光电干涉检测技术与系统

现代光电干涉检测技术与系统

——多参数OCT 系统方向

现代光电干涉检测技术是光干涉理论和现代光电检测技术、信号处理技术、计算机技术和自动控制原理的综合应用。激光的出现开创了光干涉检测技术飞速发展的新时代，激光干涉测量被广泛地应用于长度、角度、微观形貌、光谱等领域。现代光电干涉检测技术正朝着以下几个方向发展：所用光源涵盖了从微光到紫外的所有波段；探测器探测灵敏度和响应度也有了极大的提高；在信号处理方面，在适应环境、消除噪声、误差修正处理、测量数据速度和可靠性等方面有明显提高；光学系统的集成和小型化有明显进展。

其中，OCT （光学相干层析成像）技术具有高分辨率、无介入、无损伤等优点，其分辨率可高达1-10μm ，更被称为“光学活检”，体现了超越传统五大医学成像技术的优势，在医学成像领域有着广阔的发展前景。

传统OCT 系统无法测定光学材料的偏振效应和双折射性质，因而限制了其应用范围。多参数光学相干层析技术是偏振OCT 的一个分支，它利用偏振光成像，在继承了传统OCT 优点的同时，还具有可检测样品的背散射率、双折射率、光轴分布、折射率、厚度等多种参数的特点，是一种具有广泛应用前景的医学诊断技术。

由于多参数OCT 以提取样品的多种参数为目标，因此其数据处理系统不仅需要对干涉电信号进行放大、解调、滤波等处理，还需要针对不同特性参数设计合适的提取算法，有效、精确地获取样品各类参数分布，以作为进一步形成图像显示的基础。因此，设计高效的数据处理系统，是研制多参数OCT 的重要环节。 在实际实现阶段，全光纤型偏振OCT 较空间型偏振OCT 器件发挥了更加优良的作用，为方便调整光路，前者的系统光路采用保偏光纤连接，这就使得各光学元器件的光轴无需必在同一水平线上。同时，最终成品总器件体积更小，更便于发展成为便携式装置。 光电探测器C 宽带光源SLD A/D 光电探测器A A/D A/D 光电探测器B

He-Ne 激光器起偏器光纤偏振开关

1×2耦合器

2×2耦合器

2×2耦合器放大、滤波放大、滤波放大、滤波准直器偏振分束器偏振

控制器FPGA USB 计算机

光路A 光路C

样品台X

准直器

偏振

控制器Y 光学快速扫描延迟线固定反射镜

光路B

全光纤化多参数OCT 光路结构如上图所示。宽带光源SLD 发出低相干近似自然光，经过起偏器后，变成线偏振光，光纤偏振开关可改变光的偏振态（水平、垂直）。同时还有一路He-Ne 激光器发出的红光作为光路调节的参考辅助光。二者经过一个1×2耦合器后进入2×2光纤分束器，分成两束，80%进入样品臂（光路B ）和参考臂（光路C ）的综合光路，20%进入基准臂（光路A ）。在样品臂和参考臂的综合光路中，利用光学快速扫描延迟线（RSOD ）对参考臂实现纵向扫描，并使用电动光学延迟线对参考臂和样品臂之间微小光程差进行补偿，保证光点在样品上准确定位；利用步进电机控制样品台的横向移动从而实现样品组织的横向移动。由于系统中拥有两个2×2光纤分束器，基准光与参考光形成的干涉信号、样品光与参考光形成的干涉信号的一个分量先后被光电探测器C 所接收并转化为电信号；同时样品光和参考光反射后形成的干涉信号被偏振分束器分解为水平偏振光和垂直偏振光，分别被两个光电探测器（探测器A 和探测器B ）所接收，转换为电信号。这样，三路信号进入后端电路处理模块。本系统将RSOD 的纵向扫描与样品台的横向移动相结合，得到样品二维断层图像。

该系统可用于检测样品厚度d S 、群折射率n group 、相位延迟δ、样品光轴方向φ、 group e n )(

、group o n )( 、group n 等，从而确定病患体内病灶的多种参数信息，能够更好地对患处进行成像。

参考文献

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