一种集成光电子空分复用光学相干层析成像光波导芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种集成光电子空分复用光学相干层析成像光波导芯片。空分复用光学相干层析成像是近年来发展起来的一种并行OCT高速成像方法，该技术能够显著提高OCT成像速度。本发明专利技术公开一种基于集成光电子技术的空分复用光学相干层析成像光波导芯片，使用该光波导芯片可以精确控制空分复用各通道间距及各通道间光程差来实现精准定量控制空分复用各通道扫描位置分布及光延迟，简化空分复用OCT成像系统搭建并且提高光利用效率，降低光损耗。降低光损耗。降低光损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种集成光电子空分复用光学相干层析成像光波导芯片


[0001]本专利技术涉及一种集成光电子空分复用光学相干层析成像光波导芯片，具体涉及一种基于集成光电子技术的空分复用光学相干层析成像光波导芯片。

技术介绍

[0002]光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，OCT)能够对生物组织和材料进行高分辨率、无创的层析成像。OCT成像速度，用每秒的线扫描次数(A
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scans/s)表征。在谱域OCT和扫频源OCT中分别受到的线扫描相机的线速度和激光扫描速率的限制。谱域OCT使用线阵传感器，成像速度慢。扫频OCT使用点传感器具有相对较快的成像速度。最近，许多提高OCT成像速度的方法被提出。其中，一种方法通过开发高速线扫描相机或高扫频速率可调谐激光器，使用傅里叶锁模(Fourier
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domain mode
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locking，FDML)激光技术实现了5.2MHz的扫描速率。然而，随着线扫描速率的增加，每个成像点的停留时间会按比例减少，从而导致系统灵敏度显着降低。一般来说，每次线扫描的采样点数量随着线扫描速率的增加而减少。对于扫频激光器，当激光扫频速率增加时，波长扫频范围通常会受到影响，从而降低OCT的轴向分辨率。另一种方法是使用并行检测通道来提高OCT成像速度。利用多个光束同时对样品的不同部分成像，以实现高成像速度。空分复用光学相干层析成像(Space
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division multiplexing optical coherence tomography,SDM
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OCT)是近年来发展起来的一种并行OCT成像方法，该技术能够显著提高OCT成像速度。然而，基于光纤光学的空分复用OCT系统需要进行定制光纤组件的组装并控制每个通道的光延迟，操作繁琐容易产生较大误差且成本较高。本专利技术提出一种集成光电子空分复用光学相干层析成像光波导芯片，该芯片可实现以高精度和低单位成本制造。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种集成光电子空分复用光学相干层析成像光波导芯片的设计方案。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0005]在本专利技术设计的集成光电子空分复用光学相干层析成像光波导芯片中，参考臂和样品臂光束被分成多个通道，每个通道中有不同的光延迟，以便产生可同时检测的多路干涉信号。使用多光束对样品的不同部分成像，成像速度增加倍率等于分光光束数量。
[0006]下面介绍本专利技术的主要理论原理。我们首先介绍了空分复用光学相干层析系统的一种可以实现的配置，然后介绍了本专利技术的空分复用光学相干层析光波导设计。
[0007]空分复用光学相干层析技术的关键是使用多个成像光束同时对样本进行OCT成像，每个光束具有不同的光学延迟。在基于光纤组件的空分复用光学相干层析系统中，是通过使用平面光波分路器和光纤阵列实现的。来自不同样本位置的返回信号在平面光波分路器处合并，并与来自参考臂的光产生干涉。利用单个探测器和高速数据采集卡同时记录所有光束的干涉信号。由于每个光束都经过光学延迟，因此不同位置的信号在不同的频率范
围内呈现即成像深度。由于所有光束都是一起扫描的，因此采用了多个样本位置的同步成像。该技术允许从多个采样点进行并行成像，因此将OCT轴向扫描速率提高了相当于同时使用的光束数的倍率。
[0008]基于芯片的空分复用光学相干层析系统用集成光子芯片所取代了基于光纤的空分复用光学相干层析系统中的光纤组件，包括平面光分路器和具有不同光延迟的光纤阵列。在本专利技术设计的空分复用光学相干层析集成光子芯片中，OCT样本臂和参考臂的入射光束通过光纤耦合到芯片中。使用1
