專利名稱：一種基于聲光偏轉(zhuǎn)器的聲光掃頻激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種掃頻激光器，特別是關(guān)于一種適用于光學相干CT成像、其它掃描成像或雷達等系統(tǒng)的基于聲光偏轉(zhuǎn)器的聲光掃頻激光器。
背景技術(shù)：
近十幾年來光學相干CT (Optical Coherence Tomography,簡稱OCT)技術(shù)發(fā)展迅速，該技術(shù)可以對生物組織或人體組織進行斷層成像，分辨率遠高于X射線成像和超聲波成像。特別是掃頻光學相干CT (SS-OCT)技術(shù)，是目前最為先進和流行的OCT技術(shù)，它不僅具有高分辨斷層成像能力，而且具有頻域并行讀取能力，能夠一次讀取沿樣品某一深度方向的一線光信號，探測范圍深，同時SS-OCT技術(shù)具有高靈敏度的優(yōu)點，因此實現(xiàn)高速成像潛力巨大。但是想要獲取高性能的SS-OCT圖像，掃頻激光器需要具備以下條件激光輸出 功率高、掃描速度快、激光輸出線寬窄、頻率掃描范圍寬，且激光頻率隨時間線性掃描?，F(xiàn)有的掃頻激光器存在以下問題1、激光掃頻速度受制于濾波器的速度，濾波器通常采用機械調(diào)制，比如FFP-TP標準具，由于掃描器件存在運動慣性，因此無法進一步提高掃描速度，且壓電陶瓷的遲滯現(xiàn)象，會影響壓電陶瓷的磁致伸縮，使得對掃描位置的控制變得比較困難。2、現(xiàn)有激光器實現(xiàn)掃頻，多數(shù)是波長隨掃描時間線性變化，而不是波數(shù)或頻率的線性掃描輸出(即使有也要經(jīng)過很復雜的方法實現(xiàn))。由于SS-OCT技術(shù)的圖像重建是通過對采集的干涉光譜進行離散快速傅立葉變換(FFT)而實現(xiàn)，因此客觀上需要采集的數(shù)據(jù)是等頻率間隔的，但是目前掃頻激光器還沒有波數(shù)或頻率線性掃描輸出的實用的解決方案。為了得到波數(shù)或頻率線性掃描輸出，現(xiàn)有方法是在采集數(shù)據(jù)后，通過數(shù)學插值的方法得到波數(shù)或頻率的線性掃描輸出，再進行離散快速傅立葉變換，此種方法不僅耗費大量的計算時間，而且實時成像圖像數(shù)據(jù)量極大，嚴重影響成像速度。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種高速掃頻，且能夠?qū)崿F(xiàn)激光頻率隨時間線性調(diào)諧的基于聲光偏轉(zhuǎn)器的聲光掃頻激光器。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明米取以下技術(shù)方案一種基于聲光偏轉(zhuǎn)器的聲光掃頻激光器，其特征在于它包括一激光諧振腔和一聲光濾波器；所述聲光濾波器包括一聲光偏轉(zhuǎn)器、一光束偏折裝置、兩分光兀件、一偏振控制器、一光隔離器、兩準直器、一光纖和一聲波信號控制系統(tǒng)；所述激光諧振腔出射的激光發(fā)射到所述聲光偏轉(zhuǎn)器中，所述聲光偏轉(zhuǎn)器將接收的激光偏轉(zhuǎn)某一角度后出射，出射的激光經(jīng)所述光束偏折裝置入射到一所述分光元件進行分光，并將某一波長的衍射光經(jīng)一所述準直器后耦合到依次連接有所述偏振控制器和光隔離器的光纖內(nèi)傳播并出射，出射的激光經(jīng)另一所述準直器發(fā)射到另一所述分光元件再次進行分光，并將單一頻率的衍射光經(jīng)所述光束偏折裝置入射回到所述聲光偏轉(zhuǎn)器，并發(fā)射到所述激光諧振腔中完成激光的選頻；其中，所述聲波信號控制系統(tǒng)發(fā)射電磁波到所述聲光偏轉(zhuǎn)器中驅(qū)動晶體發(fā)生聲光效應控制光在所述聲光偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)角度。
