DE10302785A1

DE10302785A1 - Laseranordnung

Info

Publication number: DE10302785A1
Application number: DE10302785A
Authority: DE
Inventors: Michael Mei; Bruno Gross; Ronald Holzwarth; Alex Cable
Original assignee: Menlo Sys GmbH; Menlo Systems GmbH
Current assignee: Menlo Sys GmbH; Menlo Systems GmbH
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2004-08-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laseranordnung, insbesondere zur optischen Kohärenztomographie, mit einem optischen Faserlaserresonator (24), mindestens einer Polarisations-Steuereinrichtung (26, 27) zur Beeinflussung der Polarisationsrichtung in dem Faserlaserresonator (24) sowie mit einem Ausgangskoppler (29) zur Auskopplung breitbandiger Laserstrahlung aus dem Faserlaserresonator (24). Es wird vorgeschlagen, dass die Polarisations-Steuereinrichtung (26, 27) die Polasrisationsrichtung in dem optischen Faserlaserresonator (24) aktiv einstellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laseranordnung, insbesondere als Lichtquelle für die optische Kohärenztomographie, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die optische Kohärenztomographie (engl.: OCT – Optical Coherence Tomography) ist ein bildgebendes Untersuchungsverfahren, das beispielsweise aus HUANG, D.: "Optical Coherence Tomography", Science Vol. 254, Seite 1178 ff.; POVAZAY, B.: "Submicrometer axial resolution optical coherence tomography", Optics letters, Vol. 27, No. 20, Seite 1800 ff. sowie aus HARTL, I. et. a1: "Ultrahigh-resolution optical coherence tomography using continuum generation in an air-silica microstructure optical fiber", Optics letters, Vol. 26, No. 9, Seite 608 ff. bekannt ist.

Zur Erreichung einer möglichst großen Tiefenauflösung ist es hierbei wichtig, dass das in das Untersuchungsobjekt eingestrahlte Licht eine möglichst große Bandbreite und eine entsprechend geringe Kohärenzlänge aufweist. Es ist deshalb aus den vorstehend aufgeführten Veröffentlichungen bekannt, als Lichtquelle für die optische Kohärenztomographie Kurzpulslaser zu verwenden. Eine besondere Ausführungsform derartiger Kurzpulslaser sind Faserlaser, die an sich bekannt sind und beispielsweise in MATSAS, V.J. et al.: "Selfstarting passively mode-locked fibre ring soliton laser exploiting nonlinear polarisation rotation", Electronics Letters, Vol. 28, No. 15, Seite 1391 ff.; FERMANN, M.E.: "Ultrashort-Pulse Sources based on Single-Mode Rare-Earth-Doped Fibers", Applied Physics B, 58, 197-209 (1994) sowie in US 5 513 194 beschrieben sind. Derartige Faserlaser weisen üblicherweise eine optische Faser auf, wobei die Polarisationsrichtung der in der optischen Faser geführten Impulse durch passive Polarisations-Steuereinrichtungen eingestellt wird.

Nachteilig an der bekannten Einstellung der Polarisationsrichtung ist die große Empfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Temperaturschwankungen, Vibrationen und mechanischen Spannungen.

Aus den eingangs erwähnten Veröffentlichungen ist es weiterhin bekannt, als Lichtquelle für die optische Kohärenztomographie Lumineszenzdioden zu verwenden, die kostengünstig sind und eine einfache Handhabung ermöglichen.

Nachteilig an derartigen Lumineszenzdioden ist jedoch die schlechte optische Auflösung von mehr als 20 μm.

Ferner können auch Ti-Saphirlaser mit Zentralwellenlängen zwischen 780 und 850 nm oder Cr-YAG-Laser mit Zentralwellenlängen bei 1,3 μm als Lichtquelle für die optische Kohärenztomographie eingesetzt werden.

