一種具有轉(zhuǎn)盤和多面反射元件的低成本可調(diào)諧光源結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了具有轉(zhuǎn)盤和多面反射元件的低成本可調(diào)諧光源結(jié)構(gòu)，包括由一個(gè)單獨(dú)的金屬件和兩個(gè)分離的金屬件組成的轉(zhuǎn)盤，其中的多個(gè)反射元件單獨(dú)調(diào)整和安裝；一個(gè)伺服電機(jī)，用于轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤；一個(gè)衍射體光柵，用于散射入射光線，形成用于過濾不同光波長的Littrow結(jié)構(gòu)；以及一種增益介質(zhì)，如半導(dǎo)體光放大器(SOA)或摻鉺光纖放大器(EDFA)，用于在光纖激光器的環(huán)形或線性結(jié)構(gòu)中運(yùn)行。此外，在M個(gè)同步分支中重復(fù)濾波器結(jié)構(gòu)來提高調(diào)諧掃描頻率。本實(shí)用新型成本低，利用多分支結(jié)構(gòu)提高掃描頻率，在不降低掃描頻率的情況下減少反射元件的數(shù)量，在不增加反射元件數(shù)量的情況下提高掃描頻率，在不提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的情況下提高掃描頻率。
【專利說明】
一種具有轉(zhuǎn)盤和多面反射元件的低成本可調(diào)諧光源結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種具有轉(zhuǎn)盤和多面反射元件的低成本可調(diào)諧光源結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]長久以來，波長掃頻激光器被認(rèn)為是以下幾種應(yīng)用中的光源，包括:相干層析成像(生物醫(yī)學(xué)成像)、光學(xué)反射測量、傳感器解調(diào)以及測試與測量。在光學(xué)頻域成像的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，由于掃描速率決定了成像速度，因此高調(diào)諧重復(fù)率是非常理想的。這些技術(shù)中的關(guān)鍵部件便是光源;其必須穩(wěn)定，用于高空間分辨率時(shí)廣泛可調(diào)諧，以高掃描速度運(yùn)行，同時(shí)使用成本低。
[0003]在所有可用的方法中，寬帶放大自發(fā)輻射(ASE)源連接到環(huán)形或線性結(jié)構(gòu)中的可調(diào)諧濾波器上。兩種波長調(diào)諧方案已經(jīng)經(jīng)過驗(yàn)證，即光纖法布里-佩羅特可調(diào)諧濾波器(FFP-TF)和多角鏡結(jié)構(gòu)。第一種方案采用壓電驅(qū)動(dòng)的FFP-TF來產(chǎn)生正弦雙向波長掃描。雙向掃描不適于一些應(yīng)用。在第二種結(jié)構(gòu)中，旋轉(zhuǎn)鏡將光線的入射角轉(zhuǎn)變成諸如格柵的色散元件，以便產(chǎn)生線性波長掃描。高速旋轉(zhuǎn)鏡可以是一個(gè)檢流計(jì)或旋轉(zhuǎn)多棱鏡。
[0004]檢流計(jì)和多棱鏡結(jié)構(gòu)的費(fèi)用都十分昂貴。除了加速器之外，檢流計(jì)還使用一種動(dòng)磁式力矩電機(jī)技術(shù)，以幾百萬弧度每秒的速度使單面鏡向前和向后搖擺。除了成本高，檢流計(jì)還提供了雙向掃描。在旋轉(zhuǎn)多棱鏡結(jié)構(gòu)中，一個(gè)多邊形金屬件(通產(chǎn)為鋁制)是以非常精確的角度制造，并且進(jìn)行拋光和涂層，以獲得一個(gè)鏡面。除了使用高速電機(jī)之外，多棱鏡的制造成本使其對(duì)于很多應(yīng)用來說仍然比較昂貴。
[0005]標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧光纖激光器包括波長選擇濾波器(或可調(diào)諧濾波器)、增益介質(zhì)(如EDFA或S0A)、循環(huán)器(如果可調(diào)諧濾波器為反射式可調(diào)諧濾波器)、一個(gè)或多個(gè)偏振控制器、一個(gè)光纖耦合器，其中光纖耦合器讓部分光線進(jìn)入輸出端口、部分光線保持在環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)，作為參考文件......
