專利名稱：鎖模激光器的光信號處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將光信號處理應(yīng)用于鎖模激光器，用于精確感測、采樣和精密光譜學(xué)。
背景技術(shù)：
鎖模激光器和頻梳激光器促進(jìn)了光譜學(xué)和精確感測的進(jìn)步。近來，鎖模激光器與傳統(tǒng)傅里葉變換光譜儀(FTS)結(jié)合以獲得改進(jìn)的信噪比，用于光譜吸收測量(J. Mandon 等人， ’ Fourier transform spectroscopy with a laser frequency comb ' , in Nature Photonics, vol. 3，pp. 99-102，2009 和 N. Picque ‘等人，國際專利申請公開號 WO 2010/010437)。Haensch等人在美國專利7，203，402中建議了將頻梳激光器用于光譜學(xué)。如‘435中所述，在現(xiàn)有技術(shù)中，頻梳激光器可被理解為構(gòu)成鎖模激光器的子集。 鎖模激光器和頻梳激光器均以某一重復(fù)率frep產(chǎn)生具有相應(yīng)的輸出頻譜的輸出脈沖串，所述輸出頻譜可被表征為線光譜，具有單獨(dú)的頻率線
f = f +mf
丄丄ceo 111丄rep
其中m是整數(shù)，而f-是載波包絡(luò)偏移頻率。整數(shù)m也被稱為梳形線階。不過，與鎖模激光器不同，頻梳激光器要求精確控制重復(fù)率和載波包絡(luò)偏移頻率。事實(shí)上，限制頻梳激光器的廣泛使用的難點(diǎn)在于將單獨(dú)梳形線精確光學(xué)鎖相到至少兩個(gè)外部參考頻率以便獲得穩(wěn)定的頻梳。不過，至少對于光學(xué)計(jì)量，通過將鎖模激光器用作傳遞振蕩器可以進(jìn)行頻率測量而不需要使單獨(dú)的梳形線穩(wěn)定(J. Menger等人，Phys. Rev. Lett.，vol. 7，pp. 073601-1-073601-4，(2002) 將鎖模激光器用作傳遞振蕩器，可以精確測量位于光譜的相隔較遠(yuǎn)區(qū)域的兩個(gè)參考頻率之間的頻率比或頻率差(僅受鎖模激光器的譜段的光譜范圍的限制)。該技術(shù)，當(dāng)將cw激光器(而非鎖模激光器)用作傳遞激光器時(shí)應(yīng)用于差頻測量在計(jì)量學(xué)中是公知的(C. 0. Weiss等人，‘Frequency measurement and control,advanced techniques and future trends‘ ，vol. 79，pp.215—247(2000))。 cw傳遞振蕩器有時(shí)也被稱為參考振蕩器。如‘435中還示出，cw參考激光器可用于有效地穩(wěn)定兩個(gè)鎖模激光器的載波包絡(luò)偏移頻率之差。該信息隨后可用于光譜定標(biāo)FTS，用于光譜吸收測量，所述光譜吸收測量由兩個(gè)鎖模激光器構(gòu)成，具有分辨率極限大致對應(yīng)于鎖模激光器的重復(fù)率。如’ 435中所述， 所述雙鎖模激光器被稱為相干雙掃描激光器或CDSL。此外，基于高重復(fù)率的CDSL允許高掃描率，這對于快速信號采集是有益的?；诠饫w超連續(xù)譜源的CDSL還允許對FTS和其它應(yīng)用的非常寬的光譜范圍。一般地說，如 P. Giacarri 等人在'Referencing of the beating spectra of frequency combs'(國際專利申請公開號W02009/000079)中所披露的，兩個(gè)窄線寬cw參考激光器可用于跟蹤兩個(gè)鎖模激光器的載波包絡(luò)偏移頻率和重復(fù)率之間的差，而不需要載波包絡(luò)偏移頻率控制。不過，當(dāng)應(yīng)用于傅里葉變換吸收光譜時(shí)，假設(shè)例如參考激光器位于兩個(gè)梳形線之間并且不知道參考激光器的絕對頻率或梳形線的絕對階m，該方案的分辨率也被限于鎖模激光器的重復(fù)率。結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了較低重復(fù)率的激光，導(dǎo)致了緩慢的數(shù)據(jù)采集率。在另一個(gè)方案中，可通過CW傳遞振蕩器的實(shí)施直接測量來自兩個(gè)不同的梳激光器的兩個(gè)梳形線之間的差拍信號。隨后可以記錄兩個(gè)梳激光器之間的重復(fù)率波動，并且這些記錄的重復(fù)率波動可隨后通過實(shí)施具有等距光程長度差的新采樣?xùn)鸥裼糜谕瑫r(shí)校正兩個(gè)梳激光器之間的干涉圖(G. Guelachvili等人，國際專利申請WO 2010/010444)。不過，該方案理想地還使用兩個(gè)梳激光器的載波包絡(luò)偏移頻率的測量或者可替換的實(shí)施具有不同于被鎖的兩個(gè)其它梳形線的頻率的第二 cw激光器。利用兩個(gè)頻梳激光器已實(shí)現(xiàn)了 FTS中的赫茲級(水平)分辨率，所述兩個(gè)頻梳激光器被鎖相至兩個(gè)CW激光器，所述兩個(gè)CW激光器轉(zhuǎn)而被鎖定至高精細(xì)度參考腔，如 I. Coddington 等人在‘Coherent multiheterodyne spectroscopy using stabilized comb sources'，Phys. Rev. Lett.，vol. 100，pp. 013902(2008)中所述，該文獻(xiàn)在下文中被稱為‘Coddington’。不過，所述方案需要至少四個(gè)鎖相環(huán)，用于將頻梳激光器鎖定至兩個(gè) cw光學(xué)時(shí)鐘激光器，再加上額外的鎖相環(huán)用于將cw激光器穩(wěn)定至參考腔。此外，在現(xiàn)實(shí)世界的光譜學(xué)中，一般不需要所實(shí)現(xiàn)的Hz級(水平)的分辨率，通常遇到在頻率為Vx下線寬 Δν ^ 5Χ 10_7νχ的多普勒加寬吸收線。例如，在可見光譜區(qū)域Δν 300MHz。還存在對基于CDSL的簡單FTS方案的需要，其允許高掃描率以及高光譜分辨率。 此外，還需要一種基于激光的FTS方案，所述方案可以測量發(fā)射以及吸收光譜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明披露了基于鎖模激光器的快速掃描CDSL，用于多種用途，例如，高分辨率、 高靈敏度FTS和微光譜學(xué)、光學(xué)成像、采樣和激光探測及測距系統(tǒng)(LIDAR)。各種高分辨率⑶SL實(shí)施例包括工作在稍微不同重復(fù)率的第一和第二鎖模振蕩器，每個(gè)鎖模振蕩器具有載波包絡(luò)偏移頻率。所述第一和第二鎖模振蕩器的輸出與兩個(gè)參考激光器的輸出結(jié)合，用于產(chǎn)生用于穩(wěn)定兩個(gè)載波包絡(luò)偏移頻率之間的差和兩個(gè)鎖模振蕩器的重復(fù)率之間的差的信號。