Nachteilig an diesen Lasertypen ist jedoch der hochkomplizierte technische Aufbau, was eine Bedienung durch ausgebildetes Fachpersonal erforderlich macht.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Laseranordnung mit möglichst geringer Kohärenzlänge für die optische Kohärenztomographie zu schaffen, die möglichst unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Vibrationen, Temperaturschwankungen und mechanischen Spannungen, ist und einen möglichst einfachen technischen Aufbau aufweist, so dass keine Bedienung durch qualifiziertes Fachpersonal erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem vorstehend beschriebenen bekannten Faserlaser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, die Polarisationsrichtung in der optischen Faser des Faserlasers aktiv einzustellen, damit der störende Einfluss von Vibrationen und Temperaturschwankungen ausgeglichen werden kann.

Die erfindungsgemäße Laseranordnung weist deshalb eine Polarisations-Steuereinrichtung auf, welche die Polarisationsrichtung in der optischen Faser des Faserlasers aktiv einstellt. Der Begriff einer aktiven Einstellung der Polarisationsrichtung bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass die Beeinflussung der Polarisationsrichtung an wechselnde Umweltbedingungen beispielsweise aufgrund von Vibrationen oder Temperaturschwankungen angepasst werden kann.

In einer Variante der Erfindung wird zur aktiven Einstellung der Polarisationsrichtung in der optischen Faser eine Wellenplatte eingesetzt, die durch einen Motor drehbar ist, um die gewünschte Polarisationsrichtung in der optischen Faser einzustellen. Derartige Wellenplatten sind an sich bekannt und werden beispielsweise in YOUNG, M.: "Optics and Lasers", Seite 188 ff. (Springer-Verlag) beschrieben, so dass im folgenden auf eine detaillierte Beschreibung von Wellenplatten verzichtet werden kann und der Inhalt dieser Veröffentlichung der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ist. Die Drehung der Wellenplatte kann beispielsweise durch einen Elektromotor erfolgen, jedoch kann die Wellenplatte im Rahmen der Erfindung auch durch andere Aktoren gedreht werden, um die gewünschte Polarisationsrichtung in der optischen Faser einzustellen. Hierbei dreht sich die Wellenplatte vorzugsweise um eine Drehachse, die zu der Ausbreitungsrichtung des Lichts koaxial verläuft.

In einer anderen Variante der Erfindung wird zur aktiven Einstellung der Polarisationsrichtung in der optischen Faser des Faserlasers dagegen mindestens ein Piezoaktor eingesetzt, der in Abhängigkeit von seiner elektrischen Ansteuerung von außen auf die optische Faser des Faserlasers drückt und dadurch aufgrund der Änderung der Doppelbrechung die Polarisationsrichtung der optischen Faser beeinflußt. In dieser Variante der Erfindung können auch mehrere Piezoaktoren eingesetzt werden, die jeweils in radialer Richtung von außen Druck auf die optische Faser ausüben, wobei die Druckrichtung der einzelnen Piezoaktoren bezüglich der Mittelachse der optischen Faser relativ zueinander verdreht ist. Die einzelnen Piezoaktoren drücken hierbei also aus verschiedenen Richtungen von außen auf die optische Faser.

In einer weiteren Variante der Erfindung wird zur aktiven Einstellung der Polarisationsrichtung in der optischen Faser des Faserlasers ein integriertes optisches Bauteil eingesetzt, das in Abhängigkeit von seiner elektrischen Ansteuerung aufgrund elektro-optischer Effekte die Polarisationsrichtung beeinflusst. Die in der optischen Faser des Faserlasers geführten breitbandigen Pulse werden hierbei also durch das integrierte optische Bauteil geführt und werden dabei entsprechend der elektrischen Ansteuerung des integrierten optischen Bauteils entsprechend einer vorgegebenen Polarisationsrichtung ausgerichtet. Bei dem integrierten optischen Bauteil kann es sich beispielsweise um ein Lithium-Niobat-Bauteil handeln.

