买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：执鼎医疗科技(杭州)有限公司

摘要：本发明公开了一种波长扫描的光纤激光器，包括谐振腔、光纤准直镜、窄线宽快速扫描的光纤滤波器以及反射镜，谐振腔由半导体光放大器、光纤环形器和耦合器组成，光纤滤波器由平面反射光栅和共振镜组成，半导体光放大器发射的荧光通过光纤环形器、光纤准直镜和共振镜照射到平面反射光栅上，不同波长的入射光经过平面反射光栅后衍射到不同的方向，其中一个波长在共振镜的某一个入射角下垂直入射到反射镜上并原路返回，耦合进入半导体光放大器，共振放大形成激光，经由耦合器输出。本发明，在每一个瞬间产生线宽很窄的激光光源，且波长随时间做周期变化或扫描，信噪比大幅提高，光谱的分辨率大幅提高，扫描速度更可以高达每秒几万次。

主权项：1.一种波长扫描的光纤激光器，其特征在于，包括谐振腔、光纤准直镜、窄线宽快速扫描的光纤滤波器以及反射镜，所述谐振腔由半导体光放大器SOA、光纤环形器以及耦合器组成，所述光纤滤波器由平面反射光栅和共振镜组成，所述半导体光放大器SOA发射的荧光通过所述光纤环形器、所述光纤准直镜和所述共振镜照射到所述平面反射光栅上，不同波长的入射光经过所述平面反射光栅后衍射到不同的方向，其中一个波长在所述共振镜的某一个入射角下垂直入射到所述反射镜上并原路返回，耦合进入所述半导体光放大器SOA，共振放大形成激光，经由所述耦合器输出；所述光纤激光器的瞬时线宽取决于所述平面反射光栅和共振镜组成的所述光纤滤波器的线宽；所述平面反射光栅的衍射光栅方程为：Λ[sinθ+sinβ]＝mλ其中，θ和β分别为光入射角和衍射角，Λ为光栅周期，m为衍射级，λ为入射光在真空中的波长；当光沿原路返回再次经过所述平面反射光栅时，光栅色散可表示为： 根据高斯光束，由所述平面反射光栅和共振镜组成的所述光纤滤波器的线宽表示为： 其中，W为光束宽度，Wcosθ为光束照射在所述平面反射光栅上的宽度，N为光束照射到的光栅衍射条纹数；当所述共振镜转动角度时，光束在所述平面反射光栅上的入射角变化为所述共振镜的最大转动角度Δφ0所对应的波长变化即为波长扫描范围Δλ，根据所述平面反射光栅的衍射光栅方程，波长扫描范围Δλ可表示为：Δλ≈2ΔφtΛcosθ0；光的循环周期远小于所述光纤滤波器转过线宽δλ光栅的时间；为了实现波长锁模，在光路中插入的光纤延迟线的长度为： 其中，f为所述光纤滤波器的频率，n为光纤折射率；所述光纤激光器输出的波长线宽为δλ，小于所述光纤滤波器的线宽δλ光栅，取决于所述谐振腔的共振损耗，所述光纤激光器的相干长度表示为： 所述光纤准直镜以及构成所述谐振腔的光纤为保偏单模光纤或非保偏单模光纤，当构成所述谐振腔的光纤为非保偏单模光纤时，通过增加光纤控制器调整控制光的偏振取向。

全文数据：一种波长扫描的光纤激光器技术领域[0001]本发明涉及激光光源技术领域，具体涉及一种波长扫描的光纤激光器。背景技术[0002]当光纤激光通过分束器时，分成两路，一路作为参考光，另一路通过透镜成像系统聚焦照射有机组织时，有机组织对入射光有散射，当散射光与参考光干涉时，干涉信号的强度取决于有机组织的散射强度，干涉信号的相位取决于散射深度和光源波长，但干涉信号十分微弱。因此，对于某深度处散射光与参考光的干涉，干涉信号的相位只依赖于光的波长，不同深度的散射光干涉有一个附加的相移。[0003]当光的波长做固定频率高速扫描时，所有来自不同深度的干涉信号都随光的波长做同样频率的周期变化，因此可以对该交流信号进行高达数万倍的放大，有效地检测出不同组织对光的散射，从而实现对有机组织的实时无创成像。因此，该成像的关键技术是波长快速扫描的光纤激光光源。具体地，成像深度取决于有机组织对光的散射损耗，深度范围取决于光纤激光的相干长度，深度分辨率取决于波长扫描的范围。