一种超连续谱光源、测量系统和测量方法
阅读：150发布：2020-12-09
专利汇可以提供一种超连续谱光源、测量系统和测量方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 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。，下面是一种超连续谱光源、测量系统和测量方法专利的具体信息内容。
1.一种超连续谱光源，其具有光源输出并且包括中间超连续谱光源和单模耦合单元，其中，所述中间超连续谱光源包括：
d.种子激光器，其被配置为提供脉冲频率为Fseed的种子脉冲；
e.脉冲频率倍增器(PFM)，其被配置为使所述种子脉冲倍增并且将Fseed转换为脉冲频率为Fpump的泵浦脉冲，其中Fpump大于Fseed；
f.非线性元件，其被配置为接收所述泵浦脉冲并将所述泵浦脉冲转换为超连续谱光，所述超连续谱光作为所述非线性元件的输出并且具有从大约λ1跨越至大约λ2的超连续光谱，其中λ2-λ1>大约500nm。
其中，所述非线性元件的输出耦合至所述单模耦合单元以提供从所述单模耦合单元的输出，其中，所述光源输出包括从所述单模耦合单元的输出，其中，所述单模耦合单元被配置为将来自所述非线性元件的所述超连续光谱抑制并塑形，以及其中，Fpump为至少大约
100MHz，例如至少大约150MHz，例如至少大约200MHz，例如至少大约300MHz，例如至少大约
400MHz，例如至少大约500MHz，例如至少大约600MHz，例如至少大约700MHz，例如至少大约
800MHz，例如至少大约1GHz。
2.根据权利要求1所述的超连续谱光源，其中，所述单模耦合单元被配置为接收所述超连续光并将其光谱塑形，从而使来自所述单模耦合单元的输出光谱从λ3跨越至λ4，其中，λ3-λ4>0，λ3≥λ1以及λ4≤λ2，以及其中，从所述单模耦合单元输出的光谱塑形的输出光谱不同于来自所述中间超连续谱源的λ3至λ4波长范围内的光谱。
3.根据权利要求2所述的超连续谱光源，其中，λ3-λ4大于大约100nm，例如大于大约
200nm，例如大于大约300nm或者例如大于大约500nm。
4.根据权利要求2或3所述的超连续谱光源，其中，λ3小于大约1000nm，例如小于大约900nm，例如小于大约800nm，例如小于大约700nm或者例如小于大约600nm。
5.根据权利要求2-3中任一项所述的超连续谱光源，其中，λ4大于大约1070nm，例如大于大约1100nm，例如大于大约1200nm，或者例如大于大约1300nm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的超连续谱光源，其中，所述单模耦合单元包括如下的一个或多个：棱镜、低通光滤波器、高通光滤波器、带通光滤波器和单模光纤。
7.根据权利要求6所述的超连续谱光源，其中，所述单模耦合单元被配置为将来自所述中间超连续谱光源的光谱塑形为高斯光谱、双峰光谱或者平顶光谱。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的超连续谱光源，其中，由光功率抑制因子y给出所述单模耦合单元中所述超连续光谱的抑制，所述光功率抑制因子y是的λ4至λ3波长范围内的光功率抑制的程度，其中，所述光功率抑制因子y大于大约2，例如大于大约3，例如大于大约4，例如大于大约6，例如大于大约8，例如大于大约10。
9.根据前述权利要求中任一项所述的超连续谱光源，其中，为了实施所述抑制，所述单模耦合单元包括如下中的至少一个：i)从所述非线性元件到所述单模耦合单元的输出的不一致或不协调；ii)输入至所述单模耦合单元和/或从所述单模耦合单元输出的连接损耗；以及iii)宽带衰减滤波器，例如中性密度滤光器或宽带光束分离器。
10.根据前述权利要求中任一项所述的超连续谱光源，其中，所述单模耦合单元包括：
-用于耦合至所述非线性元件的输入端；
-在所述单模耦合单元的输入端的二向色元件，所述二向色元件被配置为传输低于阈值波长λ5的波长，其中λ5>λ3；
-如下中的至少一个：棱镜、低通光滤波器、高通光滤波器或带通光滤波器；以及-单模光纤，所述单模光纤的输出是所述单模耦合单元的输出。
11.根据权利要求10所述的超连续谱光源，其中，所述二向色元件是单模光纤，所述单模光纤是阶跃折射率光纤或者包括空气或低折射率玻璃材料形式的微结构的微结构光纤。
12.根据前述权利要求中任一项所述的超连续谱光源，其中，从所述单模耦合单元输出的总的光功率小于大约100mW，例如小于大约50mW，例如小于大约30mW，例如小于大约
20mW。
13.根据前述权利要求中任一项所述的超连续谱光源，其中，所述种子激光器被配置为提供脉冲持续时间为tseed的种子脉冲，所述脉冲持续时间tseed长于大约0.1ps，例如长于大约0.25ps，例如长于大约0.5ps，例如长于大约0.75ps，例如长于大约1ps，例如长于大约
2ps，例如长于大约3ps，例如长于大约5ps，例如长于大约10ps，例如长于大约20ps，例如长于大约50ps，例如长于大约100ps，例如长于大约200ps，例如长于大约300ps，例如长于大约400ps，例如长于大约500ps，例如长于大约1ns。
14.根据前述权利要求中任一项所述的超连续谱光源，其中，所述种子激光器被配置为提供脉冲持续时间为tseed的种子脉冲，其中，所述脉冲持续时间短于大约1μs，例如短于大约500ns，例如短于大约200ns，例如短于大约100ns，例如短于大约50ns，例如短于大约
20ns，例如短于大约10ns，例如短于大约1ns，例如短于大约500ps，例如短于大约100ps，例如短于大约50ps，例如短于大约25ps，例如短于大约20ps，例如短于大约15ps，例如短于大约10ps。
15.根据前述权利要求中任一项所述的超连续谱光源，其中，所述非线性元件是光导纤维，例如锥形的和/或非锥形的微结构光纤。
16.根据前述权利要求中任一项所述的超连续谱光源，其中，所述中间超连续谱光源包括脉冲压缩器，例如PBG光纤，所述脉冲压缩器被配置为接收来自所述脉冲频率倍增器(PFM)的脉冲并且将时间压缩的脉冲输出至所述非线性元件。
17.根据前述权利要求中任一项所述的超连续谱光源，其中，所述中间超连续谱光源是非相干光源。
18.一种适用于测量目标物上的至少一个参数的系统，所述系统包括权利要求1-17中任一项所述的超连续谱光源，并且被配置为使用所述单模耦合单元的输出的至少一部分辐照待测量的所述目标物，例如所述单模耦合单元的全部输出的绝大部分，例如至少大约
