光学相干断层成像技术制造技术

提供一种光学相干断层成像的技术。在该技术的装置方面，装置（100b）包括发光器（110）、色散介质（120）、光耦合器（130）和检测器（140）。发光器适于产生相干光的一系列输入脉冲（202，204，206），该系列输入脉冲中的每个输入脉冲具有一输入脉冲宽度（τ0）。色散介质具有光耦合至发光器的输入（122）和用于输出脉冲（302，304，306）的输出（124）。色散介质适于通过色度色散将输入脉冲宽度展宽至每个输出脉冲的输出脉冲宽度（τp）。光耦合器适于将来自输出处的输出脉冲耦合至参考臂（160）和样本臂（170）中。该光耦合器还适于将从参考臂返回的光和从样本臂返回的光叠加。检测器适于以输出脉冲宽度的一片段（δt门）的时间分辨率检测叠加后的光的干涉的强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学相干断层成像技术
本申请涉及一种用于光学相干断层成像(OCT)的技术。更为具体地(非限制性地)，本申请涉及一种包括脉冲展宽的扫频光源的针对OCT的装置和一种使用脉冲展宽的宽频光源执行OCT的方法。
技术介绍
光学相干断层成像(OCT)是一种非侵入性的且通常为非接触式的成像技术。具有确定的相干长度的光被辐射在一样本上，该样本反射或重新发射具有不同的穿透深度的光，其按照光的相位对信息进行编码。来自样本的光与参考分支的相干光相叠加。传统的OCT系统在机械参考分支中使用可移动的反射镜，以得到光学长度可变的参考分支。现代的OCT系统使用傅里叶域OCT(FD-OCT)。OCT系统的性能可由其轴向分辨率和/或其轴向扫描深度来特征化。在一些现有的OCT系统中，轴向分辨率或轴向扫描深度可由OCT系统的特征所限制。例如，使用频谱域OCT(SD-OCT，为FD-OCT的一种情况)的OCT系统可具有受光谱仪的频谱分辨率限制的轴向扫描深度。再如，使用扫频光源OCT(SS-OCT，为FD-OCT的另一种情况)的OCT系统可具有主要受扫频光源的瞬时线宽δλ限制的轴向扫描深度。另外，使用FD-OCT的OCT系统可具有无法独立于其轴向扫描深度而调节的轴向分辨率。例如，对于检测器的给定频谱分辨率或时间分辨率，扫描深度Δzmax可正比于轴向分辨率δzmin。此外，SS-OCT系统可具有较低的轴向分辨率，因为其扫频光源在整个频谱带宽Δλ(也被称为调谐范围)上是可调谐的，该频谱带宽Δλ比可用于不进行光源调谐的SD-OCT的光源的全带宽Δλ窄。
技术实现思路
需要一种至少在某些情况下，改善轴向分辨率和/或扫描深度的限制的光学相干断层成像技术。根据一个方面，提供根据权利要求1所述的一种用于光学相干断层成像或OCT的装置。该装置包括：发光器，其用于产生一系列输入相干光脉冲，该一系列输入相干光脉冲中的每个输入脉冲具有一输入脉冲宽度；色散介质，其具有光耦合至发光器的输入和用于输出脉冲的输出，其中，该色散介质用于通过色散将输入脉冲宽度展宽至每个输出脉冲的输出脉冲宽度；光耦合器，其用于将来自输出处的输出脉冲耦合至参考臂和样本臂中，并用于将从参考臂返回的光和从样本臂返回的光叠加；检测器，其用于以输出脉冲宽度的一片段的时间分辨率检测叠加后的光的干涉强度。该一系列输入相干光脉冲中的每个输入脉冲可具有全带宽Δλ，该全带宽也被称为输入频谱范围。光耦合器可为分束器，如基于光纤的分束器或自由空间分束器。输出脉冲宽度的片段(fraction)可被表示为δt门。本文所使用的术语“光”可包括(真空)波长范围在600nm到1500nm内的电磁波，优选地，可包括波长范围在650nm到1050nm内、或在850nm到1250nm内、或在1100nm到1500nm内的电磁波。一些实施例可允许通过改变与发光器相关的参数(如，发光器的带宽，也称为输入频谱范围)来改变OCT的轴向分辨率。相同的或一些其他的实施例可允许通过改变与色散介质相关的参数(如，色散介质的一个或多个色散参数、色散介质中的光传播路径的长度和方向)和/或与检测器相关的参数(如，片段的持续时间)来改变OCT的轴向扫描深度。