[发明专利]基于光纤耦合的CARS光束空间稳定性测试控制系统和方法

权利要求书

1.一种基于光纤耦合的CARS光束空间稳定性测试控制系统，其特征在于，该系统由CARS显微激发源(100)、光束空间稳定性检测装置(200)和光束反馈控制系统(300)三部分组成，由所述CARS显微激发源(100)输出的空间光束，经所述光束空间稳定性检测装置(200)实时监控空间状态，通过所述光束反馈控制系统(300)对空间光束进行调整，由此实现所述CARS显微激发源(100)输出光束空间稳定性的测试和控制；其中：

所述CARS显微激发源(100)包括飞秒激光器(1)、电控液晶延迟器(2)、偏振分束棱镜光纤耦合镜(4)、光子晶体光纤(5)、光纤准直扩束器(6)、电控光学调整架(7)、一维电控位移台(8)、由两块直角反射棱镜(9)、(10)和一维高精度电控位移台(11)组成的可调空间光延时系统、反射镜(12)和合束器(13)；

所述光束空间稳定性检测装置(200)包括光纤耦合镜(14)、普通单模光纤(15)和光功率计(16)；

所述光束反馈控制系统(300)包括电控光学调整架(7)、一维电控位移台(8)、驱动控制器(17)及计算机(18)；

在CARS显微激发源(100)中，飞秒激光器(1)输出的百飞秒量级脉宽、线偏振的飞秒脉冲光，经电控液晶延迟器(2)和偏振分束棱镜(3)后分为功率可调的两束光；其中，一束飞秒脉冲经光纤耦合镜(4)耦合至光子晶体光纤(5)，使飞秒脉冲的中心波长位于光子晶体光纤(5)的反常色散区，产生光孤子；光子晶体光纤(5)输出的光孤子经光纤准直扩束器(6)入射至合束器(13)，作为CARS显微成像系统的斯托克斯光；另一束飞秒脉冲经电控光学调整架(7)和一维电控位移台(8)，改变光束空间状态，使之入射至由两块直角反射棱镜(9)、(10)和一维高精度电控位移台(11)组成的可调空间光延时系统中，直角反射棱镜(10)固定于一维高精度电控位移台(11)，调节两块直角反射棱镜(9)、(10)之间的相对距离以实现光脉冲的时间延迟，可调空间光延时系统的输出光经反射镜(12)入射至合束器(13)，作为CARS显微成像系统的泵浦光；

在光束空间稳定性检测装置(200)中，通过CARS显微激发源(100)中的合束器(13)输出的两束光经光纤耦合镜(14)耦合至普通单模光纤(15)，使CARS显微激发源(100)输出的空间光束恰好充满光纤耦合镜(14)的接收面，使光纤耦合镜(14)的镜面竖直放置；普通单模光纤(15)输出端接光功率计(16)；

在光束反馈控制系统(300)中，计算机(18)用于实时采集光功率计(16)的读数、同时驱动控制器(17)控制电控光学调整架(7)和一维电控位移台(8)。

2.一种基于光纤耦合的CARS光束空间稳定性测试控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

利用CARS显微激发源(100)实现以下处理：

将飞秒激光器(1)输出百飞秒量级脉宽、线偏振的飞秒脉冲光经电控液晶延迟器(2)和偏振分束棱镜(3)后，分为功率可调的两束光；

将其中一束飞秒脉冲经光纤耦合镜(4)耦合至光子晶体光纤(5)，使飞秒脉冲的中心波长位于光子晶体光纤(5)的反常色散区，通过孤子自频移效应，产生光孤子；调节入射至光子晶体光纤(5)功率的大小，输出的光孤子波长随之发生变化，实现光子晶体光纤(5)输出光孤子波长的扫描；将光子晶体光纤(5)输出的光孤子经光纤准直扩束器(6)入射至合束器(13)，用作CARS显微成像系统的斯托克斯光；

将另一束飞秒脉冲经电控光学调整架(7)和一维电控位移台(8)改变光束空间状态，使之入射至由两块直角反射棱镜(9)、(10)和一维高精度电控位移台(11)组成的可调空间光延时系统中；

调节两块直角反射棱镜(9)、(10)之间的相对距离以实现光脉冲的时间延迟，可调空间光延时系统的输出光经反射镜(12)入射至合束器(13)，形成CARS显微成像系统的泵浦光；

利用光束空间稳定性检测装置(200)实现以下处理：

将CARS显微激发源(100)中的合束器(13)输出的两束光经光纤耦合镜(14)耦合至普通单模光纤(15)，使CARS显微激发源(100)输出的空间光束恰好充满光纤耦合镜(14)的接收面；

同时调节光纤耦合镜(14)的空间状态，使光纤耦合镜(14)的镜面竖直；

利用光功率计(16)实时测量输出光功率大小；

当入射至光纤耦合镜(14)的光束空间状态发生位移或旋转时，耦合至普通单模光纤(15)的光功率减小，用光功率计(16)读数的变化表征当可调空间光延时系统的延时量变化时空间光束的稳定性的变化；

利用光束反馈控制系统(300)实现以下处理：

利用计算机(18)实时采集光功率计(16)的读数，同时驱动控制器(17)来控制电控光学调整架(7)和一维电控位移台(8)，实现对入射至可调空间光延时系统的光束空间状态的反馈调节；

通过反馈控制实现：当可调空间光延时系统的延时量改变时，保持光功率计(16)的读数最高，从而保持光束空间状态稳定；

最终，由此实现CARS显微激发源(100)输出光束空间稳定性的测试和控制结果。