In einer bevorzugten Ausrichtungsform der Erfindung erfolgt eine Regelung, der aktiven Polarisations-Steuereinrichtung, um einen optimalen Ausgangspuls zu erreichen. Hierzu ist ein Regler vorgesehen, der eingangsseitig eine Kenngröße der aus dem Faserlaser ausgekoppelten Laserstrahlung erfasst und den Motor, den Piezoaktor bzw. das Lithium-Niobat-Bauteil entsprechend regelt. Beispielsweise kann die Leistung der aus dem Faserlaser ausgekoppelten Laserstrahlung als Kenngröße ermittelt und im Rahmen der Regelung optimiert werden.

Vorzugsweise ist der Faserlaser ausgangsseitig mit einem optischen Verstärker verbunden, der die aus dem Faserlaser ausgekop pelte Laserstrahlung verstärkt, wobei der optische Verstärker beispielsweise ein Erbium-dotierter Faserverstärker (EDFA-Verstärker) sein kann.

Problematisch bei derartigen optischen Verstärkern kann jedoch der Einfluss der Verstärkung auf die Eigenschaften der Lichtpulse sein, die unter Umständen zu ungunsten eines anschließenden nichtlinearen Verbreitungsprozesses verändert werden, wobei der Verbreiterungsprozess später noch detailliert beschrieben wird. In einer Variante der Erfindung ist deshalb zwischen dem Faserlaser und dem Verstärker und/oder nach dem Verstärker eine weitere aktive oder passive Polarisations-Steuereinrichtung angeordnet. Diese Polarisations- Steuereinrichtung kann in herkömmlicher Weise ausgeführt sein, wie beispielsweise in US 5 513 194 beschrieben ist, so dass der Inhalt dieser Veröffentlichung der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechen ist. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die vor bzw. nach dem optischen Verstärker angeordnete Polarisations-Steuereinrichtung die Polarisationsrichtung in der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Weise aktiv einstellt.

Weiterhin können an dieser Stelle auch andere Pulseigenschaften verändert werden, was auch als "Pulse-Shaping" bezeichnet wird.

Darüber hinaus ist der Faserlaser vorzugsweise mit einer Einrichtung verbunden, welche das Frequenzspektrum der aus dem Faserlaser ausgekoppelten Laserstrahlung verbreitert, wobei diese Einrichtung vorzugsweise hinter dem Verstärker angeordnet ist.

Die Einrichtung zur Verbreitung des Frequenzspektrums der ausgekoppelten Laserstrahlung kann beispielsweise eine optische Faser aufweisen, welche die ausgekoppelte Laserstrahlung durch nichtlineare optische Effekte verbreitert, wie beispielsweise in TAMURA, K.R. et al: "Fundamentals of stable continuum generation at high repetition rates", IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 36, No. 7 Seite 773 ff. detailliert beschrieben wird, so dass der Inhalt dieser Veröffentlichung auch hinsichtlich der spektralen Verbreiterung der ausgekoppelten Laserstrahlung der vorliegenden Beschreibung zuzurechnen ist, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.

Bei der optischen Faser zur Erweiterung des Frequenzspektrums der ausgekoppelten Laserstrahlung kann es sich beispielsweise um eine Photonische Kristallfaser handeln.

Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass zur Verbreiterung des Frequenzspektrums eine Glasfaser eingesetzt wird, wobei die Glasfaser vorzugsweise einen relativ dünnen Kern aufweist, um nichtlineare Effekte in der Glasfaser auszunutzen.

Beim Einsatz einer Glasfaser zur Verbreiterung des Frequenzspektrums der ausgekoppelten Laserstrahlung ist es vorteilhaft, wenn der Faserlaser eine zentrale Wellenlänge aufweist, bei der die Gruppengeschwindigkeits-Dispersion (engl. GVD – Group Velocity Dispersion) der Glasfaser im Wesentlichen gleich Null ist.