[0006]標(biāo)準(zhǔn)線性結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧光纖激光器包括波長選擇濾波器(或可調(diào)諧濾波器)、增益介質(zhì)(如EDFA或S0A)、一個(gè)或多個(gè)偏振控制器，以及一個(gè)輸出端口，作為參考文件……。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供具有轉(zhuǎn)盤和多面反射元件的低成本可調(diào)諧光源結(jié)構(gòu)，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題
[0008]本發(fā)明提出了一種具有轉(zhuǎn)盤和多面反射元件的低成本可調(diào)諧光源結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)轉(zhuǎn)盤，所述轉(zhuǎn)盤包括N個(gè)單獨(dú)調(diào)整和安裝以便從光纖準(zhǔn)直器反射光線的若干個(gè)反射元件，若干個(gè)所述的反射元件單獨(dú)調(diào)整和安裝;一個(gè)伺服電機(jī)，用于轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤;一個(gè)衍射元件，用于將入射光線散射成不同的顏色；以及一種增益介質(zhì)。
[0009]增益介質(zhì)可以是一個(gè)半導(dǎo)體光放大器(SOA)或一個(gè)摻鉺光纖放大器(EDFA)，在環(huán)形或線性結(jié)構(gòu)中運(yùn)行，以成為光纖激光器。此外，在M個(gè)同步分支中重復(fù)濾波器結(jié)構(gòu)，在不增加反射元件數(shù)量也不使用較高速電機(jī)的情況下提高調(diào)諧掃描頻率。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，可調(diào)諧光源由一個(gè)轉(zhuǎn)盤、一個(gè)衍射元件(如衍射體光柵)以及一個(gè)SOA或EDFA組成，其中轉(zhuǎn)盤由普通的市售伺服電機(jī)(或步進(jìn)電機(jī))轉(zhuǎn)動(dòng)，并且包括N個(gè)單獨(dú)調(diào)整和安裝以便從光纖準(zhǔn)直器反射光線的反射元件;衍射元件接收來自反射元件的光線；SOA或EDFA作為增益介質(zhì)。在多分支結(jié)構(gòu)中，M個(gè)準(zhǔn)直器和衍射元件以精確的距離安裝在轉(zhuǎn)盤之前，通過系數(shù)M來提高掃描頻率。在每個(gè)時(shí)間間隔，僅使用M個(gè)分支中的一個(gè)來向增益介質(zhì)反饋所過濾的光線?？倰呙桀l率為SF = NxMxS/60，單位為Hz，式中S為電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為rpm。利用轉(zhuǎn)速為10，000rpm的典型伺服電機(jī)以及60個(gè)反射元件和2分支結(jié)構(gòu)，我們可以很容易地獲得20KHz的掃描頻率和120nm的波長調(diào)諧范圍。如果選擇80nm的調(diào)諧范圍，分支的數(shù)量可以增加到3，并且掃描頻率將為30KHz，同時(shí)反射元件的數(shù)量和電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型成本低，利用多分支結(jié)構(gòu)提高掃描頻率，在不降低掃描頻率的情況下減少反射元件的數(shù)量，在不增加反射元件數(shù)量的情況下提高掃描頻率，在不提尚電機(jī)轉(zhuǎn)速的情況下提尚掃描頻率。
【附圖說明】
[0012]了更好地理解本發(fā)明，參考以下詳細(xì)說明和附圖，其中:
[0013]圖1a為示出了光纖激光器的環(huán)形結(jié)構(gòu)中的可調(diào)諧光源的視圖，并且圖1b為示出了光纖激光器的線性結(jié)構(gòu)中的可調(diào)諧光源的視圖。
[0014]圖2為包含反射元件的轉(zhuǎn)盤的擴(kuò)展視圖。
[0015]圖3為包含反射元件的轉(zhuǎn)盤的壓縮視圖。
[0016]圖4為示出了多分支結(jié)構(gòu)中的可調(diào)諧濾波器的視圖。
[0017]圖5為示出了每個(gè)分支及其組合體的掃頻激光源的時(shí)域輸出信號(hào)的視圖。
[0018]圖6為示出了第二個(gè)實(shí)施例的視圖，其中增益芯片直接強(qiáng)加在轉(zhuǎn)盤之前。
【具體實(shí)施方式】
[0019]參照所附圖，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在本文中用于說明，而不作為限制。
[0020]參照?qǐng)D1，圖中示出了環(huán)形結(jié)構(gòu)(a)和線性結(jié)構(gòu)(b)中的低成本可調(diào)諧激光器的一個(gè)實(shí)施例?？梢允菃文９饫w(SMF)或保偏光纖(PMF)或任何其他類型光纖的光纖27連接到準(zhǔn)直器22上，并且放置與轉(zhuǎn)盤20的反射元件15距離Ll(25)的地方。轉(zhuǎn)盤和反射元件15的細(xì)節(jié)將在圖2和圖3中說明。衍射兀件，例如衍射體光柵，放置在與反射兀件15距尚L2 (26)的地方。光纖27、準(zhǔn)直器22和衍射元件21的組成形成了單分支濾波器30。光纖27通過圖1(a)中的循環(huán)器101連接到一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)上，并且利用光纖90和偏振控制器91連接到增益介質(zhì)102上，增益介質(zhì)102可以是SOA或EDFA。耦合器103將部分激光功率帶到光纖104。利用光纖90將部件連接在一起。圖1(b)示出了線性結(jié)構(gòu)。在這種情況下，可調(diào)諧濾波器連接到增益介質(zhì)102上，并且輸出激光器取自光纖104。偏振控制器91對(duì)光偏振進(jìn)行調(diào)整，以獲得最佳性能。[0021 ] 參照?qǐng)D2，圖中示出了由兩個(gè)獨(dú)立的部分即底座部分10和支架部分12組成的轉(zhuǎn)盤的一個(gè)實(shí)施例。底座和支架部分可以作為單獨(dú)的零件一起制造，但是分別制造更精確而且更容易，還可以降低制造成本。這兩個(gè)部分都由鋁或不銹鋼制成?；P10的中心部分11固定在伺服電機(jī)13的軸14上。甚至可以使用其他類型的電機(jī)，但伺服電機(jī)是更好的選擇。
