專利名稱：專用于光學(xué)相干層析術(shù)的受激輻射光放大寬帶光纖光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摻鉺光纖寬帶光源，特別是能產(chǎn)生單高斯峰譜型和輸出功率穩(wěn)定的專用于光學(xué)相干層析術(shù)的受激輻射光放大寬帶光纖光源，是光纖傳感領(lǐng)域的一種新設(shè)計(jì)，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于光學(xué)相干層析術(shù)(Optical Coherence Tomography，簡(jiǎn)稱OCT)具有高分辨、無損傷、快速、便攜和易于與許多實(shí)用臨床儀器接口等顯著特點(diǎn)，受到了國(guó)際生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域的高度重視。其中的關(guān)鍵部件---光源在研制中需要考慮波長(zhǎng)、時(shí)間相干性、空間相干性、譜型、功率和穩(wěn)定性等。其中，波長(zhǎng)需要根據(jù)應(yīng)用來選擇合理的范圍，對(duì)于生物樣品，波長(zhǎng)范圍一般在600～1800nm之間。為了提高分辨率，要求光源具有低時(shí)間相干性和高空間相干性，其光譜寬度(3dB帶寬)決定了時(shí)間相干性的大小，帶寬越寬，分辨率越高。除了波長(zhǎng)和譜寬外，光源另一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)是光源功率譜的譜型。由于在光學(xué)相干層析術(shù)中，光源光譜的逆傅立葉變換是其自相關(guān)函數(shù)，它的實(shí)部表示深度點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。在光學(xué)相干層析術(shù)中，希望該函數(shù)的大小隨著遠(yuǎn)離其中心點(diǎn)而快速下降，并且不能有旁瓣峰。為了減小旁瓣峰，希望光源的譜型為高斯型。
目前，在OCT中采用的光源主要有超級(jí)發(fā)光二極管(superluminescent diode，SLD)、放大的自發(fā)輻射(amplified spontaneous emission，ASE)光源及克爾透鏡鎖模摻鈦藍(lán)寶石激光器?？藸柾哥R鎖模摻鈦藍(lán)寶石激光器具有帶寬寬(可以達(dá)到幾個(gè)微米)、功率高的優(yōu)點(diǎn)，它的缺點(diǎn)是成本高、維護(hù)復(fù)雜、對(duì)環(huán)境要求高。在分辨率要求不是很高的情況下，為了實(shí)現(xiàn)便攜式，OCT一般采用SLD或自發(fā)輻射光源。
采用SLD或ASE時(shí)，為了獲得寬的帶寬常常采用合成光源，即把具有臨近光譜帶的兩個(gè)或三個(gè)光源綜合起來，使之產(chǎn)生大的帶寬。這時(shí)光源的譜型往往會(huì)出現(xiàn)紋波，即不是單一譜峰的波形，在它的自相關(guān)函數(shù)的包絡(luò)中就會(huì)出現(xiàn)旁瓣峰。
SLD的缺點(diǎn)是壽命較短、波長(zhǎng)穩(wěn)定性差，而且功率比較小，一般在10mw以下，而且當(dāng)其功率提高時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生調(diào)制峰，變成多模，使得譜型變壞。
由于固有的寬輻射譜和用半導(dǎo)體激光器泵浦容易獲得高的輸出功率而使得基于摻鉺光纖放大(EDFA)的自發(fā)輻射光源(ASE)可以用于光學(xué)相干層析系統(tǒng)中。目前，在寬帶摻鉺光纖激光器的研制中，一般是把C-波段和L-波段的EDFA串聯(lián)或并聯(lián)，主要是用于光通訊中，考慮的是其譜峰的平坦性。而對(duì)于光學(xué)相干層析術(shù)的應(yīng)用，希望其譜型為高斯譜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低成本、高功率、寬帶、峰型盡可能接近單高斯譜、輸出功率穩(wěn)定的專用于光學(xué)相干層析術(shù)的受激輻射光放大寬帶光纖光源。
本發(fā)明的技術(shù)方案這種專用于光學(xué)相干層析術(shù)的受激輻射光放大寬帶光纖光源，它包括980nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管LD 1、1480nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管LD 2、兩個(gè)光控器3和4、兩個(gè)溫控器5和6、兩個(gè)光耦合器7和8、終端金屬鍍膜光纖9、波分復(fù)用耦合器WDM 11和13、波分復(fù)用耦合器WDM 15和17、摻鉺光纖10、12、14和16、光隔離器18和光纖光柵19；其特點(diǎn)征在于其中980nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管1的輸出接光耦合器7的端口c；光耦合器7的端口a和b分別接WDM 11和13的端口b；WDM 11的端口a和WDM 13的端口c之間接摻鉺光纖12；WDM 11的端口c接摻鉺光纖10的一端；摻鉺光纖10的另一端接終端金屬鍍膜光纖9；WDM 13的端口a接摻鉺光纖14的一端；摻鉺光纖14的另一端接WDM 15的端口c；1480nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管2的輸出接光耦合器8的端口c；光耦合器8的端口a和b分別接WDM 15和17的端口b；WDM 15的端口a和WDM 17的端口c之間接摻鉺光纖16；WDM 17的端口a接光隔離器18的一端；光隔離器18的另一端與光纖光柵19相連接。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過980nm LD和1480nm LD對(duì)摻鉺光纖基態(tài)原子的激發(fā)后，使鉺離子激發(fā)到高能態(tài)，處于高能態(tài)的餌離子自發(fā)輻射回基態(tài)，產(chǎn)生寬帶光譜，使該輸出的光源實(shí)現(xiàn)了中心波長(zhǎng)在1560nm，帶寬大于75nm的寬帶光譜。由于采用了合適分束比的光耦合器，并采用多級(jí)長(zhǎng)周期光纖光柵對(duì)鉺離子自發(fā)光譜進(jìn)行調(diào)整，使輸出的寬帶光譜接近單高斯峰光譜；同時(shí)采用了光控和溫控器來控制激光二極管的輸出提高了功率的穩(wěn)定性。
