不同光源的光學相干層析成像系統(tǒng)比較

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1、萬方數(shù)據(jù)第17卷第4期量子電子學報V01．17No．42000年8月CHINESEJOURNALOFQUANTUMELECTRONICSAug．，2000不同光源的光學相干層析成像系統(tǒng)比較陳煒薛平袁韜諶(清華大學現(xiàn)代應用物理系單原子分子測控實驗室陳瓞延100084)摘要光學相干層析成像技術(shù)是一種新型的成像技術(shù)，由于相干性和實用性的特殊要求，系統(tǒng)需要光源具有較寬的頻譜寬度、輸出功率高、穩(wěn)定性好、易于耦合．超輻射發(fā)光二極管和超短脈沖飛秒激光是能滿足這些要求的理想光源．本文在建立上述兩種光源成像裝置的基礎上，對系統(tǒng)的橫向、縱向分辨率等基本性能

2、進行了測量；并對生物組織樣品的成像質(zhì)量進行了比較．關(guān)鍵詞光學相干層析，超輻射發(fā)光二極管，超短脈沖激光1引言光學相干層析(OpticalCoherenceTomography，簡稱OCT)[1】是一種新型的成像技術(shù)，由于它在生物醫(yī)學領域潛在的巨大應用，近年來發(fā)展極為迅速．OCT測量不需要接觸樣品，同時可以進行三維方向的掃描，不會破壞組織，這一技術(shù)的應用，使人們獲得了層析成像達微米量級的空間分辨率，而且能給出動態(tài)時間分辨圖像[2一，這是繼XCT、MRI技術(shù)以后，發(fā)展起來的一門新興的成像診斷技術(shù)．2實驗原理與方法2．1OCT工作原理OCT系統(tǒng)

3、的核心構(gòu)成是一個光纖化的邁克爾遜干涉儀．光源發(fā)出的弱相干光經(jīng)2x2的光纖耦合器后，分別進入放有反射鏡的參考端和放有被測樣品的信號端．反射鏡反射回來的光(參考光)與樣品的背向散射光(信號光)，經(jīng)光纖耦合器匯合產(chǎn)生干涉信號，被探測器探測，信號的強度反映樣品的散(反)射強度．只有來樣品某一特定深度的散射信號才能與參考光相干．層析分辨率是直接由光源的相干長度確定的．Fig．1SchematicdiagramofOCTsystem收稿日期t1999--07-26；修改日期t1999-12-03萬方數(shù)據(jù)第4期陳煒等：不同光源的光學相干層析成像系統(tǒng)比

4、較3612．2光源的選擇對于連續(xù)光源【41和脈沖光源[51，其層柝分辨率的表達式均為：△L：半基其中A為光源波長，△入為光譜半高寬度(FWHM)．可見波長越短、譜線越寬，則分辨率越高．由于這一特殊要求，需要光源具有較寬的頻譜寬度．目前OCT的應用前景在于醫(yī)學領域直接顯示．為了對人體體腔組織器官進行實時層析成像檢測，必須利用光纖傳輸信號、快速掃描成像，這些都要求光源輸出功率高、穩(wěn)定性好、易于耦合．同時，光在生物組織表面或淺層引起的散射，受到光波長及生物組織成分(如血液、色素等)的影響，各種組織對不同波長的光吸收有差別；另外，所有活體組織都

5、含有水．研究表明【6，7】：組織對近紅外光(～850肛m)波段的光吸收很小，散射是作用過程的主要機理。綜合考慮以上因素，并結(jié)合目前器件和激光器的實際情況，超輻射發(fā)光二極管和超短脈沖飛秒激光是能滿足這些要求的理想光源．超輻射發(fā)光二極管(SuperluminescentDiodes，簡稱SLD)是一種介于半導體發(fā)光二極管LED和激光二極管LD之間的半導體連續(xù)光源．它是同時利用自發(fā)發(fā)射和受激發(fā)射的器件，具有較大光譜寬度、較高的輸出功率和耦合效率、體積小、造價低，而且商業(yè)化程度很高．超短光脈沖激光器是最近幾十年興起的一種激光技術(shù)，它具有頻譜寬、

6、功率強等特點，將此光源用于OCT系統(tǒng)可以帶來的好處有：相干長度變得更短，縱向分辨率達到微米量級．3實驗結(jié)果與討論在開展OCT相關(guān)技術(shù)研究的基礎上，我們建立了國內(nèi)第一臺以超輻射發(fā)光二極管【n】和超短脈沖飛秒激光為光源的光纖化光學相干層析成像研究系統(tǒng)，本實驗采用的是EG&G公司生產(chǎn)的SLD，其中心波長為850rim、輸出功率為5mW、光譜寬度(FWHM)約為13nm；以及美國SpectraPhysicsLaser公司生產(chǎn)的半導體泵浦超快飛秒摻鈦藍寶石激光器，其平均輸出功率為750mW、脈寬小于80fs、重復頻率為82MHz、中心波長為850

7、nln．．鎣善重．量委Platformshiftdistancc]pm(b)Superluminescentdiodes(a)UltrashortpulselaserFig．2TheportraitresolutioncurveofOCT用一塊光柵常數(shù)逐步變化的光柵作為樣品，讓樣品探頭作二維掃描，可以得到系統(tǒng)的橫向1O0營目等高u暑jcg號uo毫衛(wèi)盞萬方數(shù)據(jù)lhluci·_?IⅣmt‘Il-t_Lcv。l?10n?H‘m?’々^目#E＆m．a(chǎn)W】n☆∞*№*m∞W％§‰nt4■m*■．日*mⅢ∞日*№W．E％“自#■$№m"*$IH≈十

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