一种频域光学相干层析装置与方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于太赫兹相干层析成像技术领域，更具体地，设及一种频域光学相干层 析装置与方法。
【背景技术】
[0002] 光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomogra地y，0CT)作为一种全新的 光学断层成像技术，其使用的光源波长较长，W其无福射、非侵入、高分辨及高探测灵敏度 等特点，在临床医学领域广泛应用。
[0003] 传统的OCT技术为时域0CT，其特点是需要参考臂的深度扫描，对应样品的不同深 度。深度扫描限制了时域OCT的采集速度，影响了其更广泛的应用。
[0004] 而最近兴起的频域OCT技术使用面阵CCD进行数据采集，通过采集干设光谱并傅立 叶变换得到样品内部一个深度方向的全部信息，不过目前市场上响应频段在太赫兹波段的 面阵CCD数量少，价格高，制约了该系统的进一步发展。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中成像速度慢、成本高的缺陷，本发明的目的旨在解决W上技术问 题。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种频域光学相干层析装置，所述装置包括产生 T化的高稳定性中压隶灯、分束器、用于横向扫描的电控二维平移台、用于放置样品的载物 台、参考反射镜、衍射光栅、电控一维平移台、探测器；
[0007] 所述隶灯的出射光经分束器分别通过样品臂和参考臂，经过干设再通过所述衍射 光栅后被所述探测器所接收；
[0008] 所述样品臂包括用于所述横向扫描的电控二维平移台和所述用于放置样品的载 物台，用于将光入射到所述样品内部并反射回来；
[0009] 所述参考臂包括所述参考反射镜，用于将光进行反射并与通过所述样品臂的光进 行干设；
[0010] 所述探测器位于所述电控一维平台上。
[0011] 优选地，所述装置还包括对所述探测器输出的探测信号进行放大处理的锁相放大 器;记录所述锁相放大器输出信号的电脑；W及控制所述电控二维平移台W及所述电控一 维平移台的控制器。
[0012] 优选地，所述装置还包括孔径光阔，所述孔径光阔在光路上位于所述分束器之前， 用于控制光斑尺寸大小并且增加干设对比度；
[0013] 优选地，分束器是由在Mylar薄膜上制作的金属光栅构成的，其透射反射比为4:1;
[0014] 为实现上述目的，本发明提供了一种频域光学相干层析方法，其特征在于，所述方 法包括W下步骤：
[0015] (1)初始化电控二维平移台到横向扫描初始点，初始化电控一维平移台使其沿衍 射光斑进行横向扫描；
[0016] (2)所述隶灯输出的THz波入射到分束器上，分为参考光和样品光，所述参考光经 所述参考反射器反射回来，所述样品光经入射到所述样品内部反射回来，并汇聚到分束器 上的同一点；
[0017] (3)所述参考光和所述样品光干设后，经过所述衍射光栅被探测器接收。
[0018] 优选地，所述方法还包括步骤(4)所述探测器将光信号转换为电信号，再由锁相放 大器放大处理并被电脑收集；
[0019] 优选地，所述方法还包括步骤(5)对所述电脑采集的数据进行相关数据处理完成 S维重构。
[0020] 总体而言，通过本发明所构思的W上技术方案，与现有技术相比，能够取得W下有 益效果：
[0021] (1)本结构与传统的时域光学相干层析技术相比，由于不需要参考镜的纵向扫描， 大大加快了成像速度。用点阵CCD扫描的方式取代面阵CCD，降低了系统装置的成本。而且本 结构采用宽谱隶灯作为光源，纵向成像分辨率可W达到100WI1。
【附图说明】
[0022] 图1是频域光学相干层析系统示意图；
[0023] 图2是隶灯输出光谱图。
【具体实施方式】
[0024] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0025] 为了解决现有技术存在的不足，本发明提供频域光学相干层析系统与方法，利用 宽频太赫兹的弱相干原理，可W实现对待测样品的高精度=维图像重构。与此同时，由于频 域OCT系统无需移动参考镜进行轴向扫描，可W-次得到所有深度数据，所W加快了成像速 度。实验结果表明，太赫兹相干层析成像技术的纵向分辨率小于100WI1。该技术在高精度太 赫兹无损探测领域具有很好的应用前景，为太赫兹无损探测领域提供了一种全新的实验方 法。
[0026] 本发明的频域光学相干层析系统与方法，包括产生THz的高稳定性中压隶灯1，具 有聚焦、准直作用的第一锻金离轴抛物面镜2和第二锻金离轴抛物面镜3,控制进入干设仪 的光斑尺寸大小并且增加干设对比度的孔径光阔4,对高稳定性中压隶灯发出的THz波进行 周期调制W供探测器探测的斩波器5,分束器6是由在Mylar薄膜上制作的金属光栅构成的， 其透射反射比为4:1，位于参考臂7上对参考光起聚焦作用的第=锻金离轴抛物面镜8,位于 参考臂上的锻金高反镜9,位于样品臂10上对样品光起聚焦和准直作用的第四锻金离轴抛 物面镜11，位于样品臂上的用于横向扫描的电控二维平移台12,由一片锻侣的高反射镜构 成的用于放置样品13的载物台14,位于接收端15的对来自样品臂10和参考臂7的光干设后 的信号进行衍射的衍射光栅16,经过聚焦透镜17将衍射光汇聚，由放置在电控一维平移台 19上的Golay点阵探测器18接收，对Golay点阵探测器18输出的探测信号进行放大处理的锁 相放大器20,记录锁相放大器输出信号的电脑21，W及控制位于样品臂的电控二维平移台 12W及位于接收端的电控一维平移台19的控制器22。
[0027] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细地说明。
