基于啁啾非线性晶体产生宽带光辐射的装置和方法

摘要

本发明公开了一种基于啁啾非线性晶体产生宽带光辐射的装置和方法，其中的装置是基于啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体的同步泵浦光参量振荡器从而能够产生宽带光辐射；所采用的啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体不同位置处的周期长度不同，而不同的周期则对应不同波长处的相位匹配；当泵浦源所产生的泵浦光经过该晶体时，将在该晶体的不同位置处产生不同的信号波长；并且，在该晶体的两端还分别设置有腔镜；谐振腔具有色散功能元件能够提供色散以减小谐振腔内净色散。本发明尤其通过采用基于啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体，与现有技术相比能够有效解决宽带光辐射装置对组件要求功能高、或结构复杂等问题。

权利要求

1.一种基于啁啾非线性晶体产生宽带光辐射的装置，其特征在于，该装置是基于啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体的同步泵浦光参量振荡器从而能够产生宽带光辐射；其中，所述宽带光辐射的带宽不低于泵浦光的光谱带宽；

所述同步泵浦光参量振荡器是采用啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体作为该同步泵浦光参量振荡器中进行非线性频率变换的材料；该晶体不同位置处的周期长度不同，而不同的周期则对应不同波长处的相位匹配；当所述同步泵浦光参量振荡器中的泵浦源所产生的泵浦光经过该啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体时，将在该晶体的不同位置处产生不同的信号波长；由于产生的信号光在晶体中与泵浦光存在走离效应，这就导致了先产生的信号波长与后产生的信号波长在空间上不重合，因此产生的信号脉冲是一个啁啾脉冲；

在所述啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体的两端还分别设置有腔镜从而能够建立谐振腔，并且所述腔镜还用于提供对信号光的正反馈；所述谐振腔具有色散功能元件，所述色散功能元件用于补偿所述啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体所引入的色散，能够提供色散以减小谐振腔内净色散；该色散功能元件为所述腔镜、腔内独立设置的腔内色散管理元件中的至少一种；

该同步泵浦光参量振荡器包括所述啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体及所述色散功能元件，在泵浦源的泵浦下，该同步泵浦光参量振荡器即可产生所述宽带光辐射。

2.如权利要求1所述基于啁啾非线性晶体产生宽带光辐射的装置，其特征在于，对于所述啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体，由于该晶体不同的周期对应不同波长处的相位匹配，具体是根据所需产生的宽带光辐射的最短波长和最长波长分别计算得到该晶体对应的周期长度并作为该晶体的起始周期和终止周期；

所述起始周期和所述终止周期均满足：

Λ＝1/(np/λp-ns/λs-ni/λi)；

其中，Λ代表所述起始周期或所述终止周期，np、ns和ni分别代表泵浦光、信号光和闲频光的折射率，λp、λs和λi分别代表泵浦光、信号光和闲频光的波长，λs取值为所需产生的宽带光辐射的最短波长或最长波长；同步泵浦光参量振荡器在泵浦源的泵浦下，经所述啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体与所述色散功能元件的共同作用，除了产生所述宽带光辐射作为信号光外，还将同时产生宽带的闲频光。

3.如权利要求2所述基于啁啾非线性晶体产生宽带光辐射的装置，其特征在于，对于所述啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体，从该晶体的起始周期至终止周期之间的准相位匹配周期沿晶体是呈线性增加或线性减小，或者是呈非线性增加或非线性减小。

4.如权利要求3所述基于啁啾非线性晶体产生宽带光辐射的装置，其特征在于，所述宽带光辐射为啁啾脉冲。

5.如权利要求1所述基于啁啾非线性晶体产生宽带光辐射的装置，其特征在于，当所述色散功能元件包括腔内独立设置的腔内色散管理元件时，该腔内独立设置的腔内色散管理元件为棱镜对、光栅对或啁啾镜。

6.如权利要求1所述基于啁啾非线性晶体产生宽带光辐射的装置，其特征在于，所述宽带光辐射为啁啾脉冲，所述啁啾脉冲还通过腔外色散管理元件进行脉冲压缩，所述腔外色散管理元件为棱镜对、光栅对或啁啾镜。

7.一种利用如权利要求1－6任意一项所述装置产生宽带光辐射的方法，其特征在于，该方法是利用如权利要求1－6任意一项所述基于啁啾非线性晶体产生宽带光辐射的装置，将泵浦源所产生的泵浦光，经啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体与所述色散功能元件的共同作用，产生宽带光辐射；所述宽带光辐射的带宽不低于泵浦光的光谱带宽。

