一種超連續(xù)譜光源、測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種超連續(xù)譜光源，包括中間超連續(xù)譜（SC)光源和單模禪合單元，其 中，所述超連續(xù)譜光源適合用于測(cè)量系統(tǒng)，例如在該樣的測(cè)量系統(tǒng)中，在該系統(tǒng)中待測(cè)量的 或者用別的方式分析的樣品被源自該種超連續(xù)譜光源的光福照，其中，所述測(cè)量系統(tǒng)被布 置為允許探測(cè)來(lái)自所述樣品的光。本發(fā)明還設(shè)及適于測(cè)量目標(biāo)物上的至少一個(gè)參數(shù)的包括 超連續(xù)譜光源的系統(tǒng)，W及測(cè)量所述測(cè)量系統(tǒng)的目標(biāo)物上的至少一個(gè)參數(shù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)存在很多變形。該些系統(tǒng)的共同點(diǎn)是光束指向樣品并且從樣品捕獲 光。捕獲的光可W是從樣品反射的光、通過(guò)樣品傳播的光、和/或樣品響應(yīng)于入射光所發(fā)出 的例如巧光的光。
[0003] 通過(guò)用脈沖激光（通常WMOPA配置）作為輸入光累浦光纖，成功地直接通過(guò)非線 性光纖生成了倍頻程帶寬超連續(xù)譜（SC)，所述非線性光纖例如微結(jié)構(gòu)光纖、錐形標(biāo)準(zhǔn)光纖 W及錐形微結(jié)構(gòu)光纖。該種寬光譜連續(xù)譜光源潛在地可用于許多測(cè)量系統(tǒng)，例如光學(xué)相干 斷層掃描技術(shù)（OCT)、光頻測(cè)量術(shù)、巧光顯微術(shù)、相干反斯托克斯拉曼散射（CAR巧顯微術(shù)W 及雙光子巧光顯微術(shù)。遺憾的是，對(duì)于那些實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)連續(xù)譜源的大的振幅波動(dòng)限制了精確 度和/或靈敏度。之前對(duì)SC生成的研究表明；SC生成過(guò)程對(duì)量子噪聲、技術(shù)噪聲、W及諸 如輸入波長(zhǎng)、持續(xù)時(shí)間和輸入激光脈沖的調(diào)嗽的特定參數(shù)是非常敏感的。源于穩(wěn)定連續(xù)譜 的光源通常改善了 SC源的實(shí)用性。
[0004] 在傳統(tǒng)的多孔的光子晶體或錐形單模長(zhǎng)光纖中的連續(xù)譜生成是復(fù)雜的并且能夠 在時(shí)域和頻域包含值得注意的子結(jié)構(gòu)，對(duì)于不同的波長(zhǎng)區(qū)段，所述子結(jié)構(gòu)引起不需要的并 且分布不均勻的噪聲W及不穩(wěn)定性。通常，連續(xù)譜的振幅表現(xiàn)出具有明顯過(guò)量的白噪聲背 景的大的波動(dòng)，其可W通過(guò)快速探測(cè)器和RF譜分析儀（RFSA)測(cè)量來(lái)揭示。
[0005] 波長(zhǎng)變換的常用方法是生成超連續(xù)譜，然后光譜地切掉連續(xù)譜的一部分并且使用 該部分作為顯微術(shù)裝置的光源。然而，所選擇的連續(xù)譜類似地包含大的振幅波動(dòng)（噪聲）， 該可能不適用于一些應(yīng)用。
[0006] 在美國(guó)專利7, 403, 688中，通過(guò)使非線性光纖逐漸變細(xì)并使用引起所謂的孤子 裂變的飛秒脈沖源來(lái)減少來(lái)自SC源的噪聲。該專利的摘要記載；"用于DMM所引起的 化erenkov福射（CR)和四波混頻（FWM)的相位匹配條件的縱向變形允許低噪聲超連續(xù)譜 的生成。"使光纖逐漸變細(xì)需要后期處理技術(shù)或者需要在生產(chǎn)過(guò)程中改變光纖的直徑，該使 得SC光源的生成復(fù)雜化，并且錐形物的小截面限制了能夠安全傳輸?shù)墓獾牧俊４送?，飛秒 脈沖源通常是相對(duì)復(fù)雜和昂貴的。
