本发明属于扫描成像领域，具体涉及一种偏振混沌脉冲激光生成器及其扫描成像系统。
背景技术：
1、光学混沌是非线性系统中的一种不可预测的运动，在有源系统和无源系统中均已观察到这一现象。例如在自由运行的nh3激光器、具有光反馈的可饱和吸收半导体激光器、光注入半导体激光器中均已观察到这一现象。一方面，这些光学系统的简单构造和数学描述使其成为研究更多空间中混沌动力学的绝佳平台，激发了显著的技术创新；另一方面，光学混沌保证了通信中安全网络的密码协议的完整性。最近，在推进多输入雷达系统和随机调制连续波激光雷达方面的更多应用已经证明了这一点。
2、通过纵模锁定，传统激光器输出的脉冲激光具有较宽的光谱和超短脉冲持续时间。通过降低脉冲激光的相干性，可以获得传统混沌脉冲激光，传统混沌脉冲激光在时域波形上其强度表现为类随机性，属于非周期信号，其典型光源包括类噪声脉冲或者超连续谱光源。传统混沌脉冲激光在单脉冲周期内表现为强度随机的多脉冲分布，根据傅里叶变换原理，其光谱在每个脉冲周期内不同波长光信号强度随机起伏。混沌脉冲激光可以广泛应用于成像、光纤传感、通信等领域。
3、现有的扫描成像系统通常利用分光单元将脉冲激光分成两路，一路作为参考光传输给参考支路，一路作为测量光传输给测量支路，测量支路将测量光聚焦后入射至待测样品上的待测位置处，待测位置在接收到探测光后产生反射光，返回给分光单元，且参考支路也会将参考光传输给分光单元，当传输至分光单元的反射光和参考光的光程差或者相位差满足干涉条件时，两者发生干涉，产生干涉光。由于出现干涉峰值时参考光和反射光的光程差之间存在一定的对应关系，因此在参考光光程确定的前提下，可以确定出反射光的光程，从而可以确定出待测样品上对应位置的深度信息。
4、现有成像扫描系统通常采用单点成像，单次只能采集一个空间位置的信息。由于待测样品上不同深度处的状态不同，从不同深度处返回的反射光与参考光发生干涉，干涉峰出现的位置不同。单点成像方式需要对扫描光束进行二维平面的移动，实现对整个平面不同位置的成像，需要借助额外的机械装置，降低成像速度，容易丢失转瞬即逝的不可复现场景。同时，常见成像扫描系统所采用光源通常不考虑样品的偏振吸收特性，直接采用某一单一偏振态入射。在样品不同区域、不同深度存在复杂的偏振吸收特性时，单一偏振态会导致成像质量的劣化。传统混沌脉冲激光基于强度混沌，光强具有随机性，但是现有成像扫描系统中光强的起伏会带来成像对比度的劣化，同时干涉信号的解调也依赖光强，光强的随机性会影响干涉的确定。可见，在扫描成像时基于传统混沌脉冲激光产生的干涉光，自身不利于对重叠干涉光进行分辨。同时，由于光强的起伏，单个脉冲对于光谱的映射不具有强度一致性，无法在单次单脉冲扫描中得到一致的成像对比度和干涉对比度，不利于高速成像和高质量成像。因此基于传统混沌脉冲激光的现有扫描成像系统的扫描准确度和扫描速度均较低。
技术实现思路
1、本发明提供一种偏振混沌脉冲激光生成器，以解决扫描成像时基于传统脉冲激光不具备对偏振特性复杂样品保持高质量成像能力的问题；本发明还提供一种扫描成像系统，以解决现有扫描成像系统扫描速度慢的问题。
2、根据本发明实施例的第一方面，提供一种偏振混沌脉冲激光生成器，包括脉冲激光器、第一偏振分束器、第一偏振合束器、非线性调制单元和延迟单元，所述脉冲激光器连接该第一偏振分束器的输入端，所述第一偏振分束器的第一输出端连接该第一偏振合束器的第一输入端，第二输出端依次通过该非线性调制单元、延迟单元连接该第一偏振合束器的第二输入端；
