一种基于双F-P的扫频激光光源的制作方法

本发明涉及光学层析成像，具体为一种基于双f-p的扫频激光光源。

背景技术：

1、光技术oct已广泛应用于眼科的病变诊断、手术实时监测、病理康复监测、工业3d随工检测等。频域扫描的ss-oct技术由于其较快的成像速度、较深的成像深度和较好的轴向分辨率成为设备商和医护人员都认可的使用方向。于实际应用中，系统的关键部件为扫频激光光源。光源的扫频速度、频率范围、准单色光线宽直接关系到系统的轴向分辨率、成像速度和成像深度。

2、在oct的应用中，短波长适用于眼前庭成像等光技术，可提供较高的轴向分辨率，而对眼底成像一般选用长波长的1020nm、1310nm或1550nm波段，可以提供足够深的成像范围，实现视网膜成像、血管成像等；此外，对一些综合应用的需求，1020nm波段的ss-oct系统兼具短波和长波的优势，适用范围较广。

3、目前，业界采用较多的是基于光纤的f-p滤波器搭建出的扫频光源和垂直腔端面发射的半导体扫频激光器，这两类光源在实际使用中的扫频范围不便调整、扫频速度低、集成及调整困难，限制了ss-oct的系统应用，为此，我们提出一种基于双f-p的扫频激光光源。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于双f-p的扫频激光光源，具备高轴向分辨率、快速成像和大成像深度等优点，可以有效解决背景技术中的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于双f-p的扫频激光光源，包括光放大器一以及与之电性连接的驱动电源一，所述光放大器一的两个光接口均通过单模光纤分别连接有光隔离器一、光隔离器三，所述光隔离器一的另一端通过单模光纤连接有f-p滤波器一，且f-p滤波器一的其一光接口端通过单模光纤连接有光隔离器二，且f-p滤波器一其上的电接口外接用于对其控制的控制器一；

5、还包括f-p滤波器二、光耦合器，所述f-p滤波器二的两个光接口均通过单模光纤与光隔离器二、光耦合器分别连接，且f-p滤波器二其上的电接口外接有用于对其控制的控制器二，所述光耦合器的其一光接口通过单模光纤与光隔离器三光耦合，且光耦合器的另一光接口连接光放大器二，所述光放大器二其上的电接口电性连接有驱动电源二，且光放大器二其上的另一光接口通过单模光纤连接至激光输出端；

6、所述光放大器一、光隔离器一、f-p滤波器一、光隔离器二、f-p滤波器二、光耦合器与光隔离器三构成一个行波放大选频环形腔。

7、优选的，所述驱动电源一、驱动电源二均为恒流驱动电源，且电流范围均为0～600ma，采用温度控制措施使其芯片温度稳定在25℃，外壳可以直接安装在室温散热器上。

8、优选的，所述驱动电源一的温度控制可以是通过热沉散热实现的。

9、优选的，所述光放大器一的放大光谱中心波长为1020nm、增益谱半高全宽范围为970～1080nm、小信号增益范围为20～48db、饱和输出功率范围为12～18dbm。

10、优选的，所述光放大器一的小信号增益为27db、饱和输出功率为15dbm。

11、优选的，所述光隔离器一、光隔离器二与光隔离器三的光隔离度均大于30db、插入损耗均小于1db、承受功率均大于500mw、回波损耗大于50db。

12、优选的，所述f-p滤波器一采用附有高反材料镀层的镜片构成空气间隙空气间隙的f-p腔，激光准直后在腔内形成多光束干涉效应，输出后的光为滤波后的准单色光；

13、所述镜片安装于压电陶瓷片上，压电陶瓷经控制器一产生的控制电压对f-p的腔长进行调节，以对输出的激光波长进行调谐，透过光的满足调节如下述公式表示：

14、2ndcosθi'＝mλ；

15、其中，n表示空气隙的折射率，d为空气隙的宽度，θi'为入射到空气隙的折射光的折射角，m为透射光的干涉序号，λ为透射光的波长，对同一干涉序的不同波长入射光，所对应的d亦不同；

16、对每一波长的透射光，经多次空气隙的内部反射和透射后，总的透射光表示为爱里公式：

17、

18、其中，i(t)、i(i)分别代表透射光和入射光的光强，δ代表腔内两相临透射光的相位差；

19、另外，代表与腔表面的反射系数相关的参数k由如下公式进行计算：

20、

21、以上述表明，透射光强随相位差在最大和最小间交替变化，所有输出谱线的包络与放大器的增益曲线一致，与此同时，空气腔两相对面的反射率越大，输出光的光强度随相位变化越“陡”，表示输出谱线的精细度为：

22、

23、输出谱线的精细度依赖于腔端镜的反射率，反射率越大精细度越大；

24、对于于准单色光的入射，f-p腔输出对不同波长的区分程度用分辨本领表示：

25、

26、精细度越高，则f-p对不同波长的分辨本领也越大；

27、与分辨本领对应的在整个测试的波长范围内，不同波长相差一个干涉序的范围用自由光谱范围来表征：

28、

29、选择反射率r，确定分辨率和自由光谱范围就能确定f-p滤波器的光谱参数。

30、优选的，所述f-p滤波器一工作的中心波长为1020nm、滤波光谱宽度覆盖范围为970～1080nm、自由光谱范围为100nm～200nm、精细度为100～250、分辨本领为1000～2000、透射峰半高全宽为0.5nm～5nm、插入损耗小于2db。

31、优选的，f-p滤波器二采用镀高反材料的镜片构成空气间隙的f-p腔，激光准直后在腔内形成多光束干涉效应，输出后的光为滤波后的准单色光，所述镜片安装于压电陶瓷片上，压电陶瓷经控制器二产生的控制电压调节f-p的腔长，对输出激光波长进行调谐，技术原理和各参数确定方法与f-p滤波器一相一致。

32、优选的，所述控制器一与控制器二的驱动三角波电压的输出范围为0～200v、纹波电压小于80mv。

33、优选的，所述f-p滤波器二工作的中心波长为1020nm、滤波光谱宽度覆盖范围为970～1080nm、自由光谱范围为1nm～5nm、精细度100～250、分辨本领5×104～105、透射峰半高全宽小于约0.01nm～0.1nm、插入损耗小于2db。

34、优选的，所述光耦合器的分光比为10:90，其中为10％的其一光接口与光放大器二耦合、为90％的另一光接口与光隔离器三耦合，所述光耦合器的回波损耗大于55db。

35、优选的，所述光放大器二采用温度控制措施使其芯片温度稳定在25℃，外壳安装在室温散热器上。

36、优选的，所述用于行波放大选频环形腔的单模光纤总长度小于500m。

37、优选的，环形腔激光器的光传输一周的时间决定了系统运行的最高输出激光扫描频率：

38、

39、其中，c是真空中光速，n是光纤扫频激光对应的折射率，l是环形腔的长度，环形腔激光器的最大扫频输出频率为1mhz，环形腔最长为214m。

40、(三)有益效果

41、与现有技术相比，本发明提供了一种基于双f-p的扫频激光光源，具备以下

42、有益效果：

43、该一种基于双f-p的扫频激光光源，整套光源采用由光放大器一、光隔离器一、f-p滤波器一、光隔离器二、f-p滤波器二、光耦合器与光隔离器三构成的光纤环形行波放大结构，通过两级f-p滤波器，实现快速精细滤波后经过光放大器放大输出为满足ss-oct需要的大功率、高速扫频的窄线宽激光，兼具短波长的成像精度和长波长的成像深度，能得到快速的实时成像，适用范围较广。