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2分光器的三层级联将入射光从1束分到8束，在第二级级联处将样本臂与参考臂的四路波导相连，使得来自参考臂和样本臂的光束可以在参考臂第二级级联的四路波导中发生干涉。每束光在一个单独的波导通道中传输。通过为每个波导通道设置不同的长度来增加光延迟，波导中的物理长度差约为2.5mm，相邻通道之间在空气中的物理长度差约为3.7mm。输出间距设置为250μm，以最小化通道之间的串扰。波导芯片的输出经过8
°
角抛光，以减少背面反射。
[0009]本专利技术的有益效果是，本专利技术提出的集成光电子空分复用光学相干层析成像光波导芯片相较于光纤搭建的系统，具有三大优势：首先，所提出的集成光电子空分复用光学相干层析成像光波导芯片可以精确控制空分复用各通道间距及各通道间光程差来实现精准定量控制空分复用各通道扫描位置分布及光延迟。并且，所提出的光波导芯片设计方案可简化系统搭建，相较于基于光纤搭建的系统具有极大的简化效果；所提出的光波导芯片设计方案能够提高光利用效率，降低光损耗。
附图说明
[0010]图1为本专利技术空分复用光学相干层析系统示意图；
[0011]图2为本专利技术空分复用光学相干层析集成光子芯片波导设计示意图；
具体实施方式
[0012]下面将结合实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0013]参阅图1提供本专利技术的一种实施方式：
[0014]下面简述了一个基于集成光子芯片的空分复用光学相干层析系统，其示意图如图1所示。高速OCT系统的样本臂和参考臂输入分别通过光纤耦合进入集成光子芯片的样本臂输入接口和参考臂输入接口，在集成光子芯片中实现了对输入光的空分复用以及多束样本臂与参考臂光束的干涉。集成光子芯片的样本臂多光束输出端输出多束等物理间隔且具有等光学延迟的扫描光束，由透镜和二维扫描振镜对样本进行扫描成像，反射光回到集成光子芯片的样本臂多光束输出端。集成光子芯片干涉仪输出端输出的光束经透镜和准直镜耦合到光纤中，被光探测器探测，经过计算机处理后实现高速OCT成像。
[0015]图2为本专利技术的空分复用光学相干层析集成光子芯片内部光波导设计。OCT样本臂和参考臂的入射光束通过光纤耦合到芯片中，进入对称的1
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2分光器的三层级联结构。使用1
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2分光器的三层级联将入射光从1束分到8束，在第二级级联处将样本臂与参考臂的四
路波导相连，波导如图2所示。其中，样本臂部分的空分复用光学相干层析集成光子芯片波导内部1
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2分光器三层级联结构设计由标有级联层数的虚线及虚线框在图2中标出。如图2所示的多层级联1
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2分光器将一束入射光分为八束相邻光束间具有等物理间距及等光学延迟差的八束出射光。第一层级联包含一个1
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2分光器，将一束入射光分为两束具有相同光程差的出射光。第二层级联包含两个1
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2分光器，将经由第一层级联分光器分出的两束入射光束分为四束具有相同光程差的出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成光电子空分复用光学相干层析成像光波导芯片，其特征在于，包括：空分复用光学相干层析系统中集成光子器件的光波导设计结构，由参考臂和样本臂中1
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2分光器的三层级联结构以及参考臂与样本臂1
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2分光器第二层级联间波导连接结构构成；其中，在样本臂结构中，样本臂入射光通过光纤耦合进入芯片样本臂输入接口，入射光被三层级联的1
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2分光器分为八束具有相等物理间隔以及光延迟差的光束，对样本进行同时采样；在参考臂结构中，参考臂入射光通过光纤耦合进入芯片参考臂输入接口，入射光被三层级联的分光器分为八束具有相等物理间隔以及光延迟差...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪光明，仲俊鸣，刘永，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：