基于超精细调谐滤波器的扫频激光光源制造技术

本发明专利技术公开了一种基于超精细调谐滤波器的扫频激光光源，由半导体光放大器、两个偏振控制器、色散控制延迟线、循环器、超精细调谐滤波器和光纤耦合器组成环形激光振荡腔。超精细调谐滤波器主要由基于利特曼－利特罗结构的扩束光栅－自准直光栅的双光栅组合色散系统和旋转多面镜组成。基于利特曼－利特罗结构的双光栅布局利用扩束光栅的色散与扩束能力，提高自准直光栅入射光的口径，同时形成不同色光对自准直光栅自准直条件的不同偏离，提高双光栅组合色散系统的角色散能力；容易实现光栅参数、入射角度和衍射效率的合理匹配。基于双光栅和旋转多面镜的调谐滤波器，可以同时确保调谐的超精细和整个调谐范围的高透过率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及扫频光学相干层析成像技术，尤其是涉及一种基于超精细调谐滤波器的扫频激光光源。
技术介绍
光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,简称OCT)能非侵入地、无损伤地对活体组织的内部结构以及生理功能进行高分辨率的三维成像，在生物医学光学成像中得到广泛应用。光学频率域成像(扫频0CT)是新一代OCT技术，至今为止才发展十几年的时间，它是利用宽带快速调谐的扫频激光光源和点探测器探测干涉信号。扫频OCT具有可层析、高分辨、多信息的特征，有望成为临床医学上的"光学显微活检技术"实施高危人群的筛查和辅助早期诊断、过程监视和手术介导等临床功能。 分辨率高是OCT相比于超声等其他成像技术的一大优点，但其穿透深度比较低大大限制了 0CT成像方法的应用。扫频0CT的成像深度是由扫频激光光源的瞬时线宽决定的。所以，获得长相干长度的扫频激光光源，得到样品的深的穿透深度是各国学者奋斗的目标。扫频激光光源主要有两种选频方法， 一是光纤法布里珀罗调谐滤波器(fiber Fabry-Perottunable f ilter， FFP-TF) ;二是光栅与旋转多面镜的调谐滤波器。美国MIT的Fujimoto小组和加州大学的Chen小组等采用的压电陶瓷激励的FFP-TF高速调谐是正弦、双向的非线性扫描。哈佛大学的Bouma小组，发展了基于光栅与旋转多面镜的调谐滤波器的扫频激光光源，光先到光栅后经望远系统改变光斑和会聚角的大小来匹配多面镜的面宽度和扫描角度的范围，实现单向、波长线性扫描。加州理工学院的Nezam提出了光栅利特罗结构和旋转多面镜的调谐滤波器，光先到旋转多面镜再直接反射到自准直光栅选频，这个方法没有了望远镜系统，结构更加简单紧凑。基于光栅利特罗结构的调谐滤波器有两种不同的形式第一种是准直光经多面镜反射到自准直光栅选频后按原路返回；第二种是准直光经多面镜反射到自准直光栅后衍射到多面镜的另外一个面上再反射到自准直光栅后选频后按原路返回。第二种形式光线先后照射到光栅三次，提高了瞬时线宽，但对入射角度高度敏感性，很难匹配高的衍射效率。加拿大的Le皿g等人提出了光栅的利特曼结构和旋转多面镜的调谐滤波器，他们加了一块平面反射镜。扩束光栅_反射镜组合系统相对于利特罗光栅结构而言，解决了对入射角度的高度严格限制，但瞬时线宽还是不够窄，并且无法完全避免光束遮挡现象。日本的Changho Chong等人用棱镜组合来进行光扩束再照射到自准直光栅，提高了光栅的上有效照射尺度，但棱镜组合调整麻烦，系统复杂。为了提高成像速度，Fujimoto研究小组，发展了基于傅里叶域锁模技术的长腔扫频激光光源替代了短腔扫频激光光源，利用几千米的长光纤作为色散控制延迟线。激光通过环形振荡长腔的所需时间刚好与调谐滤波器的调谐周期匹配，各色光同时在谐振腔内振荡。这种技术扫频速度最后制约因素是调谐滤波器的扫频速度，而短腔扫频激光光源的扫频速度则不仅受限于滤波器的调谐速度还受限于腔内激光建立时间。 纵上所述，如何获得超精细调谐滤波器，得到更窄的瞬时线宽的扫频激光光源，以便在深度要求高的样品成像中应用是一大技术难点。
技术实现思路
为了克服
技术介绍
的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于超精细调谐滤波器的扫频激光光源。在基于傅里叶域锁模技术的激光振荡腔采用利特曼_利特罗结构的扩束光栅_自准直光栅的双光栅组合色散系统和旋转多面镜构成的超精细的调谐滤波器。 本专利技术采用的技术方案如下 由半导体光放大器、第一偏振控制器、色散控制延迟线、循环器、调谐滤波器、光纤耦合器和第二偏振控制器组成环形激光振荡腔；从半导体光放大器发出的放大自发辐射光，经第一偏振控制器、色散控制延迟线接到循环器的输入端，循环器的中间端口接调谐滤波器，循环器的输出端接光纤耦合器后分成两路， 一路经环形激光振荡腔的第二偏振控制器接半导体光放大器，另一路输出扫频激光；其特征在于所述的调谐滤波器为超精细调谐滤波器，包括光纤准直镜、多面镜、电机控制器、扩束光栅、自准直光栅；从光纤准直镜出来的准直光，经电机控制器驱动的多面镜反射到扩束光栅后衍射到自准直光栅选通不同色光按原路反射回来进入环形激光振荡腔形成激光振荡；超精细调谐滤波器主要由基于利特曼_利特罗结构的扩束光栅_自准直光栅的双光栅组合色散系统和旋转多面镜组成，利用扩束光栅的色散与扩束能力，提高自准直光栅入射光的口径，同时形成不同色光对自准直光栅自准直条件的不同偏离，提高双光栅组合色散系统的角色散能力。 与