发明内容[0004]本发明所要解决的技术问题是降低成本，利用现成的光纤通信元器件实现波长扫描。[0005]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种波长扫描的光纤激光器，包括谐振腔、光纤准直镜、窄线宽快速扫描的光纤滤波器以及反射镜，所述谐振腔由半导体光放大器S0A、光纤环形器以及耦合器组成，所述光纤滤波器由平面反射光栅和共振镜组成，[0006]所述半导体光放大器SOA发射的荧光通过所述光纤环形器、所述光纤准直镜和所述共振镜照射到所述平面反射光栅上，不同波长的入射光经过所述平面反射光栅后衍射到不同的方向，其中一个波长在所述共振镜的某一个入射角下垂直入射到所述反射镜上并原路返回，耦合进入所述半导体光放大器SOA，共振放大形成激光，经由所述耦合器输出。[0007]优选地，所述光纤激光器的瞬时线宽取决于所述平面反射光栅和共振镜组成的所述光纤滤波器的线宽。[0008]优选地，所述平面反射光栅的衍射光栅方程为：[0009]Λ[sinΘ+sinβ]=mA；[0010]其中，θ和β分别为光入射角和衍射角，Λ为光栅周期，m为衍射级，λ为入射光在真空中的波长；[0011]当光沿原路返回再次经过所述平面反射光栅时，光栅色散可表示为：[0013]优选地，根据高斯光束，由所述平面反射光栅和共振镜组成的所述光纤滤波器的线宽表示为：[0015]其中，W为光束宽度，WCOS0为光束照射在所述平面反射光栅上的宽度，N为光束照射到的光栅衍射条纹数；[0016]当所述共振镜转动△Φ角度时，光束在所述平面反射光栅上的入射角变化为2ΔΦ，所述共振镜的最大转动角度AΦ〇所对应的波长变化即为波长扫描范围△λ，根据所述平面反射光栅的衍射光栅方程，波长扫描范围Aλ可表示为：[0017]Δλ〜2Δφ⑴Λcosθ〇。[0018]优选地，光的循环周期远小于所述光纤滤波器转过线宽δλ»的时间。[0019]优选地，为了实现波长锁模，在光路中插入的光纤延迟线的长度为：[0021]其中，f为所述光纤滤波器的频率，η为光纤折射率。[0022]优选地，所述光纤激光器输出的波长线宽为δλ，小于所述光纤滤波器的线宽δλ»，取决于所述谐振腔的共振损耗，所述光纤激光器的相干长度表示为：[0024]优选地，所述光纤准直镜以及构成所述谐振腔的光纤为保偏单模光纤或非保偏单模光纤，当构成所述谐振腔的光纤为非保偏单模光纤时，通过增加光纤控制器调整控制光的偏振取向。[0025]优选地，所述平面反射光栅和共振镜之间设有色散补偿器件。[0026]优选地，输出端耦合出适当的光作为反馈，控制所述共振镜的共振频率，以维持同步共振。[0027]本发明提出了一种波长扫描的光纤激光器，在每一个瞬间产生线宽很窄的激光光源，且波长随时间做周期变化或扫描，使复杂的光谱测量变成了简单的时间分辨光谱测量，信噪比大幅提高，光谱的分辨率大幅提高，扫描速度更可以高达每秒几万次，可用于光学相干断层扫描OCT成像以及用于眼底视网膜结构和血管分布诊断。附图说明[0028]图1为本发明中一种波长扫描的光纤激光器结构示意图；[0029]图2为本发明中波长扫描锁模的光纤激光器结构示意图；[0030]图3为本发明中波长扫描的光纤激光器的输出光谱图。具体实施方式[0031]为了降低成本，利用现成的光纤通信元器件，本发明提出了一种波长扫描的光纤激光器，在每一个瞬间产生线宽很窄的激光光源，且波长随时间做周期变化或扫描，使复杂的光谱测量变成了简单的时间分辨光谱测量，可用于光学相干断层扫描OCT成像以及用于眼底视网膜结构和血管分布诊断。[0032]下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细的说明。