[發(fā)明專(zhuān)利]利用高速光學(xué)波長(zhǎng)調(diào)諧源的設(shè)備和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410198697.8
• 申請(qǐng)日: 2010-02-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104134928A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳汪烈;本杰明·J·瓦科奇;吉列爾莫·J·蒂爾尼;布雷特·E·鮑馬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 通用醫(yī)療公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01S3/10
• 分類(lèi)號(hào): H01S3/10;H01S3/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 唐京橋;陳煒

本申請(qǐng)為于2011年8月3日提交、申請(qǐng)?zhí)枮?01080006535.X、發(fā)明名稱(chēng)為“利用高速光學(xué)波長(zhǎng)調(diào)諧源的設(shè)備和方法”的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。所述母案申請(qǐng)的國(guó)際申請(qǐng)日為2010年2月4日，國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US2010/023215。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)的示例性實(shí)施例通常涉及光學(xué)系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于波長(zhǎng)調(diào)諧的光學(xué)波長(zhǎng)濾波器系統(tǒng)和方法以及能夠利用所述光學(xué)波長(zhǎng)濾波器系統(tǒng)的波長(zhǎng)掃描激光器裝置和方法。

背景技術(shù)

為了開(kāi)發(fā)用于光學(xué)反射技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)成像、傳感器探詢、測(cè)試以及測(cè)量的波長(zhǎng)可快速和寬范圍地調(diào)諧的激光源而付出了相當(dāng)大的努力。通過(guò)使用腔內(nèi)窄帶波長(zhǎng)掃描濾波器獲得了窄線寬、寬范圍和快速的調(diào)諧。通過(guò)使用衍射光柵濾波器裝置在擴(kuò)展腔半導(dǎo)體激光器中提供了無(wú)跳模、單頻率工作。然而，為了獲得單頻率的激光器工作并且為了確保無(wú)跳模調(diào)諧，傳統(tǒng)技術(shù)可能需要使用復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備并且限制最大調(diào)諧速度。一個(gè)經(jīng)論證的使用傳統(tǒng)系統(tǒng)的最大調(diào)諧速度被限制為小于100nm/s。在一些應(yīng)用中，例如在生物醫(yī)學(xué)成像中，對(duì)應(yīng)于大于等于10GHz的瞬時(shí)線寬的多縱模工作可能是足夠的。這種寬度可以在光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)中提供對(duì)組織的數(shù)毫米的測(cè)距深度并且在光譜編碼的共焦顯微術(shù)中提供微米級(jí)橫向分辨率(transverse?resolution)。

通過(guò)使用腔內(nèi)調(diào)諧元件(例如，聲光濾波器、法布里-珀羅濾波器和檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)的衍射光柵濾波器)可獲得大約10GHz級(jí)的線寬。然而，之前提供的掃頻小于約1kHz并被濾波器的有限調(diào)諧速度限制。對(duì)于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的視頻速率(例如，大于30幀/秒)、高分辨率光學(xué)成像可能需要具有重復(fù)速率大于15kHz的更高速的調(diào)諧。

此外，說(shuō)明了可以使用多邊形掃描濾波器的波長(zhǎng)掃描激光器，并且該激光器可以提供達(dá)到約10000nm/ms的高速波長(zhǎng)調(diào)諧。盡管基于高速多邊形的波長(zhǎng)掃描光源促進(jìn)了快達(dá)約200幀/s的高速成像、快達(dá)約10000nm/ms的波長(zhǎng)調(diào)諧速率，但維持瞬時(shí)線寬窄于0.15nm仍達(dá)到了當(dāng)前基于多邊形的波長(zhǎng)掃描濾波器的極限。

事實(shí)上，本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的一個(gè)目的是減少或解決本文以上說(shuō)明的現(xiàn)有技術(shù)的程序和系統(tǒng)的缺陷和/或限制。例如，關(guān)于更快速的調(diào)諧、在快速調(diào)諧速率下的寬波長(zhǎng)調(diào)諧范圍和窄瞬時(shí)線寬，可能需要波長(zhǎng)掃描濾波器裝置和程序(例如，激光器程序)的示例性實(shí)施例。

發(fā)明內(nèi)容

本公開(kāi)的示例性實(shí)施例涉及用于光波濾波的可以提供具有寬光譜調(diào)諧范圍和窄瞬時(shí)線寬的高速波長(zhǎng)掃描光的設(shè)備、源裝置和方法。在本公開(kāi)的一個(gè)示例性實(shí)施例中，示例性的高速波長(zhǎng)掃描激光器能夠包括可以使用多邊形掃描鏡的高精度波長(zhǎng)調(diào)諧濾波器、具有半導(dǎo)體光學(xué)放大器(SOA)增益介質(zhì)的短長(zhǎng)度激光器諧振器、時(shí)間交織光學(xué)延遲線和/或升壓光學(xué)放大器，上述裝置例如在所述源的輸出端口處。一些示例性光學(xué)組件和示例性裝置以及短長(zhǎng)度激光器腔可以促進(jìn)在寬調(diào)諧范圍上的窄瞬時(shí)線寬的高速波長(zhǎng)掃描。在一個(gè)示例性配置中，可以獲得大于約41000nm/ms的波長(zhǎng)變化率同時(shí)具有窄于約0.2nm的瞬時(shí)線寬。示例性的激光器諧振器可以包括例如具有特別設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體光學(xué)增益介質(zhì)的單向環(huán)或線性腔，從而最大化所述增益并且最小化所述激光腔的腔長(zhǎng)度。

因此，可以提供根據(jù)本公開(kāi)的設(shè)備的一個(gè)示例性實(shí)施例。在本示例性實(shí)施例中，可以提供至少一種裝置，該裝置被配置為發(fā)射電磁輻射。這種示例性輻射可以具有平均頻率這樣變化的的頻譜：(i)以大于約每毫秒6000太拉赫茲的絕對(duì)速率變化，以及(ii)在大于約10太拉赫茲的范圍上變化。

例如，所述平均頻率可以在大于5千赫的重復(fù)速率下反復(fù)變化。所述頻譜可以具有中心大致集中在1300nm的調(diào)諧范圍。所述頻譜可以具有小于100千兆赫、或者甚至小于35千兆赫的瞬時(shí)線寬。可以提供多邊形裝置該多邊形裝置可以被配置為接收與發(fā)射的電磁輻射相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)信號(hào)，并且將所述信號(hào)反射和/或偏轉(zhuǎn)到另一位置。此外，可以提供激光器諧振系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以形成光學(xué)電路并且被配置為控制發(fā)射的電磁輻射的空間模式。所述示例性設(shè)備可以使發(fā)射的電磁輻射在所述激光器諧振系統(tǒng)的至少一部分內(nèi)基本單向地傳播。

可以提供根據(jù)本公開(kāi)的設(shè)備的另一個(gè)示例性實(shí)施例。在本示例性實(shí)施例中，還可以提供至少一種裝置，該裝置被配置為發(fā)射電磁輻射。這種示例性的輻射可以具有(i)平均頻率以大于約每毫秒2000太拉赫茲的絕對(duì)速率變化的頻譜，以及(ii)小于約15千兆赫的瞬時(shí)線寬。