此外，在一些实施例中，轴向分辨率和轴向扫描深度为可独立改变的。在某些实施例中，光谱仪和/或大范围地可调谐的发光器(如，在全带宽Δλ上是可调谐的)同时具备产生窄到可忽略的瞬时带宽(还可被表示为符号δλ)的能力。所述系列中的每个输入脉冲或该整个系列可具有至少基本上不依赖于时间的输入频谱范围。替代性地或作为补充，所述系列中的每个输入脉冲或该整个系列可具有至少基本上不依赖于时间的输入中心波长。每个输出脉冲可具有至少基本上对应于输入频谱范围的时间平均的频谱范围。每个输出脉冲可具有瞬时输出峰值波长(也表示为符号λ(t))。瞬时输出峰值波长可依赖于时间和/或对于输出脉冲宽度的不同片段而各异。瞬时输出峰值波长可(在对应于输出脉冲宽度的时段上)单调地随时间改变。替代性地或作为补充，每个输出脉冲可具有瞬时输出频谱范围(也表示为符号δλ)。瞬时输出频谱范围也被称为瞬时带宽、瞬时线宽或瞬时输出频谱间隔。瞬时输出频谱范围可依赖于时间和/或对于输出脉冲宽度的不同片段而各异。瞬时输出频谱范围可(在对应于输出脉冲宽度的时段上)单调地随时间改变。输入频谱范围可为比瞬时输出频谱范围中的一个或每个瞬时输出频谱范围宽若干倍。色散介质可包括光纤或波导。波导可包括光栅结构，如色散布拉格光栅(DBG)。光纤可包括光栅结构，如啁啾光纤布拉格光栅(啁啾FBG)。色散介质中的光传播路径基本上可为直的。替代性地或作为补充，该光传播路径可为折叠的。折叠路径可包括介质的界面或边界处的反射。色散介质中从输入到输出的光传播路径至少可为1km和/或长达10km、长达60km或长达100km(例如，在光纤中)。此外，路径可具有至少1cm或2cm的长度和/或长达20cm或50cm的长度(例如，在波导或布拉格晶体中)。输入脉冲可沿传播路径在频谱上扩展。频谱扩展可使波长与输出时间相关。输出脉冲的瞬时输出峰值波长可与输出时间相关。可相对于发光器的输入脉冲产生时间来定义输出时间。输出时间可在波长λ上为线性的或在波数上为线性的：色散介质可包括沿光传播路径位于不同位置的多个抽头。装置可进一步包括光开关，该光开关适于选择性地将发光器耦合至所述抽头中作为输入的一个抽头。替代性地或作为补充，光开关可适于选择性地将所述抽头中作为输出的一个抽头耦合至光耦合器。色散介质的色度色散可为线性色散。即，色散参数可基本上不依赖于输入频谱范围中的波长或在波数上为线性的，k＝2π/λ。色散可为群速度色散。色散介质的色散参数可大于或等于10000ps/(km·nm)，优选地约为13200ps/(km·nm)或更大。色散参数可与介质的折射率关于波长的二次导数成比例。色散可为正的。正的色散可对应于一负的色散参数。输出脉冲中的长波长可在时间上先于输出脉冲中的短波长。色散介质可先输出每个输出脉冲中的长波长。每个输出脉冲的峰值瞬时波长可从长波长到短波长进行扫频(即，正的“啁啾”)。输入脉冲可为无啁啾的。输出脉冲可为上啁啾(在正色散的情况下)。或者，输出脉冲可为下啁啾(在负色散的情况下)。装置可进一步包括场发生器，该场发生器适于产生外部场。该外部场可作用于色散介质上。介质的色散参数由外部场的强度来控制或可由外部场的强度控制。色散介质可不同于发光器的增益介质。色散介质可在发光器的增益介质之外。检测器可检测依赖于时间的瞬时输出峰值波长(λ(t))和依赖于时间的瞬时输出频谱范围(λ(t)-δλ/2...λ(t)+δλ/2)中至少一者的强度。检测器可进一步适于对多个连续片段的强度进行采样。在相应片段上检测到的每个强度无需在频谱上解析。多个被采样的片段可基本上覆盖输出脉冲宽度或对应于输出脉冲宽度的时段。色散介质可被配置为提供输出脉冲。该输出脉冲可具有瞬时输出峰值波数k(t)，其作为时间的函数而变化。瞬时输出峰值波数k(t)可随时间线性地变化。输出脉冲可具有“啁啾”，其在波长λ(t)上为非线性的和/或在k(t)上为线性的(也被称为“随k线性变化的啁啾”)。在波数上为线性的啁啾可由光子晶体光纤(PCF)来提供。