[0033]本发明实施例提供了一种波长扫描的光纤激光器，如图1所示，包括谐振腔、光纤准直镜10、窄线宽快速扫描的光纤滤波器以及反射镜20,谐振腔由半导体光放大器S0A30、光纤环形器40以及耦合器50组成，光纤滤波器由平面反射光栅60和共振镜70组成，[0034]半导体光放大器S0A30发射的焚光通过光纤环形器40、光纤准直镜10和共振镜70照射到平面反射光栅60上，不同波长的入射光经过平面反射光栅60后衍射到不同的方向，其中一个波长在共振镜70的某一个入射角下垂直入射到反射镜20上并原路返回，耦合进入半导体光放大器S0A30，共振放大形成激光，经由親合器50输出。[0035]共振镜70采用高速共振反射镜或线性驱动的非共振反射镜都可以实现波长扫描。[0036]耦合器50的耦合率可变，可以优化激光输出的线宽和功率。[0037]光纤环行器40具有单向器功能，使得光只能按照一个方向经过半导体光放大器S0A30而共振放大形成激光，再由親合器50输出。使得波长扫描的光纤激光光源在每一个瞬间产生线宽很窄的激光光源，且波长随时间做周期变化或扫描，使复杂的光谱测量变成简单的时间分辨光谱测量。[0038]光纤激光器的瞬时线宽主要取决于平面反射光栅60和共振镜70组成的光纤滤波器的线宽。[0039]平面反射光栅60的衍射光栅方程为：[0040]Λ[sinΘ+sinβ]=mA；[0041]其中，θ和β分别为光入射角和衍射角，Λ为光栅周期，m为衍射级，λ为入射光在真空中的波长；[0042]当光沿原路返回再次经过平面反射光栅60时，光栅色散可表示为：[0044]考虑到高斯光束，由平面反射光栅60和共振镜70组成的光纤滤波器的线宽表示为：[0046]其中，W为光束宽度，Wc〇S0为光束照射在平面反射光栅60上的宽度，N为光束照射到的光栅衍射条纹数，采用较宽的光束可以照射到更多的光栅衍射条纹，从而使得光纤滤波器的线宽更窄，另外，采用高条纹密度的平面反射光栅60,同样可以使得光纤滤波器的线宽更窄。[0047]当共振镜70转动△Φ角度时，光束在平面反射光栅60上的入射角变化为2△Φ，共振镜70的最大转动角度△Φ〇所对应的波长变化即为波长扫描范围△λ，根据平面反射光栅60的衍射光栅方程，波长扫描范围Aλ可表不为：[0048]Δλ〜2Δφ⑴Λcosθ〇。[0049]在这里我们使用了小变量近似sinx〜χχ1。共振镜70的最大转动角度Δφ〇所对应的波长变化即为波长扫描范围Δλ，或称自由光谱区FSR。为了让某个波长的光在谐振腔内振荡足够次数而获得放大，则谐振腔的长度必须尽可能地短，光的循环一周的时间要远小于光纤滤波器转过线宽δλ»0寸间。[0050]如图2所示，为了让每个波长的光都能通过光纤滤波器实现共振放大，可在光路中插入一段光纤延迟线，让刚刚通过光纤滤波器的波长在下一个周期相同的时刻再次通过光纤滤波器，这样光纤滤波器与光在谐振腔共振同步，即波长是锁定的，或称波长锁模的光纤激光器。[0051]为了实现波长锁模，在光路中插入的光纤延迟线的长度为：[0053]其中，f为光纤滤波器的频率，η为光纤折射率。当f=8kHz时，η=1.47，光纤延迟线的长度L=1.275公里。当光纤延迟线插入在光纤准直镜10的光路上时，其长度为插入在谐振腔内的长度的二分之一。[0054]光纤激光器输出的波长线宽为δλ，小于光纤滤波器的线宽δλ»，取决于谐振腔的共振损耗，光纤激光器的相干长度表不为：[0056]光纤准直镜10以及构成谐振腔的光纤为保偏单模光纤或非保偏单模光纤，当构成谐振腔的光纤为非保偏单模光纤时，需要增加光纤控制器调整控制光的偏振取向。[0057]为了让一个宽带的波长都能同步地多次通过由共振镜70和平面反射光栅60组成的光纤滤波器，在平面反射光栅60和共振镜70之间设有相应的色散补偿器件。[0058]输出端耦合出适当的光本实施例为10%的光作为反馈，控制共振镜70的共振频率，以维持同步共振，从而获得稳定的光功率输出。当共振镜70的共振频率稳定后，通过调整半导体光放大器S0A30的驱动电流进一步维持光功率稳定。通过设定半导体光放大器S0A30的驱动电流限度，以确保驱动电流的调整不会超过半导体光放大器S0A30正常工作范围。