Darüber hinaus erfolgt im Rahmen der Erfindung vorzugsweise eine wellenlängenabhängige Filterung der von dem Faserlaser abgegebenen Laserstrahlung durch ein optisches Filter, das vorzugsweise nach der Einrichtung für die Spektralverbreiterung angeordnet ist. Eine derartige wellenlängenabhängige Filterung der Laserstrahlung ist insbesondere bei der optischen Kohärenztomographie vorteilhaft, da das Frequenzspektrum der Laserstrahlung dabei an das wellenlängenabhängige Absorbtions- und Streuungsverhalten des Messobjektes angepasst werden kann. Darüber hinaus ermöglicht die Filterung auch eine Anpassung des Frequenzspektrums an die speziellen Anforderungen des optischen Kohärenztomographen, insbesondere hinsichtlich der optischen Übertragungsfunktion und der verwendeten Auswertungsalgorithmen.

Der im Rahmen der Erfindung verwendete Faserlaser weist als Laser-Medium vorzugsweise eine optische Faser auf, die mit seltenen Erden, wie beispielsweise Erbium, dotiert ist.

Weiterhin weist die optische Faser des Lasers vorzugsweise einen ersten Faserabschnitt mit positiver Dispersion und einen zweiten Faserabschnitt mit negativer Dispersion auf, wobei die Länge und die Dispersionseigenschaften der beiden Faserabschnitte vorzugsweise so aneinander angepasst sind, dass sich die Dispersionseffekte in den beiden Faserabschnitten wechselseitig kompensieren.

Ferner ist zu erwähnen, dass die optische Faser des Faserlasers vorzugsweise ringförmig angeordnet ist, wie in US 5 513 194 ausführlich beschrieben ist.

Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die optische Faser des Faserlasers in Form einer Acht oder wie bei einem Sagnac-Reflektor geführt ist, wie ebenfalls in US 5 513 194 beschrieben wird.

Ferner kann die optische Faser auch linear geführt sein, wie beispielsweise in FERMANN, M.E.: "Ultrashort-Pulse Sources based on Single-Mode Rare-Earth-Doped Fibers", Applied Physics B, 58, 197-209 (1994) beschrieben ist.

Schließlich ist zu erwähnen, dass sich die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Laseranordnung insbesondere als Lichtquelle bei der optischen Kohärenztomographie eignet. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Laseranordnung deshalb mit einem optischen Kohärenztomographen verbunden.