90％，所述该系统还包括用于探测来自所述目标物的光的探测器。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述系统包括所述目标物，所述目标物是人体或动物体的一部分，例如哺乳类动物的眼睛或其任意部分。
20.根据权利要求18或19所述的系统，其中，所述探测器的积分时间长于50/Fpump，例如长于100/Fpump，例如长于200/Fpump，例如长于500/Fpump，例如长于1000/Fpump，例如长于
5000/Fpump。
21.根据权利要求18-20中任一项所述的系统，其中，所述测量系统是被配置为测量从所述目标物反射的光的反射模式测量系统，例如基于诸如光学相干断层扫描技术的白光干涉测量技术的系统。
22.根据权利要求18-21中任一项所述的系统，其中，所述测量系统用于关于矫正眼睛折射矫正的治疗，例如诸如矫正眼睛的屈光状态的眼科激光手术(LASIK)。
23.根据权利要求22所述的系统，其用于测量人眼内的鲍曼层的边界。
23.一种用于测量待测目标物上的至少一个参数的方法，所述方法包括：
a.提供权利要求1-17中任一项所述的超连续谱光源；
b.使用所述单模耦合单元的输出的至少一部分辐照待测量的目标物，例如所述单模耦合单元的全部输出的绝大部分，例如至少大约90％；以及
c.使用探测器探测来自所述目标物的光。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述目标物是人体或动物体的一部分，例如哺乳类动物的眼睛或其一部分。
一种超连续谱光源、测量系统和测量方法
技术领域
[0001] 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
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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
[0008] 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。
[0009] 在一个实施例中，本发明涉及一种适用于测量目标物上的至少一个参数的系统，所述系统包括超连续谱光源，进一步，提供使用所述系统进行测量的方法也是一个目的。
[0011] 已经发现，本发明和其实施例具有多个额外的优势，通过下列描述，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
[0012] 本发明的超连续谱光源包括光源输出，中间超连续谱光源和单模耦合单元，其中，所述中间超连续谱光源包括：
[0014] b.脉冲频率倍增器(PFM)，其被配置为使种子脉冲倍增，并且将Fseed转换为脉冲频率为Fpump的泵浦脉冲，其中Fpump大于Fseed。
[0015] c.非线性元件，其被配置为接收所述泵浦脉冲并将所述泵浦脉冲转换为超连续谱光，所述超连续谱光作为所述非线性元件的输出并且具有从大约λ1跨越到大约λ2的超连续光谱，其中，λ2-λ1>大约500nm。
[0016] 来自非线性元件的输出耦合至单模耦合单元以提供来自单模耦合单元的输出，光源输出包括来自单模耦合单元的输出。单模耦合单元被配置为将来自所述非线性元件的所述超连续光谱抑制并塑形。优选地，Fpump至少大约100MHz，例如至少大约150MHz，例如至少大约200MHz，例如至少大约300MHz，例如至少大约400MHz，例如至少大约500MHz，例如至少大约600MHz，例如至少大约700MHz，例如至少大约800MHz，例如至少大约1GHz。
[0017] 在频率倍增器的优选实施例中，所述单模耦合单元被配置为接收所述超连续谱光并且将所述超连续谱光光谱塑形以使从所述单模耦合单元输出的光谱从λ3跨越到λ4，其中λ3-λ4>0，λ3≥λ1以及λ4≤λ2，并且其中从单模耦合单元输出的光谱塑形的输出光谱不同于来自中间超连续谱源的波长范围为λ3至λ4的光谱。
[0018] 已经发现，本发明的超连续谱光源具有低噪声，这导致高度改善的超连续谱光源，特别是对于低噪声有益的应用。在本文中，术语“低噪声”意指这样的平均噪声，其明显地低于现有技术的白光SC源在光谱范围内以相当的输出功率的功率水平工作所原本可能产生的平均噪声，比如明显地低于现有技术的超连续谱光源以相当的输出功率的功率水平并且在孤子裂变区之上工作所原本可能产生的平均噪声，例如当该源在测量系统中应用时。
[0019] 中间超连续谱光源的种子激光器例如可以是锁模光纤激光器，优选地是通过SESAM锁模的，优选地所述光纤激光器的增益介质选自掺钇镱光纤、掺铒光纤和掺铒/镱光纤。
[0020] 在一个实施例中，波长范围“λ3-λ4”大于大约100nm，例如大于大约200nm，例如大于大约300nm或例如大于大约500nm。在一个实施例中，波长λ3小于大约1000nm，例如小于大约900nm，例如小于大约800nm，例如小于大约700nm或者例如小于大约600nm。在一个实施例中，λ4大于大约1070nm，例如大于大约1100nm，例如大于大约1200nm，或者例如大于大约1300nm。
[0021] 在一个实施例中，单模耦合单元包括如下中的一个或多个：棱镜、低通光滤波器、高通光滤波器、带通光滤波器和单模光纤。有益地，单模耦合单元被配置为将来自中间超连续谱光源的光谱塑形为高斯光谱、双峰光谱或平顶光谱。
[0022] 在一个实施例中，由光功率抑制因子y给出所述单模耦合单元中超连续光谱的抑制，所述光功率抑制因子y是λ4至λ3的波长范围内的光功率抑制的程度，其中，所述光功率抑制因子y大于大约2，例如大于大约3，例如大于大约4，例如大于大约6，例如大于大约8，例如大于大约10。
[0023] 在一个实施例中，为了实施所述抑制，所述单模耦合单元包括如下中的至少一个：i)从非线性元件到单模耦合单元的输出的不一致或不协调；ii)输入至单模耦合单元和/或从单模耦合单元输出的连接损耗；以及iii)宽带衰减滤波器，例如中性密度滤波器或宽带光束分离器。
[0024] 在一个实施例中，所述单模耦合单元包括用于耦合至非线性元件的输入端；在单模耦合单元的输入端的二向色元件，所述二向色元件被配置为传输低于阈值波长λ5的波长，其中λ5>λ3；如下中的至少一个：棱镜、高通光滤波器或带通光滤波器；以及单模光纤，所述单模光纤的输出是单模耦合单元的输出。有利地，二向色元件是单模光纤，所述单模光纤是阶跃折射率光纤或者包括空气或低折射率玻璃材料形式的微结构的微结构光纤。