3、所述第一偏振分束器将该脉冲激光器提供的脉冲激光分成偏振态正交的第一偏振光和第二偏振光，将所述第一偏振光传输给该第一偏振合束器，将该第二偏振光传输给该非线性调制单元；所述非线性调制单元对该第二偏振光进行相位调节，以使所述第二偏振光中每个脉冲周期内不同波长光信号的相位随机变化；所述延迟单元对经相位调节的第二偏振光做延迟处理，以使该第一偏振光和经延迟处理的第二偏振光中相同波长的光信号同步传输至该第一偏振合束器；所述第一偏振合束器对该第一偏振光和经延迟处理的第二偏振光进行合束，获得偏振混沌脉冲激光，所述偏振混沌脉冲激光中每个脉冲周期内不同波长光信号的偏振态随机变化。
4、在一种可选的实现方式中，还包括第二偏振合束器和第二偏振分束器，所述第一偏振分束器的第二输出端连接该第二偏振合束器的第二输入端，所述第二偏振合束器的输出端依次通过该非线性调制单元、延迟单元连接该第二偏振分束器的输入端，所述第二偏振分束器的第二输出端连接该第一偏振合束器的第二输入端，第一输出端连接该第二偏振合束器的第一输入端；
5、所述第一偏振分束器将该第二偏振光传输给该第二偏振合束器，所述第二偏振合束器对该第二偏振光和该第二偏振分束器的第一输出端提供的第四偏振光进行合束，输出合束偏振光，该合束偏振光依次经过该非线性调制单元相位调节、该延迟单元延迟处理后，被传输给该第二偏振分束器；所述第二偏振分束器将经延迟处理的合束偏振光分成偏振态正交的第三偏振光和第四偏振光，将该第三偏振光传输给该第一偏振合束器，将该第四偏振光传输给该第二偏振合束器；所述第一偏振合束器对该第一偏振光和该第三偏振光进行合束，获得该偏振混沌脉冲激光，所述偏振混沌脉冲激光中每个脉冲周期内不同波长光信号的偏振态随机变化，且相同波长光信号在不同脉冲周期中的偏振态也随机变化。
6、在另一种可选的实现方式中，还包括设置在所述非线性调制单元与该延迟单元之间的色散补偿单元，所述色散补偿单元对经相位调节的偏振光进行色散补偿，从而对该非线性调制单元引入的色散展宽进行色散补偿。
7、在另一种可选的实现方式中，还包括设置在所述色散补偿单元与该延迟单元之间的放大器，所述放大器对经色散补偿的偏振光进行放大，以使该第一偏振光和输入至该第一偏振合束器第二输入端的偏振光中相同波长的光信号的光强相等，并且在偏振混沌脉冲激光生成器包括第二偏振合束器和第二偏振分束器时，还使该第二偏振光和该第四偏振光中相同波长的光信号的光强相等。
8、在另一种可选的实现方式中，还包括设置在所述脉冲激光器与第一偏振分束器的输入端之间的第一偏振片，以及设置在所述第一偏振分束器的第二输出端与该非线性调制单元之间的第二偏振片；所述第一偏振片用于对该第一偏振光和第二偏振光的光强进行调节，以使两者中相同波长光信号的光强相等；所述第二偏振片用于对该第一偏振光和输入至该第一偏振合束器第二输入端的偏振光的光强进行调节，以使两者中相同波长光信号的光强相等；并且在偏振混沌脉冲激光生成器包括第二偏振合束器和第二偏振分束器时，所述第二偏振片还用于对该第二偏振光和第四偏振光的光强进行调节，以使两者中相同波长光信号的光强相等。
9、在另一种可选的实现方式中，所述非线性调制单元为单模光纤或光纤环；所述脉冲激光器为锁模激光器，所述延迟单元为可调延迟线。
