【光学前沿】一种基于啁啾光纤布拉格光栅的拉伸脉冲锁模扫描激光器
在过去的十年中,针对超高速光学相干层析扫描模式和兆赫以上速度的扫描激光器的研究取得了显著进展。这些研究涵盖了多种技术,包括圆测距光学相干层析成像、光学计算光学相干层析摄影、时间拉伸扫描激光器、声光缺陷扫描激光器、傅立叶域锁模激光器、可调谐垂直腔表面发射激光器以及拉伸脉冲锁模扫描激光器。其中,拉伸脉冲锁模扫描激光器因其无需机械波长扫描滤波器,通过腔内色散介质实现脉冲拉伸和压缩的特性,显示出明显的优势。该设计在100nm的扫描带宽上实现了超过10MHz的速度,相较于传统的色散光纤卷轴,基于啁啾光纤布拉格光栅的设计在1060nm、1300nm和1550nm的中心波长下提供了更为紧凑和简化的设计。

尽管基于啁啾光纤布拉格光栅的激光器设计具有诸多优势,但其面临的技术挑战包括约30%的光透射通过啁啾光纤布拉格光栅,可能导致不必要的激光振荡。为解决这一问题,研究者提出了多种方法,如使用半导体光放大器的开/关调制与调制脉冲同步,以及将两个相同规格的啁啾光纤布拉格光栅结合到激光腔中。然而,这些方法均存在一定的局限性,如工作循环限制、激光噪声增加以及需要额外的腔增强器等。
为克服这些挑战,研究者提出了一种基于θ光纤环几何结构的扫频激光器设计。该设计采用O波段半导体光学放大器作为增益介质,中心波长为1300nm,3-dB光学带宽为87nm。通过80/20光纤耦合器将80%的强度耦合到腔外,光脉冲由40GHz铌酸锂Mach-Zehnder强度调制器产生,电子脉冲的脉冲宽度设置为125ps。该设计通过啁啾光纤布拉格光栅的双通光纤长度和腔光纤长度的优化,实现了10.3MHz的激光扫描速率和接近100%的有效占空比。
此外,该激光器设计通过偏振隔离技术有效抑制了穿过啁啾光纤布拉格光栅的光产生的不必要激光振荡。激光腔的输出功率测量为84mW,输出光谱的3-dB带宽为108.8nm,20dB带宽为114.7nm。激光的波数线性特性通过啁啾光纤布拉格光栅在频域中的线性啁啾色散实现,这对于超高速实时光学相干层析成像至关重要。

为了验证该技术的体内光学相干断层成像可行性,研究者构建了一种基于所提出激光器的超高速扫频源光学相干断层扫描系统。该系统通过扫描镜对和成像物镜实现了13µm的横向分辨率,并使用4GSa/s数据采集卡记录相干信号。系统的灵敏度计算为98dB,成像深度范围约为1.4毫米。尽管存在一些技术挑战,如相对强度噪声和色散失配,但通过精细化的分散管理和进一步研究电子短脉冲的抖动性能,这些问题有望得到解决。
研究者提出了一种基于啁啾光纤布拉格光栅的拉伸脉冲锁模扫描激光器的新方法,无需光缓冲、半导体光放大器调制和升压器放大。该激光器在1305nm的中心波长处提供84mW的输出功率,具有接近100%的有效占空比和109nm的3-dB带宽。此外,激光输出显示出良好的波数线性特性,并显示出2.3mm的−6-dB滚降深度。研究者还成功实现了使用该激光器对人体手掌进行的体内3D成像。欧光科技相信这种超高速扫描激光器有望极大地促进光学相干断层扫描技术在工业和生物医学应用中的应用。
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多基准轴透射式离轴光学系统高精度定心装调方法
星载光谱仪可获取空间连续分布的光谱数据,是陆地植被监测、海洋环境探测等领域的核心载荷。为校正分光系统引入的畸变,星载光谱仪成像透镜多采用离轴透射式设计,由此形成的多光轴结构存在大倾角、大偏心特征,超出了传统同轴系统定心装调方法的适用范围。本文提出一种多基准轴定心装调方法(Multi-referenceAxisAlignment,MAA),通过镜筒结构一体化加工预置各光轴的偏心与倾斜参数,结合光学平板实现基准轴的高精度引出,将复杂多光轴系统的装调拆解为多个单光轴子系统的独立装调,突破了传统定心仪的测量范围限制。针对某星载光谱仪3光轴离轴透射系统开展装调验证,实测结果表明,透镜最大偏心误差小于25.4μm,最大倾斜误差小于17.7″,系统实际畸变与理论值平均偏差小于0.32μm,全面满足设计指标要求。该方法为离轴折射类光学系统的高精度装调提供了可行的技术路径,拓展了透射式光学系统装调的适用边界。
2026-05-22
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平凸透镜朝向对光束会聚效果及像差特性的影响分析
平凸透镜是各类光学系统中应用最为广泛的基础折射元件之一,属于典型的无限共轭透镜,核心光学功能分为两类:一是将点光源出射的发散光束准直为平行光束,二是将入射的准直平行光束会聚至单点。在激光光学、显微成像、光电检测等领域的光路设计与装调中,平凸透镜的安装朝向是直接影响系统性能的核心参数,其选择直接决定了像差水平与最终会聚效果。
2026-05-21
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光机系统设计:镜头装配轴向预紧力计算(一)——通用设计原则与基础方法
本文基于光机系统设计领域的经典工程理论,系统阐述镜头装配中透镜面接触安装技术的核心原理,明确轴向预紧力在透镜固定、精度保持与环境适应性中的关键作用,详细介绍标称轴向预紧力的基础计算方法、参数定义与适用边界,同时解析轴向预载对透镜自动定心、抗径向偏心的力学效应,为光学镜头的装调设计提供标准化的工程参考。
2026-05-21
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高精度轴对称非球面反射镜面形轮廓非接触式测量方法
非球面光学元件是高端光学系统的核心器件,其面形轮廓的高精度、可溯源测量是保障加工质量与系统性能的关键。本文针对轴对称非球面反射镜的测量需求,建立了通用化的非球面扫描轨迹数学模型,提出一种基于独立计量回路的非接触式坐标扫描测量方法。该方法采用运动与计量分离的框架结构,有效隔离运动误差对测量结果的影响;测头采用集成阵列式波片的四象限干涉测量系统,实现1nm级测量分辨率;通过扫描执行机构与多路激光干涉系统共基准设计,实现测量值可溯源至“米”定义。试验验证表明,该方法测量误差小于0.2μm,重复性精度达70nm,整体测量精度达到亚微米级,为非球面测量的量值统一与溯源提供了成熟的技术方案。
2026-05-21
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麻省理工学院固态激光雷达硅光子芯片核心突破解读
麻省理工学院研究团队攻克了硅光子集成光学相控阵(OPA)固态激光雷达的长期核心瓶颈,通过创新的低串扰集成天线阵列设计,首次实现了宽视野扫描+低噪声高精度的无活动部件激光雷达芯片,为下一代紧凑、高耐用性固态激光雷达的落地奠定了技术基础。
2026-05-20
