用于頻域oct系統(tǒng)的光譜儀的制作方法
【專利摘要】一種用于頻域OCT系統(tǒng)的光譜儀，其結(jié)構(gòu)包括單模光纖、消色差透鏡、閃耀光柵、光電探測器和光譜儀底板，單模光纖、消色差透鏡、閃耀光柵和光電探測器均固定在光譜儀底板上。OCT系統(tǒng)的干涉光輸入至單模光纖，單模光纖的輸出光經(jīng)消色差透鏡準直后照射至閃耀光柵上，衍射光柵的一級衍射光經(jīng)同一消色差透鏡聚焦后由光電探測器探測。本實用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，利用一個消色差透鏡同時實現(xiàn)入射光的準直與衍射光柵一級衍射光的聚焦，有利于頻域OCT系統(tǒng)的小型化。
【專利說明】用于頻域OCT系統(tǒng)的光譜儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及光譜儀，特別是一種用于頻域OCT系統(tǒng)的光譜儀。

【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)相干層析成像(Optical Coherence Tomography, OCT)是一種基于低相干光干涉術(shù)的非侵入高分辨層析成像技術(shù)，在活體生物組織成像、亞表面無損檢測等領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用。時域OCT是最早提出來的OCT技術(shù)，而之后發(fā)展起來的頻域0CT，相對于時域OCT在成像速度和靈敏度方面有較大優(yōu)勢，是OCT技術(shù)的發(fā)展方向。頻域OCT系統(tǒng)與時域OCT系統(tǒng)都是基于低相干光干涉原理，不同之處在于干涉信號的探測方式上:時域OCT在時間域探測干涉信號，而頻域OCT則利用光譜儀代替時域OCT的點光電探測器，在頻域探測干涉信號的光譜。在頻域OCT系統(tǒng)中，參考臂和探測臂的干涉光信號準直后入射到光柵上，經(jīng)光柵衍射后被一物鏡聚焦在線陣光電探測器，得到信號的干涉譜；通過對干涉譜做逆傅立葉變換可以得到被測樣品深度分辨的反射率信息。
[0003]由于頻域OCT技術(shù)利用光譜儀代替點光電探測器，相對于時域OCT技術(shù)減少了一維掃描，具有更高的成像速度。當(dāng)前的超快頻域OCT系統(tǒng)的成像速度比最快的時域OCT系統(tǒng)的成像速度要高出兩個數(shù)量級。頻域OCT技術(shù)使得實時三維組織成像真正成為了可能，這是其相對于時域OCT最重要的優(yōu)勢。
[0004]頻域OCT技術(shù)首先在眼科疾病的診斷中得到應(yīng)用，隨著系統(tǒng)性能的不斷提高和各種功能性O(shè)CT技術(shù)的發(fā)展，頻域OCT技術(shù)的應(yīng)用也更加廣泛，目前已被廣泛應(yīng)用于眼科、腸胃科、心血管、牙科和皮膚科疾病的檢測。而各種臨床應(yīng)用也對頻域OCT系統(tǒng)提出了越來越高的要求，其中就包括系統(tǒng)及其儀器化后的小型化與便攜式，尤其在眼科等成熟的臨床應(yīng)用領(lǐng)域，希望OCT儀器能夠小型化至便攜的手持式。
[0005]但在目前頻域OCT系統(tǒng)的光譜儀中，OCT的干涉信號首先經(jīng)過一個準直鏡準直后入射至衍射光柵，經(jīng)光柵衍射后的再由聚焦鏡聚焦至CCD等線陣光電探測器上，實現(xiàn)干涉譜探測。在該種結(jié)構(gòu)的光譜儀中，入射光束的準直與衍射光束的聚焦分別使用準直鏡和聚焦鏡實現(xiàn)，入射光束準直與衍射光束聚焦為分立的兩個光路，光路較長，不利于小型化，不利于OCT儀器的緊湊與便攜化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的在于提供一種用于頻域OCT系統(tǒng)的光譜儀，該光譜儀結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，利用一個消色差透鏡同時實現(xiàn)入射光的準直與衍射光柵衍射光的聚焦，有利于頻域OCT系統(tǒng)的小型化與便攜化。
[0007]本實用新型的技術(shù)解決方案如下:
[0008]一種用于頻域OCT系統(tǒng)的光譜儀，其結(jié)構(gòu)包括單模光纖、消色差透鏡、閃耀光柵、光電探測器和光譜儀底板；0CT系統(tǒng)的干涉光輸入至單模光纖，單模光纖的輸出光經(jīng)消色差透鏡準直后的準直光束照射至閃耀光柵上，閃耀光柵的一級衍射光經(jīng)消色差透鏡聚焦后的聚焦光束由光電探測器探測；所述的單模光纖、消色差透鏡、閃耀光柵和光電探測器均固定在光譜儀底板上。
