[发明专利]一种超连续谱光源、测量系统和测量方法

说明书

本发明公开了一种包括中间超连续谱光源(100)和单模耦合单元(300)的超连续谱光源(1000)，包括这种光源的光学测量系统，以及测量方法。超连续谱光源包括脉冲频率倍增器(103)以增加重复率，单模耦合单元被配置为将来自中间超连续谱光源的光谱抑制和塑形以允许具有减小的噪声基准的测量值。

本申请是申请日为2013年5月30日、申请号为201380039345.1、发明名称为“一种超连续谱光源、测量系统和测量方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种超连续谱光源，包括中间超连续谱(SC)光源和单模耦合单元，其中，所述超连续谱光源适合用于测量系统，例如在这样的测量系统中，在该系统中待测量的或者用别的方式分析的样品被源自这种超连续谱光源的光辐照，其中，所述测量系统被布置为允许探测来自所述样品的光。本发明还涉及适于测量目标物上的至少一个参数的包括超连续谱光源的系统，以及测量所述测量系统的目标物上的至少一个参数的方法。

背景技术

光学测量系统存在很多变形。这些系统的共同点是光束指向样品并且从样品捕获光。捕获的光可以是从样品反射的光、通过样品传播的光、和/或样品响应于入射光所发出的例如荧光的光。

通过用脉冲激光(通常以MOPA配置)作为输入光泵浦光纤，成功地直接通过非线性光纤生成了倍频程带宽超连续谱(SC)，所述非线性光纤例如微结构光纤、锥形标准光纤以及锥形微结构光纤。这种宽光谱连续谱光源潜在地可用于许多测量系统，例如光学相干断层扫描技术(OCT)、光频测量术、荧光显微术、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微术以及双光子荧光显微术。遗憾的是，对于那些实验，传统连续谱源的大的振幅波动限制了精确度和/或灵敏度。之前对SC生成的研究表明：SC生成过程对量子噪声、技术噪声、以及诸如输入波长、持续时间和输入激光脉冲的啁啾的特定参数是非常敏感的。源于稳定连续谱的光源通常改善了SC源的实用性。

在传统的多孔的光子晶体或锥形单模长光纤中的连续谱生成是复杂的并且能够在时域和频域包含值得注意的子结构，对于不同的波长区段，所述子结构引起不需要的并且分布不均匀的噪声以及不稳定性。通常，连续谱的振幅表现出具有明显过量的白噪声背景的大的波动，其可以通过快速探测器和RF谱分析仪(RFSA)测量来揭示。

波长变换的常用方法是生成超连续谱，然后光谱地切掉连续谱的一部分并且使用该部分作为显微术装置的光源。然而，所选择的连续谱类似地包含大的振幅波动(噪声)，这可能不适用于一些应用。

在美国专利7,403,688中，通过使非线性光纤逐渐变细并使用引起所谓的孤子裂变的飞秒脉冲源来减少来自SC源的噪声。该专利的摘要记载：“用于DMM所引起的Cherenkov辐射(CR)和四波混频(FWM)的相位匹配条件的纵向变形允许低噪声超连续谱的生成。”使光纤逐渐变细需要后期处理技术或者需要在生产过程中改变光纤的直径，这使得SC光源的生成复杂化，并且锥形物的小截面限制了能够安全传输的光的量。此外，飞秒脉冲源通常是相对复杂和昂贵的。

在US2011/0116282中，描述了一种光源装置，其具有能够生成SC光的基础结构，还具有能够塑造SC光的光谱波形、功率调节SC光、或者调节包含SC光的脉冲序列的重复频率的结构。US2011/0116282中的光源装置包括在大约1550nm的波长泵浦的SC光纤，来自该光源的SC光脉冲序列的重复频率在1MHz或更多和100MHz或更少之间。在US2011/0116282的全文中，仅针对单脉冲讨论了噪声，并且描述了脉冲光P1的噪声特性不受影响。对于SC光脉冲序列P2的噪声特性，提到通过与布置在光源装置外部的光探测器同步低噪声探测是可能的。来自使用不同的泵浦波长的SC光源的噪声谱不同，因此噪声抑制也会不同。US2011/0116282涉及飞秒脉冲序列P1。这种脉冲源通常相对复杂和昂贵。

发明内容

鉴于前述内容，本发明的一个目的是提供一种低噪声超连续谱光源以及有利地在所生成的超连续谱(SC)中具有降低的噪声影响的超连续谱光源。超连续谱光源有利地适用于光测量系统。