Bei einem derartigen Einsatz als Lichtquelle für einen optischen Kohärenztomographen kann die Steuerung der Polarisationsrichtung in der optischen Faser auch passiv erfolgen, wie in US 5 513 194 beschrieben wird. Die Erfindung umfasst deshalb auch die Kombi nation der in US 5 513 194 beschriebenen Laseranordnung mit einem optischen Kohärenztomographen.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur optischen Kohärenztomographie mit einer erfindungsgemäßen Laseranordnung,
2 den Aufbau der Laseranordnung aus 1,
3 eine schematische Darstellung des in der Laseranordnung aus 2 eingesetzten Faserlasers sowie
4a-4b verschiedene Varianten von Polarisations-Steuereinrichtungen zur Einstellung der Polarisationsrichtung in dem Faserlaser gemäß 3.
Die schematische Darstellung in 1 zeigt eine weitgehend herkömmliche Anordnung für die optische Kohärenztomographie, wobei als Lichtquelle eine Laseranordnung 1 eingesetzt wird, die detailliert in 2 dargestellt ist und später noch detailliert beschrieben wird.
Wegen des weitgehend herkömmlichen Aufbaues der in 1 dargestellten Anordnung wird deren Ausbau nachfolgend nur kurz beschrieben, wobei ergänzend auf die bereits eingangs erwähnten Veröffentlichungen HUANG, D.: "Optical Coherence Tomography", POVAZAY, B.: "Submicrometer axial resolution optical coherence tomography" sowie HARTL, I.: "Ultrahigh-resolution optical cohernce tomography using continuum generation in an air-silica microstructure optical fiber" verwiesen wird. Der Inhalt dieser Veröffentlichungen ist deshalb hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise von Anordnungen für die optische Kohärenztomographie der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen.
Die Laseranordnung 1 gibt ultrakurze, breitbandige Laserpulse mit einer kurzen Kohärenzlänge aus und führt diese einem Strahlteiler 2 zu, der beispielsweise als Michelson-Interferometer ausgeführt sein kann.
Der Strahlteiler 2 teilt die von der Laseranordung 1 zugeführte Laserstrahlung in zwei Teilstrahlen 3, 4 auf, wobei der Teilstrahl 3 von zwei optischen Linsen 5.1, 5.2 mit der Brennweite f auf ein Messobjekt 6 fokussiert wird, wobei das Messobjekt 6 beispielsweise ein menschliches Gewebe sein kann.
Der andere Teilstrahl 4 wird dagegen über ein optische Linse 7 auf einen Spiegel 8 gerichtet, wobei der Spiegel 8 in Pfeilrichtung verschiebbar ist.
Die an dem Messobjekt 6 bzw. an dem Spiegel 8 reflektierten Teilstrahlen 3, bzw. 4 werden dann von dem Strahlteiler 2 zusammengeführt, wobei die von dem Messobjekt 6 zurückgestreuten Laserimpulse mit den von dem Spiegel 8 reflektierten Laserimpulsen interferieren.
Die interferierenden Teilstrahlen 3 und 4 werden dann von dem Strahlteiler 2 einem Detektor 9 zugeführt.
Durch eine laterale Verschiebung des Teilstrahls 3 relativ zu dem Messobjekt 6 kann dann ein Schnittbild des Messobjektes 6 aufgenommen werden, wobei sich die Tiefe des Schnittbildes durch eine axiale Verschiebung des Spiegels 8 einstellen läßt.
Der Detektor 9 ist in herkömmlicher Weise ausgangsseitig mit einem Verstärker 10, einem Bandpassfilter 11, einem Analog /Digital-Wandler 12 und einem Computer 13 zur Auswertung der Messdaten verbunden.
Im folgenden wird nun anhand von 2 der Aufbau der erfindungsgemäßen Laseranordnung 1 beschrieben.
Als Lichtquelle weist die Laseranordnung 1 einen Faserlaser 14 auf, der detailliert in 3 dargestellt ist und später noch detailliert beschrieben wird.
Die Laseranordnung 1 erzeugt ultra-kurze, breitbandige Laserpulse mit einer kurzen Kohärenzlänge, wobei die kurze Kohärenzlänge der von der Laseranordnung 1 erzeugten Laserimpulse eine große Tiefenauflösung bei der optischen Kohärenztomographie ermöglicht. Im Detail funktioniert die Laseranordnung 1 wie folgt.
