CN206497027U - 基于光开关的单光谱仪偏振频域光学相干层析成像系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及偏振频域光学相干层析成像系统领域,尤其是基于光开关的单光谱仪偏振频域光学相干层析成像系统，通过在参考臂光路中放置一个高速1分2路的光开关，利用光开关的通道选择实现水平偏振和垂直偏振两通道干涉信号的单光谱仪分时探测，探测到的两路偏振信号经过计算可获得具有双折射性质样品的强度图像、快轴图像及延迟图像。本实用新型结构简单，不需要使用分光棱镜大大降低了光路调整难度，也避免了偏振分束器带来的模间干扰，同时也不需要复杂的相位调制设备和算法即可实现偏振成像。
Description
技术领域
本实用新型涉及偏振频域光学相干层析成像系统领域,具体涉及一种基于光开关的单光谱仪偏振频域光学相干层析成像系统。
背景技术
偏振光学相干层析成像(polarization-sensitive optical coherencetomography,OCT)是在传统OCT成像技术基础上发展出的一种新成像方法，其特点是除了能够提供传统OCT一样的样品结构信息外还能够获得样品的偏振信息。偏振OCT的发展始终伴随着传统OCT技术发展的脚步，目前已经从扫描速度较为缓慢的时域偏振OCT转变到扫描速度较快的频域偏振(OCT spectrum domain optical coherence tomography,SDOCT)，包括光谱偏振OCT和扫频偏振OCT。当偏振光入射到待测样品后，由于样品具有双折射性质从而改变了返回光的偏振性质，通过探测返回光的偏振特性可以得到待测样品的偏振性质如相位延迟图和快轴方向图等，同时能够提供与传统OCT相同的强度结构信息。要得到样品的偏振信息必须测量样品垂直方向的偏振干涉信息和水平方向的偏振干涉信息。
传统偏振OCT系统中是将线偏振光经过非偏振分束器分成两束，其中一束经过适当角度放置的1/4波片变成入射偏振光方向成45°角的线偏振光。另一束光经过一个快轴与其偏振方向成45°角的1/4波片以圆偏振光入射到样品，返回样品光再次经过波片后成为椭圆偏振光，两路偏振光在返回分束器时发生相干叠加，然后该相干光经过偏振分束器分成相互正交的两束光分别被两个探测器探测。由于宽带光在经过偏振分束器分光时，两路正交的偏振光并不能够完全分离导致两路偏振光信息发生串扰影响了成像质量。另外由于分光棱镜的使用，要获得比较理想的成像信噪比，光路调整的难度较大。在光谱型偏振OCT中，光谱仪CCD探测器的价格昂贵，且两路探测时对两个光谱仪有较高的同步要求。要实现单光谱仪偏振OCT且不使用偏振分束器则要对参考臂或者探测端进行改进。Fan等人构建了两路参考臂并且在之间引入一定的光程差结合全范围成像算法来分开两路正交信号，该方法需要增加额外的相位调制设备和更加复杂的算法，并且该方法两路参考光信号形成的图像对于样品同一深度处的系统灵敏度并不相同导致测量误差，且使用非偏振分光棱镜进行分光，增加了光路调整难度。Bernhard等人在探测端利用光栅把两束正交偏振光以不同衍射角入射到CCD不同的区域以实现偏振探测，该方法降低了衍射效率，降低了系统信噪比，且系统调节难。
因此，对于上述问题有必要提出基于光开关的单光谱仪偏振频域光学相干层析成像系统。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供基于光开关的单光谱仪偏振频域光学相干层析成像系统，采用单一探测器，使用高速1分2路光开关进行正交偏振光的通道选择，不使用分光棱镜和偏振分束器，简化了系统结构和调节难度，提高了系统稳定性和信噪比。