在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)振蕩器的載波包絡(luò)偏移頻率還可由所述信號得到，產(chǎn)生對應(yīng)于至少參考激光器的帶寬的分辨率并且還允許赫茲級的頻率分辨率。各種高分辨率⑶SL可用于系統(tǒng)中，用于相位、吸收、發(fā)射和/或光譜測量。通過使用光學(xué)鎖相與光學(xué)參考的組合，不同的實(shí)施例提供了高分辨率FTS。在至少一個(gè)實(shí)施例中， 利用兩個(gè)cw參考激光器將來自兩個(gè)鎖模激光器的兩個(gè)隨后相鄰梳形線的差頻與至少兩個(gè)鎖相環(huán)進(jìn)行鎖相?？商鎿Q的，還可實(shí)施鎖頻方案。通過單獨(dú)梳形線跟蹤兩個(gè)cw參考激光器的拍頻還允許FTS的絕對頻率校準(zhǔn)。通過記錄多個(gè)相近的干涉圖，不同的實(shí)施例提供了高分辨率FTS，這增加了與信號采集時(shí)間成比例的FTS的分辨率。所述CDSL的分辨率還可通過利用鎖相環(huán)的相位誤差輸出以計(jì)算對于高分辨率 FTS的校正進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化。一般，鎖相環(huán)或鎖頻的相位誤差輸出可用于對定義鎖模激光器的操作的不同頻率參數(shù)產(chǎn)生校正信號。通過實(shí)施頻率轉(zhuǎn)換方案以擴(kuò)大光譜范圍以及雙平衡檢測方案用于噪聲抑制，不同的實(shí)施例提供具有寬光譜范圍的高靈敏度、低噪聲FTS。在至少一個(gè)實(shí)施例中，所述雙平衡檢測方案可利用在分束器處組合的兩個(gè)鎖模激光器的干涉?？商鎿Q的，所述兩個(gè)鎖模激光器可以在光纖系統(tǒng)中沿著兩個(gè)正交的偏振軸被放大和光譜增寬并隨后經(jīng)由分束器結(jié)合。通過調(diào)節(jié)增強(qiáng)腔使其結(jié)合入一個(gè)鎖模激光器的光束路徑，不同的實(shí)施例提供高靈敏度FTS。鎖定至增強(qiáng)腔可通過用適當(dāng)?shù)墓庖祁l器進(jìn)行激光光譜的移頻或通過調(diào)整所述腔來進(jìn)行。FTS可實(shí)施用于測量位于兩個(gè)鎖模激光器的光束路徑內(nèi)部的光學(xué)采樣的相位、吸收和發(fā)射光譜。發(fā)射光譜測量可用于測量來自光學(xué)采樣的自發(fā)和受激的拉曼(Raman)發(fā)射光譜， 拉曼(Raman)發(fā)射的增強(qiáng)還可實(shí)施用于改進(jìn)的信噪比并且光學(xué)成像和光學(xué)掃描可實(shí)施用于空間分辨拉曼光譜的測量。⑶SL還可用于通過線性光學(xué)采樣進(jìn)行信號表征。CDSL還可用于在泵浦探測結(jié)構(gòu)中測量試樣對強(qiáng)泵浦脈沖的相位響應(yīng)。⑶SL還可用于試樣的二維或多維發(fā)射和吸收光譜。通過測量來自樣本的與時(shí)間相關(guān)的反射，還可在光學(xué)相干斷層掃描中實(shí)施CDSL，其中優(yōu)選在兩個(gè)鎖模激光器的基礎(chǔ)干涉拍頻處進(jìn)行測量。通過利用泵浦探測裝置中兩個(gè)鎖模激光器還可以在THz域進(jìn)行深度分辨成像。在至少一個(gè)實(shí)施例中，通過將來自兩個(gè)鎖模激光器的兩個(gè)隨后相鄰梳形線鎖定至至少一個(gè)cw參考激光器來控制CDSL的載波包絡(luò)偏移頻率的差和重復(fù)率的差。在至少一個(gè)實(shí)施例中，通過在信號采集時(shí)間期間使有效掃描率的波動最小化，基于CDSL的FTS的分辨率增大，與信號采集時(shí)間成比例。在至少一個(gè)實(shí)施例中，雙平衡檢測改進(jìn)了 FTS的信噪比。在至少一個(gè)實(shí)施例中，通過使用外部腔，增加了基于⑶SL的FTS的靈敏度。在至少一個(gè)實(shí)施例中，利用基于⑶SL的FTS測量相位和吸收光譜。實(shí)施例可適用于OCT(光學(xué)相干斷層掃描)、THz成像、或相似的應(yīng)用。在不同的實(shí)施例中，CDSL與現(xiàn)有的FTS設(shè)備相結(jié)合，所述FTS設(shè)備可包括一個(gè)或多個(gè)用于探測樣本的定位設(shè)備、檢測設(shè)備、和信號處理設(shè)備，所述信號處理設(shè)備可包括數(shù)字和/或模擬信號處理器、計(jì)算機(jī)、和/或各種信號處理軟件算法。在一些實(shí)施例中，為了降低成本，可以構(gòu)造僅有一個(gè)激光器的有效⑶SL。至少一個(gè)實(shí)施例包括相干掃描激光系統(tǒng)(CSL)，用于產(chǎn)生具有時(shí)變時(shí)延的脈沖對。 所述系統(tǒng)包括光源，所述光源產(chǎn)生時(shí)變重復(fù)率的光學(xué)脈沖；和重復(fù)率調(diào)制器，所述重復(fù)率調(diào)制器以一調(diào)制率調(diào)制重復(fù)率。所述源產(chǎn)生包括脈沖對的輸出。所述系統(tǒng)還包括光學(xué)參考， 用于產(chǎn)生參考信號，所述參考信號用于測量脈沖對的兩個(gè)脈沖之間的至少時(shí)延作為時(shí)間的函數(shù)。


圖1是示意性地示出基于⑶SL的高分辨率FTS的示圖。圖IA示意性地示出了兩個(gè)鎖模激光器和兩個(gè)參考振蕩器的光譜的一部分，以及從其獲得的拍頻，用于監(jiān)控和/或穩(wěn)定CDSL。圖IB示意性地示出了基于⑶SL的高分辨率FTS的結(jié)構(gòu)。圖2是用于通過⑶SL進(jìn)行采樣吸收測量的采樣和檢測器位置的示意性表示。圖3是示出通過⑶SL可獲得的三個(gè)相鄰干涉圖的圖示。圖4是示出基于⑶SL的FTS中的雙平衡檢測的示意性示圖。圖5是用于測量基于CDSL的FTS中樣本的吸收和相位響應(yīng)的結(jié)構(gòu)的示意性示圖。圖6是用于測量基于⑶SL的FTS中樣本的吸收和相位響應(yīng)的另一結(jié)構(gòu)的示意性示圖。圖7是利用基于CDSL的FTS用于改進(jìn)的靈敏度的吸收和相位測量的增強(qiáng)腔的示意性示圖。圖8是用于從樣本獲得空間分辨發(fā)射光譜的結(jié)構(gòu)的示意性示圖。圖9是用于從樣本獲得空間分辨受激拉曼發(fā)射光譜的結(jié)構(gòu)的示意性示圖。圖10是用于相干反斯托克斯(anti-Stokes)拉曼(Raman)光譜的結(jié)構(gòu)的示意性示圖。圖11是用于線性光學(xué)采樣的⑶SL的示意性示圖。圖12是泵浦探測結(jié)構(gòu)中的⑶SL的示意性示圖。圖12A是示出在二維光譜測量中使用⑶SL的示意性示圖。圖13是示出在光學(xué)相干斷層掃描中使用CDSL的示意性示圖。圖14是示出THz測距中⑶SL的示意性示圖。圖15是示出THz光譜和光譜成像中⑶SL的示意性示圖。圖16是示出僅通過一個(gè)激光器構(gòu)造的有效⑶SL的示意性示圖。