所述聲光偏轉(zhuǎn)器、分光兀件、準直器和光束偏折裝置以所述聲光偏轉(zhuǎn)器的中軸線呈對稱結(jié)構(gòu)。所述聲波信號控制系統(tǒng)包括一射頻信號發(fā)生器、一信號發(fā)生器和一計算機，所述計算機連接所述信號發(fā)生器控制信號發(fā)生器發(fā)送信號到所述射頻信號發(fā)生器，所述射頻信號發(fā)生器向聲光偏轉(zhuǎn)器發(fā)送射頻信號驅(qū)動所述聲光偏轉(zhuǎn)器中的換能器，將射頻信號轉(zhuǎn)化為超聲波信號驅(qū)動晶體產(chǎn)生聲光效應，控制激光在所述聲光偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)角度。所述激光諧振腔采用開放式激光 諧振腔和光纖化環(huán)形激光諧振腔中的一種。當所述激光諧振腔采用所述光纖化環(huán)形激光諧振腔時，激光在所述光纖化環(huán)形激光諧振腔和聲光濾波器的運行方式保持一致，采用順時針和逆時針中的一種。所述聲光偏轉(zhuǎn)器米用基于聲光相互作用具有快速、大角度偏轉(zhuǎn)范圍特性的聲光器件。所述光束偏折裝置為對稱結(jié)構(gòu)，采用三角形分束鏡或兩個對稱設(shè)置的平面鏡組合
>J-U裝直。兩個所述分光元件完全相同，采用光柵和棱鏡中的一種；所述光柵采用閃耀光柵。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明包括激光諧振腔和聲光濾波器，聲光濾波器中的聲光偏轉(zhuǎn)器將接收的激光偏轉(zhuǎn)某一角度后依次射入光束偏折裝置和分光元件，并將某一波長的衍射光經(jīng)準直器耦合到依次連接有偏振控制器和光隔離器的光纖內(nèi)傳播并射出，出射的激光經(jīng)準直器發(fā)射到另一分光元件對激光再次進行分光，并將單一頻率的衍射光經(jīng)光束偏折裝置發(fā)射回到聲光偏轉(zhuǎn)器完成激光的選頻；在激光選頻的過程中，由于聲光偏轉(zhuǎn)器的聲波頻率信號是通過聲波信號控制系統(tǒng)進行控制，即聲波頻率Fs可以隨時間線性變化的，當光束偏折裝置和分光元件與聲光偏轉(zhuǎn)器之間的角度調(diào)到恰當?shù)臄?shù)值時，聲波頻率Fs與激光頻率f成線性變化，因此實現(xiàn)了經(jīng)聲光濾波器選擇的激光頻率f隨時間線性調(diào)諧。2、本發(fā)明的聲光濾波器由于采用完全對稱的結(jié)構(gòu)即聲光偏轉(zhuǎn)器、光束偏折裝置、分光元件和準直器關(guān)于聲光偏轉(zhuǎn)器的中軸線完全對稱，因此完全消除了多普勒頻移，有利于進一步提高激光器的動態(tài)相干長度。3、本發(fā)明的聲光濾波器采用完全對稱的結(jié)構(gòu)完成了兩次選頻，實現(xiàn)了激光輸出頻率隨時間線性輸出的濾波，且兩個分光元件完全相同，雖然第二次進行分光的分光元件作用很小，但是可以消除光第一次分光后傳播到第二次分光之間的光路中色散造成的展寬，進而得到單一頻率的衍射光。4、本發(fā)明的聲光濾波器采用聲光偏轉(zhuǎn)器實現(xiàn)了激光頻率f隨時間線性調(diào)諧，由于聲光偏轉(zhuǎn)器具有高速偏轉(zhuǎn)特性，因此實現(xiàn)激光器的高速掃描，不僅可以廣泛應用于掃頻激光器中，還可以應用在其它可調(diào)諧激光器中。本發(fā)明可以廣泛應用于光學相干CT成像、其它掃描成像或雷達等系統(tǒng)中。


圖I是本發(fā)明的聲光掃頻激光器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的聲光濾波器的選頻原理示意圖；圖3是本發(fā)明的開放式激光諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
如圖I所示，本發(fā)明的聲光掃頻激光器包括一激光諧振腔I和一聲光濾波器2。聲光濾波器2包括一聲光偏轉(zhuǎn)器(AOD) 20, 一光束偏折裝置21,兩分光兀件22、23, —偏振控制器24, —光隔離器25,兩準直器26、27、一光纖28和一聲波信號控制系統(tǒng)4 ;其中，聲光偏轉(zhuǎn)器20、分光兀件22、準直器26和光束偏折裝置21與聲光偏轉(zhuǎn)器20、分光兀件23、準直器27和光束偏折裝置21關(guān)于聲光偏轉(zhuǎn)器20的中軸線完全對稱。