[0025] 在一个实施例中，从所述单模耦合单元输出的总的光功率小于大约100mW，例如小于大约50mW，例如小于大约30mW，例如小于大约20mW。
[0026] 在一个实施例中，种子激光器被配置为提供脉冲持续时间为tseed的种子脉冲，所述脉冲持续时间tseed长于大约0.1ps，例如长于大约0.25ps，例如长于大约0.5ps，例如长于大约0.75ps，例如长于大约1ps，例如长于大约2ps，例如长于大约3ps，例如长于大约5ps，例如长于大约10ps，例如长于大约20ps，例如长于大约50ps，例如长于大约100ps，例如长于大约200ps，例如长于大约300ps，例如长于大约400ps，例如长于大约500ps，例如长于大约1ns。
[0027] 在一个实施例中，种子激光器被配置为提供脉冲持续时间为tseed的种子脉冲，其中，所述脉冲持续时间短于大约1μs，例如短于大约500ns，例如短于大约200ns，例如短于大约100ns，例如短于大约50ns，例如短于大约20ns，例如短于大约10ns，例如短于大约1ns，例如短于大约500ps，例如短于大约100ps，例如短于大约50ps，例如短于大约25ps，例如短于大约20ps，例如短于大约15ps，例如短于大约10ps。
[0028] 有利地，非线性元件是光纤，例如锥形的和/或非锥形的微结构光纤。
[0029] 在一个实施例中，中间超连续谱光源包括脉冲压缩器，例如PBG光纤，所述脉冲压缩器被配置为接收来自所述脉冲频率倍增器(PFM)的脉冲并且将时间压缩的脉冲输出至所述非线性元件。有利地，中间超连续谱光源是非相干光源。
[0030] 该系统适于测量目标物上的至少一个参数，其包括本发明的超连续谱光源，并且被配置为使用所述单模耦合单元的输出的至少一部分辐照待测量的目标物，例如所述单模耦合单元的全部输出的绝大部分，例如至少大约90％，该系统还包括用于探测来自所述目标物的光的探测器。
[0031] 因为本发明的超连续谱光源包括低噪声中间超连续谱光源，所以获得了非常精确的光学测量系统。
[0032] 在一个实施例中，该系统包括目标物，所述目标物是人体或动物体的一部分，例如哺乳类动物的眼睛或其任意部分。因此，可以进行人体或动物体的部分的体内和/或体外测量。
[0033] 有利地，探测器的积分时间长于50/Fpump，例如长于100/Fpump，例如长于200/Fpump，例如长于500/Fpump，例如长于1000/Fpump，例如长于5000/Fpump。
[0034] 在一个实施例中，测量系统是被配置为测量从所述目标物反射的光的反射模式测量系统，例如基于诸如光学相干断层扫描技术(OCT)的白光干涉测量技术的系统。有利地，该系统基于时域、频域或扫频光源OCT。
[0036] 在一个实施例中，测量系统用于与矫正眼睛折射矫正的治疗有关的诊断，例如诸如矫正眼睛的屈光状态的眼科激光手术(LASIK)。在一个实施例中，测量系统用于测量人眼内的鲍曼层的边界。
[0037] 本发明的用于测量待测目标物上的至少一个参数的方法包括提供本发明的超连续谱光源；使用本发明的超连续谱光源的所述单模耦合单元的输出的至少一部分(例如所述单模耦合单元的全部输出)辐照待测量的目标物；并且使用探测器探测来自所述目标物的光。
[0038] 由于光学测量系统的高精确度，目标物有利地是人体或动物体的一部分，例如哺乳类动物的眼睛或其一部分。因此，可以进行人体或动物体的部分的体内和/或体外测量。
[0039] 下文将关于石英基非线性光纤来描述本发明；然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明也包括基于其他类型的非线性元件的SC源，例如基于其他材料(例如聚合物、硫系玻璃和氟化物玻璃)的光纤、非线性平面波导和充气空芯光纤。需要相对于石英基光纤的参数相应地调整材料和/或波导基参数，例如色散和非线性。
[0040] 典型地，通过应用被配置为泵浦非线性光纤(例如上述的非线性光纤)的脉冲泵浦光源生成SC。非线性元件中的非线性过程将泵浦脉冲转换成离开光纤的超连续谱。特别值得注意的是这种情况，大量的泵浦能量提供于非线性光纤中以产生表现出反常色散的波长，因为这大大扩展了可获得的带宽。特别地，超连续谱的生成基于所谓的调制不稳定性，其中泵浦脉冲分裂成一系列的短脉冲(孤子)，这允许生成高效的和宽的超连续光谱，如Dudley等人在Rev.Mod.Phys.Vol.78,No.4,(2006)中所描述的。在正常色散区，超连续谱的生成主要由自相位调制(SPM)引起，这需要非常高的峰值强度以生成明显的光谱展宽(例如>100nm 10dB带宽)。
[0041] 因此，在一个实施例中，泵浦脉冲和非线性光纤(即，非线性元件)被配置为使超连续光谱主要通过调制不稳定性(MI)生成，所述调制不稳定性引起泵浦脉冲的分裂，即，大部分输入脉冲功率以在反常区域的波长启动-或者充分接近反常区以允许的初始光谱展宽，其通过SPM将功率的大量部分转移进入反常区。优选地，超过50％的所生成的超连续光谱是通过MI生成的并且后续过程涉及由MI生成的孤子，例如超过60％，例如超过70％，例如超过80％，例如超过90％，例如超过95％，例如100％。离开非线性元件的任何残留的泵浦光不被视为是所生成的超连续光谱的一部分。在一个实施例中，这些百分数被计算作为超连续谱的总功率的一部分。在一个实施例中，百分数被计算为被超连续谱跨越的带宽的百分比。
[0042] 所谓的‘高非线性光纤(HNLF)的高非线性通常是引起峰值强度增加的相对较小的横截面的结果，但是更重要的是，这些光纤的色散通常至少对于波长的一部分是低的且是反常的，并且光纤将例如在泵浦波长引导。前者由于峰值功率被保持而确保长期有效的非线性相互作用长度，以及后者支持孤子形成和MI分裂。在一个实施例中，孤子形成和MI导致的分裂是从非线性光纤生成超宽带光的关键机制。诸如自相位调制、交叉相位调制、自陡峭、拉曼散射的其他非线性过程虽然不需要反常色散，但是也起一定的作用。
