专利名称：Grin光纤探针及其制作方法、聚焦性能检测装置和检测方法
技术领域：
本发明涉及光纤技术领域，尤其是生物医学成像系统小型化研究中的GRIN光纤探针及其制作方法、聚焦性能检测装置和检测方法。
背景技术：
光学探头是检测生物组织特性的光学相干层析技术(Optical Coherence Tomography, OCT)中的一个关键部件，主要用于输出光源信号并收集携带生物组织信息的检测信号。基于自聚焦透镜(gradient-index lens)的小型化光学探头的研制是使OCT系统用于内窥镜环境一个重大难题，其中，GRIN光纤探针(gradient-index fiber probe)的制作及其聚焦性能的检测是一个关键技术。目前，基于自聚焦透镜的光学探头的尺寸在数毫米量级，在胃肠道和动脉血管等相对较大组织或器官的诊断中具有应用价值，但不适于深层、狭小组织或器官(如心血管) 的成像检测，这需要研制与生物组织机械相容性好的超小光学探头。另外，超小光学探头的聚焦性能是用于OCT成像检测的关键指标，但因光学探头尺寸超小，光束聚焦的位置距离探针输出端面的距离很短，并且聚焦光斑尺寸很小，目前的光束质量检测仪器不能用来直接检测超小光学探头的聚焦性能。一个典型的超小光学探头应是与生物组织机械相容性好的全光纤型超小探针(尺寸在0. Imm量级)，其聚焦性能的检测装置应包括光源、探针夹具、显微物镜、光导管以及 CCD和计算机等组成部分，而目前的光学探头尚未做到全光纤型，其性能检测仪器无法用来直接进行超小光学探头聚焦高斯光束的束腰位置和束腰大小的检测，本发明正是针对这一关键技术进行展开的。
发明内容
本发明的目的在于克服目前的光学探头尺寸不能达到0. Imm量级以及光束质量检测仪器不能直接检测超小光学探头聚焦性能等方面的问题，提供一种GRIN光纤探针及其制作方法、聚焦性能检测装置和检测方法。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案
一种GRIN光纤探针，包括一段单模光纤、一段无芯光纤和一段多模光纤，其特征是所述单模光纤、无芯光纤和多模光纤依次连接成一体构成超小光学探头。GRIN光纤探针制作用的光纤可采用台湾卓越光纤有限公司(Prime Optical Fiber Corporation, ^Taiwan)生产的型号为NCF125的无芯光纤以及型号为MMF125的多模光纤。一种上述GRIN光纤探针的制作方法，其特征在于，包括如下步骤
(1)单模光纤一端装配FC/APC标准接口，一端与无芯光纤焊接在一起；
(2)把焊接后的单模光纤和无芯光纤放到专用光纤切割机上，借助于显微镜进行无芯光纤切割，使其保留至预设长度；
(3)采取与步骤(1) - (2)相同的步骤，把无芯光纤与多模光纤焊接在一起，并切割多模光纤至预设长度，完成GRIN光纤探针的制作；
以上步骤中用到的光纤焊接机采用日本古河电器工业株式会社制造商生产的型号为 S117A的Fusion Splicer熔接机，光纤切割机采用美国Hi Technology制造商生产的型号为II -4的Fiber Cleaver切割机，显微镜采用中国上海宙山精密光学仪器有限公司生产的型号为XTL-MOO的体视显微镜。一种GRIN光纤探针聚焦性能检测装置，用于检测上述的GRIN光纤探针，包括光源、光纤、探针夹具、GRIN光纤探针、显微物镜、光导管、CCD和计算机，其特征是所述光源发出的光束经光纤接到GRIN光纤探针进口，GRIN光纤探针由探针夹具夹持定位，使其出口对准显微物镜，显微物镜经光导管连接(XD，CXD的输出连接到计算机。一种上述GRIN光纤探针聚焦性能检测方法，采用上述GRIN光纤探针的聚焦性能检测装置进行检测，其特征是把GRIN光纤探针固定于探针夹具上，有FC/APC接口的一端连接光源，另一端正对显微物镜，光源发出高斯光束，该光束通过GRIN光纤探针聚焦后由显微物镜进行光束尺寸放大，并通过光导管后由CCD进行图像采集，最后在计算机中分析和判断束腰位置距离探针输出面的长度以及束腰光斑大小。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点将无芯光纤焊接在单模光纤和多模光纤之间，克服了单模光纤模场直径小的缺陷，因而改善了探针的聚焦性能；在聚焦性能检测时，通过利用显微物镜对光束进行放大后，再通过光导管输入到CCD靶面上，使光源、GRIN光纤探针、物镜、光导管、CCD和计算机有机结合，实现了对超小GRIN光纤探针聚焦性能的精确检测和分析，而且操作容易、便捷。
图1是本发明的GRIN光纤探针聚焦性能检测装置结构示意图； 图2是图1中的GRIN光纤探针结构原理示意图3是带有反射面的GRIN光纤探针示意图； 图4是带有微小棱镜的GRIN光纤探针示意图。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合附图论述如下
实施例一参见图2，本GRIN光纤探针包括一段单模光纤(203)、一段无芯光纤(204) 和一段多模光纤(205)，其特征是所述单模光纤(203)、无芯光纤(204)和多模光纤(205) 依次连接成一体构成超小光学探头。实施例二 参见图2，本GRIN光纤探针制作方法是单模光纤(203)和无芯光纤 (204)通过去涂覆层后用光纤熔接机焊接在一起，并用光纤切割机进行长度切割，使无芯光纤(204)保留预设长度，采用同样的焊接和切割方法，使焊接、切割后的无芯光纤(204)与多模光纤(205)焊接在一起，并切割多模光纤(205)至预设长度，完成GRIN光纤探针的制作；光源光束(201)通过单模光纤(203)的纤芯(202)进入到无芯光纤(204)进行扩束，再通过多模光纤(205)聚焦至空中某一位置，即束腰位置(206)。