圖16a是示出包括光學(xué)參考的CSL的通用設(shè)計(jì)的示意性示圖。圖17A是示意性地示出適用于將光學(xué)參考與外部激光器結(jié)合的CSL的鎖模振蕩器設(shè)計(jì)的示圖。圖17B是示意性地示出適用于將光學(xué)參考與外部激光器結(jié)合的CSL的另一鎖模振蕩器設(shè)計(jì)的示圖。圖18是示出同相(三角形向上)和正交相(三角形向下)參考信號以及從參考干涉儀可獲得的它們的比率(正方形)的示圖，其中所述參考干涉儀被設(shè)置成探測重復(fù)率調(diào)制的鎖模振蕩器的鏡像位置。圖19是基于包括光學(xué)參考的CSL的FTS的示意性表示。圖19A是用于在重復(fù)率抖動過程中使零延遲點(diǎn)居中的電子學(xué)方案的示意性表示。圖19B是示出與實(shí)際腔長度調(diào)制相關(guān)的用于在重復(fù)率抖動過程中使零延遲點(diǎn)居中的不同信號的一系列圖示。圖20是包括光學(xué)參考設(shè)置用于FTS的⑶SL的示意性表示。圖21是結(jié)合重復(fù)率倍增的⑶SL的示意性表示。圖22是結(jié)合重復(fù)率倍增用于泵浦探測實(shí)驗(yàn)和成像的⑶SL的示意性表示。圖23是用于二維光譜應(yīng)用的CSL的示意性表示。圖M是示出僅通過包括光學(xué)參考的一個(gè)激光器構(gòu)造的有效CSL的另一實(shí)施例的示意性示圖。圖25是示出通過CSL記錄的干涉圖的測量結(jié)果的圖示。圖沈是示出通過CSL記錄的干涉圖的頻譜的測量結(jié)果(細(xì)線)和導(dǎo)致腔內(nèi)鏡速度波動的校正頻譜的測量結(jié)果(粗線)。
具體實(shí)施例方式下文將描述CDSL系統(tǒng)和應(yīng)用的一些示例。披露了提供高分辨率、高采集率、高敏感度、低噪聲和高水平集成的一個(gè)或多個(gè)的實(shí)施例。非線性光譜產(chǎn)生和相控的不同實(shí)施例導(dǎo)致在近頂范圍的穩(wěn)定輸出信號，從而為頂吸收和發(fā)射光譜、THz成像和測距應(yīng)用提供益處。圖1示意性地示出了根據(jù)用于傅里葉變換吸收光譜的一個(gè)實(shí)施例的相干雙掃描激光系統(tǒng)100(⑶SL)。在該示例中，⑶SL 100的輸出被導(dǎo)向待測量的樣本。傅里葉變換光譜儀(FTQ利用CDSL的發(fā)射包絡(luò)中的光譜信息探測樣本的物理特性。如圖1所示，⑶SL 100包括兩個(gè)鎖模激光器(振蕩器01和振蕩器02)和兩個(gè)cw 參考激光器(Rl和R2)。每個(gè)振蕩器產(chǎn)生輸出，所述輸出與來自每個(gè)參考激光器(可能是 CW激光器)的輸出結(jié)合。圖IB(圖1A)示意性地示出了分別對應(yīng)于01和02的輸出的光譜110、120的一部分。01和02具有稍微不同的重復(fù)率fri、f,2，并且01和02的頻率線被各自的重復(fù)率分開。01、02的某些頻率線與所示的cw參考激光器的緊鄰頻率fx、fy間隔開。 舉例來說，拍頻fbl、fb2、fb3和fb4及其差頻Δ f2和Δ 由01和02以及Rl和R2的相鄰頻率線得到。通過光電探測器檢測信號以便監(jiān)控和/或穩(wěn)定CDSL?？刂葡到y(tǒng)(所述控制系統(tǒng)可包括鎖相環(huán)和模擬和/或數(shù)字信號處理器)可用于監(jiān)控和/或穩(wěn)定CDSL。如圖1的示例所示，振蕩器01、02和cw參考激光器Rl的輸出分別通過兩個(gè)光纖耦合器Cl和C2組合。另一光纖耦合器C3將參考激光器Rl的輸出進(jìn)行分束并且將Rl輸出引導(dǎo)至耦合器Cl和C2。振蕩器01和cw激光器Rl的頻率線之間的拍頻fbl通過探測器 Dl進(jìn)行檢測。振蕩器02和cw激光器Rl的頻率線之間的拍頻fb2通過探測器D2進(jìn)行檢測。探測器Dl和D2的輸出被進(jìn)一步混合并且進(jìn)行低通頻率濾波以產(chǎn)生拍頻信號Af2 = fbl_fb2，對應(yīng)于拍頻fbl和fb2之間的差。通過將Af2的相位鎖定至外部RF參考(未示出) 適當(dāng)?shù)馗淖?2的腔長度，可進(jìn)一步穩(wěn)定Af2。這里，可以實(shí)施模擬或數(shù)字鎖相環(huán)。當(dāng)使用數(shù)字鎖相環(huán)時(shí)，拍頻fbl_fb4也被數(shù)字化了?？商鎿Q的，利用例如腔長度或振蕩器泵浦功率控制一個(gè)或另一個(gè)振蕩器可以將fbl和fb2各自都鎖定至外部RF參考，這也穩(wěn)定了 Af2。例如，在’ 435中討論了將cw參考激光器鎖定至兩個(gè)鎖模激光器用于⑶SL的構(gòu)造。在圖IA中，當(dāng)梳形線分別在仁和4的任意一側(cè)上時(shí)，可以觀察到差拍(拍頻)信號。通過使用抑制在&和4的一側(cè)上的差拍信號的光學(xué)單邊帶(SSB)混頻器可以消除這種不定性(二義性)。例如，光學(xué)SSB混頻器可抑制圖IA中的fbl和fb3，而通過fb2和fb4。 為了觀察差拍信號fbl和fb3，因此需要分別將梳形線移至fx和fy的右側(cè)。SSB混頻器簡化了所需要的鎖定電子器件和所觀察到的差拍信號的解釋。光學(xué)SSB混頻器在本領(lǐng)域中是公知的并且例如在P. C. D. Hobbs, John ffiley&Sons(2000)的“Building Electro-Optical Systems” 的圖 10. 4 中示出，并且在此不再進(jìn)一步闡述。圖1中SSB混頻器的結(jié)合需要用一組兩對平衡檢波器(導(dǎo)致總共8個(gè)平衡檢波器對)來替換圖1中四個(gè)探測器D1-D4中的每一個(gè)，用于同相檢測和正交檢測相應(yīng)的差拍信號。在’435中討論了用于鎖模激光器的腔長度控制的不同方案。使用參考振蕩器R2、 振蕩器01和02、和探測器D3和D4的相似結(jié)構(gòu)產(chǎn)生拍頻fb3、fb4和Δ f\，其中將fb3和fb4鎖定至外部RF參考也可用于Af1W穩(wěn)定。光纖光束路徑和耦合器提供高水平的集成。在一些實(shí)施例中，可以單獨(dú)或結(jié)合光纖技術(shù)實(shí)施自由空間光束路徑和分束器。優(yōu)選地，將鎖模光纖激光器被用作振蕩器01和02，盡管固態(tài)激光振蕩器和二極管激光器可單獨(dú)或結(jié)合光纖振蕩器用于不同的實(shí)施例。如圖1所示的采樣和FTS檢測單元更詳細(xì)地在圖2的示例中示出。在圖2的結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)振蕩器01、02的輸出通過分束器Bl (或等同的光纖耦合器)結(jié)合以便構(gòu)建用于吸收光譜的FTS。第二分束器B2允許通過探測器D5檢測參考光譜。利用探測器D6的輸出測量插入在探測器D6之前的樣本的吸收光譜。信號處理設(shè)備SP可用于FTS中以便調(diào)整來自探測器的信號并且處理從探測器獲得的信息?！?435中還討論了通過基于⑶SL的FTS獲得吸收光譜的方案。振蕩器01與02的頻率輸出和拍頻(差拍)信號fbl_fb4以及參考激光器Rl和R2 的光學(xué)參考頻率fx，fy之間的關(guān)系分別可寫為