[0007] 在US2011/0116282中，描述了一種光源裝置，其具有能夠生成SC光的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)， 還具有能夠塑造SC光的光譜波形、功率調(diào)節(jié)SC光、或者調(diào)節(jié)包含SC光的脈沖序列的重 復(fù)頻率的結(jié)構(gòu)。US2011/0116282中的光源裝置包括在大約1550皿的波長(zhǎng)累浦的SC光 纖，來(lái)自該光源的SC光脈沖序列的重復(fù)頻率在IMHz或更多和lOOMHz或更少之間。在 US2011/0116282的全文中，僅針對(duì)單脈沖討論了噪聲，并且描述了脈沖光PI的噪聲特性不 受影響。對(duì)于SC光脈沖序列P2的噪聲特性，提到通過(guò)與布置在光源裝置外部的光探測(cè)器 同步低噪聲探測(cè)是可能的。來(lái)自使用不同的累浦波長(zhǎng)的SC光源的噪聲譜不同，因此噪聲抑 制也會(huì)不同。US2011/0116282設(shè)及飛秒脈沖序列P1。該種脈沖源通常相對(duì)復(fù)雜和昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引鑒于前述內(nèi)容，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種低噪聲超連續(xù)譜光源W及有利地在 所生成的超連續(xù)譜（SC)中具有降低的噪聲影響的超連續(xù)譜光源。超連續(xù)譜光源有利地適 用于光測(cè)量系統(tǒng)。
[0009] 在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明設(shè)及一種適用于測(cè)量目標(biāo)物上的至少一個(gè)參數(shù)的系統(tǒng)， 所述系統(tǒng)包括超連續(xù)譜光源，進(jìn)一步，提供使用所述系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的方法也是一個(gè)目的。
[0010] 該些和其他目的已經(jīng)通過(guò)本發(fā)明或其實(shí)施例解決，如在權(quán)利要求書(shū)中所限定的W 及如下文所描述的。
[0011] 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明和其實(shí)施例具有多個(gè)額外的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)下列描述，該對(duì)于本領(lǐng)域 技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。
[0012] 本發(fā)明的超連續(xù)譜光源包括光源輸出，中間超連續(xù)譜光源和單模禪合單元，其中， 所述中間超連續(xù)譜光源包括：
[001引 a.種子激光器，其被配置為提供脈沖頻率為的種子脈沖；
[0014] b.脈沖頻率倍增器（PFM)，其被配置為使種子脈沖倍增，并且將轉(zhuǎn)換為脈沖頻 率為Fp胃的累浦脈沖，其中F P胃大于F日。。4。
[0015] C.非線性元件，其被配置為接收所述累浦脈沖并將所述累浦脈沖轉(zhuǎn)換為超連續(xù)譜 光，所述超連續(xù)譜光作為所述非線性元件的輸出并且具有從大約A 1跨越到大約A 2的超連 續(xù)光譜，其中，A 2-^1〉大約500皿。
[0016] 來(lái)自非線性元件的輸出禪合至單模禪合單元W提供來(lái)自單模禪合單元的輸出，光 源輸出包括來(lái)自單模禪合單元的輸出。單模禪合單元被配置為將來(lái)自所述非線性元件的所 述超連續(xù)光譜抑制并塑形。優(yōu)選地，F(xiàn)p胃至少大約lOOMHz，例如至少大約150MHz，例如至少 大約200MHz，例如至少大約300MHz，例如至少大約400MHz，例如至少大約500MHz，例如至少 大約600MHz，例如至少大約700MHz，例如至少大約800MHz，例如至少大約IGHz。