[0043] 泵浦脉冲和非线性元件被配置为使泵浦脉冲的中心波长优选地在反常色散区。可替代地，泵浦波长可以在正常色散区但是足够接近反常区，从而使适度的光谱展宽能够将泵浦能量的大部分传输至反常区(例如，通过SPM或拉曼位移)，所述反常区例如大于或等于ZDW-150nm，例如大于或等于ZDW-100nm，例如大于或等于ZDW-50nm，例如大于或等于ZDW，例如大于或等于ZDW+10nm，例如大于或等于ZDW+20nm，例如大于或等于ZDW+30nm，例如大于或等于ZDW+50nm，例如大于或等于ZDW+100nm，例如大于或等于ZDW+150nm。在一个实施例中，所生成的超连续光谱的形状在很大程度上通过改变从泵浦波长到正常区和反常区之间的交叉点(所谓的零色散波长(ZDW))之间的距离来控制。
[0044] 术语“转移进入反常区的大量泵浦能量”意指在脉冲分裂之前，超过30％的泵浦能量进入反常区，例如超过50％，例如超过60％，例如超过70％，例如超过80％，例如超过90％，例如超过95％，例如100％。
[0045] 如 Dudley 等 人 在 Rev.Mod.Phys.Vol.78,No.4,(2006)pp.1159-1162 的“Supercontinuum generation in photonic crystal fiber(光子晶体光纤中的超连续谱的生成)”中所描述的，如果在泵浦脉冲的分裂中，调制不稳定性是主要过程，超连续谱将是非相干的。非相干超连续谱可以被理解为源自噪声并因此所生成的光的时间稳定性和光谱稳定性被损害。根据作者的描述，在光纤中孤子阶次(N)满足N<10的泵浦脉冲提供相干超连续谱，而N>30的泵浦脉冲提供非相干超连续谱。10≤N≤30的值提供这两种态之间的过渡，其中，超连续光谱可以依赖于精确的泵浦和光纤参数相干或非相干地生成。这里，孤子阶次由(公式1)限定：
[0046]
[0047] 其中，γ是光纤的非线性，P0是脉冲峰值功率，T0是脉冲长度以及β2是光纤在泵浦波长的群速色散。因此该公式证实短脉冲减小孤子阶次，这提供更加相干的超连续谱以及由此的较低的噪声。
[0048] 当N>16时，相干性被显著地减小(并且噪声显著地增加)。N的增加值引起调制不稳定性(这是量子噪声所引起的脉冲分裂)比决定性的孤子裂变过程更迅速地发生。因此，从孤子裂变到MI-致分裂的过渡标志着低噪声/高相干性和高噪声/低相干性之间的分离。Fei Lu等人在Optics Express,Jan.26,2004,vol.2,No.2,pp.347-353的“Generation of a broadband continuum with high spectral coherence in tapered single-mode optical fibers(锥形单模光纤中高光谱相干性的宽带连续谱的生成)”(被US 7,403,688引用并且作者与发明人一致)中，短的50fs脉冲提供相对较低的N并且通过拉锥(tapering)而进一步减小孤子阶次，从而提供高光谱相干性和低噪声。在Proc.of SPIE Vol.6102,61020H,(2006) 的“Super continuum generation for real time ultrahigh resolution optical coherence tomography(用于实时超高分辨率光学相干断层扫描技术的超连续谱的生成)”中，使用95fs的泵浦脉冲生成超连续谱并且结果表明仅在正常区泵浦而生成的光谱具有可使用的足够低的噪声。如上所述，这种光谱通过SPM形成，SPM是一个决定性过程并因此允许低噪声、高相干的SC的生成。
[0050] 然而，在一个实施例中，本发明允许应用非相干或部分非相干超连续谱，因而在一个实施例中，非线性光纤和泵浦脉冲被配置为使所述泵浦脉冲的孤子阶次大大高于或等于16，例如等于或大于18，例如等于或大于20，例如等于或大于22，例如等于或大于24，例如等于或大于26，例如等于或大于28，例如等于或大于30，例如等于或大于40，例如等于或大于50，例如等于或大于75，例如等于或大于100，例如等于或大于200，例如等于或大于300，例如等于或大于400，例如等于或大于500。因此，超连续谱的生成过程主要通过调制不稳定性进行。
[0051] 在一个实施例中，当脉冲分裂时，例如脉冲转移至反常区和/或穿过光纤的锥形部分之后，孤子阶次被限定。在一个实施例中，孤子阶次在泵浦脉冲进入光纤时被限定。
[0052] 通常，所生成的SC的光谱宽度依赖于泵浦脉冲的峰值功率，因此对于较长的脉冲，峰值功率不能任意的减小以减小孤子阶次。较长的脉冲，例如在ps区和ns区的脉冲，通常是优选的，因为这些脉冲相对于fs激光通常允许更简单的泵浦激光设计。因此，在一个实施例中，本发明允许较长的脉冲持续时间的应用，例如如下情况的应用，当脉冲持续时间长于大约0.1ps时，例如长于大约0.25ps，例如长于大约0.5ps，例如长于大约0.75ps，例如长于大约1ps，例如长于大约2ps，例如长于大约3ps，例如长于大约5ps，例如长于大约10ps，例如长于大约20ps，例如长于大约50ps，例如长于大约100ps，例如长于大约200ps，例如长于大约300ps，例如长于大约400ps，例如长于大约500ps，例如长于大约1ns，例如长于大约10ns。
[0053] 另一方面，CW和非常长的泵浦脉冲生成的SC，泵浦经受更大的噪声。然而本发明可以减小对噪声的灵敏性，优选地同样也通过减小脉冲持续时间来减少噪声，从而在一个实施例中，种子激光器被配置为提供脉冲持续时间为tseed的种子脉冲，其中所述脉冲持续时间tseed小于大约1μs，例如小于大约500ns，例如小于大约200ns，例如小于大约100ns，例如小于大约50ns，例如小于大约20ns，例如小于大约10ns，例如小于大约1ns，例如小于大约500ps，例如小于大约100ps，例如小于大约50ps，例如小于大约25ps，例如小于大约20ps，例如小于大约15ps，例如小于大约10ps。
[0054] 可以将上述开放式区间进行组合以形成针对脉冲持续时间的封闭区间，例如脉冲持续时间在0.1ps和1μs之间，例如在0.25ps和100ps之间，例如在1ps和50ps之间。
[0055] 如上所述，通常通过应用脉冲泵浦光源生成SC。在本发明的超连续谱光源中，泵浦脉冲具有重复率Fpump，这使得所生成的超连续谱的振幅调制具有相同的频率Fpump。另一方面，本发明的测量系统通常应用长于1/Fpump的测量时间，在测量时间期间融合该测量从而使重复率不能被分辨并且SC看起来像CW辐射。因此，在MHz范围操作的脉冲激光通常被称为“准CW”。然而，超连续谱的脉冲性质在有光存在的地方减小了有效测量时间。因此，在一个实施例中，SC光源应用高重复率，因此Fpump是100MHz或更多，例如150MHz或更多，例如200MHz或更多，例如300MHz或更多，例如400MHz或更多，例如500MHz或更多，例如600MHz或更多，例如700MHz或更多，例如800MHz或更多，例如1GHz或更多。
