專利名稱：用于光學(xué)相干層析技術(shù)的全光纖結(jié)構(gòu)超連續(xù)譜光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及可以應(yīng)用于光學(xué)相干層析(OCT)技術(shù)中的全光纖結(jié)構(gòu)光源，尤其是應(yīng)用 于縱向分辨率在微米量級(jí)的光學(xué)相干層析系統(tǒng)的全光纖結(jié)構(gòu)光源。
背景技術(shù)：
在生命科學(xué)成為科技發(fā)展熱點(diǎn)的今天，為了能夠安全、及時(shí)、有效地發(fā)現(xiàn)病變?nèi)缒[瘤， 并對(duì)其區(qū)分定位，科研工作者一直在尋求無(wú)創(chuàng)的生物體檢測(cè)方法。為避免有高度轉(zhuǎn)移傾向 的惡性病變組織轉(zhuǎn)移， 一般不作術(shù)前活檢。因此光學(xué)相干層析技術(shù)(Optical Coherence Tomography,簡(jiǎn)稱OCT)這一非侵入式光學(xué)成像技術(shù)在近年來(lái)發(fā)展起來(lái)，它能對(duì)活體組織 進(jìn)行實(shí)時(shí)、高分辨率斷層成像，對(duì)活體組織內(nèi)部機(jī)構(gòu)的生理、病理變化過(guò)程作精確的分析 和診斷。另外，由于采用的是光學(xué)成像，避免了輻射等造成的潛在危害，因而對(duì)人體組織 發(fā)育將提供安全的檢測(cè)手段。光學(xué)相干層析技術(shù)這種應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)的新型成像技術(shù)結(jié)合 了激光技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、超靈敏探測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，能夠獲得高分辨率的截 面圖像。對(duì)它的開發(fā)研究，將為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供一種全新的重要診斷手段。
當(dāng)今，OCT最具誘惑力的應(yīng)用在于它對(duì)人體癌變和心血管疾病的早期準(zhǔn)確診斷，這要 求OCT的分辨率能夠達(dá)到細(xì)胞水平，因此這對(duì)作為其核心技術(shù)的光源性能提出了苛刻要求。 由于相干性和實(shí)用性的特殊要求，OCT系統(tǒng)需要光源具有較寬的頻譜寬度，輸出功率高， 穩(wěn)定性好，易于耦合。
現(xiàn)今的OCT系統(tǒng)使用的光源主要有輻射光源和飛秒固體激光器兩類。常用的輻射光源以 超輻射二極管(SLD)為主。SLD相對(duì)價(jià)格較低、體積小、工作穩(wěn)定，但是它的光譜寬度窄 且輸出功率低，限制了系統(tǒng)的縱向分辨率(一般縱向分辨率 10_20,)和靈敏度，因此對(duì) 于細(xì)胞或亞細(xì)胞級(jí)的成像精度，SLD光源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。另一類OCT光源是飛秒固體激 光器，它具有脈寬窄、光譜寬、功率強(qiáng)的特點(diǎn)，能提高OCT的縱向分辨率達(dá)到細(xì)胞級(jí)；同時(shí) 由于高能量的特點(diǎn)，特別適合做快速成像OCT系統(tǒng)的光源，但目前使用的飛秒激光器主要是 利用克爾棱鏡鎖模的Ti:Al203固體激光器，盡管它可以輸出中心波長(zhǎng) 800nm、脈寬 10fs、 譜寬 200nm左右的寬譜寬超短脈沖，但是這種固體激光器噪聲大，直接耦合到光纖系統(tǒng)時(shí) 效率極低，操作和維護(hù)復(fù)雜，成本昂貴且體積龐大，嚴(yán)重限制了OCT技術(shù)的臨床應(yīng)用。。 發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種用于光學(xué)相干層析技術(shù)的全光纖 結(jié)構(gòu)超連續(xù)譜光源，具有超寬帶光譜、高功率、體積小、重量輕，不存在固體激光器與OCT 系統(tǒng)中的光纖干涉儀之間低耦合效率問(wèn)題，且具有高成像分辨率、便于臨床應(yīng)用。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是，一種用于光學(xué)相干層析技術(shù)的全光纖結(jié)構(gòu)超連續(xù)譜光源， 其結(jié)構(gòu)包括依次相連的a型腔非線性偏振旋轉(zhuǎn)被動(dòng)鎖模摻鉺光纖激光器l，輸出耦合器2， EDFA摻鉺光纖放大器3，產(chǎn)生超連續(xù)譜的光纖4，光纖激光器l、輸出耦合器2、 EDFA摻鉺光 纖放大器3、產(chǎn)生超連續(xù)譜的光纖4依次相連，超短脈沖泵浦的超連續(xù)譜光纖4作為光學(xué)相干 層析技術(shù)的全光纖結(jié)構(gòu)超連續(xù)譜光源輸出端。o型腔非線性偏振旋轉(zhuǎn)被動(dòng)鎖模摻鉺光纖激光器l結(jié)構(gòu)為依次相連的半導(dǎo)體激光器7、 WDM波分復(fù)用器8、低摻雜E^+光纖9、 PC2偏振控制器11、 PBS偏振分束器12、 ISO光隔離器. 13、 PC1偏振控制器10、 WDM波分復(fù)用器8，相連各器件由單模光纖14和法蘭盤連接，采用 被動(dòng)鎖模光纖激光器泵浦光纖產(chǎn)生超寬帶光譜。