[0009]所述的單模光纖輸出端口的輸出端面位于消色差透鏡的前焦點，且輸出端口為PC或APC接頭。
[0010]所述的閃耀光柵的閃耀角度為Y度，且閃耀光柵的刻線方向平行于光譜儀底板所在平面與閃耀光柵所在平面的交線。
[0011]所述的閃耀光柵在底板上位置的確定如下:首先使光譜儀底板所在平面與閃耀光柵所在平面的夾角等于(90-Y )度，即閃耀光柵上入射光的入射角與衍射角相等；然后以在閃耀光柵的平面內(nèi)經(jīng)過閃耀光柵中心的與閃耀光柵的刻線方向垂直的直線為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)閃耀光柵Θ角度，以使得一級衍射光與照射至閃耀光柵上的準直光束分開，其中Θ小于5度。
[0012]所述的光電探測器的光敏面位于閃耀光柵的一級衍射光經(jīng)消色差透鏡聚焦后的焦平面上。
[0013]所述的光電探測器為線陣CCD、線陣CMOS線陣光電探測器件。
[0014]本實用新型與在先技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和積極效果:
[0015]1、本實用新型利用一個消色差透鏡同時實現(xiàn)入射光的準直與衍射光柵一級衍射光的聚焦，與OCT系統(tǒng)中常用的光譜儀結(jié)構(gòu)相比，省去了一個用于光束聚焦的消色差透鏡。
[0016]2、本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)緊湊型光譜儀，有利于頻域OCT系統(tǒng)的小型化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型用于頻域OCT系統(tǒng)的光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本實用新型用于頻域OCT系統(tǒng)的光譜儀所在的OCT系統(tǒng)示意圖。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本實用新型的保護范圍。
[0020]本實用新型用于頻域OCT系統(tǒng)的光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。由圖可見，本實用新型用于頻域OCT系統(tǒng)的光譜儀，其結(jié)構(gòu)包括單模光纖1、消色差透鏡2、閃耀光柵3、光電探測器4和光譜儀底板5 ；0CT系統(tǒng)的干涉光輸入至單模光纖1，單模光纖I的輸出光6經(jīng)消色差透鏡2準直后的準直光束7照射至閃耀光柵3上，閃耀光柵3的一級衍射光8經(jīng)消色差透鏡2聚焦后的聚焦光束9由光電探測器4探測；單模光纖1、消色差透鏡2、閃耀光柵3和光電探測器4均固定在光譜儀底板5上。
[0021]所述的單模光纖I輸出端口的輸出端面位于消色差透鏡2的前焦點，且輸出端口為PC或APC接頭。
[0022]所述的閃耀光柵3的閃耀角度為Y度，且閃耀光柵3的刻線方向平行于光譜儀底板5所在平面與閃耀光柵3所在平面的交線。
[0023]所述的閃耀光柵3在底板5上位置的確定如下:首先使光譜儀底板5所在平面與閃耀光柵3所在平面的夾角等于(90-Y )度，即閃耀光柵3上入射光的入射角與衍射角相等；然后以在閃耀光柵3的平面內(nèi)經(jīng)過閃耀光柵3中心的與閃耀光柵3的刻線方向垂直的直線為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)閃耀光柵3角度Θ ,以使得一級衍射光8與照射至閃耀光柵上的準直光束7分開，其中Θ小于5度。
[0024]所述的光電探測器4的光敏面位于閃耀光柵3的一級衍射光經(jīng)消色差透鏡2聚焦后的焦平面上。
[0025]所述的光電探測器4為線陣(XD、線陣CMOS線陣光電探測器件。
[0026]如圖2所示的頻域OCT系統(tǒng)，寬帶光源11發(fā)出的光輸入至光纖耦合器12的端口12a,光纖f禹合器12輸出的兩路光分別輸入至參考臂和樣品臂:端口 12b輸出的光輸入至參考臂，經(jīng)偏振控制器13后輸出至準直透鏡14，經(jīng)準直透鏡14準直后由反射鏡15反射，并返回至透鏡14和偏振控制器13，再次由進入光纖耦合器12的端口 12b;端口 12c輸出的光輸入至樣品臂，經(jīng)透鏡16準直后，由掃描振鏡17反射至聚焦透鏡18，光束聚焦后入射至樣品19，由樣品19反射的光束依次經(jīng)過透鏡18、掃描振鏡17和透鏡16，再次進入至光纖耦合器12的端口 12c。由光纖I禹合器12的端口 12d輸出的干涉信號輸入至本實用新型的用于頻域OCT系統(tǒng)的緊湊型光譜儀的單模光纖I中，光電探測器4輸出的電信號由計算機20采集，經(jīng)處理后得到樣品19的層析結(jié)構(gòu)圖像。