说明书

基于啁啾非线性晶体产生宽带光辐射的装置和方法

技术领域

[0001] 本发明属于宽带光辐射控制技术领域，更具体地，涉及一种基于啁啾非线性晶体产生宽带光辐射的装置和方法，该装置和方法基于啁啾非线性晶体光参量振荡器，利用基于啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体的同步泵浦光参量振荡器来产生宽带光辐射，能够产生带宽不低于泵浦光的光谱带宽的辐射光。

背景技术

[0002] 空间相干的超宽带光源在科学研究、元器件测量、物质成份检测、医疗诊断、成像等领域有广泛的应用。例如，空间相干的宽带中红外光源可用于可以实现对多成分的气体进行高灵敏度识别和定量检测。

[0003] 基于光参量振荡器的中红外光源是目前最常用的同时兼具相关性和高光谱亮度的宽带光源。目前要使用光参量振荡器产生在中红外超过1000nm的宽带光辐射的主要方法有三种。其一是采用脉冲宽度仅数十飞秒的泵浦源泵浦短的二阶非线性晶体，该方法对泵浦源要求较高，且由于工作脉冲宽度仅数十飞秒，稳定性难以控制[S.C.Kumar et al,“Few-cycle,broadband,mid-infrared optical parametric oscillator pumped by a 20-fs Ti:sapphire laser,”Laser Photonics Rev.8,L86(2014)]；其二是工作在简并模式下，此模式下泵浦波长须为产生波长的一半，因此该模式仅限于少数波段[N.Leindecker et al,"Broadband degenerate OPO for mid-infrared frequency comb generation,"Opt.Express 19,6296(2011)]；其三是啁啾脉冲光参量振荡器，然而该模式需要引入额外的三阶非线性晶体作为腔内元件以及额外的聚焦腔，其结构相对复杂[Pei Liu and Zhaowei Zhang,"Chirped-pulse optical parametric oscillators,"Opt.Lett.43,
4735-4738(2018)]。

发明内容

[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于啁啾非线性晶体产生宽带光辐射的装置和方法，其中通过对装置各个组件及它们相互配合的工作关系等进行改进，尤其是采用基于啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体，与现有技术相比能够有效解决宽带光辐射装置对组件要求功能高、或结构复杂等问题。本发明通过在同步泵浦光参量振荡器中，设置啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体，将不同波长信号的增益区在空间上分开，就能够产生具有宽带光谱的啁啾脉冲；即使在同步泵浦光参量振荡器泵浦脉冲对信号脉冲的限制下，也能实现宽带光辐射。

[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于啁啾非线性晶体产生宽带光辐射的装置，其特征在于，该装置是基于啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体的同步泵浦光参量振荡器从而能够产生宽带光辐射；其中，所述宽带光辐射的带宽不低于泵浦光的光谱带宽；

[0006] 所述同步泵浦光参量振荡器是采用啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体作为该同步泵浦光参量振荡器中进行非线性频率变换的材料；该晶体不同位置处的周期长度不同，而不同的周期则对应不同波长处的相位匹配；当所述同步泵浦光参量振荡器中的泵浦源所产生的泵浦光经过该啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体时，将在该晶体的不同位置处产生不同的信号波长；

[0007] 在所述啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体的两端还分别设置有腔镜从而能够建立谐振腔，并且所述腔镜还用于提供对信号光的正反馈；所述谐振腔具有色散功能元件，所述色散功能元件用于补偿所述啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体所引入的色散，能够提供色散以减小谐振腔内净色散；该色散功能元件为所述腔镜、腔内独立设置的腔内色散管理元件中的至少一种；

[0008] 该同步泵浦光参量振荡器包括所述啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体及所述色散功能元件，在泵浦源的泵浦下，该同步泵浦光参量振荡器即可产生所述宽带光辐射。

[0009] 作为本发明的进一步优选，对于所述啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体，由于该晶体不同的周期对应不同波长处的相位匹配，具体是根据所需产生的宽带光辐射的最短波长和最长波长分别计算得到该晶体对应的周期长度并作为该晶体的起始周期和终止周期；

[0010] 优选的，所述起始周期和所述终止周期均满足：

[0011] Λ＝1/(np/λp-ns/λs-ni/λi)；

[0012] 其中，Λ代表所述起始周期或所述终止周期，np、ns和ni分别代表泵浦光、信号光和闲频光的折射率，λp、λs和λi分别代表泵浦光、信号光和闲频光的波长，λs取值为所需产生的宽带光辐射的最短波长或最长波长；同步泵浦光参量振荡器在泵浦源的泵浦下，经所述啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体与所述色散功能元件的共同作用，除了产生所述宽带光辐射作为信号光外，还将同时产生宽带的闲频光。