[0056] 如将在下文进一步讨论的，泵浦激光系统通常包括主激光振荡器(也被称为种子激光器)，后面紧接着的是一个或多个可选的光放大器，光放大器用于提高来自种子激光器的脉冲的功率水平，即，泵浦激光器可以包括MOPA配置。根据种子激光器的类型，提供这种高重复率是不切实际的或者是不可能的。在一个实施例中，泵浦激光器(也被称为泵浦激光系统)包括种子激光器和一个或多个脉冲频率倍增器(PFM)，所述种子激光器被配置为提供脉冲频率Fseed小于Fpump的种子脉冲，所述脉冲频率倍增器被配置为将Fseed转换成Fpump。
[0057] 优选地，本发明的超连续谱光源的脉冲频率倍增器包括分离器和第一组合器，所述分离器用于将至少一束种子脉冲分成多个子光束，所述第一组合器被配置为将至少一些子光束重新组合，优选地，所述脉冲频率倍增器进一步包括可调衰减器，其被配置为调节至少一束子光束。
[0058] 本文中，光束意指一系列脉冲。
[0059] 分离器可以是任意一种分离器。这种分离器在本领域是公知的。
[0060] 在一个实施例中，脉冲频率倍增器包括被配置为接收至少一束子光束的可调衰减器。优选地，可调衰减器被配置为接收功率高于平均子光束功率的至少一束子光束，可选的，脉冲频率倍增器包括多个可调衰减器，优选地，每一个可调衰减器被配置为接收具有在所选择的峰值功率范围内的脉冲的至少一个子光束。有利地，为了明显减小噪声，可调衰减器被配置为接收至少一束子光束的脉冲并将其调节至与至少一束其他子光束的脉冲的峰值功率值对应的峰值功率值，从而使在第一组合器组合的子光束的脉冲具有基本上相同的峰值功率值。
[0061] 在一个实施例中，脉冲频率倍增器被配置为时间延迟至少一个子光束。时间延迟可以例如通过使一个子光束从分离器到组合器的第一路径短于第二子光束从分离器到组合器的第二路径来提供。优选地，脉冲频率倍增器被配置为时间延迟所述至少一个子光束以使在第一组合器重新组合的子光束的脉冲相分离，优选地具有大致均匀的间距。
[0062] 图1a示出了优选的中间超连续谱光源100的配置，其被包含在根据本发明的超连续谱光源中。主振荡器(或种子激光器)提供沿光路径106的输出。组件优选地是光纤耦合，但是也可能通过自由空间光学器件耦合。中间超连续谱光源100包括两个功率放大器(PA1和PA2)102和104。如上所述，这些放大器是可选的，但是会使得脉冲能量和峰值功率相对于种子激光器101的输出而增加。种子激光器101、PA1102和PA4104分别通过二极管激光器泵浦，然而，可替代地，可以使用诸如电功率源的其他泵浦源。还包括可选的调节器105以说明中间超连续谱光源可以包括反馈系统。反馈环路在该实施例中由光电二极管109构成，光电二极管109用于测量输出108的一部分并且提供与光束有关的一个或多个参数至决策点104，所述决策点调节至非线性元件107的输入。这种调节器可以例如由可调衰减器构成，可调衰减器被配置为调节进入非线性元件107的光功率。共同未决的美国专利申请12/865,503(在本文被引用)讨论了SC光源的反馈环路的多种实施例(参照图1和权利要求书)，例如调节器105和光电二极管109的可选择的布置，调节器的多种实施例，至光电二极管的光束收集以及向一个或多个泵浦源110至112应用反馈响应的可能性。
[0063] PFM103可以置于第一放大器之前，在放大器之间并且在非线性光纤之前。在一个实施例中，脉冲序列使放大器(PA1和/或PA2)处于饱和状态以使不管输入功率如何，从放大器输出的脉冲的峰值功率恒定。在图1中，PFM置于两个功率放大器(该情况下为PA1和PA2)之间。这可能是优选的，因为多数情况下，PFA将来自种子激光器的光功率重新分配至更高数量的脉冲并且可能具有明显的插入损耗，因此，如果种子激光器的输出脉冲相对较弱，PFA可以生成平均功率过低的脉冲序列并在后续的放大器中有效地放大。为此，在一个实施例中，将PFM置于一个或多个放大器之后是优选的，例如在两个放大器之间。另一方面，由于这种插入损耗，将PFM置于一个或多个放大器之后将增加标称功率损耗。因此，在一个实施例中，将PFM置于一个或多个放大器之前是优选的，例如在两个放大器之间。这也可以具有减小通过一个或多个功率放大器(或系统中的其他组件)的脉冲的峰值功率的效果，这也具有一个或多个好处，例如减小泵浦激光系统中的非线性。这种非线性通常具有展宽脉冲的效应，展宽脉冲会使进入非线性元件的峰值功率水平减小，从而减小所生成的超连续谱的光谱宽度。在一个实施例中，应用多个PFM，例如被诸如光放大器、衰减器、压缩器或滤波器的光学元件分开的多个PFM。
[0064] 在一个实施例中，存在辐照待测量目标物(也称为样品)的容许的平均光功率的上限。这种应用实例包括如下情况的应用：目标物对于超过一定阈值的光功率(平均功率和/或峰值功率)是敏感的，这是对于大多数生物样品的情况，特别是对于例如视网膜的哺乳类动物眼睛的部分。目标物是哺乳类动物眼睛的应用实例包括使用OCT成像以将视网膜或角膜成像以及视网膜或角膜的多光子荧光显微技术。
[0065] 在一个实施例中，SC光源的输出或其一小部分必须符合激光标准Class1、1M、2、2M、3R、3B的一种或多种。在一个实施例中，SC源的输出功率减小以使SC源本身与上述类别相比，具有更高的输出AEL(可接受的发射水平)，例如100％或更高，例如200％或更高，例如400％或更高，例如800％或更高。
[0066] 在一个实施例中，因脉冲长度所引起相对较低的噪声是期望的，因此在0.5ps-30ps范围内的脉冲持续时间是优选的，例如在1ps-20ps范围内的脉冲持续时间是优选的，例如2ps-20ps。在一个实施例中，相对于当前系统增加的平均光功率是不期望的，因此，来自SC源的平均光功率小于每ps的脉冲持续时间5瓦特输出，例如小于每ps的脉冲持续时间3瓦特输出，例如小于每ps的脉冲持续时间2瓦特，例如小于每ps的脉冲持续时间1瓦特。在一个实施例中，在可见光范围内(400nm-850nm)的总平均光功率被配置为小于100mW，例如小于50mW，例如小于30mW，例如小于20mW。如其他地方所提到的，从SC源输出之后减小平均功率通常是不期望地复杂或者是不可能的，因为减小功率所需要的光学元件改变光谱。