激光諧振腔I出射的激光發(fā)射到聲光偏轉(zhuǎn)器20中，聲光偏轉(zhuǎn)器20將接收的激光偏轉(zhuǎn)某一角度后出射，出射的激光經(jīng)光束偏折裝置21反射到分光元件22，分光元件22對激光進行分光，并將某一波長的衍射光經(jīng)準直器26后耦合到依次連接有偏振控制器24和光隔離器25的光纖28內(nèi)傳播,激光在光纖28內(nèi)通過偏振控制器24調(diào)節(jié)激光的偏振態(tài),并經(jīng)光隔離器25沿著光纖28傳播并出射，出射的激光經(jīng)準直器27發(fā)射到另一分光元件23上，分光元件23對激光再次進行分光，并將單一頻率的衍射光經(jīng)光束偏折裝置21反射回到聲光偏轉(zhuǎn)器20，并經(jīng)一準直鏡3發(fā)射到激光諧振腔I中完成激光的選頻，其中，聲波信號控制系統(tǒng)4發(fā)射電磁波到聲光偏轉(zhuǎn)器中驅(qū)動晶體發(fā)生聲光效應控制光在聲光偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)角度。 上述實施例中，光束偏折裝置21用于對光束進行偏折，光束偏折裝置21為對稱結(jié)構(gòu)，可以采用三角形分束鏡21或兩個對稱設(shè)置的平面鏡組合裝置。上述各實施例中，分光兀件是用于選取某一頻率的光，使用時分光兀件22、23完全相同，可以采用各種光柵和棱鏡，光柵可以采用閃耀光柵。上述各實施例中，聲光偏轉(zhuǎn)器20可以米用基于聲光相互作用的具有快速、大角度偏轉(zhuǎn)范圍特性的聲光器件。如圖I所不,上述各實施例中，聲波信號控制系統(tǒng)4包括一射頻信號發(fā)生器41、一信號發(fā)生器42和一計算機43，計算機43通過數(shù)據(jù)線連接信號發(fā)生器42控制信號發(fā)生器通過電纜發(fā)送信號到射頻信號發(fā)生器42中，射頻信號發(fā)生器42通過電纜向聲光偏轉(zhuǎn)器20發(fā)送射頻信號，射頻信號驅(qū)動聲光偏轉(zhuǎn)器中的換能器，換能器將射頻信號轉(zhuǎn)化為超聲波信號驅(qū)動晶體產(chǎn)生聲光效應，控制激光在聲光偏轉(zhuǎn)器20中的偏轉(zhuǎn)角度。如圖2所示，下面的具體實施例采用三角形分束鏡21和閃耀光柵22、23并結(jié)合光學原理進一步解釋和說明激光輸出頻率如何隨時間線性調(diào)諧。其中，A1為聲光偏轉(zhuǎn)器20出射面的垂直方向與閃耀光柵22的法線夾角；A2為三角形分束器21的頂角，利用光柵方程(公式I)、聲光偏轉(zhuǎn)器中偏轉(zhuǎn)角與超聲信號頻率的關(guān)系(公式2)通過簡單的幾何光學推導(推導過程為現(xiàn)有技術(shù)，故此不再贅述)，得到聲光濾波器20輸出的激光波長\和輸入到聲光偏轉(zhuǎn)器的聲波頻率Fs的關(guān)系(公式3)
權(quán)利要求
1.一種基于聲光偏轉(zhuǎn)器的聲光掃頻激光器，其特征在于它包括一激光諧振腔和一聲光濾波器；所述聲光濾波器包括一聲光偏轉(zhuǎn)器、一光束偏折裝置、兩分光兀件、一偏振控制器、一光隔離器、兩準直器、一光纖和一聲波信號控制系統(tǒng)；所述激光諧振腔出射的激光發(fā)射到所述聲光偏轉(zhuǎn)器中，所述聲光偏轉(zhuǎn)器將接收的激光偏轉(zhuǎn)某一角度后出射，出射的激光經(jīng)所述光束偏折裝置入射到一所述分光元件進行分光，并將某一波長的衍射光經(jīng)一所述準直器后耦合到依次連接有所述偏振控制器和光隔離器的光纖內(nèi)傳播并出射，出射的激光經(jīng)另一所述準直器發(fā)射到另一所述分光元件再次進行分光，并將單一頻率的衍射光經(jīng)所述光束偏折裝置入射回到所述聲光偏轉(zhuǎn)器，并發(fā)射到所述激光諧振腔中完成激光的選頻；其中，所述聲波信號控制系統(tǒng)發(fā)射電磁波到所述聲光偏轉(zhuǎn)器中驅(qū)動晶體發(fā)生聲光效應控制光在所述聲光偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)角度。