基于光开关的单光谱仪偏振频域光学相干层析成像系统，包括低相干宽带光源、光纤起偏器、光纤耦合分路器、光开关、第一光纤反射镜、光纤偏振控制器、第二光纤反射镜、准直镜、1/4波片、三维扫描振镜、聚焦物镜、待测样品、光谱仪和计算机数据采集设备，所述低相干宽带光源通过光纤起偏器连接光纤耦合分路器，所述光纤耦合分路器分布连接光开关、准直镜和光谱仪，所述光开关分别连接第一光纤反射镜和通过光纤偏振控制器连接第二光纤反射镜，所述准直镜依次通过1/4波片、三维扫描振镜和聚焦物镜连接待测样品，所述光谱仪连接计算机数据采集设备。
优选地，所述光开关采用1分2路光开关或者多分多路光开关。
优选地，所述低相干宽带光源配套线阵CCD探测器或者宽带扫频低相干光源配套光电探测器或者光电平衡探测器。
优选地，所述低相干宽带光源的带宽范围为几十纳米到几百纳米。
优选地，所述低相干宽带采用光源发光二极管、超辐射发光二极管、扫频宽带光源、飞秒激光器或超连续谱光源。
优选地，所述光谱仪是迈克尔逊干涉仪或者马赫曾德干涉仪。
优选地，所述光纤偏振控制器可采用波片，所述第一光纤反射镜和第二光纤反射镜均是准直镜加上平面反射镜。
优选地，所述低相干宽带光源发出的光经光纤起偏器后变成线偏振光耦合进光纤耦合分路器，被分成参考臂光路和样品臂光路；所述参考臂光路经过光开关被再次分成两路，其中一路经过光纤偏振控制器入射到第二光纤反射镜后返回再次经过光纤偏振控制器偏振方向转过90°耦合进保偏光纤耦合分路器，另一路经过第一光纤反射镜反射后直接返回耦合进保偏光纤耦合分路器，样品臂光路的光经过光第二纤偏振控制器变成圆偏振光后经过三维扫描振镜、聚焦物镜后聚焦在待测样品内，从样品反射回的光在保偏光纤耦合分路器处于参考臂返回的两路光汇合发生干涉，所述光开关4选择通光通道控制水平偏振信息H和垂直偏振信息V的分开探测，分别记为AH(z)、φH,AV(z)、φV，经过光谱仪探测后输入到数据采集计算设备进行计算得到被测样品的强度图、相位延迟图和快轴方向图。
由于采用上述技术方案，本实用新型未使用偏振分束器，避免了模间干扰，也未使用分光棱镜降低了系统调节难度，增加了系统信噪比，采用单探测器，达到简化结构降低成本的目的，不需要增加额外的相位调制设备和复杂的重建算法，提高了计算速度，同时具有很强实用性。
附图说明
图1是本实用新型的系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，基于光开关的单光谱仪偏振频域光学相干层析成像系统，包括低相干宽带光源1、光纤起偏器2、光纤耦合分路器3、光开关4、第一光纤反射镜5、光纤偏振控制器6、第二光纤反射镜7、准直镜8、1/4波片9、三维扫描振镜10、聚焦物镜11、待测样品12、光谱仪13和计算机数据采集设备14，所述低相干宽带光源1通过光纤起偏器2连接光纤耦合分路器3，所述光纤耦合分路器3分别连接光开关4、准直镜8和光谱仪13，所述光开关4分别连接第一光纤反射镜5和通过光纤偏振控制器6连接第二光纤反射镜7，所述准直镜8依次通过1/4波片9、三维扫描振镜10和聚焦物镜11连接待测样品12，所述光谱仪13连接计算机数据采集设备14。
进一步的，所述光开关4采用1分2路光开关或者多分多路光开关，所述低相干宽带光源1配套线阵CCD探测器或者宽带扫频低相干光源配套光电探测器或者光电平衡探测器。
进一步的，所述低相干宽带光源1的带宽范围为几十纳米到几百纳米，所述低相干宽带光源1采用光源发光二极管、超辐射发光二极管、扫频宽带光源、飞秒激光器或超连续谱光源。
进一步的，所述光谱仪13是迈克尔逊干涉仪或者马赫曾德干涉仪，所述光纤偏振控制器6可采用波片，所述第一光纤反射镜5和第二光纤反射镜7均是准直镜加上平面反射镜。