[0067] 如上所述，在一个实施例中，所生成的SC的光谱宽度依赖于至少达到一定的饱和水平的脉冲的峰值功率，在该饱和水平，进一步增加峰值功率不会增加光谱宽度。同时，从泵浦光到SC光的转换效率依赖于峰值功率，这意味着对于固定的脉冲宽度，峰值功率(以及相应的平均功率)并不能就这样减小。在一定值以下，所生成的光谱的期望光谱宽度将被损害并且最终，低转换效率将引起太多的未转换的泵浦光通过光纤，这可能损害被观察的样品。因此，在一个实施例中，最小峰值功率、PFM的插入的结果引起相对于省略了PFM的配置的平均光输出功率的增加。上述情况的发生是因为泵浦脉冲的重复率增加而峰值功率和脉冲持续时间是恒定的。在一个实施例中，通过调节提供至非线性元件之前的最后一个功率放大器的泵浦能量来减小光功率，但是如前所述，这会损害所得到的光谱宽度。
[0068] 在一个实施例中，通过在非线性元件之后引入抑制来实现平均光功率的减小，所述抑制例如衰减或者分离光束的一部分以远离光束路径。需要射向样品的所生成的光谱的可调部分的应用可以应用AOTF实施该功能。在一个实施例中，可以控制AOTF以减小射向样品的平均光功率的量。对于要求宽带辐照的应用，如例如在OCT成像系统中，将光学组件应用至光束而不破坏光谱的形状和/或损坏所述光学元件将更有挑战性。在一个实施例中，泵浦激光系统包括脉冲压缩器，例如PBG光纤(中空的或实芯的)，其被配置为压缩泵浦脉冲并因此增加峰值功率。在PCT申请WO2005041367中讨论了这种PBG光纤的使用。在一个实施例中，脉冲压缩器的使用允许通过增加单个脉冲的峰值功率使用更低的平均光功率同时保持所生成的光谱的光谱特性。
[0069] 原则上，本发明的中间超连续谱光源的PFM可以是适用于以一个重复率接收脉冲序列，并且将该输入转换成具有更高重复率的脉冲序列的任意光学组件。在一个实施例中，输入和输出脉冲具有大致相同的脉冲持续时间和波长。在一个实施例中，通过将输入的脉冲序列分成多个子脉冲序列且多个子脉冲序列在重新组合之前各自经历不同的延迟(光路径长度)来实现PFM的功能。相对延迟引起子脉冲序列重新组合时的时间偏移，因此组合的脉冲序列包括比输入更多的脉冲。例如，输入脉冲序列可以被分成两个子脉冲序列(或子光束)，其中一个脉冲序列相对于另一个延迟。组合的序列的重复率之后被加倍。优选地，光束之间的相对偏移相当于输入脉冲序列中的两个脉冲之间的间隔的一半。在一个实施例中，该原则被拓展以使输入光束最初被分成多于两个子光束，例如两个、三个或四个子光束，每个子光束相对于彼此延迟并且重新组合。众所周知，光束分离器(或组合器)以对称的方式起作用。几个光束的组合引起相同数量的输出光束。在一个实施例中，仅单个的输出被使用/可用，而指定用于其他输出的光功率在光学系统中损失。因此，在一个实施例中，级联耦合器/分离器是有益的，例如关于下面的图2b所讨论的。
[0070] 在一个实施例中，本发明涉及一种PFM，包括分离器，其将一个光束分成多个子光束；可选的可调衰减器，其被配置为接收子光束；以及第一组合器，其被配置为组合子光束。以这种方式，可调衰减器可以被调节以补偿分离器和/或组合器的制造差异以及耦合差异，因此，可以生成具有均匀的峰值功率的脉冲的合成脉冲序列。在一个实施例中，不需要峰值振幅的精确调节，并且重新组合的子光束的峰值功率之间的实质差异是可以接受的。
[0071] 在一个实施例中，一个或多个分离器和组合器被配置为具有非均匀的分光比(例如 x是百分数，例如45/55,40/60,35/65或30/70)，并且所述衰减器被配置为接收最大功率的子光束(或者在光束的组合中贡献较大的子光束)，这可以确保当子光束被组合时，较大功率的子光束可以被衰减以提供与其他子光束相等的功率水平。因此，相比子光束具有不同的功率水平的情况，噪声被大大减小。
[0072] 在一个实施例中，PFM包括多个衰减器，每个衰减器被配置为接收单独的子光束。在一个实施例中，分离器将光束分成两个子光束。在一个实施例中，分离器将光束分成多于两个子光束，例如3个或更多，例如4个或更多，例如5个或更多，例如6个或更多，例如7个或更多，例如8个或更多。在一个实施例中，第一组合器还用作在第二组合器之前将组合的光束分成二级子光束的分离器。在一个实施例中，PFM包括被配置为接收一个所述二级子光束的可调衰减器。该衰减器可以被应用以用于针对第一组合器和第二组合器的差异以及耦合损失和其他差异进行调节。在一个实施例中，第二组合器被配置为具有非均匀的分光比(并因此也具有入射光束的非均匀的组合)，并且来自所述可调节衰减器的输出被配置为提供输出的较大部分。此外，这可以确保具有脉冲之间的均匀功率的脉冲序列可以通过PFM提供。
[0074] 图1a示出适用于本发明的示意性的中间超连续谱光源。
[0075] 图1b示出从大约460nm的λ2跨越至大约2400nm的λ1的超连续光谱(10)的示例。
[0076] 图2a和2b示出根据本发明的中间超连续谱光源的脉冲频率调制器(PFM)的示例。
[0077] 图3a示出用于测量例如图1中的SC光源的光谱中的强度噪声的测量装置。
[0078] 图3b分别示出从中间超连续谱光源100输出的超连续光谱的示例，以及从单模耦合单元300输出的光谱的示例。
[0079] 图3c、3d和3e示出从单模耦合单元输出的示例性光谱。
[0080] 图4a和4b示出在补偿光谱仪噪声之后和之前的中间超连续谱光源的平均强度噪声。
[0081] 图5示出以使用SC光源作为光源的OCT系统作为示例的光学测量系统。
[0082] 图6示出单模耦合单元的示例，包括为二向色镜的二向色元件、为棱镜的色散元件和被配置为将光谱塑形的单模光纤。
[0083] 图7示出单模耦合单元的示例，包括为单模光纤的二向色元件、抑制和/或塑形光学元件和第二单模光纤。
[0084] 图8a-8c示出如何抑制光功率的三个示例。
具体实施方式
[0085] 图1b示出从大约460nm的λ2跨越至大约2400nm的λ1的超连续光谱(10)的示例。用NKT光子有限公司的产品SuperK EXW-12采集光谱。
