[发明专利]基于双脉冲激光器系统的光学扫描和成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于光学成像的扫描脉冲激光器系统。

背景技术

包括工作在两个稍微不同的重复频率f₁和f₂使得δ=|(f₁-f₂)|<<f₁和δ=|(f₁-f₂)|<<f₂的两个锁模激光器的双脉冲激光器系统对于快速查询很大不同的电子和光电装置（例如光电导开关和集成电路）的光学响应函数是有用的工具。此外，双脉冲激光器系统的使用还被建议用于THz成像，如在Sucha等人的美国专利5,778,016和U.S.6,396,856中所披露。

通过实施双电子电路系统可代替使用双锁模激光器用于探查光学响应函数，如vanderWeide在U.S.5,748,309中所建议的。所述方法对于查询THz光谱范围中信号传输的光谱相关性(不独立)是有一些益处的。披露了也工作在两个稍微不同的重复频率f₁和f₂的两个脉冲信号源，产生由包括两个重复频率的纯谐波的频率线构成的在THz光谱范围的发射。在δ,2δ,...nδ探测的差拍信号随后被用于推断在重复频率f₁,2f₁,...nf₁的谐波的信号传输。注意在本方案中，使用低至δ的差频的差拍信号，这并非是理想的，因为δ通常具有噪声可使信号走样的小值。

Keilmann等人后来在“Time domain mid-infrared frequency-comb spectrometer”，Opt.Lett.,vol.29,pp.1542-1544(2004)中再次披露了锁模激光器的使用，他们建议将双扫描激光器系统用于傅里叶变换光谱（FTS）并且分析在红外光谱范围中材料的光谱传输。

为了改进双激光器扫描FTS的扫描率，Keilmann等人在国际专利申请公开号WO2007/045461中还建议了利用与’016专利中所述类似的技术抖颤(调谐)一激光器相对于另一激光器的重复频率。

Haensch等人在美国专利7,203,402中也建议了将激光器用于光谱学，其中基于锁模激光器的单频梳激光器被用于光学元件的某些特性的测量。这里，测量在梳激光器的各个频率线同时或依次进行。

近来频梳激光器还与传统的傅里叶变换光谱仪结合以获得改进的信号/噪声比用于光谱测量（J.Mandon等人，'Fourier transform spectroscopy with a laser frequency comb',in Nature Photonics,2009）。

现有的双扫描激光器系统当应用于光谱学时具有多个限制。所用激光源的低重复频率导致过长的数据采集时间，并且用于在近IR至中红外(mid-IR)光谱范围的信号生成的技术相对繁琐。通过庞大的固态激光器实施的系统不能很好的适用于设备应用并需要较大的部件数量。其它的系统（P.Giaccari等人,'Active Fourier-transform spectroscopy combining the direct RF beating of two fiber-based mode-locked lasers with a novel referencing method',Opt.Express.,vol.16,pp.4347（2008））和（I.Coddington等人,Coherent Multiheterodyne Spectroscopy Using Stabilized Optical Frequency Combs,Phys.Rev.Lett.100,13902（2008））仅提供了非常有限的光谱覆盖范围。

发明内容

在下文中采用锁模激光器的离散频谱（即梳状光谱）但不需要或不依赖于激光振荡器内部的精确梳控制的双扫描激光器系统被称为相干双扫描激光器（CDSL）。