光学相干层析成像的图像重建

层析成像技术－光学相干层析术是基于光学低相干反射测量发展而来的。介绍了用图像恢复的基本原理在光学相干层析术图像增强方面的工作。通过实验测量行到了解卷积所必需的点扩展函数。重建后的膜层结构图像的深度分辨率提高了一个数量级,图像也取得了了的锐化、去噪的效果。     

光学相干层析多普勒成像功能拓展研究

光学多普勒成像(Optical Doppler tomography,ODT)是一种结合了光学相干层析成像技术(Opticalcoherence tomography,OCT)和多普勒流速仪的非侵入、非接触的成像技术,能够实现对高散介质组织内部的血管分布和血液流速的探测。阐述了基于数字希尔伯特变换的相位分离多普勒光学相干层析成像技术的工作原理,并且通过对玻璃毛细管和生物芯片微通道管中聚苯乙烯溶液流速的实验测量,准确测量管内微粒缓慢移动时的多普勒频移量,获得了玻璃管内和生物芯片微通道管中流速分布曲线,证实了所提方法的可行性。获取的多普勒图像具有较高的空间分辨力和速度分辨力,在未来的临床应用中有潜在的应用价值。     

利用变迹术和相干门相结合实现光学相干层析成像术轴向超分辨

光学相十层析成像（光学相干层析成像术）的轴向分辨力由光源带宽和探测光束的聚焦条件共同决定。提高光学相干层析成像术轴向分辨力的方法主要基于带宽光源技术。提出了一种将变迹术与光学相十层析成像术相干门有机结合的方法来提高其轴向分辨力。通过适当形式的光瞳滤波器．使光学相干层析成像术系统轴向响应的主瓣宽度缩小到相干门之内,而其旁瓣则处于相干门之外．不对相干成像产生有效贡献。这样．就能在光源带宽不变的条件下,有效提高光学相十层析成像术的轴向分辨力,避免了采用宽带光源所带来的费用昂贵和系统复杂等缺陷。     

频域OCT的背向散射率补偿

针对频域OCT中背向散射光的强度随探测深度加深而急剧减弱,从而导致最后的组织成像模糊不清的现象,提出了一种对不同探测深度图像灰度补偿的方法。该方法通过补偿样品每层析面的入射光功率与背向功率散射率,来得到样品每层析面图像的真实灰度,提高了OCT图像质量。以理想的、由多层均匀介质组成的组织模型为基础,深入剖析了影响深度图像灰度的主要因素。通过建立以多层盖玻片为被测物体的频域OCT系统,得到多层盖玻片的深度图像。在对以盖玻片为被测物体的前提下,得出逐层深度图像灰度补偿的公式。并将理论补偿和实验系统的复杂情况相结合,对深度灰度图像进行入射和出射光强的补偿。实验结果证明这种补偿法是一种有效可行的补偿方法。     

Process Algorithms for Resolution Improvement and Contrast Enhancement in Optical Coherence Tomography

We proposed two process algorithms for resolution improvement and contrast enhancement in the images of optical coherence tomography (OCT). An OCT system with a non-Gaussian light source spectrum or dispersion mismatch usually results in sidelobes in the interference fringe envelope that may produce artifacts and reduce image contrast. Based on the concept of deconvolution, we proposed two different process algorithms and demonstrated their effectiveness in retrieving sample structures. The effects of the process algorithms were examined by numerical simulations and real OCT scanning images. After processing with the proposed procedures, the effects of sidelobes were tremendously suppressed and the image qualities were improved.     

光学相干层析成像系统中双通快速扫描光学延迟线的数值分析

以matlab为工具,详尽分析双通快速扫描光学延迟线在最佳耦合条件下的光束传输与分布,为双通快速扫描光学延迟线的设计、元件选择和系统调整提供理论依据.得出离焦距离Δf=1μm和Δf=578 μm两个理论上的最佳耦合点.但就实际光路调试来看,离焦距离Δf=1 μm为此系统的最佳耦合点.     

时域光学相干层析系统噪音分析和实验研究

本文从理论和实验上分析了存在拍频噪音时时域光学相干层析系统的噪音特性,给出了拍频噪音的具体估算方法.建立了描述一般时域光学相干层析系统实际噪音的简化模型,并给出了测量和寻找平衡探测光学相干层析系统最佳工作状态的方法.理论计算表明,平衡探测光学相干层析系统的信噪比受限于拍频噪音,理想情况下,最大信噪比可达100 dB左右...     

时域光学相干层析系统噪音分析和实验研究

本文从理论和实验上分析了存在拍频噪音时时域光学相干层析系统的噪音特性,给出了拍频噪音的具体估算方法.建立了描述一般时域光学相干层析系统实际噪音的简化模型,并给出了测量和寻找平衡探测光学相干层析系统最佳工作状态的方法.理论计算表明,平衡探测光学相干层析系统的信噪比受限于拍频噪音,理想情况下,最大信噪比可达100 dB左右|同时实验表明,如果实际的系统不能完全消除冗余噪音,其信噪比可能要比理论值小10~20 dB.本文的主要结果将可直接用于时域光学相干层析系统工作状态的测试和诊断当中,对频域光学相干层析系统噪音性能的分析和优化也将有所裨益.     