[0086] 图2a和2b示出根据本发明的中间超连续谱光源的脉冲频率调制器(PFM)的示例。图2a示出PFM200的实施例。输入光束(自由空间或者通过光纤)在输入端201进入PFM。分离器214表现为1×2分离器，但是也可以是任意的1×N分离器甚至是M×N分离器。对于M×N分离器，多个输入可以被组合或者可替代地，仅使用M个可获得的输入中的一个输入。第一分离器214将输入光束分出两个子光束202、203，分光比为x1/(1-x1)。如上所述，在一个实施例中，x1和(1-x1)中较大的被发送到可调衰减器204。在一个实施例中，衰减器被省略，在这种情况下，优选地，x1大约为0.5(即50％)，因此输出端207处的脉冲序列的峰值功率的差异被最小化。子光束202经过延迟线205，延迟线205优选地被配置为将子光束202延迟输入光束201的两个脉冲之间的周期的一半。在一个实施例中，为了适应输入光束的重复率的差异，延迟线是可以调节的。在一个实施例中，可以容许输出光束的脉冲的均匀间隔的小的偏差(例如小于75％，例如小于50％，例如小于25％，例如小于15％，例如小于10％，例如小于5％，例如小于1％)，因而延迟线是固定的。子光束202、203在组合器206被组合，组合器提供输出端207。组合器206的分光比为x2/(1-x2)。在一个实施例中，分离器214或者组合器被配置为具有非均匀的分光比，即x1或者x2都偏离50％，以这种方式，衰减器204可以被调节以使光束202和204具有均匀的贡献，从而在输入端被分成两个脉冲的脉冲被重新组合以在输出端具有大致相同的峰值功率，其中“大致”意指包括在正常容差范围内的峰值功率。PFM的效果是将输入光束的脉冲频率加倍。组合器206还具有输出端208，输出端208可以是或者不是物理上可获得的实际的输出端。然而，输出端208被包含以说明由于分离器/组合器的固有对称性，组合器引入了插入损耗，因此，当其他光学损耗(例如耦合损耗和衰减器损耗)被忽略时，峰值功率被减小至输入峰值功率的大约25％。在一个实施例中，输出端208处的光束被应用以监控光束和调节衰减器204。
[0087] 图2b示出了图2a的PFM，但是还包括第二耦合器209，因此，该PFM提供了脉冲频率的四倍。原则上，四倍也可以通过将分离器214扩展至1×4分离器以及将耦合器206扩展成4×1耦合器来获得。然而，在这种情况下，相对于第二组合器213所施加的大约50％的损耗，由于分离器的对称性，耦合器将施加大约75％的插入损耗。第一延迟线优选地被调节为在201的输入的周期的一半，这引起在组合器206组合之后脉冲速率的加倍，第二延迟线212优选地被配置为提供第一延迟线的延迟的一半，即在201的输入的周期的四分之一。在一个实施例中，分光比x2/(1-x2)被配置为相等的，其中x1和x3被配置为不相等的，因而衰减器204可以实现如关于图2a所描述的功能，衰减器211可以实现补偿在206处的分离以及在组合器213的组合的差异的类似功能。值得注意的是，由于对称分离，可以通过不增加插入损耗地增加耦合器而进一步扩展PFM来获得进一步的加倍。
[0088] 图3a示出测量装置，其中本发明的SC光源1000被配置为辐照光谱仪而不是待测量的目标物。图3a示出本发明的超连续谱光源1000包括中间超连续谱光源100和单模耦合单元300。SC光源1000的输出是从单模耦合单元300的输出。中间SC光源100的输出是从非线性元件107(未示出)的输出。中间SC光源100的输出耦合至单模耦合单元300的输入。中间SC光源100的输出至少大约是来自中间超连续谱光源(图1a中的100，图3a中未示出)的非线性元件(图1a的107)的输出。单模耦合单元300包括适配件，其根据应用的要求为抑制和/或塑形光谱的形式。在一个实施例中，SM耦合单元300包括共同未决的PCT申请PCT/DK2011/050475(在本文引用)的一个实施例，特别参见关于图5a、6、
7、8-10、13-15和17-19以及它们的变形的实施例以及任意一个主题和/或权利要求。
7、8-10、13-15和17-19以及它们的变形的实施例以及任意一个主题和/或权利要求。
[0089] 图3b分别示出从中间超连续谱光源100输出的超连续光谱的示例(光谱10)，以及从单模耦合单元300输出的光谱的示例(光谱12)。在该示例中，单模耦合单元之后的光谱是高斯分布并且从大约650nm的λ4跨越至大约950nm的λ3。因此，图3b示出单模耦合单元之后的光谱形状不同于来自中间超连续谱光源的在相同的波长范围内的光谱形状。
[0090] 图3c、3d和3e示出从单模耦合单元300输出的光谱的示例，光谱形状分别是高斯分布(图3c)、平顶分布(图3d)和双峰分布(图3e)。如果在辐照目标物之前光源的输出被发送通过具有类高斯转换功能的光学元件，那么双峰分布是有利的，并且使用平顶分布辐照目标物是有利的。
[0091] 在一个实施例中，单模耦合单元之后的光谱形状不同于来自中间超连续谱光源的在相同的波长范围内的光谱形状，例如高斯分布、平顶分布或双峰分布。图4a和4b示出来自根据图3a的装置的测量结果。根据图1设计中间SC光源。
[0092] 图4a示出使用具有Basler Sprint SPL4096-70km照相机的Wasatch Cobra UD光谱仪(310)在790-870nm之间测量的中间超连续谱光源100(见图1)的平均强度噪声与400和850nm之间的超连续谱光源的功率的函数关系。图4a示出补偿光谱仪噪声之后的平均强度噪声，而图4b示出了补偿光谱仪噪声之前的平均强度噪声。图4a包括分别为80MHz(曲线401)、160MHz(曲线402)和320MHz(曲线403)的三种不同的泵浦脉冲频率(Fpump)下的测量值。可以看出，当泵浦脉冲频率增大时，噪声减小。强度噪声补偿被光谱仪所增加的噪声。
[0093] 图4b示出来自图4a的在补偿光谱仪的噪声之前的强度噪声数据。图4b包括分别为80MHz(曲线411)、160MHz(曲线412)和320MHz(曲线413)的三种不同的泵浦脉冲频率(Fpump)下的测量值。此外，可以看出，当泵浦脉冲频率增大时，噪声减小。
[0094] MO 101是锁模镱光纤激光器，其输出的中心波长大约为1060nm，脉冲持续时间大约6ps。激光器通过SESAM被动地锁模并且提供重复率为80MHz的脉冲。这种激光类型非常适合引种，因为全光纤设计提供了相比整装光学装置具有鲁棒性的并且制造相对简单的激光器。通过可以制造多短的腔以及SESAM的响应特性确定最大重复率。实际上，这些限制通常施加大约100MHz的重复率的实际上限。在一个实施例中，可以应用其他增益介质以提供其他输出波长，并且也可以在所讨论的限制范围内改变脉冲持续时间和重复率。
[0095] 在一个实施例中，种子激光器是光纤激光器，例如，诸如经过SESAM锁模的锁模光纤激光器。增益介质可以由任意合适的激光增益介质构成，例如掺镱光纤、掺铒光纤和掺铒/镱光纤。这些种子激光器可以例如是线性腔激光器或者环式激光器。
