本發(fā)明涉及偏振頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)領(lǐng)域,具體涉及一種基于光開(kāi)關(guān)的單光譜儀偏振頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

偏振光學(xué)相干層析成像(polarization-sensitiveopticalcoherencetomography,oct)是在傳統(tǒng)oct成像技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展出的一種新成像方法，其特點(diǎn)是除了能夠提供傳統(tǒng)oct一樣的樣品結(jié)構(gòu)信息外還能夠獲得樣品的偏振信息。偏振oct的發(fā)展始終伴隨著傳統(tǒng)oct技術(shù)發(fā)展的腳步，目前已經(jīng)從掃描速度較為緩慢的時(shí)域偏振oct轉(zhuǎn)變到掃描速度較快的頻域偏振(octspectrumdomainopticalcoherencetomography,sdoct)，包括光譜偏振oct和掃頻偏振oct。當(dāng)偏振光入射到待測(cè)樣品后，由于樣品具有雙折射性質(zhì)從而改變了返回光的偏振性質(zhì)，通過(guò)探測(cè)返回光的偏振特性可以得到待測(cè)樣品的偏振性質(zhì)如相位延遲圖和快軸方向圖等，同時(shí)能夠提供與傳統(tǒng)oct相同的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)信息。要得到樣品的偏振信息必須測(cè)量樣品垂直方向的偏振干涉信息和水平方向的偏振干涉信息。

傳統(tǒng)偏振oct系統(tǒng)中是將線偏振光經(jīng)過(guò)非偏振分束器分成兩束，其中一束經(jīng)過(guò)適當(dāng)角度放置的1/4波片變成入射偏振光方向成45°角的線偏振光。另一束光經(jīng)過(guò)一個(gè)快軸與其偏振方向成45°角的1/4波片以圓偏振光入射到樣品，返回樣品光再次經(jīng)過(guò)波片后成為橢圓偏振光，兩路偏振光在返回分束器時(shí)發(fā)生相干疊加，然后該相干光經(jīng)過(guò)偏振分束器分成相互正交的兩束光分別被兩個(gè)探測(cè)器探測(cè)。由于寬帶光在經(jīng)過(guò)偏振分束器分光時(shí)，兩路正交的偏振光并不能夠完全分離導(dǎo)致兩路偏振光信息發(fā)生串?dāng)_影響了成像質(zhì)量。另外由于分光棱鏡的使用，要獲得比較理想的成像信噪比，光路調(diào)整的難度較大。在光譜型偏振oct中，光譜儀ccd探測(cè)器的價(jià)格昂貴，且兩路探測(cè)時(shí)對(duì)兩個(gè)光譜儀有較高的同步要求。要實(shí)現(xiàn)單光譜儀偏振oct且不使用偏振分束器則要對(duì)參考臂或者探測(cè)端進(jìn)行改進(jìn)。fan等人構(gòu)建了兩路參考臂并且在之間引入一定的光程差結(jié)合全范圍成像算法來(lái)分開(kāi)兩路正交信號(hào)，該方法需要增加額外的相位調(diào)制設(shè)備和更加復(fù)雜的算法，并且該方法兩路參考光信號(hào)形成的圖像對(duì)于樣品同一深度處的系統(tǒng)靈敏度并不相同導(dǎo)致測(cè)量誤差，且使用非偏振分光棱鏡進(jìn)行分光，增加了光路調(diào)整難度。bernhard等人在探測(cè)端利用光柵把兩束正交偏振光以不同衍射角入射到ccd不同的區(qū)域以實(shí)現(xiàn)偏振探測(cè)，該方法降低了衍射效率，降低了系統(tǒng)信噪比，且系統(tǒng)調(diào)節(jié)難。

因此，對(duì)于上述問(wèn)題有必要提出基于光開(kāi)關(guān)的單光譜儀偏振頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供基于光開(kāi)關(guān)的單光譜儀偏振頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，采用單一探測(cè)器，使用高速1分2路光開(kāi)關(guān)進(jìn)行正交偏振光的通道選擇，不使用分光棱鏡和偏振分束器，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)難度，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和信噪比。