輸出光功率由摻鉺光纖放大器(EDFA)來(lái)提供，可以達(dá)到50mW以上。
被動(dòng)鎖模光纖激光器1由980nm半導(dǎo)體激光器作為泵浦源。
用 一個(gè)偏振分束器代替?zhèn)鹘y(tǒng)環(huán)形腔中的起偏器兼輸出耦合器。
本實(shí)用新型有下述技術(shù)效果超短脈沖泵浦的超連續(xù)譜光纖4作為光學(xué)相干層析技術(shù)的 全光纖結(jié)構(gòu)超連續(xù)譜光源輸出端，全光纖結(jié)構(gòu)光源可以輸出1100—1800nm的超寬帶光譜， 平均功率大于50mW。不但寬譜寬和高功率是輻射光源無(wú)法匹敵的，其全光纖結(jié)構(gòu)更可以實(shí) 現(xiàn)體積小、重量輕，不存在固體激光器與OCT系統(tǒng)中的光纖干涉儀之間低耦合效率問(wèn)題，且 具有高成像分辨率、便于臨床應(yīng)用。
利用這種光源制備的OCT系統(tǒng)所需光纖器件均有價(jià)格低廉的成熟商品，操作維護(hù)簡(jiǎn)單， 可大幅降低高分辨率OCT系統(tǒng)的成本，使其快步邁向臨床應(yīng)用。

圖1為用于OCT系統(tǒng)中的光纖超連續(xù)譜光源的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1中所示被動(dòng)鎖模光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖3為圖1中所示被動(dòng)鎖模光纖激光器經(jīng)摻鉺光纖放大器放大后泵浦色散位移光纖產(chǎn) 生的超連續(xù)光譜圖4為圖1中所示被動(dòng)鎖模光纖激光器經(jīng)摻鉺光纖放大器放大后泵浦色散平坦光纖產(chǎn) 生的超連續(xù)光譜圖。
圖中，l為被動(dòng)鎖模光纖激光器，2為80: 20光耦合器，3為摻鉺光纖放大器EDFA， 4為非線性光纖(色散位移光纖或色散平坦光纖)，5為示波器，6為OSA光組件，7為980nm 半導(dǎo)體激光器，8為1550nm/980nm的波分復(fù)用器WDM， 9為20m低摻雜Ei^+光纖，偏10 為振控制器PC1， 11為振控制器PC2， 12為偏振分束器PBS, 13為光隔離器IS0， 14為單
模光纖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本用新型。
本實(shí)用新型所述的光源結(jié)構(gòu)如圖1，其結(jié)構(gòu)包括被動(dòng)鎖模光纖激光器l， 80: 20光耦
合器2，摻鉺光纖放大器EDFA3，非線性光纖(色散位移光纖或色散平坦光纖)4。其中被動(dòng) 鎖模光纖激光器1結(jié)構(gòu)如圖2所示，其結(jié)構(gòu)包括980nm半導(dǎo)體激光器7， 1550nm/980nm 的波分復(fù)用器WDM8， 20m低慘雜Er^光纖9，偏振分束器PBS12， PC1偏振控制器10和 PC2偏振控制器11，光隔離器IS013，光腔的其它部分皆由單模光纖14構(gòu)成，光纖及各器 件尾纖之間用法蘭盤連接。
從偏振分束器PBS輸出的線偏振光經(jīng)過(guò)光隔離器ISO再經(jīng)過(guò)偏振控制器PC1成為橢圓 偏振光，此時(shí)脈沖各部位的橢圓光長(zhǎng)、短軸間的相位差相同，但脈沖中間部位的光強(qiáng)要高于 脈沖前后沿的光強(qiáng)。當(dāng)脈沖經(jīng)過(guò)摻E一+光纖得到增益放大時(shí)，在光纖的非線性效應(yīng)Kerr效應(yīng)作用下，會(huì)產(chǎn)生非線性相移。由于非線性相移與光強(qiáng)有關(guān)，因而沿脈沖不同部位產(chǎn)生的非 線性相移不同，從而使得脈沖各部位的偏振態(tài)發(fā)生了變化。通過(guò)調(diào)整偏振控制器PC2使光脈 沖的峰值經(jīng)過(guò)PBS，以使光脈沖強(qiáng)度較低的前后沿越來(lái)越弱，而峰值越來(lái)越強(qiáng)，最后形成穩(wěn) 定的超短光脈沖并在PBS的另一端輸出。這種脈沖形成過(guò)程就是利用光纖的非線性偏振旋轉(zhuǎn) 效應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)具有自幅度調(diào)制(SAM)作用的等效快速可飽和吸收體的被動(dòng)鎖模機(jī)制。光隔 離器用來(lái)阻止腔內(nèi)器件帶來(lái)的后向散射。
