用于全场光学相干层析成像的无色散相移器研究

提出了基于旋转λ/2波片无色散相移器的理论模型,和实施该相移器功能的全场光学相干层析成像(Optical coherence tomography,OCT)系统,为实现快速、高分辨光学相干层析成像提供了一种有效方法。该相移器能在宽光谱范围内无色散地获得八倍于λ/2波片旋转角的相移量,避免了利用单色光相移算法提取信号时存在的系统误差。针对修正Carré算法和三步相移算法所要求的不同相移量,在240 nm波长范围内,对相移器的性能进行了数值分析。结果表明,在给定光谱范围内,相移量越大,相移误差的绝对值也越大,幅值比变化范围也越大。用于实施无色散相移器功能的全场光学相干层析成像系统结构,与现有结构相比,具有一些有益的特点。     

使用改进型科勒照明系统的全场光学相干层析成像系统

研制了一套基于林尼克干涉仪结构的全场光学相干层析成像(FF-OCT)系统,以获得高质量的全场光学相干层析图像。不同于大多数FF-OCT系统所采用的光纤束照明方式,本系统采用卤素灯作为光源,搭建改进型科勒照明系统进行照明。选用Intel Pentium 4处理器芯片作为样品,对其内部结构进行了成像实验,通过四步移相算法根据四幅连续的相移干涉图像获得了样品的层析图像,实验结果证实了成像系统的可行性。使用改进型科勒照明系统的FF-OCT成像系统,与现有的FF-OCT系统相比,结构简单便于制作,且成本低廉,为实现高分辨率光学相干层析成像提供了简单易行的方法。     

光学相干层析成像色散补偿研究

针对通过增加光源谱宽度来提高光学相干层析成像系统分辨率时样品色散特性的限制作用,分析了色散与光学相干层析成像系统纵向光程分辨率的约束关系.根据物质色散特性,采用数值变换方法对光学相干层析成像相干成像信号进行了色散补偿.实验使用了中心波长1 550 nm 自激发辐射光源和光纤迈克尓逊干涉结构,对水和光学快速扫描延迟线引入的二阶和三阶色散进行了数值补偿并通过相位修正因子来改善补偿效果.确定了一种普适的、快速的数值色散补偿方法.在对水中盖玻片和生物组织和的光学相干层析成像图像的色散补偿实验中取得了良好的效果,证明了方法的可行性.     

光学相干层析成像色散补偿研究

针对通过增加光源谱宽度来提高光学相干层析成像系统分辨率时样品色散特性的限制作用,分析了色散与光学相干层析成像系统纵向光程分辨率的约束关系.根据物质色散特性,采用数值变换方法对光学相干层析成像相干成像信号进行了色散补偿.实验使用了中心波长1550nm自激发辐射光源和光纤迈克尓逊干涉结构,对水和光学快速扫描延迟线引入的二阶和三阶色散进行了数值补偿并通过相位修正因子来改善补偿效果.确定了一种普适的、快速的数值色散补偿方法.在对水中盖玻片和生物组织和的光学相干层析成像图像的色散补偿实验中取得了良好的效果,证明了方法的可行性.     

光学相干层析成像随深度变化的色散补偿方法

提出一种随深度变化的色散补偿方法,用以提升频域光学相干层析成像系统的纵向分辨率。该方法利用迭代算法计算出不同成像深度处的色散补偿系数,通过数值计算,得到色散补偿系数与成像深度的关系表达式,计算出各成像深度处的色散补偿系数,利用这些色散补偿系数消除相应深度位置处信号的高阶色散相位,从而有针对性地对系统中参考臂与样品臂的色散失配进行补偿,消除色散的展宽效应。理论推导和实验结果表明,光学相干层析成像系统中,随深度变化的色散补偿方法对各成像深度位置处的信号,包括成像深度较深位置处的弱信号,均可以进行有效的色散补偿,进而得到更多的样品结构信息。     

可调光瞳滤波器的轴向焦移及扩展焦深

光学超分辨、焦深扩展及焦移3种效应一直受到研究人员的关注,且在光学显微成像、光学校准、光学相干层析成像及光存储中有着重要的应用.提出一种可调谐光瞳滤波器来实现光学系统的轴向焦移及扩展焦深.该光瞳滤波器由两个完全相同且相互平行的λ/4波片和置于其间的λ/2波片组成,其中λ/2波片分为两个可作相对旋转的区域,并且通过推导得...     