基于光開(kāi)關(guān)的單光譜儀偏振頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，包括低相干寬帶光源、光纖起偏器、光纖耦合分路器、光開(kāi)關(guān)、第一光纖反射鏡、光纖偏振控制器、第二光纖反射鏡、準(zhǔn)直鏡、1/4波片、三維掃描振鏡、聚焦物鏡、待測(cè)樣品、光譜儀和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，所述低相干寬帶光源通過(guò)光纖起偏器連接光纖耦合分路器，所述光纖耦合分路器分布連接光開(kāi)關(guān)、準(zhǔn)直鏡和光譜儀，所述光開(kāi)關(guān)分別連接第一光纖反射鏡和通過(guò)光纖偏振控制器連接第二光纖反射鏡，所述準(zhǔn)直鏡依次通過(guò)1/4波片、三維掃描振鏡和聚焦物鏡連接待測(cè)樣品，所述光譜儀連接計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

優(yōu)選地，所述光開(kāi)關(guān)采用1分2路光開(kāi)關(guān)或者多分多路光開(kāi)關(guān)。

優(yōu)選地，所述低相干寬帶光源配套線陣ccd探測(cè)器或者寬帶掃頻低相干光源配套光電探測(cè)器或者光電平衡探測(cè)器。

優(yōu)選地，所述低相干寬帶光源的帶寬范圍為幾十納米到幾百納米。

優(yōu)選地，所述低相干寬帶采用光源發(fā)光二極管、超輻射發(fā)光二極管、掃頻寬帶光源或飛秒激光器或超連續(xù)譜光源。

優(yōu)選地，所述光譜儀是邁克爾遜干涉儀或者馬赫曾德干涉儀。

優(yōu)選地，所述光纖偏振控制器可采用波片，所述第一光纖反射鏡和第二光纖反射鏡均是準(zhǔn)直鏡加上平面反射鏡。

基于光開(kāi)關(guān)的單光譜儀偏振頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，其工作流程為：(1)低相干寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)起偏器后成為線偏振光耦合進(jìn)邁克爾遜干涉儀并且分成參考光路和樣品光；(2)參考光經(jīng)過(guò)一個(gè)1分2光開(kāi)關(guān)將參考光分成兩路，其中一路經(jīng)過(guò)一個(gè)光纖偏振控制器和光纖反射鏡返回后光的偏振方向與入射光相比轉(zhuǎn)過(guò)90°；(3)另一路經(jīng)過(guò)光纖反射鏡反射原路返回，經(jīng)過(guò)調(diào)整使得兩路參考光與樣品光的光程相等，微小差異可以很容易通過(guò)軟件進(jìn)行光程補(bǔ)償。樣品光經(jīng)過(guò)一個(gè)光纖偏振控制器使得入射到樣品的光為圓偏振光，光經(jīng)過(guò)樣品內(nèi)部反射之后攜帶樣品的偏振信息再次經(jīng)過(guò)光纖偏振控制器變成橢圓偏振光耦合進(jìn)邁克爾遜干涉儀與兩路參考光發(fā)生干涉；(4)兩路參考光與樣品光干涉后分別帶有樣品水平和垂直方向的偏振信息，通過(guò)控制光開(kāi)光進(jìn)行光通道選擇控制水平和垂直方向偏振信息的分開(kāi)探測(cè)分別記為ih和iv，光譜儀將記錄的干涉光譜信號(hào)通過(guò)視頻采集卡采集后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將兩路信號(hào)進(jìn)行變換到k空間、插值、減直流后進(jìn)行傅里葉逆變換得到每一路信號(hào)的強(qiáng)度信息和相位信息，分別記為ah(z)、φh,av(z)、φv.經(jīng)過(guò)計(jì)算得到被測(cè)樣品的強(qiáng)度圖、相位延遲圖和快軸方向圖，

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明未使用偏振分束器，避免了模間干擾，也未使用分光棱鏡降低了系統(tǒng)調(diào)節(jié)難度，增加了系統(tǒng)信噪比，采用單探測(cè)器，達(dá)到簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)降低成本的目的，不需要增加額外的相位調(diào)制設(shè)備和復(fù)雜的重建算法，提高了計(jì)算速度，同時(shí)具有很強(qiáng)實(shí)用性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。

如圖1所示，基于光開(kāi)關(guān)的單光譜儀偏振頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，包括低相干寬帶光源1、光纖起偏器2、光纖耦合分路器3、光開(kāi)關(guān)4、第一光纖反射鏡5、光纖偏振控制器6、第二光纖反射鏡7、準(zhǔn)直鏡8、1/4波片9、三維掃描振鏡10、聚焦物鏡11、待測(cè)樣品12、光譜儀13和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集設(shè)備14，所述低相干寬帶光源1通過(guò)光纖起偏器2連接光纖耦合分路器3，所述光纖耦合分路器3分別連接光開(kāi)關(guān)4、準(zhǔn)直鏡8和光譜儀13，所述光開(kāi)關(guān)4分別連接第一光纖反射鏡5和通過(guò)光纖偏振控制器6連接第二光纖反射鏡7，所述準(zhǔn)直鏡8依次通過(guò)1/4波片9、三維掃描振鏡10和聚焦物鏡11連接待測(cè)樣品12，所述光譜儀13連接計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集設(shè)備14。

