[发明专利]用于主动色散均衡的集成系统

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及高分辨率光学相干断层扫描和色散补偿的领域。

背景技术

如果光没有在参考臂与样品臂之间准确地平衡，由于干涉图的展宽和扭曲，当执行光学相干断层扫描（OCT）时可能产生色散。这样的色散引起了分辨率的损失。补偿色散的方法一般落在两个组中：聚焦于通过对应色散关系的整形来物理均衡两个臂的技术，以及依赖于用于对来自物理不平衡的剩余色散进行补偿的信号后期处理的技术。当色散取决于扫面深度时，因为延迟线、系统的物理配置、或者所研究组织的材料性质，物理均衡变得更加困难。软件方法已经被描述用于适于这个情形的色散补偿。然而，这样的软件方法具有得自它们的信号处理本性的缺点。特别是，它们有限的工作范围仅允许用于适度起始水平的色散不平衡。

在超高分辨率系统中，由于它们对色散失配的低容忍，深度相关色散的问题是特别重要的。另外，基于依赖于在工作波长（诸如硅在1.3μm处）强烈色散材料的技术中的集成光学的系统，其借助于路径长度切换方案试图离散地调节工作距离，也必须处理深度相关的色散。处理深度相关的色散在利用带有色散性质的任何效应的延迟线中也是重要的，这种效应诸如硅在1.3μm处的热光效应。

许多文献能够在关于色散补偿的专利文献中找到。特别是，专利申请WO2005/117534、US5994690和WO2007/127395A2描述了基于软件的色散补偿方法。特别是，申请WO2005/117534使用了用于色散补偿的数值方法；申请US5994690描述了一种使用自相关函数来校正图像数据的算法，以及申请WO2007/127395A2示出了如何为色散补偿生成正确的参数。

Guillermo Tearney等人的论文（“High-Speed Phase-and Group-DelayScanning with a Grating-Based Phase Control Delay Line（利用基于光栅的相位控制延迟线的高速相位和群延迟扫描）”Opt.Lett.1997,22(27),第1811-1813页）描述了基于自由空间光学和衍射网络的色散补偿系统。然而，这个系统仅能够解决群速度色散。该系统需要离散光学并且不能被集成。

专利申请US2005/0058397A1描述了一种色散补偿系统，该色散补偿系统使用三个级联的Mach-Zehnder（马赫-曾德尔）干涉仪来产生可调节的色散。因为其干涉工作原理，它的自由光谱范围（FSR）是有限的，并且在FSR与所能够获得的色散的最大水平之间存在折衷。所引用的文档描述了如何使用该所公开的发明在多信道系统中通过选择FSR来补偿色散，其是信道之间的光谱分离的整数分配器。基于这个配置，补偿设备被描述为消色差的。尽管这个命名对于多信道光通信系统能够合适的，但是应用至OCT将需要在FSR上相对于电信参数增加若干数量级。另外，这个系统不允许群延迟、群延迟色散、和/或高阶色散项的分离调节。

另一个专利申请公开，US2005/0018201A1，描述了一种增加OCT中的检测灵敏度并且用于低相干干涉的方法和装置，但是它通过信号频带的光谱划分来实现。

发明内容

提供了一种允许物理色散补偿的系统，该系统适于与平面光子电路的集成，并且该系统能够使用在光学相干断层扫描系统中。另外，这样的系统允许针对高阶色散项的补偿，并且允许对群速度的任意选择，不依赖于色散系数的设计值。

在一个实施例中，提出了一种用于色散补偿的系统。该系统包括分光元件、多个光学元件、以及多个波导。分光元件配置为，生成至少第一辐射束和第二辐射束。多个光学元件配置为，在多个光路之中标识一个或多个光路，用于该第一辐射束传播。多个波导中安排在多个光路中的一个光路中的一个波导具有与多个波导中安排在多个光路中的另一个光路中的另一个波导的每单位长度群延迟和色散系数性质不同的每单位长度群延迟和色散系数性质。每单位长度群延迟和色散系数性质补偿关联于第二辐射束的色散。