检测器可用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光学相干断层成像或OCT的装置（100a；100b；100c），所述装置包括：发光器（110），适于产生相干光的一系列输入脉冲（202，204，206），该系列输入脉冲中的每个输入脉冲具有一输入脉冲宽度（τ0）；色散介质（120），具有光耦合至所述发光器的输入（122）和用于输出脉冲（302，304，306）的输出（124），其中，所述色散介质适于通过色度色散将输入脉冲宽度（τ0）展宽至每个所述输出脉冲的输出脉冲宽度（τp）；光耦合器（130），适于将来自所述输出处的所述输出脉冲耦合至参考臂（160）和样本臂（170）中，并适于将从所述参考臂返回的光和从所述样本臂返回的光叠加；以及检测器（140），适于以所述输出脉冲宽度（τp）的一片段（δt门）的时间分辨率检测叠加后的光的干涉的强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于光学相干断层成像或OCT的装置(100a；100b；100c)，所述装置包括：发光器(110)，适于产生相干光的一系列输入脉冲(202，204，206)，所述一系列输入脉冲中的每个输入脉冲具有一输入脉冲宽度(τ0)；色散介质(120)，具有光耦合至所述发光器的输入(122)和用于输出脉冲(302，304，306)的输出(124)，其中，所述色散介质适于通过色度色散将输入脉冲宽度(τ0)展宽至每个所述输出脉冲的输出脉冲宽度(τp)，所述色散介质包括位于沿所述色散介质的长度的不同位置处的多个抽头以提供不同色散；光耦合器(130)，适于将来自所述输出处的所述输出脉冲耦合至参考臂(160)和样本臂(170)中，并适于将从所述参考臂返回的光和从所述样本臂返回的光叠加；光开关，所述光开关适于选择性地将所述发光器耦合到所述抽头中作为输入的一个抽头或适于选择性地将所述抽头中作为输出的一个抽头耦合到所述光耦合器；以及检测器(140)，适于以所述输出脉冲宽度(τp)的一片段(δt门)的时间分辨率检测叠加后的光的干涉的强度。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述一系列输入脉冲中的每个输入脉冲具有至少基本上不依赖于时间的输入频谱范围(Aλ)和/或至少基本上不依赖于时间的输入中心波长(λ0)。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述每个输出脉冲具有依赖于时间的瞬时输出峰值波长(λ(t))和依赖于时间的瞬时输出频谱范围中的至少一者。4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述输入频谱范围(Δλ)比所述瞬时输出频谱范围宽若干倍。5.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的装置，其中，所述色散介质(120)包括光纤。6.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的装置，其中，在所述色散介质中从所述输入到所述输出的光传播的路程(L)大于1km和/或小于10km或20km。7.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其中，所述色散介质(120)的色散参数(D)大于10000ps/(km·nm)。8.根据权利要求7所述的装置，进一步包括场发生器，所述场发生器适于产生作用于所述色散介质的外部场，其中，所述色散介质的所述色散参数(D)由所述外部场来控制。9.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其中，所述检测器(140)进...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯·沃格勒，亨宁·威斯维，
申请(专利权)人：威孚莱有限公司，
类型：发明
国别省市：无