nfrep+fceol — fx+fbl(1)
n(frep+5)+fceo2 = fx+fb2, (2)
mfrep+fceol = fy+fb3(3)
m(frep+5)+fceo2 = fy+fb4， (4)
其中f_、frep+ δ和f。TOl，fceo2分別是兩個(gè)鎖模激光器的重復(fù)率和載波包絡(luò)偏移頻率， η和m是整數(shù)，并且假設(shè)光學(xué)參考fx、fy分別隨來自相同階η和m的兩個(gè)鎖模激光器的頻率線進(jìn)行拍頻。可以容易地示出兩個(gè)鎖模激光器之間的重復(fù)率S的差和載波包絡(luò)偏移頻率 Δι；。。的差由下式給出
權(quán)利要求
1.一種相干雙掃描激光系統(tǒng)(⑶SL)，所述系統(tǒng)包括第一和第二被動鎖模振蕩器，所述振蕩器被設(shè)置成以稍微不同的重復(fù)率工作，使得重復(fù)率差S fr與所述第一和第二振蕩器的重復(fù)率的值和相比是小的，所述第一振蕩器產(chǎn)生在第一光學(xué)發(fā)射包絡(luò)內(nèi)由分隔的多條頻率線而所述第二振蕩器產(chǎn)生在第二光學(xué)發(fā)射包絡(luò)內(nèi)由分隔的多條頻率線；以各自的CW參考頻率fx和fy工作的第一和第二 CW參考激光器，所述第一和第二 CW 參考激光器的每一個(gè)與所述第一和第二振蕩器的每一個(gè)光學(xué)連接，并且產(chǎn)生位于每個(gè)所述振蕩器的發(fā)射包絡(luò)內(nèi)的輸出，所述第一 CW參考激光器具有由fbl從所述第一振蕩器的頻率線分隔開和由fb2從所述第二振蕩器的頻率線分隔開的頻率線；所述第二 CW參考激光器具有由fb3從所述第一振蕩器的頻率線分隔開和由fb4從所述第二振蕩器的頻率線分隔開的頻率線；所述CW參考激光器和所述振蕩器被設(shè)置成產(chǎn)生對應(yīng)于Δ f2 = fbl-fb2和Δ = fb3-fb4 的RF拍頻；其中所述RF拍頻通過鎖相環(huán)被鎖定至外部RF參考信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CDSL，還包括光學(xué)連接至每個(gè)振蕩器的非線性頻率轉(zhuǎn)換部分，所述部分包括非線性光學(xué)元件，所述非線性光學(xué)元件產(chǎn)生帶寬遠(yuǎn)大于振蕩器光譜的寬帶光譜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的⑶SL，其中所述頻率轉(zhuǎn)換部分包括輸出部分，所述輸出部分接收和組合多個(gè)輸入頻率并且在其差頻產(chǎn)生光譜輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的⑶SL，其中所述⑶SL被設(shè)置為FTS的一部分，其中所述FTS 用于探測測試樣本的物理特性，其中光譜分量在所述發(fā)射包絡(luò)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CDSL，其中所述激光系統(tǒng)被設(shè)置成具有測量或成像設(shè)備，用于光學(xué)成像、顯微鏡學(xué)、光譜學(xué)、顯微光譜學(xué)、THz成像、發(fā)射光譜、拉曼光譜、受激拉曼光譜、 拉曼光譜成像、和多維光譜中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的CDSL，其中所述測量或成像設(shè)備包括用于光學(xué)掃描的元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的⑶SL，還包括鎖相環(huán)，以便控制所述振蕩器中的一個(gè)的重復(fù)率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CDSL，還包括鎖相環(huán)和f-2f干涉儀，以便控制所述振蕩器中的一個(gè)的載波包絡(luò)偏移頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CDSL，其中所述鎖模振蕩器包括鎖模固態(tài)、光纖或二極管激光振蕩器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的⑶SL，其中所述鎖模振蕩器包括Nd、％、Tm或Er光纖振蕩ο
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的⑶SL，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)光纖放大器，用于放大一個(gè)或多個(gè)振蕩器輸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CDSL，其中所述非線性頻率轉(zhuǎn)換部分包括差頻產(chǎn)生器。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CDSL，所述系統(tǒng)包括非線性頻率部分，所述非線性頻率部分包括設(shè)置在至少一個(gè)振蕩器下游的超連續(xù)譜產(chǎn)生器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的⑶SL，還包括用于監(jiān)控所述兩個(gè)振蕩器中的至少一個(gè)的載波包絡(luò)偏移頻率的絕對值的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的⑶SL，還包括用于監(jiān)控至少所述兩個(gè)振蕩器中的一個(gè)或兩個(gè)的重復(fù)率的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CDSL，其中所述拍頻Afbl和Afb2用于產(chǎn)生與光域中的頻率柵格一一對應(yīng)的RF域中的頻率柵格。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CDSL，還包括兩個(gè)參考腔，用于所述cw激光器的頻率控制。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的⑶SL，還包括在往返時(shí)間上與所述振蕩器中的一個(gè)的重復(fù)率相匹配的增強(qiáng)腔，以提高插入所述腔的痕量氣體的檢測靈敏度。