基于光开关的单光谱仪偏振频域光学相干层析成像系统，其工作流程为：(1)低相干宽带光源发出的光经过起偏器后成为线偏振光耦合进迈克尔逊干涉仪并且分成参考光路和样品光；(2)参考光经过一个1分2光开关将参考光分成两路，其中一路经过一个光纤偏振控制器和光纤反射镜返回后光的偏振方向与入射光相比转过90°；(3)另一路经过光纤反射镜反射原路返回，经过调整使得两路参考光与样品光的光程相等，微小差异可以很容易通过软件进行光程补偿，样品光经过一个光纤偏振控制器使得入射到样品的光为圆偏振光，光经过样品内部反射之后携带样品的偏振信息再次经过光纤偏振控制器变成椭圆偏振光耦合进迈克尔逊干涉仪与两路参考光发生干涉；(4)两路参考光与样品光干涉后分别带有样品水平和垂直方向的偏振信息，通过控制光开光进行光通道选择控制水平和垂直方向偏振信息的分开探测分别记为IH和IV，光谱仪将记录的干涉光谱信号通过视频采集卡采集后送入计算机进行数据处理，将两路信号进行变换到K空间、插值、减直流后进行傅里叶逆变换得到每一路信号的强度信息和相位信息，分别记为AH(z)、φH,AV(z)、φV.经过计算得到被测样品的强度图、相位延迟图和快轴方向图，
传统双探测器系统对水平和偏振两路信号进行探测时需要严格的同步，否则两个探测器探测到信号的时间延迟会降低图像质量，并且使用偏振分束器(分光棱镜)或者非偏振分光棱镜进行分光，引入了噪声并且加大了光路调整难度，本实施例中，只需要采用一个探测器并且不需要使用偏振分束器以及分光棱镜，没有额外增加相位调制设备和复杂算法即可探测到水平和垂直两路信号，对比现有系统结构得到简化，系统调节简单易行。
本实用新型未使用偏振分束器，避免了模间干扰，也未使用分光棱镜降低了系统调节难度，增加了系统信噪比，采用单探测器，达到简化结构降低成本的目的，不需要增加额外的相位调制设备和复杂的重建算法，提高了计算速度。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (7)
1.基于光开关的单光谱仪偏振频域光学相干层析成像系统，其特征在于：包括低相干宽带光源、光纤起偏器、光纤耦合分路器、光开关、第一光纤反射镜、光纤偏振控制器、第二光纤反射镜、准直镜、1/4波片、三维扫描振镜、聚焦物镜、待测样品、光谱仪和计算机数据采集设备，所述低相干宽带光源通过光纤起偏器连接光纤耦合分路器，所述光纤耦合分路器分别连接光开关、准直镜和光谱仪，所述光开关分别连接第一光纤反射镜和通过光纤偏振控制器连接第二光纤反射镜，所述准直镜依次通过1/4波片、三维扫描振镜和聚焦物镜连接待测样品，所述光谱仪连接计算机数据采集设备。
2.根据权利要求1所述的基于光开关的单光谱仪偏振频域光学相干层析成像系统，其特征在于：所述光开关采用1分2路光开关或者多分多路光开关。
3.根据权利要求1所述的基于光开关的单光谱仪偏振频域光学相干层析成像系统，其特征在于：所述低相干宽带光源配套线阵CCD探测器或者宽带扫频低相干光源配套光电探测器或者光电平衡探测器。
4.根据权利要求1所述的基于光开关的单光谱仪偏振频域光学相干层析成像系统，其特征在于：所述低相干宽带光源的带宽范围为几十纳米到几百纳米。
5.根据权利要求1所述的基于光开关的单光谱仪偏振频域光学相干层析成像系统，其特征在于：所述低相干宽带采用光源发光二极管、超辐射发光二极管、扫频宽带光源、飞秒激光器或超连续谱光源。
6.根据权利要求1所述的基于光开关的单光谱仪偏振频域光学相干层析成像系统，其特征在于：所述光谱仪是迈克尔逊干涉仪或者马赫曾德干涉仪。
7.根据权利要求1所述的基于光开关的单光谱仪偏振频域光学相干层析成像系统，其特征在于：所述光纤偏振控制器可采用波片，所述第一光纤反射镜和第二光纤反射镜均是准直镜加上平面反射镜。
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