Die von dem Faserlaser 14 erzeugten Laserimpulse werden einer Polarisations-Steuereinrichtung 15 (PC – Polarisation Controller) zugeführt, welche die Polarisationsrichtung der von dem Faserlaser 14 abgegebenen Laserimpulse steuert.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, an dieser Stelle auch andere Pulseigenschaften zu beeinflussen, was auch als "Pulse-Shaping" bezeichnet wird.
Ausgangsseitig ist die Polarisationssteuereinrichtung 15 mit einem Erbium-dotierten Faserverstärker 16 verbunden, der die Laserpulse optimal für die anschließende spektrale Verbreiterung verstärkt.
Die von dem Fasernverstärker 16 verstärkten Laserimpulse werden dann einer weiteren Polarisations-Steuereinrichtung 17 zuge führt, welche die Polarisationsrichtung der Laserimpulse einstellt.
Die beiden Polarisations-Steuereinrichtungen 15, 17 ermöglichen hierbei, die Polarisation optimal für Verstärkung und Verbreiterung einzustellen.
Ausgangsseitig ist die Polarisations-Steuereinrichtung 17 mit einer Einrichtung 18 verbunden, welches das Frequenzspektrum der Laserimpulse verbreitert, um die Tiefenauflösung bei der optischen Kohärenztomographie zu vergrößern. Die Einrichtung 18 besteht hierbei aus einer Glasfaser mit einem kleinen Kern mit einem Durchmesser von weniger 4 um und einer Gruppengeschwindigkeitsdispersion nahe Null bei 1,5 um. Hinsichtlich der Beschreibung der Verbreiterung des Frequenzspektrums in der Einrichtung 18 wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Veröffentlichung TAMURA, K.R. et al: "Fundamentals of stable continuum generation at high repetition rates", IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 36, No. 7 Seite 773 ff. sowie TAMURA, K. et al "Pulse dynamics in stretched-pulse fiber lasers", Appl. Physics letters 67 (2), Seite 158 ff. verwiesen. Der Inhalt dieser Veröffentlichungen ist deshalb hinsichtlich der Techniken zur Verbreiterung des Frequenzspektrums der Laserimpulse der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen.
Die Einrichtung 18 ist schließlich mit einem Filter 19 verbunden, welches die Laserimpulse wellenlängenabhängig filtert, um deren Frequenzspektrum an das wellenlängenabhängige Absorbtions- oder Streuverhalten des Messobjektes 7 anzupassen.
Darüber hinaus ermöglicht die Filterung auch eine Anpassung des Frequenzspektrums an die speziellen Anforderungen des optischen Kohärenztomographen, insbesondere hinsichtlich der optischen Übertragungsfunktion und der verwendeten Auswertungsalgorithmen.
Das Filter 19 ist schließlich mit dem in 1 dargestellten optischen Kohärenztomographen 20 verbunden und koppelt ultrakurze, breitbandige Laserimpulse mit einer kurzen Kohärenzlänge in den Strahlteiler 2 ein.
Weiterhin weist die Laseranordnung 1 ein Messglied 21 auf, das eingangsseitig mit dem Faserlaser 14 und mit dem Filter 19 verbunden ist und die Kohärenzlänge L_KOHÄRENZ und/oder spektrale Breite der Strahlung ermittelt.
Der Faserlaser 14 ist weitgehend herkömmlich aufgebaut und in ähnlicher Form beispielsweise in der bereits eingangs erwähnten Veröffentlichung US 5 513 194 beschrieben. Der Inhalt dieser Veröffentlichung ist deshalb hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise des Faserlasers 14 der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen, so dass nachfolgend nur eine kurze Beschreibung erfolgt.
Der Faserlaser besteht aus einem Faserresonator 24, der weitgehend durch Fasern realisiert wird. Er kann z.B. ringförmig oder linear aufgebaut sein.
Der Faserlaser 14 weist als Pumpquelle einen oder mehrere, als Diodenlaser ausgeführte Pumplaser 22 auf, wobei anstelle des Diodenlasers auch andere Lichtquellen eingesetzt werden können.
Der Pumplaser 22 ist mit einem Eingangskoppler 23 verbunden, der die von dem Pumplaser 22 emittierte Laserstrahlung in einen Faserresonator einkoppelt, wobei in dem ringförmigen optischen Faserresonator 24 ein Erbium-dotierter Faserabschnitt 25 als Lasermedium angeordnet ist.