[0017] 在頻率倍增器的優(yōu)選實(shí)施例中，所述單模禪合單元被配置為接收所述超連續(xù)譜光 并且將所述超連續(xù)譜光光譜塑形W使從所述單模禪合單元輸出的光譜從^3跨越到A 4,其 中入3-^4〉〇,入^ iW及A A 2,并且其中從單模禪合單元輸出的光譜塑形的輸出光 譜不同于來(lái)自中間超連續(xù)譜源的波長(zhǎng)范圍為A 3至A 4的光譜。
[0018] 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的超連續(xù)譜光源具有低噪聲，該導(dǎo)致高度改善的超連續(xù)譜光源， 特別是對(duì)于低噪聲有益的應(yīng)用。在本文中，術(shù)語(yǔ)"低噪聲"意指該樣的平均噪聲，其明顯地 低于現(xiàn)有技術(shù)的白光SC源在光譜范圍內(nèi)W相當(dāng)?shù)妮敵龉β实墓β仕焦ぷ魉究赡墚a(chǎn) 生的平均噪聲，比如明顯地低于現(xiàn)有技術(shù)的超連續(xù)譜光源W相當(dāng)?shù)妮敵龉β实墓β仕讲?且在孤子裂變區(qū)之上工作所原本可能產(chǎn)生的平均噪聲，例如當(dāng)該源在測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)。
[0019] 中間超連續(xù)譜光源的種子激光器例如可W是鎖模光纖激光器，優(yōu)選地是通過(guò) SESAM鎖模的，優(yōu)選地所述光纖激光器的增益介質(zhì)選自滲錠鏡光纖、滲巧光纖和滲巧/鏡光 纖。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施例中，波長(zhǎng)范圍"^3-^4"大于大約100皿，例如大于大約200皿，例如 大于大約300111]1或例如大于大約500]11]1。在一個(gè)實(shí)施例中，波長(zhǎng)^3小于大約1000]11]1，例如 小于大約900nm，例如小于大約800nm，例如小于大約700nm或者例如小于大約600nm。在一 個(gè)實(shí)施例中，^4大于大約l〇70nm，例如大于大約llOOnm，例如大于大約1200nm，或者例如 大于大約1300nm。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施例中，單模禪合單元包括如下中的一個(gè)或多個(gè)：棱鏡、低通光濾波器、 高通光濾波器、帶通光濾波器和單模光纖。有益地，單模禪合單元被配置為將來(lái)自中間超連 續(xù)譜光源的光譜塑形為高斯光譜、雙峰光譜或平頂光譜。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施例中，由光功率抑制因子y給出所述單模禪合單元中超連續(xù)光譜的抑 審IJ，所述光功率抑制因子y是^4至A 3的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光功率抑制的程度，其中，所述光功 率抑制因子y大于大約2,例如大于大約3,例如大于大約4,例如大于大約6,例如大于大約 8,例如大于大約10。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施例中，為了實(shí)施所述抑制，所述單模禪合單元包括如下中的至少一個(gè)： i)從非線性元件到單模禪合單元的輸出的不一致或不協(xié)調(diào)；ii)輸入至單模禪合單元和/ 或從單模禪合單元輸出的連接損耗；W及iii)寬帶衰減濾波器，例如中性密度濾波器或?qū)?帶光束分離器。
[0024] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述單模禪合單元包括用于禪合至非線性元件的輸入端；在單 模禪合單元的輸入端的二向色元件，所述二向色元件被配置為傳輸?shù)陀陂熤挡ㄩL(zhǎng)A g的波 長(zhǎng)，其中A 5〉A(chǔ) 3;如下中的至少一個(gè)；棱鏡、高通光濾波器或帶通光濾波器；W及單模光纖， 所述單模光纖的輸出是單模禪合單元的輸出。有利地，二向色元件是單模光纖，所述單模光 纖是階躍