19.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CDSL ；發(fā)射THz輻射來響應(yīng)所述CDSL的輸出的材料； 響應(yīng)所述THz輻射的探測器。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的⑶SL，其中所述⑶SL產(chǎn)生短光學(xué)脈沖串，還包括光束組合器，所述光束組合器用于空間組合短光學(xué)脈沖串以便沿著所述光束組合器下游的共同光學(xué)路徑傳播；非線性光學(xué)元件，所述非線性光學(xué)元件用于光譜展寬沿著所述共同光學(xué)路徑傳播的至少一串所述短光學(xué)脈沖串；雙臂干涉儀，所述雙臂干涉儀被設(shè)置成具有不同的臂長，以便在進(jìn)入所述干涉儀之前當(dāng)脈沖在時(shí)間上不時(shí)間重疊時(shí)檢測所述脈沖串之間的干涉。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的CDSL，所述臂長差相當(dāng)于所述振蕩器的腔往返時(shí)間的約三分之一。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的⑶SL，還包括 分束器，所述分束器用于組合所述振蕩器的輸出；至少一個(gè)探測器，所述至少一個(gè)探測器用于檢測由所述組合后的振蕩器輸出產(chǎn)生的拍頻信號；信號處理器，所述信號處理器接收和處理所述拍頻信號，所述拍頻信號表示插入任一所述振蕩器輸出的光學(xué)路徑的至少一個(gè)、位于所述分束器上游的樣本的吸收、發(fā)射或相位光譜。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的⑶SL，還包括 分束器，所述分束器用于組合所述振蕩器的輸出；至少一個(gè)探測器，所述至少一個(gè)探測器用于檢測由組合后的振蕩器輸出產(chǎn)生的拍頻信號；信號處理器，所述信號處理器接收和處理所述拍頻信號，所述拍頻信號表示插入所述組合后的振蕩器輸出的至少一條光學(xué)路徑、位于所述分束器下游的樣本的吸收、相位或發(fā)射光譜。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的CDSL，所述探測器被設(shè)置成記錄拍譜達(dá)一段時(shí)間，所述一段時(shí)間超過所述振蕩器之間的重復(fù)率差的倒數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的⑶SL，還包括第二探測器，用于記錄參考光譜。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的CDSL，還包括第二探測器，用于記錄所述樣本的吸收或發(fā)射光譜或相位響應(yīng)，通過記錄所述兩個(gè)探測器之間的檢測電流差進(jìn)一步提高檢測靈敏度。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的⑶SL，還包括具有偏振軸的光學(xué)放大器，所述放大器設(shè)置在所述第一和第二振蕩器的下游； 具有偏振軸與所述放大器的軸對應(yīng)的非線性頻率轉(zhuǎn)換部分，所述部分光學(xué)連接至所述放大器的輸出并且產(chǎn)生放大和頻率轉(zhuǎn)換的輸出，其中所述振蕩器被設(shè)置成沿著所述放大器的不同偏振軸和沿著所述非線性頻率轉(zhuǎn)換部分的相應(yīng)偏振軸傳播各自的振蕩器輸出； 偏振分束器，用于沿著所述兩個(gè)偏振軸分離所述放大和頻率轉(zhuǎn)換的輸出； 分束器，用于沿著所述兩個(gè)偏振軸干涉組合所述放大和頻率轉(zhuǎn)換的輸出，所述用于干涉組合的分束器被設(shè)置在所述樣本的下游；探測器，沿著所述用于干涉組合的分束器的兩個(gè)輸出檢測所述兩個(gè)振蕩器之間的拍頻信號；和信號處理器，用于記錄所述兩個(gè)探測器之間的檢測電流的差。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CDSL，還包括雙平衡檢測結(jié)構(gòu)，所述雙平衡檢測結(jié)構(gòu)用于記錄透射和反射的一個(gè)或多個(gè)中樣本的吸收、發(fā)射和相位響應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CDSL，其中通過共同泵浦激光器泵浦兩個(gè)振蕩器。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的⑶SL，所述⑶SL被設(shè)置成從所述第一振蕩器產(chǎn)生強(qiáng)泵浦和弱探測光束，在所述泵浦和探測脈沖之間具有可調(diào)時(shí)間延遲，所述第二振蕩器被設(shè)置成產(chǎn)生信號光束， 所述泵浦和探測光束被接入樣本，所述第二振蕩器用于檢測在所述探測光束的傳播特性中的變化，所述變化由所述泵浦光束引起。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的CDSL，所述傳播特性包括相位或吸收變化。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的CDSL，所述傳播特性包括時(shí)間相關(guān)相位或吸收變化。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的CDSL，所述系統(tǒng)被設(shè)置成具有測量或成像系統(tǒng)，所述測量或成像系統(tǒng)被設(shè)置成用于所述樣本的光學(xué)成像或所述樣本中的顯微鏡分析。
34.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一和第二被動鎖模振蕩器，所述振蕩器被設(shè)置成以稍微不同的重復(fù)率工作，使得重復(fù)率差δ fr與所述第一和第二振蕩器的重復(fù)率的值和相比是小的；所述第一振蕩器產(chǎn)生在第一光學(xué)發(fā)射包絡(luò)內(nèi)由分隔的多條頻率線，而所述第二振蕩器產(chǎn)生在第二光學(xué)發(fā)射包絡(luò)內(nèi)由分隔的多條頻率線； 所述系統(tǒng)被設(shè)置成利用傅里葉變換光譜技術(shù)用于發(fā)射測量。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)被設(shè)置成在反射和透射之一或兩者探測自發(fā)和受激拉曼發(fā)射光譜之一或兩者。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)被設(shè)置成探測發(fā)射電磁輻射的裝置的光譜輸出。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)被設(shè)置成用于自發(fā)拉曼顯微鏡。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)被設(shè)置成用于受激拉曼顯微鏡。