利用被動(dòng)鎖模光纖激光器輸出的兆赫茲(MHz)、亞皮秒量級(jí)超短脈沖作為泵浦源，用示 波器5監(jiān)控其鎖模狀態(tài)是否穩(wěn)定，激光器的輸出光脈沖經(jīng)摻鉺光纖放大器放大后泵浦一段光 纖(色散位移光纖或色散平坦光纖)，在光纖中的自相位調(diào)制、二階色散、三階色散和受激拉 曼散射的綜合作用下，超短光脈沖的透射脈沖光譜中產(chǎn)生新的頻率成分，使入射光脈沖光譜 被不斷展寬，從而獲得光纖超連續(xù)譜輸出，通過(guò)光譜分析儀6觀察超連續(xù)光譜，通過(guò)兩個(gè)偏 振控制器對(duì)光源進(jìn)行微調(diào)，當(dāng)輸出譜寬和平坦度等指標(biāo)達(dá)到要求后從端口 a處輸出即可。圖 3和圖4就是激光器分別泵浦色散位移光纖和色散平坦光纖后測(cè)量到的超連續(xù)光譜圖。
權(quán)利要求1.一種用于光學(xué)相干層析技術(shù)的全光纖結(jié)構(gòu)超連續(xù)譜光源，其結(jié)構(gòu)包括σ型腔非線性偏振旋轉(zhuǎn)被動(dòng)鎖模摻鉺光纖激光器(1)，輸出耦合器(2)，EDFA摻鉺光纖放大器(3)，產(chǎn)生超連續(xù)譜的光纖(4)，其特征在于，光纖激光器(1)、輸出耦合器(2)、EDFA摻鉺光纖放大器(3)、產(chǎn)生超連續(xù)譜的光纖(4)依次相連，超短脈沖泵浦的超連續(xù)譜光纖(4)作為光學(xué)相干層析技術(shù)的全光纖結(jié)構(gòu)超連續(xù)譜光源輸出端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于光學(xué)相干層析技術(shù)的全光纖結(jié)構(gòu)超連續(xù)譜光源，其特征在于， o型腔非線性偏振旋轉(zhuǎn)被動(dòng)鎖模摻鉺光纖激光器(l)結(jié)構(gòu)為依次相連的半導(dǎo)體激光器(7)、 WDM波分復(fù)用器(8)、低摻雜Er^光纖(9)、 PC2偏振控制器(11)、 PBS偏振分束器(12)、 ISO光隔離器(13)、 PC1偏振控制器(10)、 WDM波分復(fù)用器(8)，相連各器件由單模光纖 (14)和法蘭盤連接，采用被動(dòng)鎖模光纖激光器泵浦光纖產(chǎn)生超寬帶光譜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于光學(xué)相干層析技術(shù)的全光纖結(jié)構(gòu)超連續(xù)譜光源，其特征在于， EDFA摻鉺光纖放大器提供輸出光功率，可以達(dá)到50mW以上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光學(xué)相干層析技術(shù)的全光纖結(jié)構(gòu)超連續(xù)譜光源，其特征在于， 被動(dòng)鎖模光纖激光器(l)由980nm半導(dǎo)體激光器作為泵浦源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于光學(xué)相干層析技術(shù)的全光纖結(jié)構(gòu)超連續(xù)譜光源，其特征在于， 用一個(gè)偏振分束器代替?zhèn)鹘y(tǒng)環(huán)形腔中的起偏器兼輸出耦合器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及全光纖結(jié)構(gòu)光源。為提供一種用于光學(xué)相干層析技術(shù)的全光纖結(jié)構(gòu)超連續(xù)譜光源，其具有超寬帶光譜、高功率、體積小、重量輕，高耦合效率，且具有高成像分辨率、便于臨床應(yīng)用的用于光學(xué)相干層析技術(shù)的全光纖結(jié)構(gòu)超連續(xù)譜光源，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是，結(jié)構(gòu)包括依次相連的σ型腔非線性偏振旋轉(zhuǎn)被動(dòng)鎖模摻鉺光纖激光器1，輸出耦合器2，EDFA摻鉺光纖放大器3，產(chǎn)生超連續(xù)譜的光纖4，光纖激光器1、輸出耦合器2、EDFA摻鉺光纖放大器3、產(chǎn)生超連續(xù)譜的光纖4依次相連，超短脈沖泵浦的超連續(xù)譜光纖4作為光學(xué)相干層析技術(shù)的全光纖結(jié)構(gòu)超連續(xù)譜光源輸出端。本實(shí)用新型主要應(yīng)用于制造全光纖結(jié)構(gòu)光源。
文檔編號(hào)A61B5/00GK201147308SQ20082007383
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月2日
發(fā)明者王永福, 王肇穎, 賈東方, 郭以平 申請(qǐng)人:天津大學(xué)