[0059]如图3所示，为波长快速扫描的光纤激光器的输出光谱图，在每一个瞬间，波长扫描的光纤激光器输出的是一个线宽很窄的激光光源。由于波长是扫描的，时间平均上该激光光源等效于宽带光源，根据激光共振的特性，功率和光谱带宽远宽于同类的宽带光源。[0060]例如1310纳米波段的半导体激光超荧光光源的光谱宽度大约70nm，该波段的扫描光源就可以获得150纳米。对于典型的5毫瓦宽带光源，功率分布在70纳米波长带宽内。然而，扫描光源却很容易获得40-50毫瓦，光功率分布在0.1纳米或更窄的波长范围内。单位光波长的光功率是普通宽带光源的1000-10000倍。因此，波长扫描的光纤激光光源除应用于光学断层扫描OCT成像外，还可应用于光传感，信噪比大幅提高。[0061]当光功率的测量与波长扫描同步时，功率与时间的变化曲线即光谱，光源等同于一台光谱仪。光谱的分辨率可以远优于体积庞大价格昂贵的光谱仪，扫描速度更可以高达每秒几万次或更高。这是普通光谱仪所无法达到的。[0062]本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种波长扫描的光纤激光器，其特征在于，包括谐振腔、光纤准直镜、窄线宽快速扫描的光纤滤波器以及反射镜，所述谐振腔由半导体光放大器SOA、光纤环形器以及耦合器组成，所述光纤滤波器由平面反射光栅和共振镜组成，所述半导体光放大器SOA发射的荧光通过所述光纤环形器、所述光纤准直镜和所述共振镜照射到所述平面反射光栅上，不同波长的入射光经过所述平面反射光栅后衍射到不同的方向，其中一个波长在所述共振镜的某一个入射角下垂直入射到所述反射镜上并原路返回，耦合进入所述半导体光放大器SOA，共振放大形成激光，经由所述耦合器输出。2.如权利要求1所述的波长扫描的光纤激光器，其特征在于，所述光纤激光器的瞬时线宽取决于所述平面反射光栅和共振镜组成的所述光纤滤波器的线宽。3.如权利要求2所述的波长扫描的光纤激光器，其特征在于，所述平面反射光栅的衍射光栅方程为：其中，Θ和β分别为光入射角和衍射角，Λ为光栅周期，m为衍射级，λ为入射光在真空中的波长；当光沿原路返回再次经过所述平面反射光栅时，光栅色散可表示为：4.如权利要求3所述的波长扫描的光纤激光器，其特征在于，根据高斯光束，由所述平面反射光栅和共振镜组成的所述光纤滤波器的线宽表示为：其中，W为光束宽度，Wc〇S0为光束照射在所述平面反射光栅上的宽度，N为光束照射到的光栅衍射条纹数；当所述共振镜转动AΦ角度时，光束在所述平面反射光栅上的入射角变化为2Δφ，所述共振镜的最大转动角度AΦ〇所对应的波长变化即为波长扫描范围Δλ，根据所述平面反射光栅的衍射光栅方程，波长扫描范围Aλ可表不为：5.如权利要求4所述的波长扫描的光纤激光器，其特征在于，光的循环周期远小于所述光纤滤波器转过线宽3½*的时间。6.如权利要求5所述的波长扫描的光纤激光器，其特征在于，为了实现波长锁模，在光路中插入的光纤延迟线的长度为：其中，f为所述光纤滤波器的频率，η为光纤折射率。7.如权利要求6所述的波长扫描的光纤激光器，其特征在于，所述光纤激光器输出的波长线宽为，小于所述光纤滤波器的线宽δλ»，取决于所述谐振腔的共振损耗，所述光纤激光器的相干长度表不为：8.如权利要求1所述的波长扫描的光纤激光器，其特征在于，所述光纤准直镜以及构成所述谐振腔的光纤为保偏单模光纤或非保偏单模光纤，当构成所述谐振腔的光纤为非保偏单模光纤时，通过增加光纤控制器调整控制光的偏振取向。9.如权利要求1所述的波长扫描的光纤激光器，其特征在于，所述平面反射光栅和共振镜之间设有色散补偿器件。10.如权利要求1所述的波长扫描的光纤激光器，其特征在于，输出端耦合出适当的光作为反馈，控制所述共振镜的共振频率，以维持同步共振。

百度查询： 执鼎医疗科技(杭州)有限公司 一种波长扫描的光纤激光器