用該發(fā)明得到的OCT深度點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)中的旁瓣峰大大減小，改善了光學(xué)相干層析術(shù)的有效分辨率。該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本廉價(jià)、操作方便、能在常溫下穩(wěn)定工作。


圖1是本發(fā)明的寬帶光纖光源結(jié)構(gòu)組成示意圖。
圖中1.980nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管 2.1480nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管 3.光控器 4.光控器 5.溫控器 6.溫控器 7.光耦合器 8.光耦合器 9.終端金屬鍍膜光纖10.摻鉺光纖 11.波分復(fù)用耦合器(WDM) 12.摻鉺光纖 13.波分復(fù)用耦合器(WDM) 14.摻鉺光纖 15.波分復(fù)用耦合器(WDM) 16.摻鉺光纖 17.波分復(fù)用耦合器(WDM) 18.光隔離器 19.光纖光柵具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的具體說明這種專用于光學(xué)相干層析術(shù)的受激輻射光放大寬帶光纖光源，它包括980nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管LD 1、1480nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管LD 2、兩個(gè)光控器3和4、兩個(gè)溫控器5和6、兩個(gè)光耦合器7和8、終端金屬鍍膜光纖9、波分復(fù)用耦合器WDM 11和13、波分復(fù)用耦合器WDM 15和17、摻鉺光纖10、12、14和16、光隔離器18和光纖光柵19；其特點(diǎn)征在于其中980nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管1的輸出接光耦合器7的端口c；光耦合器7的端口a和b分別接WDM 11和13的端口b；WDM 11端口a和WDM 13的端口c之間接摻鉺光纖12；WDM 11的端口c接摻鉺光纖10的一端；摻鉺光纖10的另一端接終端金屬鍍膜光纖9；WDM 13的端口a接摻鉺光纖14的一端；摻鉺光纖14的另一端接WDM15的端口c；1480nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管2的輸出接光耦合器8的端口c；光耦合器8的端口a和b分別接WDM 15和17的端口b；WDM 15的端口a和17的端口c之間接摻鉺光纖16；WDM 17的端口a接光隔離器18的一端；光隔離器18的另一端與光纖光柵19相連接。
光纖光柵19是三級(jí)長(zhǎng)周期光纖光柵。
從980nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管1的輸出的光在進(jìn)入波分復(fù)用耦合器WDM 11和13之前要經(jīng)過光耦合器7。
從1480nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管2輸出的光在進(jìn)入波分復(fù)用耦合器WDM 15和17之前要經(jīng)過光耦合器8。
光控器3和4分別控制980nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管1和980nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管1輸出光的功率。
選擇長(zhǎng)度合適的摻鉺光纖10、12、14、和16，由泵浦光激勵(lì)，作為增益介質(zhì)。
980nmLD的泵浦光從WDM輸入摻鉺光纖，泵浦光在摻鉺光纖中被吸收，產(chǎn)生并放大C波段自發(fā)輻射光。在摻鉺光纖10的另一端接終端金屬鍍膜光纖9，其光反射面對(duì)980mn和1550nm的光均反射，從而可以使980nm的泵浦光在光纖中得到充分吸收，以提高泵浦效率，增大自發(fā)輻射的光功率。同樣，1480nmLD的泵浦光使摻鉺光纖產(chǎn)生L波段自發(fā)輻射光。
采用三個(gè)直接串接的用線性腔(3×10mm鋼管)封裝的長(zhǎng)周期光纖光柵，它們分別在1530nm和1567nm處衰減光譜，使輸出光的光譜平坦化，消除其中的調(diào)制譜峰。
使用了合適分束比的光耦合器7和8，使得光在傳輸通道內(nèi)互補(bǔ)，調(diào)整光的譜型，同時(shí)，增加光功率的穩(wěn)定性。
作為前向和后向泵浦源的980nm LD 1和1480nm LD 2的控制端分別接光控器3和4溫控器5和6。光控器3和4可以對(duì)泵浦源輸出功率的精確控制。溫控器5和溫控器6控制泵浦源的工作溫度，減小溫度變化對(duì)泵浦源輸出波長(zhǎng)和功率穩(wěn)定性的影響，并防止溫度過高影響泵浦源的使用壽命。