[0013] 作为本发明的进一步优选，对于所述啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体，从该晶体的起始周期至终止周期之间的准相位匹配周期沿晶体是呈线性增加或线性减小，或者是呈非线性增加或非线性减小。

[0014] 作为本发明的进一步优选，所述宽带光辐射为啁啾脉冲；

[0015] 所述啁啾脉冲的脉冲宽度不小于L*(βpump-βsignal)，其中L为所述啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体的长度，βpump和βsignal分别为泵浦光和起始周期对应的信号光在该二阶非线性晶体中群速度的倒数，相应的，所述泵浦光的脉冲宽度不小于所述啁啾脉冲的脉冲宽度。

[0016] 作为本发明的进一步优选，当所述色散功能元件包括腔内独立设置的腔内色散管理元件时，该腔内独立设置的腔内色散管理元件为棱镜对、光栅对或啁啾镜。

[0017] 作为本发明的进一步优选，所述宽带光辐射为啁啾脉冲，所述啁啾脉冲还通过腔外色散管理元件进行脉冲压缩，所述腔外色散管理元件为棱镜对、光栅对或啁啾镜。

[0018] 按照本发明的另一方面，本发明提供了一种利用上述装置产生宽带光辐射的方法，其特征在于，该方法是利用上述基于啁啾非线性晶体产生宽带光辐射的装置，将泵浦源所产生的泵浦光，经啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体与所述色散功能元件的共同作用，产生宽带光辐射；所述宽带光辐射的带宽不低于泵浦光的光谱带宽。

[0019] 通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于采用啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体作为非线性频率变换的功能组件(该晶体中不同位置处的周期长度不同，而不同的周期则对应不同波长处的相位匹配；当同步泵浦光参量振荡器中的泵浦源所产生的泵浦光经过该啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体时，将在该晶体的不同位置处产生不同的信号波长)，并利用谐振腔色散功能元件，能够产生带宽不低于泵浦光的光谱带宽的宽带光辐射，尤其可在中红外波段产生带宽超过1000nm的宽带光辐射。利用本发明中的装置及相应方法，其带宽范围可以通过二阶非线性晶体的啁啾设计进行控制，能够在实施准相位匹配的任意波段实现宽带光辐射。并且可进一步利用腔外的色散管理元件，腔外的色散管理元件用于压缩振荡器输出的啁啾脉冲，得到超短脉冲。

[0020] 利用本发明装置及方法产生的宽带光辐射为啁啾脉冲，对同步性要求低，因而稳定性好；由于采用了啁啾设计的准相位匹配二阶非线性晶体，可以同时实现高增益和大带宽，因而效率高，阈值低。

[0021] 在啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体两端分别设置的腔镜，可用于提供对信号光的正反馈并提供一定的色散，以减小谐振腔内净色散(此时，腔镜即作为色散功能元件)。进一步的，振荡器谐振腔中净色散应尽可能接近于零，以确保宽带光辐射的带宽。如果腔镜提供的色散无法补偿啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体所引入的色散时，本发明还可额外单独设置腔内色散管理元件(如棱镜对、光栅对等)，使得谐振腔内净色散接近零(此时，腔镜和腔内色散管理元件将同时作为色散功能元件)；当然，腔镜也可完全不作为色散功能元件(不提供任何色散)，通过设置腔内色散管理元件使得谐振腔内净色散接近零(此时，腔内色散管理元件将单独作为色散功能元件)。

[0022] 本发明通过使用啁啾设计的准相位匹配二阶非线性晶体，就能在光参量振荡器中，在泵浦脉冲宽度对于振荡脉冲宽度的限制下，获得脉冲宽度一定但光谱带宽远宽于泵浦带宽的啁啾脉冲光辐射。宽带的信号光在单谐振光参量振荡器中产生的机理如下：啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体由于其不同位置的周期长度不同，其对应的相位匹配的波长也不同，当泵浦脉冲经过时，就会在晶体的不同位置处产生不同的信号波长；由于产生的信号光在晶体中与泵浦光存在走离，这就导致了先产生的信号波长与后产生的信号波长在空间上不重合，因此产生的信号脉冲是一个啁啾脉冲；而振荡器总的净色散接近零时，产生的啁啾脉冲就能在振荡器内不断循环，维持稳定，从而实现宽带的光辐射。