[0022]支架12利用六個(gè)螺釘通過孔16固定在底座10上。支架12和底座10緊緊地固定在一起成為轉(zhuǎn)盤20(圖3)，其中將安裝反射元件15。轉(zhuǎn)盤20的半徑由反射元件15的尺寸和總數(shù)決定。反射元件可以只是預(yù)切的鏡子，并且利用環(huán)氧樹脂等距離固定在支架12上。每個(gè)反射元件都可以在水平和垂直方向單獨(dú)調(diào)整。與多棱鏡相反，底座10和支架12不需要用精確的角度和高度拋光的表面制造，這樣極大地降低了制造成本。
[0023]現(xiàn)在參照?qǐng)D4，圖中說明了多分支結(jié)構(gòu)的概念。部分示出了轉(zhuǎn)盤20。轉(zhuǎn)盤20中兩個(gè)連續(xù)反射元件15之間的角度為β(29)，并采用這樣一種方式來選擇，即反射元件的總數(shù)為整數(shù):Ν=2π/β。
[0024]第二個(gè)分支采用與第一個(gè)分支相同的方式安裝。通?？梢园惭bM個(gè)分支濾波器。來自所有分支的光纖27組合成一個(gè)組合器23，其可以只是一個(gè)耦合器或Mxl光開關(guān)。在每個(gè)時(shí)間間隔，只有一個(gè)輸入光纖27連接到輸出光纖28上。光開關(guān)23應(yīng)和轉(zhuǎn)盤20同步?，F(xiàn)在將輸出光纖28連接到圖1中的循環(huán)器101上。1.
[0025]圖5(a)示出了由于單分支造成的時(shí)域中掃頻光源的輸出頻率，其中T為經(jīng)過兩個(gè)連續(xù)反射元件的時(shí)間間隔。T由電機(jī)的轉(zhuǎn)速和兩個(gè)連續(xù)反射元件之間的物理距離決定。對(duì)于第2和第M個(gè)分支，圖5中的(b)部分和(c)示出了相同的結(jié)果。組合器23后的所有分支的組合信號(hào)如圖5(d)所示?，F(xiàn)在將掃描頻率乘以系數(shù)M。應(yīng)正確選擇兩個(gè)連續(xù)分支α(圖4中24)之間的角度，以防信號(hào)重疊。對(duì)于M分支結(jié)構(gòu)，通過α = ηβ+β/Μ確定角度α (24),式中η為整數(shù)。分支M的數(shù)量還取決于掃頻光源的調(diào)諧范圍。
[0026]調(diào)諧范圍越大，圖5中的脈沖越寬，反過來降低了分支的最大數(shù)量，最大值(Μ)2π/N/ Δ θ = β/ Δ Θ，式中Δ Θ為發(fā)射元件對(duì)應(yīng)調(diào)諧范圍的旋轉(zhuǎn)角度?？倰呙桀l率為SF = NxMxS/60，單位為Hz，式中S為電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為rpm。
[0027]圖6示出了第二個(gè)實(shí)施例，其中增益芯片110的光線通過透鏡111來校準(zhǔn)到轉(zhuǎn)盤20的反射元件15。然后，光線從衍射元件21衍射回來，再次聚焦在增益芯片上。通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤20，采用與之前的實(shí)施例相同的方式能夠?qū)χ行牟ㄩL進(jìn)行調(diào)諧。也可以利用多分支結(jié)構(gòu)將可調(diào)諧掃頻光源與相同或不同的中心波長組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有轉(zhuǎn)盤和多面反射元件的低成本可調(diào)諧光源結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一個(gè)轉(zhuǎn)盤，所述轉(zhuǎn)盤包括N個(gè)單獨(dú)調(diào)整和安裝以便從光纖準(zhǔn)直器反射光線的若干個(gè)反射元件，若干個(gè)所述的反射元件單獨(dú)調(diào)整和安裝;一個(gè)伺服電機(jī)，用于轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤;一個(gè)衍射元件，用于將入射光線散射成不同的顏色；以及一種增益介質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有轉(zhuǎn)盤和多面反射元件的低成本可調(diào)諧光源結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的增益介質(zhì)為半導(dǎo)體光放大器或摻鉺光纖放大器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有轉(zhuǎn)盤和多面反射元件的低成本可調(diào)諧光源結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)盤包括一個(gè)單獨(dú)的金屬件和兩個(gè)分離的金屬件。
【文檔編號(hào)】H01S3/067GK205646421SQ201620298320
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月11日
【發(fā)明人】龍品
【申請(qǐng)人】無錫瑞科華泰電子技術(shù)有限公司