用于频域光学相干层析成像的深度分辨色散补偿方法

提出一种深度分辨的色散补偿方法,用于增强频域光学相干层析成像的纵向分辨率。将频域光学相干层析成像采集的干涉谱信号傅里叶变换到空域,获取对应不同深度的干涉谱条纹相位,通过对其进行调整实现对被测样品不同深度处的色散的精确补偿。避免传统方法中采用统一色散系数进行色散补偿所带来的过补偿与欠补偿误差,可以有效消除色散引起的频域光学相干层析成像系统点扩展函数的展宽和扭曲。模拟和实验结果表明,基于深度分辨的色散补偿方法在样品的全深度探测范围内可以达到较佳的补偿效果,可有效提高光学相干层析成像系统的纵向分辨率。     

双光栅快速扫描光学延迟线的色散补偿

光学相干层析成像(OCT)系统的纵向分辨力不仅与光源的带宽有关,而且与系统中两干涉臂间的色散匹配有关。如果色散没有得到精确匹配,将使光学相干层析成像系统的纵向分辨力达不到所预期的理论值。色散问题在超高分辨光学相干层析成像系统中尤为突出。提出了一种基于双光栅快速扫描光学延迟线(RSOD),用于光学相干层析成像系统的色散补偿。该方法中新增的光栅引入了光栅间距这一独立变量,其与常规单光栅快速扫描光学延迟线机构中的光栅离焦量一起,可使光学相干层析成像系统中的群速度色散(GVD)和三阶色散(TOD)同时得到补偿。分析了双光栅快速扫描光学延迟线的色散特性和色散调节原则,并提供了一个典型光学相干层析成像系统中的色散补偿实例。     

光学相干层析成像系统的蒙特卡罗模拟

将光学相干层析成像系统采样臂的光纤与聚焦系统和被测样品作为一个整体来模拟光学相干层析成像信号的形成机理.通过追迹采样光束中每一光子在聚焦系统和被测样品中的随机传输轨迹,来决定该光子对光学相干层析成像信号是否有贡献及贡献大小.对样品IntralipidTM的模拟结果与实验结果表明：1）高散射系数和弱前向散射是引起光学相干层析成像信号随测量深度增加迅速减弱的主要原因;2）对于确定的聚焦系统,光纤的数值孔径有一最佳取值范围.数值孔径太小,则光学相干层析成像信号很弱;数值孔径超出这一范围继续增大,光学相干层析成像信号变化很小.3）当光纤的光轴偏离聚焦系统的光轴h距离时,光学相干层析成像信号随h的增加而减弱.     

适合于内窥成像的共路型光学相干层析成像系统

提出了一种采用光纤型迈克耳孙干涉仪进行光程补偿的菲佐型光学相干层析成像(OCT)系统.该系统的传感探头为共路干涉结构,以解决现有内窥光学相干层析成像系统中存在的探头运动导致图像失真、以及更换使用不同探头时需进行色散和偏振态调节等问题.光程补偿和振动干扰实验结果表明,光程补偿方法正确可行,系统对环境干扰不敏感.利用研制的系统对反射镜和近红外卡进行了成像实验,验证了系统的有效性.提出的方法非常适合于内窥成像,并给出了把系统扩展为内窥光学相干层析成像系统的具体实现过程.     

A Semiconductor Waveguide-Type Optical Frequency Shifter

A waveguide-type optical frequency shifter based on a rotating half-wave plate is proposed. The underlying principle can be used to realize a bit-rate-free and modulation-code-free optical frequency shifter. The waveguide was formed along the ≪1 1 1> direction on a GaAs (1 1 0) substrate by molecular beam epitaxy (MBE) and reactive ion beam etching (RIBE). A 10-MHz optical frequency shift with 16 V_p-p applied voltage and 22.5% shift efficiency is demonstrated.     

基于相位调制偏振态QKD系统的量子信道校正发送方案

提出了一种基于相位调制偏振态QKD系统的量子信道校正发送的新方案—采用波导型相位调制器研制成电控连续可调光学相移器,它可随相位调制器输入电压的连续改变而产生连续的相移,从而控制输出的偏振态;在其前放置一个半波片,即可校正接收端偏振态量子态在信道中所发生的改变,从而保证信道传送密钥的可用性.通过理论推导和实验研究验证了基于相位调制偏振态QKD系统的量子信道校正发送方案的核心部件的可行性.由于本方案能实现高速调制（GHz）,为解决光纤传输的偏振编码QKD系统中偏振态漂移问题提供了一种新的途径.     

可调谐位相型光瞳滤波器的横向光学超分辨和轴向扩展焦深

为克服传统光瞳滤波器的缺点，实现系统光学超分辨性能的可调谐性，设计了一种新型可调谐的位相型光瞳滤波器.该光瞳滤波器包括两个λ/4波片和置于其间的λ/2波片，其中λ/2波片分为两个可作相对旋转的区域.研究结果表明，通过旋转λ/2波片的任意一区域不仅可以实现系统横向光学超分辨能力的可调性，而且可以在横向分辨能力提高的同时实现光学系统轴向焦深的扩展以及轴向焦移.     

