一种超连续谱光源、测量系统和测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种超连续谱光源，包括中间超连续谱（SC)光源和单模禪合单元，其 中，所述超连续谱光源适合用于测量系统，例如在该样的测量系统中，在该系统中待测量的 或者用别的方式分析的样品被源自该种超连续谱光源的光福照，其中，所述测量系统被布 置为允许探测来自所述样品的光。本发明还设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，W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】
[0002] 光学测量系统存在很多变形。该些系统的共同点是光束指向样品并且从样品捕获 光。捕获的光可W是从样品反射的光、通过样品传播的光、和/或样品响应于入射光所发出 的例如巧光的光。
[0003] 通过用脉冲激光（通常WMOPA配置）作为输入光累浦光纤，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 W及锥形微结构光纤。该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、巧光显微术、相干反斯托克斯拉曼散射（CAR巧显微术W 及双光子巧光显微术。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、W及诸 如输入波长、持续时间和输入激光脉冲的调嗽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W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W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）， 该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 化erenkov福射（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，该使 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1550皿的波长累浦的SC光 纤，来自该光源的SC光脉冲序列的重复频率在IMHz或更多和lOOMHz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PI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。来自使用不同的累浦波长的SC光源的噪声谱不同，因此噪声抑 制也会不同。US2011/0116282设及飞秒脉冲序列P1。该种脉冲源通常相对复杂和昂贵。
【发明内容】
[000引鉴于前述内容，本发明的一个目的是提供一种低噪声超连续谱光源W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，本发明设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。
[0010] 该些和其他目的已经通过本发明或其实施例解决，如在权利要求书中所限定的W 及如下文所描述的。
[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，该对于本领域 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禪合单元，其中， 所述中间超连续谱光源包括：
[001引 a.种子激光器，其被配置为提供脉冲频率为的种子脉冲；
[0014] b.脉冲频率倍增器（PFM)，其被配置为使种子脉冲倍增，并且将转换为脉冲频 率为Fp胃的累浦脉冲，其中F P胃大于F日。。4。
[0015] C.非线性元件，其被配置为接收所述累浦脉冲并将所述累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A 1跨越到大约A 2的超连 续光谱，其中，A 2-^1〉大约500皿。
[0016] 来自非线性元件的输出禪合至单模禪合单元W提供来自单模禪合单元的输出，光 源输出包括来自单模禪合单元的输出。单模禪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，Fp胃至少大约lOOMHz，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IGHz。
[0017] 在频率倍增器的优选实施例中，所述单模禪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W使从所述单模禪合单元输出的光谱从^3跨越到A 4,其 中入3-^4〉〇,入^ iW及A A 2,并且其中从单模禪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A 3至A 4的光谱。
[0018] 已经发现，本发明的超连续谱光源具有低噪声，该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"意指该样的平均噪声，其明显地 低于现有技术的白光SC源在光谱范围内W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W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W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渗锭镜光纤、渗巧光纤和渗巧/镜光 纤。
[0020] 在一个实施例中，波长范围"^3-^4"大于大约100皿，例如大于大约200皿，例如 大于大约300111]1或例如大于大约500]11]1。在一个实施例中，波长^3小于大约1000]11]1，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，^4大于大约l〇70nm，例如大于大约llOOnm，例如大于大约1200nm，或者例如 大于大约1300nm。
[0021] 在一个实施例中，单模禪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，单模禪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给出所述单模禪合单元中超连续光谱的抑 审IJ，所述光功率抑制因子y是^4至A 3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，所述单模禪合单元包括如下中的至少一个： i)从非线性元件到单模禪合单元的输出的不一致或不协调；ii)输入至单模禪合单元和/ 或从单模禪合单元输出的连接损耗；W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，所述单模禪合单元包括用于禪合至非线性元件的输入端；在单 模禪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阔值波长A g的波 长，其中A 5〉A 3;如下中的至少一个；棱镜、高通光滤波器或带通光滤波器；W及单模光纤， 所述单模光纤的输出是单模禪合单元的输出。有利地，二向色元件是单模光纤，所述单模光 纤是阶跃