得到稳定的高功率锁模脉冲输出。调整好锁模状态后，关闭激光器。下次打开激光器后即可实现锁模状态，不用再调试激光器的偏振状态。
[0020]在激光器中产生脉冲的方法主要有两种:主动调制和被动调制。主动调制需要通过外部调制器(声光/电光调制器)来实现，但是这增加了成本，并且降低了系统的便携性。被动调制只需要在腔内加入一个振幅自调制器件，不需要任何外部器件，可自动调节。目前报道的被动调制锁模光纤激光器主要是基于非线性偏振演化和可饱和吸收体来实现的。然而，基于非线性偏振演化技术的调制和锁模激光器对腔内偏振变化敏感，难以应用于成熟的激光产品。利用可饱和吸收体进行被动调制和锁模操作是获得脉冲激光的一种方便和低成本的方法。
[0021]可饱和吸收体具有与光强相关的吸收特性。在强光作用下可瞬间饱和而变得透明，即“漂白”，当入射光减弱到低于饱和光强时，又可在瞬间恢复成具有较大的光吸收系数而具有很低的透过率。在激光器泵浦的初始阶段，由自发辐射形成的初始噪声脉冲在经过多次往返后由弱变强，直到某个光强最大的优势尖峰足以使可饱和吸收体饱和，脉冲最高点透过率最大而脉冲前后沿透过率最低，每经过一次可饱和吸收体，脉冲都将被压缩一次。经过在谐振腔内的多次循环，初始脉冲不断被压缩变窄，最终形成稳定的锁模脉冲。
[0022]在激光器中，由于光在激光腔内往返传输的周期性，使得腔内一些纵模之间产生
相位相关性而形成拍，因而腔内激光存在尖锐的强度起伏。激光腔内的可饱和吸收体对腔内起伏有强度选择作用。超过一定强度的起伏通过可饱和吸收体并在增益介质中被放大，这种光脉冲在腔内往返传输过程中，脉冲前后沿被损耗，脉冲中部被放大，脉宽不断被压缩，脉冲被压缩的过程即为腔内各纵模相位相关性的建立过程，也即锁模过程。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]本专利技术所制备的锗可饱和吸收体对脉冲具有较好的自启动作用，调整好锁模状态后，关闭激光器，下次打开激光器后即可实现锁模状态，不用再调试激光器的偏振状态，制备方法简单，制备成本不高。并且得到的可饱和吸收体稳定性较好，可以长时间用于被动锁模。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于锗可饱和吸收体用于多模态医学成像的高功率激光种子源，其特征在于，包括第一泵浦光源、第二泵浦光源和激光谐振腔，所述激光谐振腔由第一波分复用器、第二波分复用器、掺铒光纤、偏振控制器、偏振无关隔离器、锗可饱和吸收体、单模光纤、光耦合器依次连接而成，所述第一泵浦光源和第一波分复用器相连，第二泵浦光源与第二波分复用器相连。2.根据权利要求1所述的高功率激光种子源，其特征在于，所述锗可饱和吸收体由以下方法制备得到：S1：将1
‑
2g锗粉末加入10
‑
20mL酒精中制备锗溶液，将锗溶液超声处理5
‑
7小时，得到锗分散溶液；S2：将聚乙烯醇溶液加入到锗分散溶液中，聚乙烯醇溶液与锗分散溶液的体积比为1:1，超声处理2
‑
4小时，获得锗
‑
聚乙烯醇分散溶液；S3：将锗
‑
聚乙烯醇分散溶液涂入培养皿中，在室温下干燥并蒸发10
‑
15小时，得到半透明的锗
‑
聚乙烯醇薄膜；S4：将锗
‑
聚乙烯醇薄膜切为小片，并将其放在一个光纤跳头的端面上，中间连接一个光纤套管，与另一光纤跳头端面组成一个三明治结构，制成锗可饱和吸收体。3.根据权利要求1所述的高功率激光种子源，其特征在于，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵睿，丛梦杨，张忠泉，邱建峰，
申请(专利权)人：山东第一医科大学山东省医学科学院，
类型：发明
国别省市：