10、根据本发明实施例的第二方面，提供一种扫描成像系统，包括上述偏振混沌脉冲激光生成器、色散拉伸光纤、分光单元、光程调节单元、显微成像装置和光电探测器，其中所述偏振混沌脉冲激光生成器通过该色散拉伸光纤与该分光单元的输入端连接，该分光单元的三个输出端分别连接光程调节单元、显微成像装置和光电探测器，所述光电探测器与处理器相连；所述偏振混沌脉冲激光生成器用于生成偏振混沌脉冲激光，所述色散拉伸光纤对该偏振混沌脉冲激光进行时域拉伸，所述分光单元将时域拉伸后的偏振混沌脉冲激光分成两路，一路作为参考光传输给该光程调节单元，另一路传输给该显微成像装置；
11、所述显微成像装置将该另一路混沌脉冲激光分成多个具有不同波长的探测光，不同波长的探测光被聚焦至待测样品上的不同位置处，该待测样品上不同位置在接收到对应波长的探测光后按照原路径，通过该显微成像装置将反射光传输给该分光单元；所述光程调节单元对该参考光的光程进行逐步调节，将光程调节后的参考光传输给该分光单元；
12、所述反射光与参考光在该分光单元处发生干涉，产生干涉光，不同波长干涉光的偏振态具有随机性；所述光电探测器将该干涉光转换为干涉电信号；所述处理器针对不同波长的干涉电信号，在该干涉电信号出现峰值时，根据该反射光和参考光发生干涉的光程差关系以及该参考光的光程大小，确定对应空间位置的光程大小，并解调出反射强度信息，从而确定该待测样品上不同位置处的三维信息。
13、在一种可选的实现方式中，所述分光单元包括第一准直器和分光棱镜，所述偏振混沌脉冲激光生成器通过该色散拉伸光纤与该第一准直器的输入端连接，所述第一准直器的输出端与该分光棱镜的输入端连接，该分光棱镜的三个输出端分别连接光程调节单元、显微成像装置和光电探测器；
14、或者所述分光单元包括耦合器、第一准直器和第二准直器，所述偏振混沌脉冲激光生成器通过该色散拉伸光纤与该耦合器的输入端连接，所述耦合器的第一输出端通过该第一准直器与该光程调节单元连接，第二输出端通过该第二准直器与该显微成像装置连接，第三输出端与该光电探测器连接。
15、在另一种可选的实现方式中，所述显微成像装置包括柱面镜、虚拟相位阵列光栅vipa、衍射光栅和透镜，所述分光单元的对应输出端依次通过柱面镜、虚拟相位阵列光栅vipa、衍射光栅连接该透镜，所述透镜的输出端对准该待测样品；
16、所述分光单元将该另一路偏振混沌脉冲激光传输给该柱面镜，所述偏振混沌脉冲激光经柱面镜聚焦后，传输给所述vipa，由所述vipa将该偏振混沌脉冲激光分成多个具有不同波长的平行光，多个平行光通过色散方向与所述vipa正交的衍射光栅后，形成探测光阵列，所述探测光阵列中不同波长的探测光通过该透镜被汇聚到所述待测样品上不同位置处，由此实现所述待测样品的面扫描；
17、所述待测样品上不同位置在接收到对应波长的探测光后按照原路径，依次通过该透镜、衍射光栅、vipa和柱面镜，将反射光传输给该分光单元。
18、在另一种可选的实现方式中，还包括设置于该色散拉伸光纤与该分光单元之间的光纤放大器edfa，所述光程调节单元包括反射镜和移位电机，所述分光单元将该偏振混沌脉冲激光传输给该反射镜，该反射镜将该参考光反射回该分光单元；该移位电机带动该反射镜，从而对该参考光的光程进行逐步调节。
19、本发明的有益效果是：
20、1、本发明首先将脉冲激光分成偏振态正交的第一偏振光和第二偏振光，将脉冲激光转换为两个具有正交偏振分量的线偏振光，可以方便非线性调制单元对单个正交偏振分量进行调节；本发明只对分成的其中一路偏振光(即第二偏振光)进行相位调节，对偏振混沌脉冲激光中不同波长光信号的相位变化量进行不同程度的调节，如此降低了在合束形成的偏振混沌脉冲激光中不同波长光信号出现相同偏振态的概率，保证了偏振混沌脉冲激光中每个脉冲周期内不同波长光信号偏振态的随机性；本发明设置了延迟单元，以使第一偏振光和第二偏振光中相同波长的光信号同步传输至第一偏振合束器，如此可以使第一偏振光和第二偏振光在第一偏振合束器处完全重合，保证合束的顺利进行；由于本发明中偏振混沌脉冲激光中不同波长光信号的偏振态具有随机性，在进行成像扫描时，若基于偏振混沌脉冲激光生成干涉光，则可以使生成的干涉光的偏振态同样具有随机性，即本发明赋予了不同波长干涉光偏振态随机的固有特性，利用该固有特性可提高复杂偏振吸收样品的成像质量；