实施例三参加图3，本实施例与实施例二基本相同，特别之处如下把多模光纤 (205)与另一无芯光纤(301)焊接，并切割无芯光纤(302)至预留长度，然后利用研磨的方法把无芯光纤(302)磨出一个斜面，并镀一层全反射膜(301)，从而使入射光束的传播方向改变90度，并聚焦至探针侧壁的空中的某一位置，即束腰位置(303)。实施例四参见图4，本实施例与实施例三基本相同，特别之处如下把多模光纤 (205)与一个微小棱镜(401)黏贴，微小棱镜(401)具有反射模(402)，入射光束传播至反射模(402)时方向改变90度，并聚焦至探针侧壁的空中的某一位置，即束腰位置(403)。实施例五参见图1，本GRIN光纤探针聚焦性能检测装置，包括光源(101)、光纤 (102)、探针夹具(103)、显微物镜(106)、光导管(107)、CCD (108)和计算机(109)，其特征在于，所述光源(101)发出的光束经光纤(102)接到GRIN光纤探针(104)进口，GRIN光纤探针(104)由探针夹具(103)夹持定位，使其出口对准显微物镜(106)，显微物镜(106)经光导管(107)连接CCD (108)，CCD (108)的输出连接到计算机(109)。实施例六参见图1，本GRIN光纤探针聚焦性能检测方法，采用上述聚焦性能检测装置进行检测，其特征是把GRIN光纤探针(104)固定于探针夹具(103)上，有FC/APC接口的一端连接光源(101 )，另一端正对显微物镜(106)，光源发出高斯光束，该光束通过GRIN 光纤探针(104)聚焦后由显微物镜(106)进行光束尺寸放大，并通过光导管(107)后由CXD (108)进行图像采集，最后在计算机(109)中分析和判断束腰位置(105)距离探针输出面的长度以及束腰光斑大小。
权利要求
1.一种GRIN光纤探针，包括一段单模光纤(203 )、一段无芯光纤(204 )和一段多模光纤 (205)，其特征是所述单模光纤(203)、无芯光纤(204)和多模光纤(205)依次连接成一体构成超小光学探头。
2.一种根据权利要求1所述的GRIN光纤探针的制作方法，其特征在于制作步骤如下(1)单模光纤(203) —端装配FC/APC标准接口，一端与无芯光纤(204 )焊接在一起；(2)把焊接后的单模光纤(203)和无芯光纤(204)放到专用光纤切割机上，借助于显微镜进行无芯光纤(204)切割，使其保留至预设长度；(3)采取与步骤(1)-(2)相同的步骤，把无芯光纤(204)与多模光纤(205)焊接在一起，并切割多模光纤(205)至预设长度，完成GRIN光纤探针(104)的制作；以上步骤中用到的光纤焊接机采用日本古河电器工业株式会社制造商生产的型号为 S117A的Fusion Splicer熔接机，光纤切割机采用美国1 Technology制造商生产的型号为II -4的Fiber Cleaver切割机，显微镜(201)采用中国上海宙山精密光学仪器有限公司生产的型号为XTL-MOO的体视显微镜。
3.—种GRIN光纤探针的聚焦性能检测装置，用于检测根据权利要求1所述的GRIN 光纤探针，包括光源(101)、光纤(102)、探针夹具(103)、GRIN光纤探针(104)、显微物镜 (106)、光导管(107)、CCD (108)和计算机(109)，其特征是所述光源(101)发出的光束经光纤(102)接到GRIN光纤探针(104)进口，GRIN光纤探针(104)由探针夹具(103)夹持定位，使其出口对准显微物镜(106)，显微物镜(106)经光导管(107)连接CXD (108)，CXD (108)的输出连接到计算机(109)。
4.一种根据权利要求1所述的GRIN光纤探针的聚焦性能的检测方法，采用根据权利要求3所述的GRIN光纤探针的聚焦性能检测装置进行检测，其特征是把GRIN光纤探针 (104)固定于探针夹具(103)上，有FC/APC接口的一端连接光源(101 )，另一端正对显微物镜(106)，光源发出高斯光束，该光束通过GRIN光纤探针(104)聚焦后由显微物镜(106)进行光束尺寸放大，并通过光导管(107)后由CXD (108)进行图像采集，最后在计算机(109) 中分析和判断束腰位置(105)距离探针输出面的长度以及束腰光斑大小。
全文摘要
本发明公开了一种GRIN光纤探针及其制作方法、聚焦性能检测装置和检测方法。GRIN光纤探针是一种超小光学探头，由单模光纤、无芯光纤和多模光纤通过焊接和长度切割而成。GRIN光纤探针的聚焦性能检测装置包括光源、探针夹具、显微物镜、光导管、CCD和计算机构成，光源发出的高斯光束通过光纤引线传输到GRIN光纤探针，并聚焦至空中某一位置，输出的聚焦光束由显微物镜放大后并通过光导管传输到CCD靶面上进行光强分布轮廓的检测和记录，光强信息在计算机中进行处理和分析，进一步判定束腰位置距离探针输出端面的距离和光斑大小。本发明提供的光学探针制作方法能实现长度不超过1毫米量级的GRIN光纤探针的制作，本发明提供的检测装置能实现探针聚焦性能的高精度检测。
文档编号G01M11/02GK102499619SQ201110308238
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者于瀛洁, 周瑜秋, 张之江, 方臣, 王驰 申请人:上海大学