[发明专利]利用波分复用技术提高空间成像光信号分辨率的系统

说明书

本发明提供一种利用波分复用技术提高空间成像光信号分辨率的系统，包括激光器、第一色散介质、成像装置、波分复用器、探测器和示波器，第一色散介质对该激光器提供的脉冲激光进行时域拉伸；成像装置将时域拉伸后的脉冲激光分成多个具有不同波长的入射光信号，使各个入射光信号垂直入射至待测样品上不同位置处，从待测样品上不同位置处反射回或透射出的各个成像光信号被成像装置传输给波分复用器；波分复用器将接收到的重叠的不同波长成像光信号分别分至不同的光路，并将分成的各路空间成像光信号传输给对应的探测器，探测器将各路空间成像光信号转换成空间成像电信号，并将各路空间成像电信号发送给示波器进行分辨，以提高空间成像光信号分辨率。

技术领域

本发明属于超快时间拉伸成像领域，具体涉及一种利用波分复用技术提高空间成像光信号分辨率的系统。

背景技术

对于光学时间编码成像而言，主要存在两类对应关系，一类是时间和光谱的对应关系；另一类是光谱和空间位置的对应关系。时域拉伸成像系统通常首先利用色散介质对激光信号进行时域拉伸，实现时间与光谱的相互对应，接着将时域拉伸后的脉冲激光分成多个不同波长的入射光信号，并将不同波长的入射光信号垂直入射至待测样品上不同位置处，实现光谱与空间位置的相互对应，最后根据待测样品上不同位置处反射回的空间成像光信号就可以实现成像。其中，影响时域拉伸成像系统的客观因素包括色散补偿光纤的色散系数选取、脉冲激光的重复频率等多种因素。

理想情况下，采用较大色散系数的色散补偿介质对脉冲激光进行时域拉伸，可以扩大时域拉伸后的脉冲激光中各个不同波长脉冲的展宽(如图1所示)，从而可以提高对空间成像光信号中不同波长脉冲的分辨率。但是由于空间成像光信号中不同的波长脉冲对应于待测样品上的不同位置，而待测样品上不同位置又深浅不一，这会导致空间成像光信号中不同波长脉冲在时域上的先后关系发生变化，例如图1中空间成像光信号的后脉冲会超过前脉冲。当色散补偿光纤的色散系数太大时，如图1所示，相比利用于脉冲激光，利用时域拉伸后(即展宽后)的脉冲激光成像，形成的空间成像光信号中，后脉冲超过前脉冲所需的时长会增大，因此会提高空间成像光信号中相邻脉冲出现时域重叠的概率，这会限制整个空间成像光信号的分辨率，为了保证空间成像光信号的分辨率，色散补偿光纤的色散系数亦不能太大。为了避免空间成像光信号中脉冲之间出现时域重叠，可以采用降低脉冲激光重复频率的方法，但是脉冲激光重复频率的降低，又会导致系统成像帧率下降。可见，现有时域拉伸成像系统在通过增大色散介质色散系数，来提高空间成像光信号分辨率时，需要以牺牲系统成像帧率(即降低脉冲激光重复频率)为代价。

发明内容

本发明提供一种利用波分复用技术提高空间成像光信号分辨率的系统，以解决目前时域拉伸成像系统在通过增大色散介质的色散系数，来提高空间成像光信号分辨率时，需要以牺牲系统成像帧率为代价的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种利用波分复用技术提高空间成像光信号分辨率的系统，包括激光器、第一色散介质、成像装置、波分复用器、探测器和示波器，所述第一色散介质对该激光器提供的脉冲激光进行时域拉伸；所述成像装置将时域拉伸后的脉冲激光分成多个具有不同波长的入射光信号，使各个入射光信号垂直入射至待测样品上不同位置处，从所述待测样品上不同位置处反射回或透射出的各个成像光信号被所述成像装置传输给所述波分复用器；

当接收到多个在时域上重叠的不同波长成像光信号时，所述波分复用器将重叠的不同波长成像光信号分别分至不同的光路，从而使分成的各路空间成像光信号中，不同波长的成像光信号不会在时域上发生重叠，针对每一路空间成像光信号，所述波分复用器将该路空间成像光信号传输给对应的探测器，所述探测器将该路空间成像光信号转换成空间成像电信号，并将该路空间成像电信号发送给所述示波器进行分辨。

在一种可选的实现方式中，通过不断增大第一色散介质的色散系数来提高空间成像光信号分辨率，且第一色散介质的色散系数的增大无上限。