21、2、本发明增设了第二偏振合束器和第二偏振分束器，并将第二偏振合束器、非线性调制单元、延迟单元、第二偏振分束器和第二偏振合束器依次相连，形成一个闭合的循环光路，如此不仅可以使偏振混沌脉冲激光中每个脉冲周期内不同波长光信号的偏振态随机变化，而且可以使相同波长光信号在不同脉冲周期中的偏振态也随机变化；此外，本发明通过设置循环光路，可以提高对脉冲激光的偏振随机扰乱效果，快速生成随机度更高的偏振混沌脉冲激光；
22、3、本发明设置色散补偿单元，对非线性调制单元引入的色散展宽进行色散补偿，可以保证输入至第一偏振合束器的两路偏振光具有相同的脉冲持续时间，如此相比于初始的脉冲激光，生成的偏振混沌脉冲激光的脉冲特性并未发生改变；
23、4、本发明设置放大器对经色散补偿的偏振光进行放大，以对非线性调制单元引入的功率消耗进行补偿，使得第一偏振光和和输入至该第一偏振合束器第二输入端的偏振光中相同波长的光信号的光强相等，并在偏振混沌脉冲激光生成器包括第二偏振合束器和第二偏振分束器时，使该第二偏振光和该第四偏振光中相同波长的光信号的光强相等，可以保证第一偏振合束器输入的两路偏振光顺利合束，从而进一步保证对脉冲激光的偏振随机扰乱效果；并且相比于初始的脉冲激光，生成的偏振混沌脉冲激光的光强并非发生改变，如此在扫描成像时根据光强大小便可以准确确定出是否发生干涉；
24、5、本发明通过设置第一偏振片和第二偏振片，可以进一步保证合束时两偏振光中相同波长的光强相等，从而进一步保证第一偏振合束器输入的两路偏振光顺利合束，保证对脉冲激光的偏振随机扰乱效果；
25、6、本发明采用光纤环作为非线性调制单元，偏振光在光纤环内多次循环传输实现一次偏振调制，如此可以大大简化结构，缩小体积；
26、7、本发明在进行成像扫描时，基于偏振混沌脉冲激光生成干涉光，由于偏振混沌脉冲激光中不同波长光信号的偏振态具有随机性，因此能够对偏振吸收复杂的样品进行高质量成像，即本发明赋予了不同波长偏振态随机并且光谱强度平坦的固有特性，利用该固有特性可提高复杂偏振吸收样品的成像质量，并且本发明可以使待测样品上不同空间位置与不同波长探测光一一映射，实现波长映射的成像扫描，由此可以保证扫描成像系统的扫描准确度和速度；
27、8、本发明在进行成像扫描时，利用柱面镜、vipa、衍射光栅、透镜组成面扫描系统，能够充分利用偏振混沌脉冲激光光谱宽度大、光谱平坦性好的固有特性，完成不同波长和待测样品不同空间位置的一一映射，实现高速面扫描；并通过调节参考光的光程，通过解调干涉信息的方式，完成对深度信息的扫描，综合实现三维信息的扫描。
1.一种偏振混沌脉冲激光生成器，其特征在于，包括脉冲激光器、第一偏振分束器、第一偏振合束器、非线性调制单元和延迟单元，所述脉冲激光器连接该第一偏振分束器的输入端，所述第一偏振分束器的第一输出端连接该第一偏振合束器的第一输入端，第二输出端依次通过该非线性调制单元、延迟单元连接该第一偏振合束器的第二输入端；
