调频连续波（FMCW）激光雷达具有非接触式测量、抗环境光干扰、高分辨率、能够同时获取速度和距离信息等优势，近年来被广泛应用于航空航天、精密制造、无人驾驶等领域。FMCW激光雷达的测距能力很大程度依赖于其光源的扫频线性度。在实际应用中，扫频光源会受到诸如应力拉伸不均匀、腔内温度变化、电路噪声等因素的影响，导致扫频非线性的产生，使得测距分辨率和精度下降。针对这一问题，本文从原理出发，分析了FMCW激光雷达中光源扫频非线性的影响，系统介绍了不同类型扫频非线性校正技术的原理和国内外研究进展，并对这些方法的适用场景、特性和优缺点进行总结，为后续相关研究提供启发。

光学相干层析成像（OCT）是一种广泛应用于眼科疾病诊断及其他测量和探测等领域的新型成像技术。其中，扫频方案（SS-OCT）作为OCT的一种主要技术路径，因具有成像速度快、深度深、分辨精度高等优势，成为了近年来OCT领域的研究重点。由于SS-OCT的性能主要由快速扫频光源的性能决定，所以对扫频光源的研究和开发至关重要。主要总结扫频光源的研究进展，从技术手段、设计思路、性能指标等方面出发，对扫频光源的研究进展和领域前沿的研究现状进行较为详细的介绍和总结。

基于半导体光放大器和高速光纤法布里-珀罗滤波器,搭建了一个用于产生高速扫频激光的短环形腔。滤波器从长波到短波扫描时,关闭半导体光放大器的偏置电流,可以获得50%占空比的扫频激光。借助交织器,可以获得占空比为100%的扫频激光。再利用二级半导体光放大器,可以进一步提高扫频激光的输出功率。经测试,本扫频激光的扫描频率为500 kHz,中心波长为1550 nm,扫描范围达到67 nm,有效相干长度为6.5 mm,平均输出功率大于20 mW。

为了制作高速扫频光源,基于光纤法布里-珀罗可调滤波器和半导体光放大器搭建了一个短环形腔。首先,通过半导体光放大器的通断电控制,实现占空比为50%的扫频激光输出。然后,利用交织器把激光分成两路再进行错位叠加,从而获得占空比为100%、扫描频率为可调滤波器振动频率两倍的扫频激光。最后,扫频激光经过二级半导体光放大器进行再放大,实现更高功率的扫频输出。所获得的扫频激光,扫描频率为245 kHz,中心波长约为1544 nm,扫描范围达到73 nm,有效相干长度为12 mm,平均输出功率大于20 mW。本文采用的设计方案对于制备高性能、低成本的高速扫频光源具有重要的实用意义。

针对现有扫频光学相干层析成像中扫频范围不足的问题,提出了一种基于量子点半导体光放大器(QD-SOA)与量子阱半导体光放大器(QW-SOA)并联的傅里叶域锁模(FDML)高速宽带扫频光源。研究了两种SOA的输出特性,并将中心波长为1310 nm的QW-SOA与中心波长为1280 nm的QD-SOA并联置于光纤环形腔内,结合FDML技术,研制了一种高速宽带扫频光源。该扫频光源的扫频范围为318 nm,半峰全宽为110 nm,扫频速率为101 kHz,光源平均输出光功率为7.8 mW,瞬时线宽低于0.1 nm。

扫频光源是目前光学相干层析成像的关键部分，其光谱带宽和瞬时线宽分别影响着成像系统的轴向分辨率和成像深度。在单一滤波器中，这两者相互制约。针对这一情况，提出了一个利用两种滤波器组合优化的扫频光源系统。以双半导体光放大器并联作为增益介质，将声光可调滤波器（AOTF）和法布里-珀罗可调滤波器（FFP-TF）串联接入环形腔内进行双重滤波。其中AOTF的调谐范围和瞬时线宽均较宽，FFP-TF与之相反，经同步匹配设置后，两者协调工作，能够发挥各自的优势。通过搭建系统，获得了中心波长为1 316 nm的扫频激光输出，其光谱是1 235~1 380 nm，调谐范围是145 nm，瞬时线宽小于0.02 nm，扫频速度为1.35 kHz，输出光功率为0.48 mW。该扫频光源能够克服单一滤波器的固有缺陷，实现宽光谱带宽与窄瞬时线宽的有效统一，对成像综合性能的优化具有重要意义。

针对现有光学相干层析成像(OCT)中所用扫频激光光源能量较低这一技术瓶颈, 研究了一种基于SOA级联的傅里叶域锁模(FDML)扫频光源, 利用中心波长为1310nm的半导体光放大器(SOA)搭建了双环形腔扫频光源。对系统中两只SOA的输出特性和基于SOA级联的双环扫频光源的光谱输出特性进行了研究。结果表明, 在SOA工作电流为280mA下, 该扫频光源光功率达28mW, 扫频速度达81.3kHz, 扫频范围超过90nm, 瞬时线宽小于0.03nm。

传统宽带光源光纤光栅(FBG)传感系统的解调部分比较复杂，为了克服这一缺点，使用线性扫频激光器作为FBG传感系统的光源，并选定一个光栅作为参考光栅，将其他光栅作为传感光栅。根据传感光栅与参考光栅的反射信号时间间隔的变化，解调得到FBG反射中心波长的变化，解调过程非常简便。基于FBG传感系统进行了温度和光纤轴向拉力的测量实验，验证了该系统的可行性和正确性，也证明了该系统可单独或同时测量温度和光纤轴向拉力。给出了提高系统测量精度的途径，包括保证参考光栅的温度稳定以及使用扫频速率较小的扫频光源和采样速率较高的示波器。

提出了一种利用声光调谐方法进行滤波的扫频光源来提高它的输出稳定性。阐述了实现光源稳定输出的原理和方法, 研究和分析了光源的相关参数。该系统采用声光调谐的方法代替机械滤波的方式。在一个环形腔内, 使用半导体光放大器(SOA)作为增益介质, 声光可调谐滤波器(AOTF)作为波长选择元件, 利用声光调谐的原理对腔内的光进行选频滤波。在280 mA的注入电流下, 得到了1 294~1 368 nm的扫频光源, 其中心波长为1 328 nm, 半高全宽为51 nm, 扫频速度为3 731 Hz, 环形腔内直接输出的光功率为1.14 mW。由于AOTF是电控制元件, 波长的调谐不需要机械移动部件, 故提高了系统的稳定性, 输出光谱的重复性也很好。实验显示: 通过这种方法获得的扫频光源输出稳定, 基本满足扫频相干层析成像系统对扫频光源工艺参数的要求。

利用自聚焦透镜和单模光纤搭建了基于光纤旋转连接器的内窥式扫频光源光学相干层析成像系统.利用Zemax模拟了内窥探头的光学性能, 分析了光纤到自聚焦透镜的距离和自聚焦透镜节距对探头性能参量的影响.在综合考虑元器件成本以及成像要求后, 选择无需定制, 节距为0.24 Pitch的自聚焦透镜, 确定光纤与自聚焦透镜之间的距离为0.7 mm.经实验测得该系统的横向分辨率约为19.5 μm, 纵向分辨率约为9 μm, 工作距离约为7 mm, 成像深度为6.2 mm(空气中), 与理论值接近.为了验证该系统对生物组织的成像性能, 利用该系统对猪食道进行离体成像, 重建后的层析图中可以明显地观察到猪肠道的表皮层和固有层.测量系统的各项成像性能参量以及对生物组织的成像性能表明该探头在内窥成像中是可行的.