[发明专利]光学相干断层成像技术

说明书

技术领域

本申请涉及一种用于光学相干断层成像(OCT)的技术。更为具体地(非限制性地)，本申请涉及一种包括脉冲展宽的扫频光源的针对OCT的装置和一种使用脉冲展宽的宽频光源执行OCT的方法。

背景技术

光学相干断层成像(OCT)是一种非侵入性的且通常为非接触式的成像技术。具有确定的相干长度的光被辐射在一样本上，该样本反射或重新发射具有不同的穿透深度的光，其按照光的相位对信息进行编码。来自样本的光与参考分支的相干光相叠加。

传统的OCT系统在机械参考分支中使用可移动的反射镜，以得到光学长度可变的参考分支。现代的OCT系统使用傅里叶域OCT(FD-OCT)。OCT系统的性能可由其轴向分辨率和/或其轴向扫描深度来特征化。

在一些现有的OCT系统中，轴向分辨率或轴向扫描深度可由OCT系统的特征所限制。例如，使用频谱域OCT(SD-OCT，为FD-OCT的一种情况)的OCT系统可具有受光谱仪的频谱分辨率限制的轴向扫描深度。再如，使用扫频光源OCT(SS-OCT，为FD-OCT的另一种情况)的OCT系统可具有主要受扫频光源的瞬时线宽δλ限制的轴向扫描深度。另外，使用FD-OCT的OCT系统可具有无法独立于其轴向扫描深度而调节的轴向分辨率。例如，对于检测器的给定频谱分辨率或时间分辨率，扫描深度Δz_max可正比于轴向分辨率δz_min。此外，SS-OCT系统可具有较低的轴向分辨率，因为其扫频光源在整个频谱带宽Δλ(也被称为调谐范围)上是可调谐的，该频谱带宽Δλ比可用于不进行光源调谐的SD-OCT的光源的全带宽Δλ窄。

发明内容

需要一种至少在某些情况下，改善轴向分辨率和/或扫描深度的限制的光学相干断层成像技术。

根据一个方面，提供根据权利要求1所述的一种用于光学相干断层成像或OCT的装置。该装置包括：发光器，其用于产生一系列输入相干光脉冲，该一系列输入相干光脉冲中的每个输入脉冲具有一输入脉冲宽度；色散介质，其具有光耦合至发光器的输入和用于输出脉冲的输出，其中，该色散介质用于通过色散将输入脉冲宽度展宽至每个输出脉冲的输出脉冲宽度；光耦合器，其用于将来自输出处的输出脉冲耦合至参考臂和样本臂中，并用于将从参考臂返回的光和从样本臂返回的光叠加；检测器，其用于以输出脉冲宽度的一片段的时间分辨率检测叠加后的光的干涉强度。

该一系列输入相干光脉冲中的每个输入脉冲可具有全带宽Δλ，该全带宽也被称为输入频谱范围。光耦合器可为分束器，如基于光纤的分束器或自由空间分束器。输出脉冲宽度的片段(fraction)可被表示为δt_门。

本文所使用的术语“光”可包括(真空)波长范围在600nm到1500nm内的电磁波，优选地，可包括波长范围在650nm到1050nm内、或在850nm到1250nm内、或在1100nm到1500nm内的电磁波。

一些实施例可允许通过改变与发光器相关的参数(如，发光器的带宽，也称为输入频谱范围)来改变OCT的轴向分辨率。相同的或一些其他的实施例可允许通过改变与色散介质相关的参数(如，色散介质的一个或多个色散参数、色散介质中的光传播路径的长度和方向)和/或与检测器相关的参数(如，片段的持续时间)来改变OCT的轴向扫描深度。此外，在一些实施例中，轴向分辨率和轴向扫描深度为可独立改变的。在某些实施例中，光谱仪和/或大范围地可调谐的发光器(如，在全带宽Δλ上是可调谐的)同时具备产生窄到可忽略的瞬时带宽(还可被表示为符号δλ)的能力。

所述系列中的每个输入脉冲或该整个系列可具有至少基本上不依赖于时间的输入频谱范围。替代性地或作为补充，所述系列中的每个输入脉冲或该整个系列可具有至少基本上不依赖于时间的输入中心波长。每个输出脉冲可具有至少基本上对应于输入频谱范围的时间平均的频谱范围。

每个输出脉冲可具有瞬时输出峰值波长(也表示为符号λ(t))。瞬时输出峰值波长可依赖于时间和/或对于输出脉冲宽度的不同片段而各异。瞬时输出峰值波长可(在对应于输出脉冲宽度的时段上)单调地随时间改变。替代性地或作为补充，每个输出脉冲可具有瞬时输出频谱范围(也表示为符号δλ)。瞬时输出频谱范围也被称为瞬时带宽、瞬时线宽或瞬时输出频谱间隔。瞬时输出频谱范围可依赖于时间和/或对于输出脉冲宽度的不同片段而各异。瞬时输出频谱范围可(在对应于输出脉冲宽度的时段上)单调地随时间改变。输入频谱范围可为比瞬时输出频谱范围中的一个或每个瞬时输出频谱范围宽若干倍。