由于摻鉺光纖產(chǎn)生的自發(fā)輻射光無方向性，會(huì)引起功率、波長(zhǎng)的不穩(wěn)定，產(chǎn)生噪聲，因此在輸出端放置了光隔離器。其作用是衰減返回的光，以避免引起光源工作的不穩(wěn)定，產(chǎn)生頻率的漂移和幅度的變化。
權(quán)利要求
1.一種專用于光學(xué)相干層析術(shù)的受激輻射光放大寬帶光纖光源，它包括980nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管LD(1)、1480nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管LD(2)、兩個(gè)光控器(3)和(4)、兩個(gè)溫控器(5)和(6)、兩個(gè)光耦合器(7)和(8)、終端金屬鍍膜光纖(9)、波分復(fù)用耦合器WDM(11)和(13)、波分復(fù)用耦合器WDM(15)和(17)、摻鉺光纖(10)(12)(14)和(16)、光隔離器(18)和光纖光柵(19)；其特征在于其中980nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管(1)的輸出接光耦合器(7)的端口(c)；光耦合器(7)的端口(a)和(b)分別接WDM(11)和(13)的端口(b)；WDM(11)端口(a)和WDM(13)的端口(c)之間接摻鉺光纖(12)；WDM(11)的端口(c)接摻鉺光纖(10)的一端；摻鉺光纖(10)的另一端接終端金屬鍍膜光纖(9)；WDM(13)的端口(a)接摻鉺光纖(14)的一端；摻鉺光纖(14)的另一端接WDM(15)的端口(c)；1480nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管(2)的輸出接光耦合器(8)的端口(c)；光耦合器(8)的端口(a)和(b)分別接WDM(15)和(17)的端口(b)；WDM(15)的端口(a)和(17)的端口(c)之間接摻鉺光纖(16)；WDM(17)的端口(a)接光隔離器(18)的一端；光隔離器(18)的另一端與光纖光柵(19)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1中所述的專用于光學(xué)相干層析術(shù)的受激輻射光放大寬帶光纖光源，其特征在于摻鉺光纖(10)、(12)、(14)和(16)作為增益介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的專用于光學(xué)相干層析術(shù)的受激輻射光放大寬帶光纖光源，其特征在于光纖光柵(19)是三級(jí)長(zhǎng)周期光纖光柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的專用于光學(xué)相干層析術(shù)的受激輻射光放大寬帶光纖光源，其特征在于從980nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管(1)輸出的光在進(jìn)入波分復(fù)用耦合器WDM(11)和(13)之前要經(jīng)過光耦合器(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的專用于光學(xué)相干層析術(shù)的受激輻射光放大寬帶光纖光源，其特征在于從1480nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管(2)輸出的光在進(jìn)入波分復(fù)用耦合器WDM(15)和(17)之前要經(jīng)過光耦合器(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的專用于光學(xué)相干層析術(shù)的受激輻射光放大寬帶光纖光源，其特征在于光控器(3)和(4)分別控制980nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管(1)和1480nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管(2)輸出的光功率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種專用于光學(xué)相干層析(OCT)成像的寬帶光纖光源，特別是能產(chǎn)生單高斯峰光譜的光纖光源的設(shè)計(jì)和制作，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。該光源包括980nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管，1480nm半導(dǎo)體泵浦激光二極管，波分復(fù)用耦合器(WDM)，光耦合器，鉺摻雜光纖，光隔離器和光纖光柵等。其關(guān)鍵技術(shù)是在進(jìn)入不同級(jí)的波分復(fù)用器前，選擇合適分束比的光耦合器，并采用多級(jí)長(zhǎng)周期光纖光柵對(duì)鉺離子自發(fā)光譜進(jìn)行調(diào)整，使輸出的寬帶光譜接近單高斯峰光譜；同時(shí)采用了光控和溫控器來控制激光二極管的輸出以提高功率的穩(wěn)定性。該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本廉價(jià)、操作方便、能在常溫下穩(wěn)定工作。
文檔編號(hào)G02B6/42GK1758129SQ20051001570
公開日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者周大川, 梁艷梅, 孟凡勇, 朱曉農(nóng) 申請(qǐng)人:南開大學(xué)