[0023] 本发明通过设计啁啾周期的准相位匹配二阶非线性晶体，同时振荡器净色散控制在零附近，从而实现具有宽带光谱啁啾脉冲的产生。

[0024] 本发明与目前现有技术要使用光参量振荡器产生在中红外超过1000nm的宽带光辐射的主要三种方法进行比较，现有技术中的第一种方法是采用脉冲宽度仅数十飞秒的泵浦源泵浦短的二阶非线性晶体，该方法对泵浦源要求较高，且由于工作脉冲宽度仅数十飞秒，稳定性难以控制，而本发明由于采用了啁啾脉冲的形式，不需要采用脉冲宽度仅数十飞秒的脉冲进行泵浦，降低了对泵浦源要求，且工作脉冲为啁啾脉冲，系统稳定性得以显著提高；现有技术中的第二种方法是工作在简并模式下，此模式下泵浦波长须为产生波长的一半，因此该模式仅限于少数波段，本发明则无明显的波长限制，可以适用于所有能够采用准相位匹配晶体的波段；现有技术中的第三种方法是啁啾脉冲光参量振荡器，然而该模式需要引入额外的三阶非线性晶体作为腔内元件以及额外的聚焦腔，其结构相对复杂，本发明只需采用一块晶体，腔体结构得到了极大的简化。

[0025] 振荡器所产生的宽带光辐射为啁啾脉冲，其脉冲宽度近似等于所述二阶非线性晶体的起始周期所对应的相位匹配波长与泵浦波长在二阶非线性晶体中的群速度失配。本发明中泵浦光的脉冲宽度不小于啁啾脉冲的脉冲宽度。

[0026] 此外，啁啾脉冲可通过腔外的色散管理实现脉冲压缩，从而获得超短脉冲。对于腔外的色散管理组件，如棱镜对、光栅对、啁啾镜等，可以借鉴脉冲压缩的常规方法，如通过不断改变棱镜对、光栅对间隔或啁啾镜个数，对压缩后的脉冲宽度进行测量，最终获得接近转换极限的超短脉冲；这样，啁啾脉冲可通过腔外的色散管理元件进行脉冲压缩，从而获得对应于所产生宽带光谱的接近转换极限的超短脉冲。

[0027] 综上所述，不难看出，本发明中基于啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体的同步泵浦光参量振荡器产生宽带光辐射的装置及方法，利用同步泵浦光参量振荡器就能产生宽带光辐射，方法简单有效。

附图说明

[0028] 图1是本发明实施例1基于线性啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体的同步泵浦光参量振荡器的结构示意图。

[0029] 图2是本发明实施例1中所用线性啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体的极化周期分布图。

[0030] 图3是本发明实施例1所产生的宽带光辐射光谱图。

[0031] 图4是本发明实施例1所产生的啁啾脉冲以及其经过腔外色散管理后得到的超短脉冲时域分布图。

具体实施方式

[0032] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0033] 本发明总体来说，是通过设计啁啾周期的准相位匹配二阶非线性晶体，同时振荡器净色散控制在零附近，从而实现具有宽带光谱啁啾脉冲的产生。本发明中基于啁啾非线性晶体产生宽带光辐射的装置，在对各元件进行具体参数设置或设计时，可按以下步骤进行：

[0034] (1)根据所需宽带光辐射的中心波长，选择波长小于该中心波长的泵浦光以及能够对泵浦光、信号光和闲频光实现相位匹配并且透明的准相位匹配二阶非线性晶体。例如，如果该中心波长为1.5μm，则可选择1μm作为泵浦光，同时选择周期极化的铌酸锂晶体作为准相位匹配二阶非线性晶体。

[0035] (2)根据所需宽带光辐射的最长波长和最短波长，通过Λ＝1/(np/λp-ns/λs-ni/λi)(其中Λ代表准相位匹配对应的极化周期，n代表折射率，λ代表波长，下标p，s，i分别代表泵浦光、信号光和闲频光)确定对应的准相位匹配二阶非线性晶体的起始和终止极化周期长度；继而通过起始周期、终止周期以及晶体总长度按照一定规律(可线性增加或减小，也可非线性增加或减小，但符号与起始与终止周期斜率相同)确定出晶体起始和终止周期之间的准相位匹配周期长度；晶体总长度可根据实际情况确定，晶体越短，所需的泵浦源功率越高，脉冲宽度越短，可通过数值计算进行设计。

[0036] (3)所用泵浦脉冲的宽度应与步骤(2)中所确定的二阶非线性晶体的长度和所设计的起始周期相位匹配的波长相对应，即泵浦脉冲宽度应尽可能与终止周期相位匹配的波长与泵浦波长的群速度失配接近。

