不同光源的光学相干层析成像系统比较

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1、万方数据第17卷第4期量子电子学报V01．17No．42000年8月CHINESEJOURNALOFQUANTUMELECTRONICSAug．，2000不同光源的光学相干层析成像系统比较陈炜薛平袁韬谌(清华大学现代应用物理系单原子分子测控实验室陈瓞延100084)摘要光学相干层析成像技术是一种新型的成像技术，由于相干性和实用性的特殊要求，系统需要光源具有较宽的频谱宽度、输出功率高、稳定性好、易于耦合．超辐射发光二极管和超短脉冲飞秒激光是能满足这些要求的理想光源．本文在建立上述两种光源成像装置的基础上，对系统的横向、纵向分辨率等基本性能

2、进行了测量；并对生物组织样品的成像质量进行了比较．关键词光学相干层析，超辐射发光二极管，超短脉冲激光1引言光学相干层析(OpticalCoherenceTomography，简称OCT)[1】是一种新型的成像技术，由于它在生物医学领域潜在的巨大应用，近年来发展极为迅速．OCT测量不需要接触样品，同时可以进行三维方向的扫描，不会破坏组织，这一技术的应用，使人们获得了层析成像达微米量级的空间分辨率，而且能给出动态时间分辨图像[2一，这是继XCT、MRI技术以后，发展起来的一门新兴的成像诊断技术．2实验原理与方法2．1OCT工作原理OCT系统

3、的核心构成是一个光纤化的迈克尔逊干涉仪．光源发出的弱相干光经2x2的光纤耦合器后，分别进入放有反射镜的参考端和放有被测样品的信号端．反射镜反射回来的光(参考光)与样品的背向散射光(信号光)，经光纤耦合器汇合产生干涉信号，被探测器探测，信号的强度反映样品的散(反)射强度．只有来样品某一特定深度的散射信号才能与参考光相干．层析分辨率是直接由光源的相干长度确定的．Fig．1SchematicdiagramofOCTsystem收稿日期t1999--07-26；修改日期t1999-12-03万方数据第4期陈炜等：不同光源的光学相干层析成像系统比

4、较3612．2光源的选择对于连续光源【41和脉冲光源[51，其层柝分辨率的表达式均为：△L：半基其中A为光源波长，△入为光谱半高宽度(FWHM)．可见波长越短、谱线越宽，则分辨率越高．由于这一特殊要求，需要光源具有较宽的频谱宽度．目前OCT的应用前景在于医学领域直接显示．为了对人体体腔组织器官进行实时层析成像检测，必须利用光纤传输信号、快速扫描成像，这些都要求光源输出功率高、稳定性好、易于耦合．同时，光在生物组织表面或浅层引起的散射，受到光波长及生物组织成分(如血液、色素等)的影响，各种组织对不同波长的光吸收有差别；另外，所有活体组织都

5、含有水．研究表明【6，7】：组织对近红外光(～850肛m)波段的光吸收很小，散射是作用过程的主要机理。综合考虑以上因素，并结合目前器件和激光器的实际情况，超辐射发光二极管和超短脉冲飞秒激光是能满足这些要求的理想光源．超辐射发光二极管(SuperluminescentDiodes，简称SLD)是一种介于半导体发光二极管LED和激光二极管LD之间的半导体连续光源．它是同时利用自发发射和受激发射的器件，具有较大光谱宽度、较高的输出功率和耦合效率、体积小、造价低，而且商业化程度很高．超短光脉冲激光器是最近几十年兴起的一种激光技术，它具有频谱宽、

6、功率强等特点，将此光源用于OCT系统可以带来的好处有：相干长度变得更短，纵向分辨率达到微米量级．3实验结果与讨论在开展OCT相关技术研究的基础上，我们建立了国内第一台以超辐射发光二极管【n】和超短脉冲飞秒激光为光源的光纤化光学相干层析成像研究系统，本实验采用的是EG&G公司生产的SLD，其中心波长为850rim、输出功率为5mW、光谱宽度(FWHM)约为13nm；以及美国SpectraPhysicsLaser公司生产的半导体泵浦超快飞秒掺钛蓝宝石激光器，其平均输出功率为750mW、脉宽小于80fs、重复频率为82MHz、中心波长为850

7、nln．．蓥善重．量委Platformshiftdistancc]pm(b)Superluminescentdiodes(a)UltrashortpulselaserFig．2TheportraitresolutioncurveofOCT用一块光栅常数逐步变化的光栅作为样品，让样品探头作二维扫描，可以得到系统的横向1O0营目等高u暑jcg号uo毫卫盏万方数据lhluci·_⋯IⅣmt‘Il-t_Lcv。l⋯10n⋯H‘m⋯’々^目#E＆m．aW】n☆∞*№*m∞W％§‰nt4■m*■．日*mⅢ∞日*№W．E％“自#■$№m"*$IH≈十

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