2.根据权利要求1所述的偏振混沌脉冲激光生成器，其特征在于，还包括第二偏振合束器和第二偏振分束器，所述第一偏振分束器的第二输出端连接该第二偏振合束器的第二输入端，所述第二偏振合束器的输出端依次通过该非线性调制单元、延迟单元连接该第二偏振分束器的输入端，所述第二偏振分束器的第二输出端连接该第一偏振合束器的第二输入端，第一输出端连接该第二偏振合束器的第一输入端；
3.根据权利要求1或2所述的偏振混沌脉冲激光生成器，其特征在于，还包括设置在所述非线性调制单元与该延迟单元之间的色散补偿单元，所述色散补偿单元对经相位调节的偏振光进行色散补偿，从而对该非线性调制单元引入的色散展宽进行色散补偿。
4.根据权利要求3所述的偏振混沌脉冲激光生成器，其特征在于，还包括设置在所述色散补偿单元与该延迟单元之间的放大器，所述放大器对经色散补偿的偏振光进行放大，以使该第一偏振光和输入至该第一偏振合束器第二输入端的偏振光中相同波长的光信号的光强相等，并且在偏振混沌脉冲激光生成器包括第二偏振合束器和第二偏振分束器时，还使该第二偏振光和该第四偏振光中相同波长的光信号的光强相等。
5.根据权利要求4所述的偏振混沌脉冲激光生成器，其特征在于，还包括设置在所述脉冲激光器与第一偏振分束器的输入端之间的第一偏振片，以及设置在所述第一偏振分束器的第二输出端与该非线性调制单元之间的第二偏振片；所述第一偏振片用于对该第一偏振光和第二偏振光的光强进行调节，以使两者中相同波长光信号的光强相等；所述第二偏振片用于对该第一偏振光和输入至该第一偏振合束器第二输入端的偏振光的光强进行调节，以使两者中相同波长光信号的光强相等；并且在偏振混沌脉冲激光生成器包括第二偏振合束器和第二偏振分束器时，所述第二偏振片还用于对该第二偏振光和第四偏振光的光强进行调节，以使两者中相同波长光信号的光强相等。
6.根据权利要求1所述的偏振混沌脉冲激光生成器，其特征在于，所述非线性调制单元为单模光纤或光纤环；所述脉冲激光器为锁模激光器，所述延迟单元为可调延迟线。
7.一种扫描成像系统，其特征在于，包括权利要求1至6中任意一项所述的偏振混沌脉冲激光生成器、色散拉伸光纤、分光单元、光程调节单元、显微成像装置和光电探测器，其中所述偏振混沌脉冲激光生成器通过该色散拉伸光纤与该分光单元的输入端连接，该分光单元的三个输出端分别连接光程调节单元、显微成像装置和光电探测器，所述光电探测器与处理器相连；所述偏振混沌脉冲激光生成器用于生成偏振混沌脉冲激光，所述色散拉伸光纤对该偏振混沌脉冲激光进行时域拉伸，所述分光单元将时域拉伸后的偏振混沌脉冲激光分成两路，一路作为参考光传输给该光程调节单元，另一路传输给该显微成像装置；
8.根据权利要求7所述的扫描成像系统，其特征在于，所述分光单元包括第一准直器和分光棱镜，所述偏振混沌脉冲激光生成器通过该色散拉伸光纤与该第一准直器的输入端连接，所述第一准直器的输出端与该分光棱镜的输入端连接，该分光棱镜的三个输出端分别连接光程调节单元、显微成像装置和光电探测器；
9.根据权利要求7或8所述的扫描成像系统，其特征在于，所述显微成像装置包括柱面镜、虚拟相位阵列光栅vipa、衍射光栅和透镜，所述分光单元的对应输出端依次通过柱面镜、虚拟相位阵列光栅vipa、衍射光栅连接该透镜，所述透镜的输出端对准该待测样品；
10.根据权利要求9所述的扫描成像系统，其特征在于，还包括设置于该色散拉伸光纤与该分光单元之间的光纤放大器edfa，所述光程调节单元包括反射镜和移位电机，所述分光单元将该偏振混沌脉冲激光传输给该反射镜，该反射镜将该参考光反射回该分光单元；该移位电机带动该反射镜，从而对该参考光的光程进行逐步调节。