技术介绍
相比，本专利技术具有的有益效果是 1、基于利特曼-利特罗结构的双光栅色散系统，利用扩束光栅的色散与扩束能力，有效提高自准直光栅入射光的口径，同时形成不同色光对自准直光栅自准直条件的不同偏离，显著提高双光栅组合的角色散能力。较常规的单光栅色散系统来说，其角色散可以提高两个数量级，确保了调谐滤波器的超精细调谐能力，实现超窄瞬时线宽的调谐激光输出，从而有效提高光学频域成像的成像深度。 2、双光栅色散系统容易实现光栅参数、入射角度和衍射效率的合理匹配，方便在高衍射效率下的角度动态调整，突破现有单光栅布局中的严格角度限制。 3、双光栅色散系统中，基于扩束光栅的扩束能力，来提高自准直光栅入射光的口径，降低了多面镜上入射光束的口径要求，从而确保了超精细快速调谐滤波器，在整个调谐范围内无光束遮挡现象发生。附图说明 图1是本专利技术的扫频激光光源结构示意图。 图2是本专利技术的超精细调谐滤波器的结构示意图。 图中1.半导体光放大器，2.偏振控制器，3.色散控制延迟线，4.循环器，5.超精细调谐滤波器，6.光纤耦合器，7.偏振控制器，8.光纤准直镜，9.多面镜，IO.电机控制器，11.扩束光栅，12.自准直光栅。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明 图l所示为基于超精细调谐滤波器的扫频激光光源的结构示意图。由半导体光放大器1 (InPhenix， Inc. ， IPSAD1301-L213)、偏振控制器2 (Thorlabs， Inc.，PCL-35-13-SS-2-l)、色散控制延迟线3 (Corning, Inc. ， SMF28e)、循环器4 (Thorlabs，Inc. ， CIR-1310-50-APC)、超精细调谐滤波器5、光纤耦合器6(Lightcomm TechnologyCo. ， Ltd. ， DWC-A-l*2-1315-20/80-l-0-FC/APC)禾P偏振控制器7(Thorlabs， Inc.，PCL-35-13-SS-2-l)组成环形激光振荡腔；从半导体光放大器1发出的放大自发辐射光，经第一偏振控制器2、色散控制延迟线3接到循环器4的输入端，循环器4的中间端口接超精细调谐滤波器5选频反射后到循环器4的输出端，经光纤耦合器6后分成两路， 一路经环形激光振荡腔的第二偏振控制器7接半导体光放大器1，另一路输出扫频激光。 环形激光振荡腔的增益介质是半导体光放大器，色散控制延迟线是几千米的长光纤，超精细调谐滤波器主要由基于利特曼-利特罗结构的扩束光栅-自准直光栅的双光栅组合色散系统和旋转多面镜组成。从半导体光放大器1发出的放大自发辐射光，经第一偏振控制器2、色散控制延迟线3入射到超精细调谐滤波器5滤波调谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超精细调谐滤波器的扫频激光光源，由半导体光放大器（１）、第一偏振控制器（２）、色散控制延迟线（３）、循环器（４）、调谐滤波器、光纤耦合器（６）和第二偏振控制器（７）组成环形激光振荡腔；从半导体光放大器（１）发出的放大自发辐射光，经第一偏振控制器（２）、色散控制延迟线（３）接到循环器（４）的输入端，循环器（４）的中间端口接调谐滤波器，循环器（４）的输出端接光纤耦合器（６）后分成两路，一路经环形激光振荡腔的第二偏振控制器（７）接半导体光放大器（１），另一路输出扫频激光；其特征在于：所述的调谐滤波器为超精细调谐滤波器（５），包括光纤准直镜（８）、多面镜（９）、电机控制器（１０）、扩束光栅（１１）、自准直光栅（１２）；从光纤准直镜（８）出来的准直光，经电机控制器（１０）驱动的多面镜（９）反射到扩束光栅（１１）后衍射到自准直光栅（１２）选通不同色光按原路反射回来进入环形激光振荡腔形成激光振荡；超精细调谐滤波器主要由基于利特曼－利特罗结构的扩束光栅－自准直光栅的双光栅组合色散系统和旋转多面镜组成，利用扩束光栅（１１）的色散与扩束能力，提高自准直光栅（１２）入射光的口径，同时形成不同色光对自准直光栅（１２）自准直条件的不同偏离，提高双光栅组合色散系统的角色散能力。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁志华，陈明惠，吴彤，沈龙飞，王川，陶渊浩，王玲，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]