一种频域光学相干层析装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种频域光学相干层析装置，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；本实用新型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。
【专利说明】
一种频域光学相干层析装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于太赫兹相干层析成像技术领域，更具体地，涉及一种频域光学相 干层析装置。
【背景技术】
[0002] 光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography，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，以其无辐射、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0CT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0CT的采集速度，影响了其更广泛的应用。
[0004] 而最近兴起的频域0CT技术使用面阵CCD进行数据采集，通过采集干涉光谱并傅立 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。 【实用新型内容】
[0005] 针对现有技术中成像速度慢、成本高的缺陷，本实用新型的目的旨在解决以上技 术问题。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型提供了一种频域光学相干层析装置，所述装置包括 产生THz的高稳定性中压汞灯、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；
[0007] 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；
[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 行干涉；
[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；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。
[0012] 优选地，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；
[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] 总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以 下有益效果：
[0015] (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 结构采用宽谱汞灯作为光源，纵向成像分辨率可以达到100μπι。
【附图说明】
[0016] 图1是频域光学相干层析系统示意图；
[0017] 图2是汞灯输出光谱图。
【具体实施方式】
[0018] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本实用新型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以解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0019] 为了解决现有技术存在的不足，本实用新型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，可以实现对待测样品的高精度三维图像重构。与此同时，由 于频域0CT系统无需移动参考镜进行轴向扫描，可以一次得到所有深度数据，所以加快了成 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?οομπι。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。
[0020] 本实用新型的频域光学相干层析系统与方法，包括产生ΤΗζ的高稳定性中压汞灯 1，具有聚焦、准直作用的第一镀金离轴抛物面镜2和第二镀金离轴抛物面镜3,控制进入干 涉仪的光斑尺寸大小并且增加干涉对比度的孔径光阑4,对高稳定性中压汞灯发出的ΤΗζ波 进行周期调制以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三镀金离轴抛物面镜 8,位于参考臂上的镀金高反镜9,位于样品臂10上对样品光起聚焦和准直作用的第四镀金 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,由一片镀铝的高反 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 干涉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，以及控制位于样品臂的电控二维 平移台12以及位于接收端的电控一维平移台19的控制器22。
[0021] 下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细地说明。
[0022] 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。与此同时高稳定性汞灯1输出覆盖1ΤΗζ-20ΤΗζ频率范围ΤΗζ波，经 过镀金离轴抛物面镜2,3、孔径光阑4及斩波器5后入射到分束器6上，分为参考光和样品光。 参考光经镀金离轴抛物面镜8入射到镀金高反镜9上被反射回来，经过镀金离轴抛物面镜再 次入射到分束器上。同时样品光经镀金离轴抛物面镜11入射到样品内部并被反射回来，经 过镀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。
[0023]步骤2:根据迈克尔逊干涉仪原理，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涉信号，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。
[0024]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。这样便 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 品的三维成像。
[0025]步骤4:对电脑采集到的三维数据进行相关的数据处理，结合相关软件进行三维重 构。
[0026] 由弱相干光的干涉理论可知，辐射源的相干
，其中λ〇为辐射源的中 心波长，Α λ为辐射源的光谱宽度。仅当参考臂和样品臂之间的光程差小于相干长度，两束 光才会出现干涉现象。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， 即具有较宽的辐射光谱。实验所选择的太赫兹辐射源为高稳定性汞灯，其输出光谱如图2所 示，输出频率主要集中在ΙΤΗζ-ΙΟΤΗζ及11ΤΗζ-20ΤΗζ。
[0027] 频域0CT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:π/rudi，Δ kFWHM中所包含干涉条纹总数Mi为：
，从而可以看出样品轴向深度所有散射点具有 不同的干涉条纹总数，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，由于干涉谱的对称性，能检测到的最大干涉条纹总数为N/2,从 而得到了频域0CT系统的最大成像深度d为：
其中η为样品的平均折射率，Δ λ 为光谱宽度。
[0028]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不 用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改 进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【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。
【文档编号】G01N21/45GK205514536SQ201620058457
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月21日
【发明人】高鹏, 凌福日
【申请人】华中科技大学