Weiterhin sind in dem ringförmigen Faserresonator 24 zwei Polarisations-Steuereinrichtungen 26, 27 angeordnet, welche die Polarisationsrichtung der Laserpulse in dem Faserresonator 24 einstellen.
Ferner befindet sich in dem Ring des Faserresonators 24 ein integrierter optischer Isolator 28.
Zur Auskopplung von ultra-kurzen breitbandigen Laserimpulsen aus dem Faserlaser 14 weist dieser einen Ausgangskoppler 29 auf, der einen Teil der umlaufenden Laserstrahlung auskoppelt, z.B. 10%.
Von besonderer Bedeutung ist hierbei der Aufbau und die Funktionsweise der beiden Polarisations- Steuereinrichtungen 26, 27, welche die Polarisationsrichtung im optischen Faserresonator 24 im Gegensatz zum Stand der Technik nicht passiv, sondern aktiv einstellen.
Diese aktive Einstellung der Polarisationsrichtung bietet den Vorteil einer weitgehenden Unempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Vibrationen, Temperaturschwankungen und mechanischen Spannungen, da die Polarisationsrichtung nachgeregelt werden kann, wie noch detailliert beschrieben wird.
Hierzu weist der Faserverstärker 14 für jede der beiden Polarisations-Steuereinrichtungen 26, 27 jeweils einen Regler 30, 31 auf, wobei die beiden Regler 30, 31 die ihnen jeweils zugeordneten Polarisations-Steuereinrichtungen 26, 27 mit einem Steuersignal ansteuern und dadurch die Beeinflussung der Polarisationsrichtung bestimmen.
Die Regelung der Ansteuerung der beiden Polarisations-Steuereinrichtungen 26, 27 erfolgt hierbei in Abhängigkeit von der Kohärenzlänge L_KOHÄRENZ, die von dem Messglied 21 in 2 erfasst wird, wobei die elektrische Ansteuerung der beiden Polarisations-Steuereinrichtungen 26, 27 nach dem Startvorgang so erfolgt, dass die Kohärenzlänge L_KOHÄRENZ minimal wird. Während des Startvorgangs des Faserlasers 14 erfolgt die Einstellung der Polarisations-Steuereinrichtung 26, 27 dagegen so, dass ein umlaufender Puls in dem Faserresonator 24 entsteht.
Weiterhin ist in dem Faserresonator eine polarisationsabhängige Verlusteinheit 32 angeordnet sowie eine Einrichtung 33 zur Dispersionskontrolle.
In den 4a bis 4b sind verschiedene Varianten der erfindungsgemäßen aktiven Polarisations-Steuereinrichtungen 26, 27 beschrieben, welche die Polarisationsrichtung jeweils aktiv beeinflussen.
So weist die in 4a dargestellte Variante der Polarisations-Steuereinrichtung 26 zur Beeinflussung der Polarisationsrichtung in dem Faserresonator 24 mehrere Piezoaktoren 34.1-34.3 auf, die in Abhängigkeit von der anliegenden Steuerspannung einen Druck von außen radial auf die Mantelfläche des Faserresonators 24 ausübt. In Abhängigkeit von dem durch die Piezoaktoren 34.1-34.3 ausgeübten Druck wird dann die Polarisationsrichtung in dem Faserresonator 24 beeinflußt.
Bei der in 4b dargestellten Variante der erfindungsgemäßen Polarisationssteuereinrichtung 26 erfolgt die Beeinflussung der Polarisationsrichtung dagegen durch eine Wellenplatte 35, die durch einen Elektromotor 36 um eine zu der Mittelachse des Faserresonators 24 koaxiale Drehachse 37 drehbar ist und dadurch eine aktive Einstellung der Polarisationsrichtung in dem Faserresonator 24 ermöglicht. Der Aufbau und die Funktionsweise der Wellenplatte 35 ist beispielsweise in YOUNG, M.: "Optics and Lasers", Seite 188 ff. (Springer Verlag) beschrieben, so dass der Inhalt dieser Veröffentlichung der vorliegenden Beschreibung hinsichtlich des Aufbaus der Wellenplatte 35 zu rechnen ist.
Schließlich erfolgt die Beeinflussung der Polarisationsrichtung in dem Faserresonator 24 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4c durch ein integriertes Lithium-Niobat-Bauteil 38, das in Abhängigkeit von der anliegenden Steuerspannung U_CTRL1 die Polarisationsrichtung in dem Faserresonator 24 entsprechend einstellt. Hierzu weist das Lithium-Niobat-Bauteil 38 eine Wellenleiterstruktur 39 auf.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