2.如權(quán)利要求I所述的一種基于聲光偏轉(zhuǎn)器的聲光掃頻激光器，其特征在于所述聲光偏轉(zhuǎn)器、分光元件、準直器和光束偏折裝置以所述聲光偏轉(zhuǎn)器的中軸線呈對稱結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求I所述的一種基于聲光偏轉(zhuǎn)器的聲光掃頻激光器，其特征在于所述聲波信號控制系統(tǒng)包括一射頻信號發(fā)生器、一信號發(fā)生器和一計算機，所述計算機連接所述信號發(fā)生器控制信號發(fā)生器發(fā)送信號到所述射頻信號發(fā)生器，所述射頻信號發(fā)生器向聲光偏轉(zhuǎn)器發(fā)送射頻信號驅(qū)動所述聲光偏轉(zhuǎn)器中的換能器，將射頻信號轉(zhuǎn)化為超聲波信號驅(qū)動晶體產(chǎn)生聲光效應，控制激光在所述聲光偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)角度。
4.如權(quán)利要求2所述的一種基于聲光偏轉(zhuǎn)器的聲光掃頻激光器,其特征在于所述聲波信號控制系統(tǒng)包括一射頻信號發(fā)生器、一信號發(fā)生器和一計算機，所述計算機連接所述信號發(fā)生器控制信號發(fā)生器發(fā)送信號到所述射頻信號發(fā)生器，所述射頻信號發(fā)生器向聲光偏轉(zhuǎn)器發(fā)送射頻信號驅(qū)動所述聲光偏轉(zhuǎn)器中的換能器，將射頻信號轉(zhuǎn)化為超聲波信號驅(qū)動晶體產(chǎn)生聲光效應，控制激光在所述聲光偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)角度。
5.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的一種基于聲光偏轉(zhuǎn)器的聲光掃頻激光器,其特征在于所述激光諧振腔采用開放式激光諧振腔和光纖化環(huán)形激光諧振腔中的一種。
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于聲光偏轉(zhuǎn)器的聲光掃頻激光器,其特征在于當所述激光諧振腔采用所述光纖化環(huán)形激光諧振腔時，激光在所述光纖化環(huán)形激光諧振腔和聲光濾波器的運行方式保持一致，采用順時針和逆時針中的一種。
7.如權(quán)利要求I 6任一項所述的一種基于聲光偏轉(zhuǎn)器的聲光掃頻激光器,其特征在于所述聲光偏轉(zhuǎn)器采用基于聲光相互作用具有快速、大角度偏轉(zhuǎn)范圍特性的聲光器件。
8.如權(quán)利要求I 7任一項所述的一種基于聲光偏轉(zhuǎn)器的聲光掃頻激光器,其特征在于所述光束偏折裝置為對稱結(jié)構(gòu)，采用三角形分束鏡或兩個對稱設(shè)置的平面鏡組合裝置。
9.如權(quán)利要求I 8任一項所述的一種基于聲光偏轉(zhuǎn)器的聲光掃頻激光器,其特征在于兩個所述分光元件完全相同，采用光柵和棱鏡中的一種；所述光柵采用閃耀光柵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于聲光偏轉(zhuǎn)器的聲光掃頻激光器，其特征在于它包括激光諧振腔和聲光濾波器，聲光濾波器包括聲光偏轉(zhuǎn)器、光束偏折裝置、分光元件、偏振控制器、光隔離器、準直器、光纖和聲波信號控制系統(tǒng)；激光諧振腔出射的激光發(fā)射到聲光偏轉(zhuǎn)器，由于聲光效應，將激光偏轉(zhuǎn)某一角度后出射經(jīng)光束偏折裝置偏折，入射到分光元件例如光柵或棱鏡進行分光，某特定波長的光經(jīng)準直器后耦合到光纖，并經(jīng)偏振控制器和光隔離器后出射，出射的激光經(jīng)另一準直器發(fā)射到另一分光元件再次進行分光，并經(jīng)光束偏折裝置回到聲光偏轉(zhuǎn)器進入激光諧振腔，完成激光的選頻；聲波信號控制系統(tǒng)發(fā)射電磁波到聲光偏轉(zhuǎn)器中驅(qū)動晶體發(fā)生聲光效應控制光在聲光偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明可以廣泛應用于光學相干CT成像、其它掃描成像或雷達等系統(tǒng)中。
文檔編號H01S3/106GK102780153SQ20121024790
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者張健, 薛平, 霍天成 申請人:清華大學