[0037] (4)振荡器中除准相位匹配二阶非线性晶体之外的总色散应尽可能补偿准相位匹配二阶非线性晶体的色散。

[0038] 振荡器中具体是采用在二阶非线性晶体两端分别设置腔镜，来构成谐振腔；腔镜可提供一定的色散，以减小谐振腔内净色散，使内净色散接近零，如果腔镜提供的色散无法补偿啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体所引入的色散时，本发明还可进一步设置腔内的色散管理元件(如棱镜对、光栅对、啁啾镜等；图1中未示出)，使得谐振腔内净色散接近零。

[0039] 当然，腔镜也可完全不作为色散功能元件(即不提供任何色散)，通过设置腔内色散管理元件使得谐振腔内净色散接近零(此时，腔内色散管理元件将单独作为色散功能元件)。

[0040] 进一步的，可以通过步骤：

[0041] (5)所产生的啁啾脉冲可通过腔外的色散管理实现脉冲压缩，从而获得超短脉冲。例如，可以借鉴脉冲压缩的常规方法，如通过不断改变棱镜对、光栅对间隔或啁啾镜个数，对压缩后的脉冲宽度进行测量，最终获得接近转换极限的超短脉冲；这样，啁啾脉冲可通过腔外的色散管理元件进行脉冲压缩，从而获得对应于所产生宽带光谱的接近转换极限的超短脉冲。

[0042] 实施例1：

[0043] 图1所示为本发明方法的示意图。本发明光参量振荡器的谐振腔内有啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体和腔镜。啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体为不同波长的信号光在不同晶体位置处提供增益，使其能够在腔内振荡；腔镜用于提供正反馈并提供一定的色散，如果腔镜提供的色散无法补偿该晶体所引入的色散，也可由其他色散管理元件，如棱镜对、光栅对等，对其进行补偿，以使腔内净色散接近于零。

[0044] 腔镜可提供一定的色散，由于腔镜镀膜的反射伴随着色散，可以通过计算优化腔镜引入的色散，从而可能实现对晶体色散的补偿。

[0045] 下面结合一个数值模拟的例子作具体说明。

[0046] 选用的准相位匹配二阶非线性晶体为周期极化的铌酸锂晶体。泵浦光来自锁模光纤激光器及放大器系统，中心波长为1058nm，脉冲宽度为230fs左右，重复频率为90MHz。晶体长度约为2毫米，其中心极化周期为28.11微米，啁啾斜率为2x107，其极化周期具体分布如图2所示。当泵浦功率为3W、腔内净二阶色散为180fs2时，得到的信号光和闲频光的光谱图如图3所示。此时，信号光光谱-30dB带宽为310nm，闲频光光谱-30dB带宽为1982nm。由于所产生的啁啾脉冲的啁啾特性是由于啁啾设计的准相位匹配二阶非线性晶体所引起的，通过腔外的色散管理就可以实现脉冲压缩，仿真中使用132mm的熔融石英材料，将原本半高全宽为344飞秒的啁啾脉冲压缩为仅28飞秒的超短脉冲。

[0047] 本发明通过在光参量振荡器中采用啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体，并控制腔内净色散接近零，可实现具有宽瞬时带宽光谱的啁啾脉冲输出，并且可通过腔外的色散管理实现超短脉冲，具有重要的潜在应用价值。

[0048] 除了上述实施例1中所采用的线性啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体外，同步泵浦光参量振荡器也可以采用非线性啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体；此时，同步泵浦光参量振荡器中的其他元件也可相似地进行设置。

[0049] 本发明通过在二阶非线性晶体两端分别设置腔镜构成谐振腔，谐振腔的具体结构可参考现有技术中的谐振腔进行设计，可以呈多样化结构。本发明额外设置的色散管理元件，可分为腔内色散管理元件和腔外色散管理元件两套，腔内色散管理元件用于补偿晶体引入的色散以起到控制腔内净色散的作用，腔外色散管理元件用于压缩振荡器输出的啁啾脉冲，得到超短脉冲；此外，腔内色散管理元件、腔外色散管理元件设置位置不同，但具体的元件可以相同，均可以包括棱镜对、光栅对或啁啾镜。

[0050] 本发明啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体(如线性或非线性啁啾周期设计的准相位匹配二阶非线性晶体)，可参考现有技术进行制备；啁啾相关特性参数的调控，也可参考现有技术进行；例如，可参考G.D.Miller,“Periodically poled lithium niobate:modelling,fabrication,and nonlinear-optical performance,”Ph.D.thesis(Stanford University,1998)。

[0051] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。