一种具有转盘和多面反射元件的低成本可调谐光源结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了具有转盘和多面反射元件的低成本可调谐光源结构，包括由一个单独的金属件和两个分离的金属件组成的转盘，其中的多个反射元件单独调整和安装；一个伺服电机，用于转动转盘；一个衍射体光栅，用于散射入射光线，形成用于过滤不同光波长的Littrow结构；以及一种增益介质，如半导体光放大器(SOA)或掺铒光纤放大器(EDFA)，用于在光纤激光器的环形或线性结构中运行。此外，在M个同步分支中重复滤波器结构来提高调谐扫描频率。本实用新型成本低，利用多分支结构提高扫描频率，在不降低扫描频率的情况下减少反射元件的数量，在不增加反射元件数量的情况下提高扫描频率，在不提高电机转速的情况下提高扫描频率。
【专利说明】
一种具有转盘和多面反射元件的低成本可调谐光源结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种具有转盘和多面反射元件的低成本可调谐光源结构。
【背景技术】
[0002]长久以来，波长扫频激光器被认为是以下几种应用中的光源，包括:相干层析成像(生物医学成像)、光学反射测量、传感器解调以及测试与测量。在光学频域成像的生物医学应用中，由于扫描速率决定了成像速度，因此高调谐重复率是非常理想的。这些技术中的关键部件便是光源;其必须稳定，用于高空间分辨率时广泛可调谐，以高扫描速度运行，同时使用成本低。
[0003]在所有可用的方法中，宽带放大自发辐射(ASE)源连接到环形或线性结构中的可调谐滤波器上。两种波长调谐方案已经经过验证，即光纤法布里-佩罗特可调谐滤波器(FFP-TF)和多角镜结构。第一种方案采用压电驱动的FFP-TF来产生正弦双向波长扫描。双向扫描不适于一些应用。在第二种结构中，旋转镜将光线的入射角转变成诸如格栅的色散元件，以便产生线性波长扫描。高速旋转镜可以是一个检流计或旋转多棱镜。
[0004]检流计和多棱镜结构的费用都十分昂贵。除了加速器之外，检流计还使用一种动磁式力矩电机技术，以几百万弧度每秒的速度使单面镜向前和向后摇摆。除了成本高，检流计还提供了双向扫描。在旋转多棱镜结构中，一个多边形金属件(通产为铝制)是以非常精确的角度制造，并且进行抛光和涂层，以获得一个镜面。除了使用高速电机之外，多棱镜的制造成本使其对于很多应用来说仍然比较昂贵。
[0005]标准环形结构的可调谐光纤激光器包括波长选择滤波器(或可调谐滤波器)、增益介质(如EDFA或S0A)、循环器(如果可调谐滤波器为反射式可调谐滤波器)、一个或多个偏振控制器、一个光纤耦合器，其中光纤耦合器让部分光线进入输出端口、部分光线保持在环形结构内，作为参考文件......
[0006]标准线性结构的可调谐光纤激光器包括波长选择滤波器(或可调谐滤波器)、增益介质(如EDFA或S0A)、一个或多个偏振控制器，以及一个输出端口，作为参考文件……。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的在于提供具有转盘和多面反射元件的低成本可调谐光源结构，以解决上述【背景技术】中提出的问题
[0008]本发明提出了一种具有转盘和多面反射元件的低成本可调谐光源结构，包括一个转盘，所述转盘包括N个单独调整和安装以便从光纤准直器反射光线的若干个反射元件，若干个所述的反射元件单独调整和安装;一个伺服电机，用于转动转盘;一个衍射元件，用于将入射光线散射成不同的颜色；以及一种增益介质。
[0009]增益介质可以是一个半导体光放大器(SOA)或一个掺铒光纤放大器(EDFA)，在环形或线性结构中运行，以成为光纤激光器。此外，在M个同步分支中重复滤波器结构，在不增加反射元件数量也不使用较高速电机的情况下提高调谐扫描频率。
[0010]根据本发明，可调谐光源由一个转盘、一个衍射元件(如衍射体光栅)以及一个SOA或EDFA组成，其中转盘由普通的市售伺服电机(或步进电机)转动，并且包括N个单独调整和安装以便从光纤准直器反射光线的反射元件;衍射元件接收来自反射元件的光线；SOA或EDFA作为增益介质。在多分支结构中，M个准直器和衍射元件以精确的距离安装在转盘之前，通过系数M来提高扫描频率。在每个时间间隔，仅使用M个分支中的一个来向增益介质反馈所过滤的光线。总扫描频率为SF = NxMxS/60，单位为Hz，式中S为电机的转速，单位为rpm。利用转速为10，000rpm的典型伺服电机以及60个反射元件和2分支结构，我们可以很容易地获得20KHz的扫描频率和120nm的波长调谐范围。如果选择80nm的调谐范围，分支的数量可以增加到3，并且扫描频率将为30KHz，同时反射元件的数量和电机转速保持不变。
[0011]本实用新型的有益效果是:本实用新型成本低，利用多分支结构提高扫描频率，在不降低扫描频率的情况下减少反射元件的数量，在不增加反射元件数量的情况下提高扫描频率，在不提尚电机转速的情况下提尚扫描频率。
【附图说明】
[0012]了更好地理解本发明，参考以下详细说明和附图，其中:
