[發明專利]一種超連續譜光源、測量系統和測量方法

有效

• 申請號: 201380039345.1
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN104541198B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: C·L·湯姆森;T·V·安德森;T·弗希特
• 申請（專利權）人: NKT光子學有限公司
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇;王博

本發明公開了一種包括中間超連續譜光源(100)和單模耦合單元(300)的超連續譜光源(1000)，包括這種光源的光學測量系統，以及測量方法。超連續譜光源包括脈沖頻率倍增器(103)以增加重復率，單模耦合單元被配置為將來自中間超連續譜光源的光譜抑制和塑形以允許具有減小的噪聲基準的測量值。

技術領域

本發明涉及一種超連續譜光源，包括中間超連續譜(SC)光源和單模耦合單元，其中，所述超連續譜光源適合用于測量系統，例如在這樣的測量系統中，在該系統中待測量的或者用別的方式分析的樣品被源自這種超連續譜光源的光輻照，其中，所述測量系統被布置為允許探測來自所述樣品的光。本發明還涉及適于測量目標物上的至少一個參數的包括超連續譜光源的系統，以及測量所述測量系統的目標物上的至少一個參數的方法。

背景技術

光學測量系統存在很多變形。這些系統的共同點是光束指向樣品并且從樣品捕獲光。捕獲的光可以是從樣品反射的光、通過樣品傳播的光、和/或樣品響應于入射光所發出的例如熒光的光。

通過用脈沖激光(通常以MOPA配置)作為輸入光泵浦光纖，成功地直接通過非線性光纖生成了倍頻程帶寬超連續譜(SC)，所述非線性光纖例如微結構光纖、錐形標準光纖以及錐形微結構光纖。這種寬光譜連續譜光源潛在地可用于許多測量系統，例如光學相干斷層掃描技術(OCT)、光頻測量術、熒光顯微術、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)顯微術以及雙光子熒光顯微術。遺憾的是，對于那些實驗，傳統連續譜源的大的振幅波動限制了精確度和/或靈敏度。之前對SC生成的研究表明：SC生成過程對量子噪聲、技術噪聲、以及諸如輸入波長、持續時間和輸入激光脈沖的啁啾的特定參數是非常敏感的。源于穩定連續譜的光源通常改善了SC源的實用性。

在傳統的多孔的光子晶體或錐形單模長光纖中的連續譜生成是復雜的并且能夠在時域和頻域包含值得注意的子結構，對于不同的波長區段，所述子結構引起不需要的并且分布不均勻的噪聲以及不穩定性。通常，連續譜的振幅表現出具有明顯過量的白噪聲背景的大的波動，其可以通過快速探測器和RF譜分析儀(RFSA)測量來揭示。

波長變換的常用方法是生成超連續譜，然后光譜地切掉連續譜的一部分并且使用該部分作為顯微術裝置的光源。然而，所選擇的連續譜類似地包含大的振幅波動(噪聲)，這可能不適用于一些應用。

在美國專利7,403,688中，通過使非線性光纖逐漸變細并使用引起所謂的孤子裂變的飛秒脈沖源來減少來自SC源的噪聲。該專利的摘要記載：“用于DMM所引起的Cherenkov輻射(CR)和四波混頻(FWM)的相位匹配條件的縱向變形允許低噪聲超連續譜的生成。”使光纖逐漸變細需要后期處理技術或者需要在生產過程中改變光纖的直徑，這使得SC光源的生成復雜化，并且錐形物的小截面限制了能夠安全傳輸的光的量。此外，飛秒脈沖源通常是相對復雜和昂貴的。

在US2011/0116282中，描述了一種光源裝置，其具有能夠生成SC光的基礎結構，還具有能夠塑造SC光的光譜波形、功率調節SC光、或者調節包含SC光的脈沖序列的重復頻率的結構。US2011/0116282中的光源裝置包括在大約1550nm的波長泵浦的SC光纖，來自該光源的SC光脈沖序列的重復頻率在1MHz或更多和100MHz或更少之間。在US2011/0116282的全文中，僅針對單脈沖討論了噪聲，并且描述了脈沖光P1的噪聲特性不受影響。對于SC光脈沖序列P2的噪聲特性，提到通過與布置在光源裝置外部的光探測器同步低噪聲探測是可能的。來自使用不同的泵浦波長的SC光源的噪聲譜不同，因此噪聲抑制也會不同。US2011/0116282涉及飛秒脈沖序列P1。這種脈沖源通常相對復雜和昂貴。

發明內容

鑒于前述內容，本發明的一個目的是提供一種低噪聲超連續譜光源以及有利地在所生成的超連續譜(SC)中具有降低的噪聲影響的超連續譜光源。超連續譜光源有利地適用于光測量系統。

在一個實施例中，本發明涉及一種適用于測量目標物上的至少一個參數的系統，所述系統包括超連續譜光源，進一步，提供使用所述系統進行測量的方法也是一個目的。