39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)被設(shè)置成用于受激相干反斯托克斯拉曼顯微鏡。
40.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，所述發(fā)射被共振增強(qiáng)。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，通過表面增強(qiáng)拉曼散射或共振拉曼散射增強(qiáng)所述拉曼發(fā)射。
42.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一和第二被動鎖模振蕩器，所述振蕩器被設(shè)置成以稍微不同的重復(fù)率工作，使得重復(fù)率差δ fr與所述第一和第二振蕩器的重復(fù)率的值和相比是小的；所述第一振蕩器產(chǎn)生在第一光學(xué)發(fā)射包絡(luò)內(nèi)由分隔的多條頻率線，而所述第二振蕩器產(chǎn)生在第二光學(xué)發(fā)射包絡(luò)內(nèi)由分隔的多條頻率線； 測試樣本；所述第二振蕩器發(fā)射被接入所述測試樣本，所述測試樣本相干修改由所述第二振蕩器產(chǎn)生發(fā)自所述測試樣本的發(fā)射，所述第一振蕩器被設(shè)置為本地振蕩器，對發(fā)自所述測試樣本的發(fā)射進(jìn)行采樣。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，還包括 用于所述振蕩器輸出的光譜展寬和濾波的裝置。
44.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一和第二被動鎖模振蕩器，所述振蕩器被設(shè)置成以稍微不同的重復(fù)率工作，使得重復(fù)率差δ fr與所述第一和第二振蕩器的重復(fù)率的值和相比是小的；所述第一振蕩器產(chǎn)生在第一光學(xué)發(fā)射包絡(luò)內(nèi)由分隔的多條頻率線，而所述第二振蕩器產(chǎn)生在第二光學(xué)發(fā)射包絡(luò)內(nèi)由分隔的多條頻率線；其中振蕩器輸出被接入測試樣本，所述測試樣本相干修改由振蕩器輸出產(chǎn)生發(fā)自所述測試樣本的發(fā)射，所述系統(tǒng)被設(shè)置成用于測試所述修改后的發(fā)射的光譜、光譜相位、時(shí)間和時(shí)間相位特征中的一個(gè)或多個(gè)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，還包括 用于所述振蕩器輸出的光譜展寬和濾波的裝置。
46.根據(jù)權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)， 所述系統(tǒng)被設(shè)置成從所述第一振蕩器產(chǎn)生強(qiáng)泵浦和弱探測光束，在所述泵浦和探測脈沖之間具有可調(diào)時(shí)間延遲，所述第二振蕩器被設(shè)置成產(chǎn)生信號光束， 所述泵浦和探測光束被接入光學(xué)樣本，所述第二振蕩器產(chǎn)生輸出，所述輸出表示由所述泵浦光束在所述探測光束的傳播特征上引起的變化。
47.一種用于從光學(xué)樣本獲得拉曼光譜的方法，所述方法包括在傳播通過所述樣本的過程中測量由泵浦脈沖引起的探測脈沖的相位擾動， 所述泵浦和探測脈沖由第一鎖模信號激光器產(chǎn)生，所述相位測量結(jié)果由通過用作本地振蕩器的第二鎖模激光器產(chǎn)生的信號得到，所述第一和第二激光器被設(shè)置成以稍微不同的重復(fù)率工作。
48.一種用于從光學(xué)樣本獲得發(fā)射光譜的方法，所述方法包括 在傳播通過所述樣本的過程中測量由泵浦脈沖引起的樣本發(fā)射，所述泵浦脈沖通過第一鎖模信號激光器產(chǎn)生，所述發(fā)射測量結(jié)果通過第一和第二干涉信號的倍增得到，通過所述樣本發(fā)射光學(xué)干涉所述泵浦脈沖得到所述第一干涉信號，而通過用作本地振蕩激光器的第二鎖模激光器產(chǎn)生的信號光學(xué)干涉所述樣本發(fā)射得到所述第二干涉信號，所述第一和第二激光器被設(shè)置成以稍微不同的重復(fù)率工作。
49.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一和第二被動鎖模振蕩器，所述振蕩器被設(shè)置成以稍微不同的重復(fù)率工作，使得重復(fù)率差δ fr與所述第一和第二振蕩器的重復(fù)率的值和相比是小的；所述第一振蕩器產(chǎn)生在第一光學(xué)發(fā)射包絡(luò)內(nèi)由分隔的多條頻率線，而所述第二振蕩器產(chǎn)生在第二光學(xué)發(fā)射包絡(luò)內(nèi)由分隔的多條頻率線； 所述系統(tǒng)被設(shè)置成用于二維發(fā)射/吸收光譜測量。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的系統(tǒng)所述系統(tǒng)還被設(shè)置成實(shí)施二維傅里葉變換光譜技術(shù)，用于提取二維發(fā)射/吸收光譜信肩、ο
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的系統(tǒng)，還被設(shè)置成用于多維光譜。
52.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CDSL，所述系統(tǒng)包括數(shù)字和/或模擬鎖相環(huán)。
53.根據(jù)權(quán)利要求1所述的⑶SL，所述成像設(shè)備還包括焦平面陣列探測器。
54.一種用于產(chǎn)生具有時(shí)變時(shí)延的脈沖對的相干掃描激光系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 光源，所述光源包括至少一個(gè)鎖模振蕩器，所述光源以時(shí)變重復(fù)率產(chǎn)生光學(xué)脈沖；重復(fù)率調(diào)制器，所述重復(fù)率調(diào)制器被設(shè)置成以一調(diào)制率調(diào)制所述重復(fù)率，所述光源產(chǎn)生包括所述脈沖對的輸出；和光學(xué)參考，所述光學(xué)參考包括至少一個(gè)光學(xué)元件，所述光學(xué)元件被設(shè)置成用于產(chǎn)生參考信號，所述參考信號用于測量至少作為時(shí)間函數(shù)的所述脈沖對的兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間延遲。