[0028] 步骤1:初始化电控二维平移台到横向扫描初始点，初始化电控一维平移台使其沿 衍射光斑进行横向扫描。与此同时高稳定性隶灯1输出覆盖IT化-20T化频率范围THz波，经 过锻金离轴抛物面镜2,3、孔径光阔4及斩波器5后入射到分束器6上，分为参考光和样品光。 参考光经锻金离轴抛物面镜8入射到锻金高反镜9上被反射回来，经过锻金离轴抛物面镜再 次入射到分束器上。同时样品光经锻金离轴抛物面镜11入射到样品内部并被反射回来，经 过锻金离轴抛物面镜再次入射到分束器上，要保证光源发出的入射光，参考臂反射回的参 考光，样品臂反射回的样品光聚焦在分束器的同一点上。
[0029] 步骤2:根据迈克尔逊干设仪原理，重新经过分束器的样品光和参考光满足相干条 件，产生包含样品内部结构信息的干设信号，经过衍射光栅16将复合光分成单色光，经聚焦 透镜17聚焦后的光谱被Golay点阵探测器18沿光轴垂直方向扫描探测，将光信号转变为包 含样品内部结构信息的电信号。
[0030] 步骤3:通过锁相放大器20对该电信号进行锁相放大处理并被电脑所收集。运样便 完成了一次深度成像，然后利用电控二维平移台对样品表面进行二维扫描，最终完成对样 品的S维成像。
[0031] 步骤4:对电脑采集到的=维数据进行相关的数据处理，结合相关软件进行=维重 构。
[0032] 由弱相干光的干设理论可知，福射源的相干长度
其中Ao为福射源的中 屯、波长，A A为福射源的光谱宽度。仅当参考臂和样品臂之间的光程差小于相干长度，两束 光才会出现干设现象。为了实现高精度的纵向成像，要求所使用光源具有较短的相干长度， 即具有较宽的福射光谱。实验所选择的太赫兹福射源为高稳定性隶灯，其输出光谱如图2所 示，输出频率主要集中在ITHz-lOTHz及11THZ-20THZ。
[0033] 频域OCT由于其特性拥有着最大探测深度。如果参考镜的虚像位置位于样品表面， 那么深度di处所对应的余弦函数的周期为Ji/nidi，AkFWHM中所包含干设条纹总数Mi为：
，可W得到
从而可W看出样品轴向深度所有散射点具有 不同的干设条纹总数，轴向最深处对应的频率最高。在本系统中，通过设置点阵探测器采样 间隔来得到采样点数量为N，由于干设谱的对称性，能检测到的最大干设条纹总数为N/2,从 而得到了频域OCT系统的最大成像深度d为：其中n为样品的平均折射率，A 入为光谱宽度。
[0034] 本领域的技术人员容易理解，W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种频域光学相干层析装置，所述装置包括产生THz的汞灯、分束器、用于横向扫描 的电控二维平移台、用于放置样品的载物台、参考反射镜、衍射光栅、电控一维平移台、探测 器； 所述汞灯的出射光经分束器分别通过样品臂和参考臂，经过干涉再通过所述衍射光栅 后被所述探测器所接收； 所述样品臂包括用于所述横向扫描的电控二维平移台和所述用于放置样品的载物台， 用于将光入射到所述样品内部并反射回来； 所述参考臂包括所述参考反射镜，用于将光进行反射并与通过所述样品臂的光进行干 涉； 所述探测器位于所述电控一维平台上。2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括对所述探测器输出的探测信 号进行放大处理的锁相放大器;记录所述锁相放大器输出信号的电脑；以及控制所述电控 二维平移台以及所述电控一维平移台的控制器。3. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括孔径光阑，所述孔径光阑在 光路上位于所述分束器之前，用于控制光斑尺寸大小并且增加干涉对比度。4. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，分束器是由在Mylar薄膜上制作的金属光栅 构成的，其透射反射比为4:1。5. -种采用如权利要求1-4中之一的所述装置的频域光学相干层析方法，其特征在于， 所述方法包括以下步骤： (1) 初始化电控二维平移台到横向扫描初始点，初始化电控一维平移台使其沿衍射光 斑进行横向扫描； (2) 所述汞灯输出的THz波入射到分束器上，分为参考光和样品光，所述参考光经所述 参考反射器反射回来，所述样品光经入射到所述样品内部反射回来，并汇聚到分束器上的 同一点； (3) 所述参考光和所述样品光干涉后，经过所述衍射光栅被探测器接收。6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤(4)所述探测器将光信 号转换为电信号，再由锁相放大器放大处理并被电脑收集。7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤(5)对所述电脑采集的 数据进行相关数据处理完成三维重构。
【专利摘要】本发明公开了一种频域光学相干层析装置及方法，属于太赫兹相干层析成像技术领域，现有的光学相干层析装置速度慢，成本高；本发明的频域光学相干层析装置包括产生THz的汞灯、分束器、用于横向扫描的电控二维平移台、用于放置样品的载物台、参考反射镜、衍射光栅、电控一维平移台、探测器，由于不需要参考镜的纵向扫描，大大加快了成像速度。用点阵CCD扫描的方式取代面阵CCD，降低了系统装置的成本。而且本结构采用宽谱汞灯作为光源，纵向成像分辨率可以达到100μm。
【IPC分类】G01N21/45, A61B5/00
【公开号】CN105534481
【申请号】CN201610039929
【发明人】高鹏, 凌福日
【申请人】华中科技大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月21日