可调谐位相型光瞳滤波器的横向光学超分辨和轴向扩展焦深

为克服传统光瞳滤波器的缺点,实现系统光学超分辨性能的可调谐性,设计了一种新型可调谐的位相型光瞳滤波器.该光瞳滤波器包括两个λ/4波片和置于其间的λ/2波片,其中λ/2波片分为两个可作相对旋转的区域.研究结果表明,通过旋转λ/2波片的任意一区域不仅可以实现系统横向光学超分辨能力的可调性,而且可以在横向分辨能力提高的同时实现光学系统轴向焦深的扩展以及轴向焦移. 关键词： 光学超分辨 位相型光瞳滤波器 可调谐     

光栅-液晶复合结构太赫兹移相器

随着太赫兹技术及其应用的快速发展,各类太赫兹控制器件需求也随之增加,作为太赫兹系统重要器件之一,太赫兹波移相器成为当前研究热点。已有移相器存在着尺寸较大、结构复杂、相移量较小等问题,为克服上述缺陷,提出一种光栅-液晶复合结构太赫兹移相器,该器件结构为石英、石墨烯、液晶盒、光栅结构、石墨烯和石英组成。通过改变石墨烯电极上电压,使液晶折射率发生改变,相移器的相位因折射率改变而发生变化,通过控制外加电压可以实现对太赫兹波相移量有效调控。计算结果表明,该移相器在0.39~0.46 THz频率范围内实现了400°相移量,回波损耗小于-11 dB,在频率0.43 THz处,最大相移量达到422°。太赫兹波入射角在0°~30°范围内变化,移相器的相移量保持不变,而且该器件对入射太赫兹波偏振态不敏感。所设计的太赫兹移相器具有相移量大、结构尺寸小等优点,在未来的太赫兹通信、安检、医疗、传感、成像等领域中具有广阔的应用前景。     

同轴插板式相移器数值模拟与实验研究

 根据同轴插板式相移器的基本工作原理，对该相移器进行了数值模拟与优化设计，并重点研究了其结构工艺和相移控制方式。在此基础上研制了一个中心频率为4.1 GHz的相移器模型，并通过矢量网络分析仪进行了实验测量。测量结果表明：在4.0～4.2 GHz的频带范围内，该相移器可实现90°的相移量，相移量化精度为1°，相移精度为±１０°,相移器插损1.5 dB。     

Observable frequency shifts via spin-rotation coupling

The phase perturbation arising from spin-rotation coupling is developed as a natural extension of the celebrated Sagnac effect. Experimental evidence in support of this phase shift, however, has yet to be realized due to the exceptional sensitivity required. We draw attention to the relevance of a series of experiments establishing that circularly polarized light, upon passing through a rotating half-wave plate, is changed in frequency by twice the rotation rate. These experiments may be interpreted as demonstrating the role of spin-rotation coupling in inducing this frequency shift, thus providing direct empirical verification of the coupling of the photon helicity to rotation. A neutron interferometry experiment is proposed which would be sensitive to an analogous frequency shift for fermions. In this arrangement, polarized neutrons enter an interferometer containing two spin flippers, one of which is rotating while the other is held stationary. An observable beating in the transmitted neutron beam intensity is predicted.     

Simultaneous measurement of optical rotation angle and retardance

In this study, an optical scheme based on Stokes-Mueller Formalism and rotating wave-plate Stokes polarimeter is successfully developed to simultaneously measure optical rotation angle and retardance. The average relative errors in the measured rotation angle and retardance of a half-wave plate which are solved by nonlinear equations of detected Stokes parameters are determined to be just 0.74% (1.16% for a perfect half-wave plate with retardance of 180°) and 0.40% respectively. The average relative error in the measured rotation angles of glucose solutions with concentrations ranging from 0 to 1.2 g/dl is determined to be 4.53% (2.98% under calibration with sample cell). From the inspection of simultaneous measurement of rotation angle and retardance in a glucose solution followed by a half-wave plate, the average relative error in the measured rotation angles of glucose solutions is determined to be 4.23% (1.81% under calibration with sample cell). The correlation coefficient between the measured rotation angle and the glucose concentration is found to be 0.99966, while the standard deviation is just 0.00357°, and the average relative error in the measured retardance of a half-wave plate is determined to be just 0.47%. Consequently, the derived algorithm for simultaneously measuring rotation angle and retardance is feasible, and the developed system is evaluated with a precision of 10% approximately in rotation angle and a high precision of 0.0032% in retardance measurement.