[0096] 非线性介质107是微结构PCF光纤，所述微结构PCF光纤由被所布置的六角形模式的孔环绕的二氧化硅芯构成，因此，在该模式中，芯由缺失的孔构成。光纤被设计以使光纤的ZDW相对接近泵浦波长，从而使大量泵浦能量提供在光纤的反常区。
[0097] 如图1所示，一组光纤放大器102、104布置在可选的PFM附近。没有PFM，泵浦系统在80MHz以接近10W、8-10ps泵浦光纤。通过插入根据图2a的PFM，重复率增加至160MHz，以及通过插入根据图2b的PFM，重复率成为四倍至320MHz。图4a和4b示出使用具有Basler Sprint SPL4096-70km照相机的Wasatch Cobra UD光谱仪获得的实验结果，所述光谱仪被配置为以4096像素测量790-870nm的光谱范围，即大约0.02nm/像素。测量时间为12.9μs，并且记录在每个像素所测量的功率的波动。可以是长的和短的测量时间，例如在1μs和1ms或更高之间。通常期望短的测量时间，例如对于通常需要实时成像的傅里叶域OCT(见图4b)。在图4中，作为光谱的可见光部分的函数，测量790-870nm的光谱范围内的每像素的平均相对标准偏差。可以观察到，当泵浦脉冲的重复率加倍并进一步被四倍至可见光范围的等量的平均功率时，标准偏差以及由此的强度噪声明显地降低。可见光范围的功率的量依赖于泵浦能量转换为可见光的效率，泵浦能量转换为可见光的效率依赖于泵浦脉冲的峰值功率以及泵浦功率的总量(平均功率)。在图4a中，来自光谱仪的所预测的噪声分布被减去，而这包含在图4b中。
[0098] 图5示出以使用SC光源作为光源的OCT系统作为示例的光学测量系统。图5所示的系统是根据本发明的傅里叶域OCT(FD-OCT)系统，其中，SC光源1000作为光源，因此适用于根据本发明的光学测量系统。耦合至光源和用于在一侧探测的光谱仪(310)的2×250/50的定向分离器/耦合器(501)、透镜(502)、待测量的目标物(503)和在另一侧的参考反射器(504)构成OCT系统的干涉仪核心。通过光谱仪的测量实施行扫描(样品的深度剖面)，其中，通过光谱分辨确定测量深度，以及通过测量光谱宽度确定样品中的空间分辨。通常，光束对目标物进行扫描以提供样品中反射率的2D或3D深度图。OCT是一个广泛的领域，其包括系统配置的大量的变形，这些变形都期望受益于本发明的各个方面。输出光谱优选地是高斯的，从而在一个实施例中，SM耦合单元被配置为将来自SC光源的光谱塑形为高斯光谱，例如在PCT/DK2011/050475中关于图5a(单频带高斯光谱)和图6(双频带高斯光谱)以及被配置为提供宽带可调光谱的图16所讨论的实施例。在一个实施例中，SM耦合单元包括被配置为提供高斯光谱的滤波器。50/50耦合器应当被配置为处理宽光谱并且典型地为熔融光纤耦合器或整装光学耦合器。
[0099] 图6示出单模耦合单元300的示例，其包括为二向色镜的二向色元件、为棱镜的色散元件和被配置为将光谱塑形的单模光纤。因此，图6示出怎样构造单模耦合单元300的示例。中间超连续谱光源100的输出端指向二向色元件60和色散元件61。反射镜和/或角色散元件连接至电子控制6，电子控制6能够在这两个元件之间旋转。该系统可选地也包括可调抑制滤波器62和/或可调空间滤波器63。光通过透镜系统64准直并且被光纤65收集，由此将光谱塑形。该系统可选地包括宽带分离器66，其将一部分光发送至输出端67，将另一部分光发送至探测系统68。所述探测系统连接至电子控制系统6，电子控制系统6再连接至超连续谱光源100和/或二向色元件500以稳定输出功率。在一个实施例中，色散元件是棱镜。在一个实施例中，光纤65是单模光纤，例如阶跃折射率光纤或微结构光纤。在一个实施例中，准直透镜系统64包括多个透镜。
[0100] 图7示出单模耦合单元300的示例，包括为单模光纤60的二向色元件、抑制和/或塑形光学元件70和第二单模光纤65。
[0101] 在一个实施例中，第一单模光纤60在特定阈值波长λ6之上具有高损耗并因此用作光谱滤波器。在一个实施例中，抑制和/或塑形光学元件从棱镜、低通光滤波器和高通光滤波器和带通光滤波器、中性密度滤波器的列表中选择。
[0102] 图8a-8c示出在本发明的超连续谱光源中如何抑制光功率的三个示例。
[0103] 在图8a至8c的每一个中，超连续谱光源用附图标记1000表示，而中间超连续谱光源用附图标记100表示，单模耦合单元用附图标记300表示。
[0104] 在图8a中，单模耦合单元300包括抑制和塑形单元81，其中抑制和塑形单元81的输出的模场直径与第二单模光纤82的模场直径不同。因此，图8a示出单模耦合单元300的抑制和塑形单元81的输出端处的模场直径失配。
[0105] 在图8b中，单模耦合单元300包括以塑形单元83和抑制单元84的形式的抑制和塑形单元。
[0106] 在图8c中示出如下示例：通过在中间超连续谱光源100和单模耦合单元300的输入端之间的具有大损耗86的光学接头而获得单模耦合单元300中的抑制。
[0107] 需要强调的是，本文中所使用的术语“包括”被理解为开放术语，即，它应该用于指定特别说明的特征的存在，例如元件、单元、整体、步骤、组件及其组合，但是不排除一个或多个其他所说明的特征的存在或附加。
[0108] 此外，术语“大致”意指在通常的容差范围内。
[0109] 本发明的包括范围和优选范围的所有特征可以在本发明的范围内以各种方式组合，除非有具体原因不能组合这些特征。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 处理光学相干断层成像扫描 | 2020-05-14 | 340 |
| 用于光学相干断层扫描仪的近视眼扫描模块 | 2020-05-17 | 542 |
| 光学相干断层扫描仪 | 2020-05-11 | 105 |
| 用于光学相干断层扫描的集成延迟线 | 2020-05-14 | 454 |
| 用于光学相干断层扫描的方法和系统 | 2020-05-14 | 975 |
| 装拆式光学相干断层扫描装置 | 2020-05-16 | 797 |
| 用于光学相干断层扫描的方法和系统 | 2020-05-16 | 826 |
| 基于光学相干断层扫描冻干显微镜 | 2020-05-16 | 830 |
| 用于光学相干断层扫描的系统和方法 | 2020-05-16 | 50 |
| 光学相干断层扫描系统 | 2020-05-11 | 524 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