[發明專利]一種窄脈沖型掃頻光源

有效

• 申請號: 202010893796.3
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112039594B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 張新亮;陳燎;張馳;王若蘭
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04B10/50
• 分類號: H04B10/50;H04B10/54
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 祝丹晴;李智

本發明公開了一種窄脈沖型掃頻光源，屬于激光光源領域。包括具有大帶寬的第一光頻梳、大色散單元、第二光頻梳、光電探測器和光強度調制器；第一光頻梳的輸出端與大色散單元的輸入端連接，大色散單元的輸出端與光強度調制器的第一輸入端連接；第二光頻梳的輸出端與光電探測器的輸入端連接，光電探測器的輸出端與光強度調制器的第二輸入端連接；第二光頻梳的重復頻率與第一光頻梳具有重頻差；光電探測器將第二光頻梳轉換成第二電頻梳，第二電頻梳與第二光頻梳具有相同重復周期，并與第一光頻梳的脈沖在時域上以重頻差為周期地重合和錯開。發明產生寬帶寬、高步進精度、高線性度的窄脈沖型掃頻光源，其掃頻速率靈活可調。

技術領域

本發明屬于激光光源領域，更具體地，涉及一種窄脈沖型掃頻光源。

背景技術

掃頻光源是指光波頻率隨時間進行變化(主要是線性變化)的激光光源，它本質上是在時域頻域之間建立準確映射關系，通過在不同時間發射不同的波長，完成相應的掃頻功能。因為它將頻域信息映射到了時域上，因此可以結合高速的單點探測器和實時處理系統完成對頻域信息的快速測量。得益于這種高速優勢，掃頻光源在光學斷層掃描成像(OCT)、激光雷達成像、顯微成像、高速光譜測量、光纖傳感等應用領域帶來了應用性能的巨大提升。例如在OCT中，基于掃頻光源的OCT相對于傳統的時域OCT和頻域OCT方法，在靈敏度、成像深度和成像速率等參數上展示出極好的性能，成為當前OCT的研究熱點(M.A.Choma， et.al，Sensitivity advantage of swept source and Fourier domainoptical coherence tomography，Opt.Express，11(18)，2183-2189(2003))。

得益于巨大的應用需求，掃頻光源技術在過去二十年內得到了極大的發展，其主要參數為帶寬、掃描速率、步進精度、瞬時線寬、功率等。根據產生的機理可以分為腔內調制和腔外調制兩大類。在腔內調制方法中，最直接的方法就是在連續激光器腔內放入一個中心頻率隨時間變化的可調光學濾波器。這些可調諧的濾波器主要通過可調的法布里腔、電壓驅動的光柵以及光柵與旋轉鏡結合、多邊鏡掃描等方式來實現。這類掃頻激光器機理簡單，是最早發展起來的掃頻激光。但受限于其中可調濾波器的機械調諧部件，掃頻速率通常在kHz量級以下。為了進一步提升掃頻速率，一種叫做色散調諧的腔內的掃頻光源被發展起來，它通過色散補償光纖對不同波長的延時不一樣(也即色散)來實現無機械輔助的大掃描范圍，這種方法可將掃描速率提升到200kHz，并實現大帶寬調制(S.Yamashita andM.Asano，Wide and fast wavelength-tunable mode- locked fiber laser based ondispersion tuning，Opt.Express 14(20)，9299- 9306(2006))。但該方案對腔內器件要求較高，且線性范圍較差。上述兩種腔內方案的掃頻光源的掃描速率都受限于機理，難以進一步提升，因為每個波長都需要重新從噪聲開始啟震，需要一定的時間才能形成穩定的激光。為了解決這個重新啟震動問題，傅里葉域鎖模激光器被發明出來。在傅里葉域鎖模激光器腔內，整個掃頻范圍內的光頻率通過長色散補償光纖存儲在激光腔內。可調諧光帶通濾波器被周期性驅動，其驅動周期匹配光纖環內的往返時間。這樣光學可調濾波器的同步驅動保證了光在傳輸一圈后，光濾波器也被調到相同的光譜位置了(R.Huber，et.al， FourierDomain Mode Locking(FDML)：A new laser operating regime and applications foroptical coherence tomography，Opt.Express 14(8)，3225- 3237(2006))。傅里葉域鎖模激光器提供了一種新的掃頻機制，具有大帶寬和高速的特性，但其結構相對復雜，需要環腔和可調諧濾波器的周期保持一致，此外驅動可調諧濾波器需要大帶寬的任意波形發生器，這都無疑增加了系統的復雜性和價格。最近得益于微機械加工技術，垂直腔面發射激光源的腔內參數可進行快速調諧，從而實現了大帶寬和高掃描速率(I.Grulkowski，et.al，High-precision，high-accuracy ultralong-range swept-source optical coherencetomography using vertical cavity surface emittinglaser light source，Opt.Lett.38(5)，673-675(2013))。但受限于調制機理，其掃描波長的步長精度和掃描線性度都受限于微機械較難加工等問題，此外一般還需后續的算法恢復。綜上所述，腔內調諧的掃頻光源具有原理簡單、發展成熟等優勢，但其激光啟振和掃頻調諧機制都是同一個腔內，掃頻光源的參數是相互影響的。