[发明专利]一种非线性效应增强的扫频光源

说明书

一种非线性效应增强的扫频光源，半导体光放大器发出光至调谐滤波器，调谐滤波器返回窄光谱光并经过半导体光放大器后进入环形器；环形器输出的光进入耦合器后被分为两路光，耦合器将被分为两路光的其中一路输出，另一路经过环形器后返回半导体光放大器中进行放大并输出至调谐滤波器；从半导体光放大器发出到调谐滤波器方向上的光和从调谐滤波器返回到半导体光放大器方向上的光在非线性介质内发生四波混频效应，非线性介质包括半导体光放大器以及连接半导体光放大器和调谐滤波器、半导体光放大器和环形器的光纤。本发明提出的扫频光源不需要增加额外的配件或者提高仪器性能就能够提高所得激光的光谱范围和光功率。

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种非线性效应增强的扫频光源。

背景技术

光学相干层析(optical coherence tomography，OCT)技术诞生于上世纪90年代。它利用从参考臂和样品臂返回的低相干光得到干涉信号，经过数据采集以及数据处理之后重构出组织的二维断层图像，该图像可以反映出生物组织的结构信息。

OCT用宽带低相干光作为光源，整个结构本质上就是一个基于迈克尔逊干涉仪的低相干系统。从低相干光源发出的光经过分束器之后分别进入参考臂与样品臂，参考臂中的光经过反射镜的反射作用而原路返回，样品臂中的光经过样品散射作用之后返回，如果参考臂与样品臂的光程差在低相干光源的相干长度内，那么这两路光为相干光，两路光束重新相遇会发生干涉，干涉信号被探测器探测之后将干涉光强信号变为电信号，然后被数据采集卡采集，数据采集卡通过PCI总线将采集得到的数据输入电脑内存，对数据进行处理与图像重建之后得到被测样品的生物组织图像。

在过去的十年中作为第二代OCT技术的傅里叶域光学相干层析(FD-OCT)技术得到了很大的发展，其可分为谱域OCT(TD-OCT)和扫频源OCT(SS-OCT)。对于扫频源OCT(SS-OCT)来说，他同时具备了频域OCT(SD-OCT)的快速成像能力和谱域OCT(TD-OCT)的点探测优势，他的技术核心就是扫频光源。理想的扫频光源需满足高速扫描、宽扫频范围、窄瞬时线宽、高输出功率和线性输出。因为扫频速度决定OCT的成像速度(轴向扫描速度)，光谱范围决定OCT系统轴向分辨率，瞬时线宽决定OCT成像深度，光功率与灵敏度密切相关。扫频源激光器的发展与OCT密切相关。原则上来讲OCT的扫描源就是可调谐激光器，但是在OCT的应用之中，一些性能参数的要求更高。在2000年初，随着OCT领域对扫频源OCT(SS-OCT)越来越感兴趣，人们研发出了可以达到100nm波长扫描范围，100kHz重复频率和100pm瞬时线宽性能参数的可调谐激光器。

扫频激光光源一般由增益介质、光学调谐滤波器组成光学谐振腔以及耦合输出激光部分。增益介质的放大自发辐射光或荧光背景通过调谐滤波器在激光谐振腔内振荡多次，当受激辐射所提供的增益超过损耗，在腔内得到放大，建立并达到稳态振荡，从而依次输出扫频激光。调谐滤波器调谐到新波长的位置，前一个波长的光振荡被阻断，新的波长的光建立激光振荡。腔内激光建立的时间常数决定了所能达到的最大速度。

我们可将扫频光源的谐振腔分为短腔和长腔两大类。传统短腔谐振的扫频激光光源，在调谐滤波器的滤波窗口期间内，被滤波器滤出的色光在短腔内多次谐振并得到增益放大后形成激光，激光建立时间被限制在与滤波器分辨率相对应的滤波器开启时间以内。因此，增益介质的有限增益限制了激光调谐速度。2006年，MIT大学的Fujimoto小组提出了傅里叶域锁模(FDML)技术。不同于传统的短腔扫频激光光源，FDML扫频光源采用了光子渡越周期与调谐周期相匹配的长腔谐振技术。各色光在腔内的渡越时间与滤波器的调谐周期一致，各色光同时在谐振腔内形成谐振并存储于长腔之中，扫频激光依次通过调谐滤波器并由耦合器输出。不再像传统短腔扫频激光光源那样，扫频速度同时受限于滤波器的调谐速度和腔内激光的建立时间，FDML扫频光源的扫频速度只受限于滤波器的调谐速度，可以达到几百khz，甚至几MKhz。