窄瞬时线宽的宽带扫频激光光源的研制

【摘要】光学相干层析成像(OpticalCoherenceTomography,OCT)技术是一种无损伤、非侵入式、成像速度快的生物医学光学成像技术。OCT技术可以分为时域OCT(TimeDomainOpticalCoherenceTomography,TD-OCT)和频域OCT技术(OpticalFrequencyDomainImaging,OFDI)。频域OCT技术中,基于扫频激光光源的光学成像术也称为扫频OCT技术(SweptSourceOpticalCoherenceTomography,SS-OCT)是最新一代的OCT技术,相比于第一代时域OCT技术在成像速度、范围、轴向分辨率等方面都具有较大的优势。而扫频OCT系统的核心部件是扫频激光光源,扫频激光光源的各项性能参数直接影响着扫频OCT系统各项性能指标。因此,本文研究和介绍的主要对象是扫频激光光源。本课题主要研究了扫频激光光源的原理、构造,调研了近几年来国内外扫频激光光源的发展进程,设计了研制扫频激光光源的几种方案,最终搭建了一套窄瞬时线宽的宽带扫频激光光源。扫频激光光源中起调谐滤波作用的是光学调谐滤波器,而对于同一个滤波器,其光谱分辨率(扫频激光光源的瞬时线宽)和自由光谱光谱范围(扫频激光光源的光谱带宽或光谱范围)成反比的关系。因此,为了同时得到窄瞬时线宽、宽带宽的扫频激光,本课题提出并设计了一种基于光栅/旋转多面镜滤波器和法布里珀罗调谐滤波器(Fabry-PerotTunableFilter,FFP-TF)组合调谐的环腔型扫频激光光源,它兼备了光栅/旋转多面镜滤波器窄瞬时线宽和FFP-TF宽带宽的功能。在实验室现有仪器的基础上,我们在光栅/旋转多面镜滤波器系统中引入望远镜系统,通过扩大照射在光栅上的光斑大小,以尽量减小光栅/旋转多面镜系统的自由光谱范围并增大光谱分辨率。通过方案的设计和仪器的选择,我们搭建了窄瞬时线宽的宽带扫频激光光源系统,输出光谱通过单点探测器接到示波器得到扫频激光光源的时序图,接到光谱仪得到扫频激光光源的波序图。本文正文部分分为五章：第一章绪论,先介绍了OCT技术的原理和发展,然后详细介绍了扫频OCT的核心部件——扫频激光光源的研究发展现状,最后阐述了本课题的意义、研究内容和创新点。第二章扫频激光光源的基本理论,详细介绍了扫频激光光源的基本原理,并分析了扫频激光光源的主要性能指标：光源波长、光谱宽带、瞬时线宽、扫频速度及光功率。第三章系统方案设计,分为光学系统设计和同步装置设计。光学系统方案设计,具体论述了窄瞬时线宽的宽带扫频激光光源的光学系统部分的设计方案,提出了几种提高光栅/旋转多面镜滤波器的光谱分辨率及降低其自由光谱范围的方案,分析了各种方案的实现原理和优劣势,并确定了光学系统中各器件的设计参数,得出理论波序图；为了使光栅/旋转多面镜滤波器和FFP-TF的波长调谐达到时序和波序上的一致,从而实现扫频激光的稳定输出,本课题还设计了一个同步促发装置。第四章系统搭建和实验数据,通过对仪器的选择和确立,按照第三章所确立的实验方案搭建实验系统,先测出SOA的放大自发辐射光谱,再依次引入FFP-TF和光栅/旋转多面镜滤波器进行滤波,最后将两个滤波器级联使用得到宽带宽窄瞬时线宽的扫频激光光源,通过示波器和光谱仪分别得到了相应扫频激光光源输出光谱的时序图和波序图。同时,我们还对实验结果进行了讨论。第五章总结与展望,总结了本课题的工作成果及特色,提出需要改进的地方以及进一步深入研究的工作。
【作者】卢锡清；
【导师】丁志华；
【作者基本信息】浙江大学，测试计量技术及仪器，2014，硕士
【关键词】光学相干层析成像；扫频光学相干层析成像；扫频激光光源；滤波器；光栅/旋转多面镜滤波器；FFP-TF；同步装置；

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