進(jìn)一步的，所述光開(kāi)關(guān)4采用1分2路光開(kāi)關(guān)或者多分多路光開(kāi)關(guān)，所述低相干寬帶光源1配套線陣ccd探測(cè)器或者寬帶掃頻低相干光源配套光電探測(cè)器或者光電平衡探測(cè)器。

進(jìn)一步的，所述低相干寬帶光源1的帶寬范圍為幾十納米到幾百納米，所述低相干寬帶光源1采用光源發(fā)光二極管、超輻射發(fā)光二極管、掃頻寬帶光源或飛秒激光器或超連續(xù)譜光源。

進(jìn)一步的，所述光譜儀13是邁克爾遜干涉儀或者馬赫曾德干涉儀，所述光纖偏振控制器6可采用波片，所述第一光纖反射鏡5和第二光纖反射鏡7均是準(zhǔn)直鏡加上平面反射鏡。

基于光開(kāi)關(guān)的單光譜儀偏振頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，其工作流程為：(1)低相干寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)起偏器后成為線偏振光耦合進(jìn)邁克爾遜干涉儀并且分成參考光路和樣品光；(2)參考光經(jīng)過(guò)一個(gè)1分2光開(kāi)關(guān)將參考光分成兩路，其中一路經(jīng)過(guò)一個(gè)光纖偏振控制器和光纖反射鏡返回后光的偏振方向與入射光相比轉(zhuǎn)過(guò)90°；(3)另一路經(jīng)過(guò)光纖反射鏡反射原路返回，經(jīng)過(guò)調(diào)整使得兩路參考光與樣品光的光程相等，微小差異可以很容易通過(guò)軟件進(jìn)行光程補(bǔ)償，樣品光經(jīng)過(guò)一個(gè)光纖偏振控制器使得入射到樣品的光為圓偏振光，光經(jīng)過(guò)樣品內(nèi)部反射之后攜帶樣品的偏振信息再次經(jīng)過(guò)光纖偏振控制器變成橢圓偏振光耦合進(jìn)邁克爾遜干涉儀與兩路參考光發(fā)生干涉；(4)兩路參考光與樣品光干涉后分別帶有樣品水平和垂直方向的偏振信息，通過(guò)控制光開(kāi)光進(jìn)行光通道選擇控制水平和垂直方向偏振信息的分開(kāi)探測(cè)分別記為ih和iv，光譜儀將記錄的干涉光譜信號(hào)通過(guò)視頻采集卡采集后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將兩路信號(hào)進(jìn)行變換到k空間、插值、減直流后進(jìn)行傅里葉逆變換得到每一路信號(hào)的強(qiáng)度信息和相位信息，分別記為ah(z)、φh,av(z)、φv.經(jīng)過(guò)計(jì)算得到被測(cè)樣品的強(qiáng)度圖、相位延遲圖和快軸方向圖，

傳統(tǒng)雙探測(cè)器系統(tǒng)對(duì)水平和偏振兩路信號(hào)進(jìn)行探測(cè)時(shí)需要嚴(yán)格的同步，否則兩個(gè)探測(cè)器探測(cè)到信號(hào)的時(shí)間延遲會(huì)降低圖像質(zhì)量，并且使用偏振分束器(分光棱鏡)或者非偏振分光棱鏡進(jìn)行分光，引入了噪聲并且加大了光路調(diào)整難度，本實(shí)施例中，只需要采用一個(gè)探測(cè)器并且不需要使用偏振分束器以及分光棱鏡，沒(méi)有額外增加相位調(diào)制設(shè)備和復(fù)雜算法即可探測(cè)到水平和垂直兩路信號(hào)，對(duì)比現(xiàn)有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，系統(tǒng)調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單易行。

本發(fā)明未使用偏振分束器，避免了模間干擾，也未使用分光棱鏡降低了系統(tǒng)調(diào)節(jié)難度，增加了系統(tǒng)信噪比，采用單探測(cè)器，達(dá)到簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)降低成本的目的，不需要增加額外的相位調(diào)制設(shè)備和復(fù)雜的重建算法，提高了計(jì)算速度。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。