[发明专利]基于组合型调谐滤波器的全光纤快速扫频激光光源

说明书

技术领域

本发明涉及扫频光学相干层析成像技术，尤其是涉及一种基于组合型调谐滤波器的全光纤快速扫频激光光源。

背景技术

光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，简称OCT)是一种新兴的生物医学光学成像技术，能非侵入地、无损伤地对活体组织的内部结构以及生理功能进行高分辨率的三维成像。光学频率域成像(扫频OCT)是最新一代的OCT技术，才发展10年左右的时间，它是利用宽带快速调谐的扫频激光光源和点探测器探测干涉信号，同时具备谱域OCT的快速成像能力和时域OCT的点探测优势。扫频OCT具有无损伤、可层析、高分辨、多信息的特征，有望成为临床医学上的“光学显微活检技术”实施高危人群的筛查和辅助早期诊断、过程监视和手术介导等临床功能。

理想的扫频激光光源需满足光波波数(k)空间线性输出，快速频率扫描、宽的光谱范围、高光谱分辨率(窄的瞬时线宽)和高的输出光功率。扫频速度决定成像速度，光谱范围决定系统轴向分辨率，瞬时线宽决定成像深度，光功率与系统成像灵敏度密切相关。哈佛大学的Bouma小组，发展了基于光栅与旋转多面镜的调谐滤波器的扫频激光光源。这种调谐滤波器的自由光谱范围和光谱分辨率(瞬时线宽)是互相制约的。扫频速度受到了腔内激光建立时间和旋转多面镜的调谐速度的限制。多面镜的旋转造成了扫频激光输出的相位不稳定性。此外，自由空间结构的调谐滤波器，易于受到外界的影响，无法满足便携式扫频激光光源的要求。美国MIT的Fujimoto小组和加州大学的Chen小组等，采用光纤法布里珀罗调谐滤波器(fiber Fabry-Perot tunable filter，FFP-TF)发展了短腔扫频激光光源。这种技术的扫频激光光源的扫频速度受限于滤波器的调谐速度和腔内激光建立时间。为了提高扫频速度，Fujimoto研究小组，又发展了基于傅里叶域锁模技术的长腔扫频激光光源，利用几千米的长光纤作为色散控制延迟线。激光通过环形振荡长腔的所需时间刚好与调谐滤波器FFP-TF的调谐周期匹配。FFP-TF滤出的各色光同时在谐振腔内振荡，不需要像短腔那样，某一个波长的光建立起激光振荡后才到下一个波长的光通过，所以虽然谐振腔的腔长比短腔长得多，但扫频速度反而提高了。这种技术扫频速度最后制约因素是调谐滤波器的扫频速度。由于要获得宽的扫描光谱范围，FFP-TF必须工作在它固有的谐振频率条件下，并且所需的驱动电压也要求比较高，所以只能采用正弦驱动波形来驱动FFP-TF，从而导致非线性扫频。而且，高频高压驱动器本身也是一个技术难点，且价格昂贵，造成成本的增加。印度和韩国的研究小组的扫频激光光源采用声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter，AOTF)作为滤波调谐元件。AOTF无运动件，稳定性好，扫频速度快。AOTF的射频驱动频率与透过(衍射)光波数呈线性关系，可实现线性扫频。AOTF自由光谱范围宽，但其光谱分辨率比较低。因此，无法获得高分辨的瞬时光谱输出。

综上所述，如何获得宽光谱范围、高光谱分辨率、k空间线性输出的可便携高速扫频激光光源是一大技术难点。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种组合型调谐滤波器的全光纤快速扫频激光光源。在基于傅里叶域锁模技术的激光振荡腔采用光谱分辨率低、自由光谱范围宽的AOTF和自由光谱范围窄、光谱分辨率高的FFP-TF级联而成的组合型调谐滤波器。

本发明采用的技术方案如下：

本发明包括半导体光放大器，色散控制延迟线，组合型调谐滤波器，两个光隔离器和光纤耦合器组成环形激光振荡腔，以及光功率增强系统。从半导体光放大器发出的受激辐射光，经环形激光振荡腔内的第一光隔离器、色散控制延迟线接到组合型调谐滤波器中的声光可调滤波器滤波输入端，声光可调滤波器滤波输出端经组合型调谐滤波器中的法布里珀罗调谐滤波器、环形激光振荡腔内的光纤耦合器后分成两路，一路经第二光隔离器接半导体光放大器，另一路接光功率增强系统输出扫频激光。

所述组合型调谐滤波器：包括射频发生器、波形驱动器、声光可调滤波器和法布里珀罗调谐滤波器；射频发生器接声光可调滤波器，波形驱动器接法布里珀罗调谐滤波器，声光可调滤波器的输出端接法布里珀罗调谐滤波器的输入端。

所述光功率增强系统：包括提升级半导体光放大器和另外两个光隔离器。光功率增强系统中的第一光隔离器的输入端与环形激光振荡腔内的光纤耦合器连接，光功率增强系统中的第一光隔离器的输出端经提升级半导体光放大器和光功率增强系统中的第二光隔离器输出扫频激光。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：