[0013]图1a为示出了光纤激光器的环形结构中的可调谐光源的视图，并且图1b为示出了光纤激光器的线性结构中的可调谐光源的视图。
[0014]图2为包含反射元件的转盘的扩展视图。
[0015]图3为包含反射元件的转盘的压缩视图。
[0016]图4为示出了多分支结构中的可调谐滤波器的视图。
[0017]图5为示出了每个分支及其组合体的扫频激光源的时域输出信号的视图。
[0018]图6为示出了第二个实施例的视图，其中增益芯片直接强加在转盘之前。
【具体实施方式】
[0019]参照所附图，本发明的优选实施例在本文中用于说明，而不作为限制。
[0020]参照图1，图中示出了环形结构(a)和线性结构(b)中的低成本可调谐激光器的一个实施例。可以是单模光纤(SMF)或保偏光纤(PMF)或任何其他类型光纤的光纤27连接到准直器22上，并且放置与转盘20的反射元件15距离Ll(25)的地方。转盘和反射元件15的细节将在图2和图3中说明。衍射兀件，例如衍射体光栅，放置在与反射兀件15距尚L2 (26)的地方。光纤27、准直器22和衍射元件21的组成形成了单分支滤波器30。光纤27通过图1(a)中的循环器101连接到一个环形结构上，并且利用光纤90和偏振控制器91连接到增益介质102上，增益介质102可以是SOA或EDFA。耦合器103将部分激光功率带到光纤104。利用光纤90将部件连接在一起。图1(b)示出了线性结构。在这种情况下，可调谐滤波器连接到增益介质102上，并且输出激光器取自光纤104。偏振控制器91对光偏振进行调整，以获得最佳性能。[0021 ] 参照图2，图中示出了由两个独立的部分即底座部分10和支架部分12组成的转盘的一个实施例。底座和支架部分可以作为单独的零件一起制造，但是分别制造更精确而且更容易，还可以降低制造成本。这两个部分都由铝或不锈钢制成。基盘10的中心部分11固定在伺服电机13的轴14上。甚至可以使用其他类型的电机，但伺服电机是更好的选择。
[0022]支架12利用六个螺钉通过孔16固定在底座10上。支架12和底座10紧紧地固定在一起成为转盘20(图3)，其中将安装反射元件15。转盘20的半径由反射元件15的尺寸和总数决定。反射元件可以只是预切的镜子，并且利用环氧树脂等距离固定在支架12上。每个反射元件都可以在水平和垂直方向单独调整。与多棱镜相反，底座10和支架12不需要用精确的角度和高度抛光的表面制造，这样极大地降低了制造成本。
[0023]现在参照图4，图中说明了多分支结构的概念。部分示出了转盘20。转盘20中两个连续反射元件15之间的角度为β(29)，并采用这样一种方式来选择，即反射元件的总数为整数:Ν=2π/β。
[0024]第二个分支采用与第一个分支相同的方式安装。通常可以安装M个分支滤波器。来自所有分支的光纤27组合成一个组合器23，其可以只是一个耦合器或Mxl光开关。在每个时间间隔，只有一个输入光纤27连接到输出光纤28上。光开关23应和转盘20同步。现在将输出光纤28连接到图1中的循环器101上。1.
[0025]图5(a)示出了由于单分支造成的时域中扫频光源的输出频率，其中T为经过两个连续反射元件的时间间隔。T由电机的转速和两个连续反射元件之间的物理距离决定。对于第2和第M个分支，图5中的(b)部分和(c)示出了相同的结果。组合器23后的所有分支的组合信号如图5(d)所示。现在将扫描频率乘以系数M。应正确选择两个连续分支α(图4中24)之间的角度，以防信号重叠。对于M分支结构，通过α = ηβ+β/Μ确定角度α (24),式中η为整数。分支M的数量还取决于扫频光源的调谐范围。
[0026]调谐范围越大，图5中的脉冲越宽，反过来降低了分支的最大数量，最大值(Μ)2π/N/ Δ θ = β/ Δ Θ，式中Δ Θ为发射元件对应调谐范围的旋转角度。总扫描频率为SF = NxMxS/60，单位为Hz，式中S为电机的转速，单位为rpm。
[0027]图6示出了第二个实施例，其中增益芯片110的光线通过透镜111来校准到转盘20的反射元件15。然后，光线从衍射元件21衍射回来，再次聚焦在增益芯片上。通过转动转盘20，采用与之前的实施例相同的方式能够对中心波长进行调谐。也可以利用多分支结构将可调谐扫频光源与相同或不同的中心波长组合。
【主权项】
1.一种具有转盘和多面反射元件的低成本可调谐光源结构，其特征在于，包括一个转盘，所述转盘包括N个单独调整和安装以便从光纤准直器反射光线的若干个反射元件，若干个所述的反射元件单独调整和安装;一个伺服电机，用于转动转盘;一个衍射元件，用于将入射光线散射成不同的颜色；以及一种增益介质。2.根据权利要求1所述的具有转盘和多面反射元件的低成本可调谐光源结构，其特征在于，所述的增益介质为半导体光放大器或掺铒光纤放大器。3.根据权利要求1所述的具有转盘和多面反射元件的低成本可调谐光源结构，其特征在于，所述的转盘包括一个单独的金属件和两个分离的金属件。
【文档编号】H01S3/067GK205646421SQ201620298320
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】龙品
【申请人】无锡瑞科华泰电子技术有限公司