Claims

Laseranordnung (1), insbesondere zur optischen Kohärenztomographie, mit einem optischen Faserlaserresonator (24), mindestens einer Polarisations-Steuereinrichtung (26, 27) zur Beeinflussung der Polarisationsrichtung in dem Faserlaserresonator (24) sowie mit einem Ausgangskoppler (29) zur Auskopplung breitbandiger Laserstrahlung aus dem Faserlaserresonator (24), dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisations-Steuereinrichtung (26, 27) die Polarisationsrichtung in dem optischen Faserlaserresonator (24) aktiv einstellt.
Laseranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisations-Steuereinrichtung (26) eine Wellenplatte (35) aufweist, die durch einen Motor (36) drehbar ist, um die gewünschte Polarisationsrichtung in dem optischen Faserlaserresonator (24) einzustellen.
Laseranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisations-Steuereinrichtung (26) mindestens einen Piezoaktor (34.1-34.3) aufweist, der in Abhängigkeit von seiner elektrischen Ansteuerung von außen auf die optische Faser drückt und dadurch die Polarisationsrichtung in dem optischen Faserlaserresonator (24) beeinflusst.
Laseranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisations-Steuereinrichtung (26) ein integriertes Bauteil (38) aufweist, das in Abhängigkeit von seiner elektrischen Ansteuerung die Polarationsrichtung beeinflusst.
Laseranordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung der Polarisations-Steuereinrichtung (26, 27) ein Regler (30, 31) vorgesehen ist, der eingangsseitig eine Kenngröße (L_KOHÄRENZ) der ausgekoppelten Laserstrahlung erfasst und die Polarisations-Steuereinrichtung (26, 27) entsprechend regelt.
Laseranordnung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangskoppler (29) mit einem optischen Verstärker (16) verbunden ist, der die ausgekoppelte Laserstrahlung verstärkt.
Laseranordnung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (16) ein Erbium-dotierter Faserverstärker ist.
Laseranordnung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verstärker (16) und/oder nach dem Verstärker (16) eine Polarisations-Steuereinrichtung (15, 17) angeordnet ist, welche die Polarisationsrichtung der Laserstrahlung beeinflusst.
Laseranordnung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangskoppler (29) mit einer Einrichtung (18) zur Verbreiterung des Frequenzspektrums der ausgekoppelten Laserstrahlung verbunden ist.
Laseranordnung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (18) eine optische Faser aufweist, welche die ausgekoppelte Laserstrahlung führt und deren Frequenzspektrum durch nichtlineare optische Effekte verbreitert.
Laseranordnung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Erweiterung des Frequenzspektrum dienende optische Faser eine photonische Kristallfaser ist.
Laseranordnung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Verbreiterung des Frequenzspektrums dienende optische Faser eine Glasfaser ist.
Laseranordnung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaser einen Kern und einen Mantel aufweist, wobei der Kern wesentlichen dünner als bei herkömmlichen Glasfasern ist, insbesondere kleiner als 4 μm.
Laseranordnung (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserlaser eine Zentralwellenlänge aufweist, bei der die Dispersion der zur Verbreiterung eingesetzten Faser im wesentlich gleich Null ist.
Laseranordnung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangskoppler (29) mit einem optischen Filter (19) verbunden ist, welches die ausgekoppelte Laserstrahlung wellenlängenabhängig filtert.
Laseranordnung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lasermedium eine Erbium-dotierte optische Faser (25) vorgesehen ist.
Laseranordnung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Faserlaserresonator (24) einen ersten Faserabschnitt mit positiver Dispersion und einen zweiten Faserabschnitt mit negativer Dispersion aufweist.
Laseranordnung (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge und die Dispersionseigenschaften der beiden Faserabschnitte so aneinander angepasst sind, dass sich die Dispersionseffekte in den beiden Faserabschnitten wechselseitig kompensieren.
Laseranordnung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Faserlaserresonator (24) des Faserlasers ringförmig angeordnet ist.
Laseranordnung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangskoppler (29) mit einem optischen Kohärenztomographen (20) verbunden ist und als Lichtquelle des Kohärenztomographen (20) dient.