内窥式扫频光源光学相干层析系统的探头设计

利用自聚焦透镜和单模光纤搭建了基于光纤旋转连接器的内窥式扫频光源光学相干层析成像系统.利用Zemax模拟了内窥探头的光学性能,分析了光纤到自聚焦透镜的距离和自聚焦透镜节距对探头性能参量的影响.在综合考虑元器件成本以及成像要求后,选择无需定制,节距为0.24Pitch的自聚焦透镜,确定光纤与自聚焦透镜之间的距离为0.7mm.经实验测得该系统的横向分辨率约为19.5μm,纵向分辨率约为9μm,工作距离约为7mm,成像深度为6.2mm(空气中),与理论值接近.为了验证该系统对生物组织的成像性能,利用该系统对猪食道进行离体成像,重建后的层析图中可以明显地观察到猪肠道的表皮层和固有层.测量系统的各项成像性能参量以及对生物组织的成像性能表明该探头在内窥成像中是可行的.     

Multiple Backscattering Effects in Optical Coherence Tomography Images of Layered Turbid Media

We study the influence of multiple backscattering on optical coherence tomography (OCT) images or pulsed-sounding images of layered turbid media. A method for calculating the signal of various orders of backscattering is proposed. The retarding effects of OCT-signal dropping are analyzed. The contrast attenuation of an image of a layered medium due to multiple backscattering is examined. The blurring effect of an image of the back boundary of a scattering layer, caused by a delay of multiply scattered photons compared with single-scattered ones, is studied theoretically and experimentally using an OCT device.     

OCT系统对人体牙齿组织的非失真成像深度的研究

利用基于蒙特卡罗方法的牙组织光学相干层析(OCT)成像模型,研究了不同牙组织的OCT非失真成像深度。通过模拟入射高斯光束以及光在牙组织中的传输,分别获得了单层牙釉质、单层牙本质以及两层牙组织结构的二维仿真OCT图像,与实验结果具有定性的一致性。通过分析二维仿真OCT图像所对应的一维OCT信号,分别得到了三种牙组织结构的平均非失真成像光学深度。研究结果表明,OCT系统对牙齿组织的非失真成像光学深度在150~2400μm之间,其中牙釉质的非失真成像深度要远大于牙本质的成像深度。所得的结果对于在实验中利用OCT图像对组织结构有效信息进行判断具有一定的参考价值。     

Design and Simulation of Broadband Beam Splitter on a Silicon Nitride Platform for Optical Coherence Tomography

ABSTRACT

Integrated photonics enables the miniaturization of bulk optical components for biosensing applications such as optical coherence tomography (OCT) and is therefore promising for future lab-on-chip solutions. Here, we report the design and simulation of a compact low loss broadband beam splitter with arbitrary coupling ratios on silicon nitride platform for OCT systems. The reported coupler uses asymmetric waveguide-based phase control section for 10:90, 20:80, 30:70, 40:60, and 50:50 splitting ratios and is broadband over 100 nm with the central wavelength of 850 nm. The couplers are realized for transverse electric, transverse magnetic, and fully vectorial modes, and maximum excess loss for all mode types is reported to be less than 0.19 dB. The design tolerance of waveguide width and thickness of the designed coupler is further calculated and is within fabrication limit.     

样品散射对频域光学相干层析成像光谱形状和深度分辨率的影响

研究了样品散射性质对频域光学相干层析成像干涉谱信号和深度分辨率的影响。理论分析和模拟结果表明:样品散射使干涉谱信号的强度分布发生改变且向长波方向偏移,进而降低了成像的深度分辨率;样品的散射系数越大、深度越深,偏移越严重,深度分辨率降低越多;使用相应的校正函数可以提高深度分辨率。     

频域光学相干层析术系统中高准确度高灵敏度补偿色散法

将色散测量方法和快速扫描延迟线技术相结合,在谱域光学相干层析系统中实现了对群延迟色散的精确补偿.在该方法中,先在样品臂中放入平面反射镜,等间隔移动参考臂中快速扫描延迟线系统中光栅的位置,同时测量系统参考臂和样品臂之间的群延迟色散差值.当该值为零时,则表明系统色散匹配.将该方法与基于点扩散函数半高宽的方法进行比较,发现基于半高宽方法的测量误差为4.43%,而该方法的测量误差为0.76%;在色散补偿过程中,随着色散匹配点的靠近,半高宽方法的灵敏度由92.105 3fs2减小到1.344 7×103 fs2,而新方法的灵敏度则保持165.789 5fs2,表明本文提出的色散补偿法具有较高的色散补偿准确度和灵敏度.实验表明,色散补偿后的系统分辨率接近理论值;在补偿系统色散的同时,还可以根据测量所得色散值的符号来判定光栅的移动方向,从而更容易地完成补偿工作.     

高速相干光通信平衡探测器研究

通过对相干光通信平衡探测器原理及关键技术进行分析,设计了一套高速平衡探测系统,并在室内构建了相干光通信测试平台.测试实验发现:该平衡探测器可以实现不同速率的相干探测,可为相干光通信提供有利的条件.在2.5Gbps通信速率下直接探测时,单管灵敏度可以达到-26dBm,动态范围为-26~3dBm;在本振光为3dBm时,相干探测的灵敏度可以达到-46.5dBm,动态范围为-46.5~3dBm.     

Compensation for the Influence of Fluctuations in the Distance to the Object During Noncontact Probing in Spectral Domain Optical Coherence Tomography

Radiophysics and Quantum Electronics - We propose and experimentally test a numerical method for correction of the influence of fluctuations in the distance to objects during noncontact probing in...