55.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，所述源還包括所述鎖模振蕩器下游的第一光束分離器，所述光束分離器被設(shè)置成沿著具有不同傳播長度的兩條光學(xué)路徑傳播所述鎖模振蕩器的輸出；光束組合器，所述光束組合器被設(shè)置成將沿著所述兩條光學(xué)路徑傳播的脈沖重新組
56.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，其中所述光束分離器和光束組合器由相同的部件構(gòu)成。
57.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，其中所述光束分離器和/或光束組合器包括光纖耦合器、體光學(xué)分束器或其組合。
58.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，所述源包括以第二重復(fù)率工作的第二鎖模振蕩器，其中通過所述第一源產(chǎn)生自所述脈沖對的第一脈沖，并且其中通過所述第二源產(chǎn)生自所述脈沖對的第二脈沖。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的相干掃描激光系統(tǒng)，其中所述第二振蕩器的第二重復(fù)率是近似恒定的。
60.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)光學(xué)元件，所述至少一個(gè)光學(xué)元件被設(shè)置成用于測量所述脈沖對的兩個(gè)脈沖之間的載波包絡(luò)相位的差。
61.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，其中所述重復(fù)率調(diào)制器調(diào)制相應(yīng)振蕩器的腔長度。
62.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，所述調(diào)制率大于約10Hz。
63.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，所述重復(fù)率調(diào)制器包括安裝在壓電轉(zhuǎn)換器上的腔鏡、MEMS、MOEMS鏡、聲光、機(jī)電或腔內(nèi)電光調(diào)制器的一個(gè)。
64.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，所述光學(xué)參考包括干涉儀，以測量所述鎖模振蕩器的腔內(nèi)元件的位置。
65.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，其中所述腔內(nèi)元件包括所述鎖模振蕩器的腔鏡。
66.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，其中所述光學(xué)參考包括至少一個(gè)窄帶通光譜濾波器以對所述脈沖對進(jìn)行濾波。
67.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，其中所述光學(xué)參考包括至少一個(gè)cw參考激光器，所述cw參考激光器被設(shè)置成記錄所述脈沖對和所述至少一個(gè)參考激光器之間的拍頻信號。
68.根據(jù)權(quán)利要求55所述的相干掃描激光系統(tǒng)，還包括穩(wěn)定器，所述穩(wěn)定器用于主動穩(wěn)定所述不同的傳播長度。
69.根據(jù)權(quán)利要求55所述的相干掃描激光系統(tǒng)，還包括參考激光器，所述參考激光器被設(shè)置成測量所述不同的傳播長度。
70.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，還包括光譜展寬級，所述光譜展寬級在所述源或所述鎖模振蕩器的下游。
71.根據(jù)權(quán)利要求55所述的相干掃描激光系統(tǒng)，還包括用于沿所述不同的傳播路徑均衡色散的元件。
72.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，還包括探測器以便檢測所述脈沖對之間的干涉圖。
73.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，還包括用于在構(gòu)成所述脈沖對的脈沖之間以等距光學(xué)路徑長度差產(chǎn)生采樣點(diǎn)的裝置。
74.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，所述相干掃描激光系統(tǒng)被設(shè)置為用于傅里葉變換光譜的系統(tǒng)的一部分。
75.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，所述調(diào)制率大于約1kHz。
76.根據(jù)權(quán)利要求73所述的相干掃描激光系統(tǒng)，所述用于以等距光學(xué)路徑長度差產(chǎn)生采樣點(diǎn)的裝置還包括檢測參考干涉圖和將所述參考干涉圖的零交叉點(diǎn)用于第二干涉圖的采樣。
77.根據(jù)權(quán)利要求M所述的CSL，所述相干掃描激光系統(tǒng)被設(shè)置為用于二維傅里葉變換光譜的系統(tǒng)的一部分。
78.一種相干雙掃描激光系統(tǒng)(⑶SL)，包括第一和第二被動鎖模振蕩器，所述振蕩器被設(shè)置成以稍微不同的重復(fù)率工作，使得重復(fù)率差δ fr與所述第一和第二振蕩器的重復(fù)率的值和相比是小的， 至少一個(gè)增強(qiáng)腔，用于將至少一個(gè)振蕩器的重復(fù)率乘以一整數(shù)因子； 用于將所述至少一個(gè)振蕩器的重復(fù)率和相位鎖定至至少一個(gè)增強(qiáng)腔的裝置；和用于在所述一個(gè)振蕩器的重復(fù)率倍增后檢測所述兩個(gè)振蕩器之間的干涉圖的裝置。
79.根據(jù)權(quán)利要求78所述的⑶SL，還包括光學(xué)連接至每個(gè)振蕩器的非線性頻率轉(zhuǎn)換部分，所述部分包括非線性光學(xué)元件，所述非線性光學(xué)元件產(chǎn)生光譜范圍超過所述振蕩器的光譜范圍的頻率轉(zhuǎn)換光譜。
80.根據(jù)權(quán)利要求M所述的CSL，所述光學(xué)參考產(chǎn)生校準(zhǔn)信號，并且還包括信號處理器，所述信號處理器接收所述校準(zhǔn)信號并校準(zhǔn)所述時(shí)變脈沖延遲作為時(shí)間的函數(shù)達(dá)所述重復(fù)率調(diào)制器的多于一個(gè)調(diào)制周期。
81.根據(jù)權(quán)利要求M所述的⑶SL，還被設(shè)置成用于泵浦探測測量。