[0027]寬帶光源11的中心波長為830nm，帶寬為± 1nm ;寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)50/50光纖耦合器分別射入?yún)⒖急叟c樣品臂。參考臂端光纖輸出的光經(jīng)準直后照射在參考鏡上。樣品臂光纖輸出的光經(jīng)準直后通過振鏡，被物鏡聚焦在樣品上。振鏡的轉(zhuǎn)軸軸心位于物鏡的前焦面形成近似遠心光路，保證在掃描樣品時不引入額外的相移。參考鏡與樣品返回的散射光重新被耦合進光纖，并通過光纖耦合器的輸出端連接至本實用新型的用于頻域OCT系統(tǒng)的緊湊型光譜儀的單模光纖。單模光纖輸出端口為APC接頭；消色差透鏡的焦距為200mm, 口徑約為Φ50_，單模光纖輸出端口的輸出端面位于消色差透鏡的前焦點，即與消色差透鏡中心距離為200mm ;閃耀光柵的線數(shù)為1200線/mm,邊長為50mm,在830nm波長處的閃耀角度為29.87° ;確定閃耀光柵在底板上的位置:首先使光譜儀底板所在平面與閃耀光柵所在平面的夾角等于(90-29.87)=60.13度，此時閃耀光柵上入射光的入射角與衍射角相等，然后以在閃耀光柵的平面內(nèi)經(jīng)過閃耀光柵中心的與閃耀光柵的刻線方向垂直的直線為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)閃耀光柵角度I度，以使得衍射光束與入射光束分開；光電探測器為線陣(XD，像素數(shù)為1024，像素尺寸為14微米。在上述條件下，本實用新型的用于頻域OCT系統(tǒng)的緊湊型光譜儀的光譜分辨率為0.05nm，滿足系統(tǒng)要求。
【權(quán)利要求】
1.用于頻域OCT系統(tǒng)的光譜儀，其結(jié)構(gòu)包括單模光纖(I)、消色差透鏡(2)、閃耀光柵(3)、光電探測器(4)和光譜儀底板(5);0CT系統(tǒng)的干涉光輸入至單模光纖(1)，該單模光纖Cl)的輸出光(6)經(jīng)消色差透鏡(2)準直后的準直光束(7)照射在所述的閃耀光柵(3)上，該閃耀光柵(3)的一級衍射光(8)經(jīng)消色差透鏡(2)聚焦后的聚焦光束(9)由光電探測器(4)探測；所述的單模光纖(I)、消色差透鏡(2)、閃耀光柵(3)和光電探測器(4)均固定在光譜儀底板(5)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀，其特征在于所述的單模光纖(I)輸出端口的輸出端面位于消色差透鏡(2 )的前焦點，且輸出端口為PC或APC接頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀，其特征在于所述的閃耀光柵(3)的閃耀角度為Y度，且閃耀光柵(3)的刻線方向平行于光譜儀底板(5)所在平面與閃耀光柵(3)所在平面的交線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀，其特征在于所述的閃耀光柵(3)在底板(5)上位置的確定如下:首先使光譜儀底板(5)所在平面與閃耀光柵(3)所在平面的夾角等于(90-Y )度，即閃耀光柵(3)上入射光的入射角與衍射角相等；然后以在閃耀光柵(3)的平面內(nèi)經(jīng)過閃耀光柵(3)中心的與閃耀光柵(3)的刻線方向垂直的直線為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)閃耀光柵(3) —個Θ角度，使一級衍射光(8)與照射至閃耀光柵上的準直光束(7)分開，其中Θ小于5度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀，其特征在于所述的光電探測器(4)的光敏面位于閃耀光柵(3)的一級衍射光經(jīng)消色差透鏡(2)聚焦后的焦平面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀，其特征在于所述的光電探測器(4)為線陣CCD、線陣CMOS線陣光電探測器件。
【文檔編號】G01J3/45GK203828901SQ201420058992
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月7日
【發(fā)明者】李中梁, 王向朝, 袁春曉, 南楠 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所