82.根據(jù)權(quán)利要求55所述的相干掃描激光系統(tǒng)，還包括用于沿著所述兩條傳播路徑的至少一部分放大脈沖的元件。
83.根據(jù)權(quán)利要求55所述的相干掃描激光系統(tǒng)，其中所述光學(xué)路徑包括體光學(xué)部件和一長度的光纖之一或兩者。
84.一種用于產(chǎn)生具有時(shí)變時(shí)延的脈沖對的相干掃描激光系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 光源，所述光源產(chǎn)生輸出，所述輸出包括以一重復(fù)率的光學(xué)脈沖，所述重復(fù)率被調(diào)制， 所述源包括所述輸出上游的至少一個(gè)鎖模振蕩器和第一分束器，所述分束器將所述輸出分成具有不同傳播長度的兩條光學(xué)路徑，沿著所述兩條光學(xué)路徑傳播的所述脈沖在第二分束器處重新組合。
85.根據(jù)權(quán)利要求84所述的相干掃描激光系統(tǒng)，其中所述第一和第二分束器是相同的。
86.根據(jù)權(quán)利要求84所述的相干掃描激光系統(tǒng)，被設(shè)置成用于傅里葉變換光譜。
87.一種相干雙掃描激光系統(tǒng)(⑶SL)，包括第一和第二被動鎖模振蕩器，所述振蕩器被設(shè)置成分別工作在稍微不同的重復(fù)率和仁2，使得重復(fù)率差δ fr = frl-fr2與所述第一和第二振蕩器的重復(fù)率的值和相比是小的，所述第一振蕩器產(chǎn)生在第一光學(xué)發(fā)射包絡(luò)內(nèi)由分隔的多條頻率線，而所述第二振蕩器產(chǎn)生在第二光學(xué)發(fā)射包絡(luò)內(nèi)由分隔的多條頻率線；所述第一和第二鎖模振蕩器還被設(shè)置成分別通過兩個(gè)載波包絡(luò)偏移頻率f。TOl和f。TO2 工作，所述載波包絡(luò)偏移頻率差為Af。e。= f。TOl-f。e。2，其中Af。e。不必然不等于零；至少一個(gè)cw參考激光器以相應(yīng)的cw參考頻率fx工作，所述cw參考激光器與所述第一和第二振蕩器中的每一個(gè)光學(xué)連接，并且具有位于每個(gè)振蕩器的發(fā)射包絡(luò)內(nèi)的輸出，所述cw參考激光器具有由fbl從所述第一振蕩器的頻率線分隔開和由fb2從所述第二振蕩器的頻率線分隔開的頻率； 用于產(chǎn)生與Af2 = fbl_f"b2、f"bl、f"b2、$ f"r、frl λ f"r2、Δ fCeo、f ceol、 fCeo2中的任意一個(gè)成比例的至少一個(gè)RF信號的裝置，其中所述RF信號被穩(wěn)定至外部RF參考信號； 用于檢測所述RF信號和所述RF參考信號之間的殘余相位差的裝置； 包括信號處理器用于應(yīng)用所述檢測到的相位差以獲得對Af2、fbl、fb2、δ fr> frl> fr2> Δ fceo, fceol, fceo2中的任意一個(gè)的值進(jìn)行校正的裝置。
88.根據(jù)權(quán)利要求87所述的相干雙掃描激光系統(tǒng)(CDSL)，其中通過鎖相環(huán)或鎖頻方案將所述RF信號穩(wěn)定至所述外部RF參考。
89.一種相干雙掃描激光系統(tǒng)(⑶SL)，包括第一和第二被動鎖模振蕩器，所述振蕩器被設(shè)置成以稍微不同的重復(fù)率工作，使得重復(fù)率差S fr與所述第一和第二振蕩器的重復(fù)率的值和相比是小的，所述第一振蕩器產(chǎn)生在第一光學(xué)發(fā)射包絡(luò)內(nèi)由分隔的多條頻率線，而所述第二振蕩器產(chǎn)生在第二光學(xué)發(fā)射包絡(luò)內(nèi)由分隔的多條頻率線；用于檢測拍頻Af2和Af1的裝置，所述拍頻對應(yīng)于在光學(xué)發(fā)射包絡(luò)內(nèi)兩個(gè)不同位置處的來自兩個(gè)振蕩器的兩個(gè)相鄰梳形線之間的差；所述用于檢測所述拍頻的裝置采用光學(xué)組合所述兩個(gè)鎖模振蕩器的輸出并且使組合后的輸出通過兩個(gè)單獨(dú)的窄帶通光學(xué)濾波器；其中通過鎖相環(huán)將所述拍頻鎖定至外部RF參考信號。
90.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，所述相干掃描激光系統(tǒng)被設(shè)置為用于傅里葉變換光譜的系統(tǒng)的一部分，其中光譜分辨率< lcnT1。
91.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，所述相干掃描激光系統(tǒng)被設(shè)置為用于傅里葉變換光譜的系統(tǒng)的一部分，其中光譜分辨率< 0. lcnT1。
92.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CDSL，所述非線性頻率轉(zhuǎn)換部分包括光學(xué)參量振蕩器。
93.根據(jù)權(quán)利要求92所述的相干掃描激光系統(tǒng)，所述光學(xué)參量振蕩器還包括用于痕量氣體檢測的氣室。
94.根據(jù)權(quán)利要求70所述的相干掃描激光系統(tǒng)，所述光譜展寬級包括光學(xué)參量振蕩器。
95.根據(jù)權(quán)利要求94所述的相干掃描激光系統(tǒng)，所述光學(xué)參量振蕩器還包括用于痕量氣體檢測的氣室。
96.根據(jù)權(quán)利要求M所述的相干掃描激光系統(tǒng)，還包括雙平衡檢測結(jié)構(gòu)以限制所述干涉圖中的幅度噪聲。
97.根據(jù)權(quán)利要求72所述的相干掃描激光系統(tǒng)，還包括雙平衡檢測結(jié)構(gòu)以限制所述干涉圖中的幅度噪聲。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于光學(xué)成像的掃描脈沖激光系統(tǒng)。本發(fā)明披露了相干雙掃描激光系統(tǒng)(CDSL)及其一些應(yīng)用。示出了用于實(shí)施的不同可替換例。在至少一個(gè)實(shí)施例中，相干雙掃描激光系統(tǒng)(CDSL)包括兩個(gè)被動鎖模光纖振蕩器。在一些實(shí)施例中，有效CDSL僅由一個(gè)激光器構(gòu)成。至少一個(gè)實(shí)施例包括用于產(chǎn)生具有時(shí)變時(shí)延的脈沖對的相干掃描激光系統(tǒng)(CSL)。CDSL、有效CDSL或CSL可被設(shè)置在成像系統(tǒng)中，用于光學(xué)成像、顯微鏡學(xué)、顯微光譜學(xué)和/或THz成像中的一種或多種。
文檔編號H01S3/00GK102576971SQ201080042530
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月2日
發(fā)明者A·魯伊爾, I·哈特爾, M·E·費(fèi)爾曼 申請人:Imra美國公司