圆偏振全光纤偏振敏感谱域光学相干层析方法与系统研究

发布时间：2020-07-24 10:37

【摘要】：光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)技术是一种高分辨、非侵入、无辐射的无损在体实时成像技术,在生物学和医学等领域有着广泛的应用和良好的发展前景。偏振敏感OCT(Polarization Sensitive OCT,PSOCT)技术可提供传统OCT技术强度信息以外的偏振信息,为疾病的早期诊断提供了更多参考。本文首先介绍了OCT技术的发展概况、基本原理和主要应用,分析了其系统性能。对PSOCT技术进行了理论铺垫,阐述了偏振光及光的偏振效应,介绍了基本的PSOCT系统。设计并搭建了一套全单模光纤、单光谱仪偏振敏感OCT成像系统。设计并研制了基于沃拉斯顿棱镜的偏振敏感线性波数光谱仪,实施了基于偏振控制器的确定偏振态调节方法,准确测量了标准补偿器和波片的相位延迟和光轴方位角数据,成功获取了牛腱组织和鸡肌肉组织的深度分辨强度图像、相位延迟图像和光轴方位角图像,验证了搭建的偏振敏感OCT系统对生物组织偏振信息获取的可行性。设计并搭建了一套基于图形处理中心(Graphic Processing Unit,GPU)图像重建的眼底OCT成像系统。利用GPU的并行计算功能,基于CUDA C语言实现对OCT数据的快速处理,基于裂隙灯自行设计搭建了眼底OCT样品臂,成功获取人眼底视网膜OCT图像。设计了一套光纤型内窥扫频偏振敏感光学相干层析成像系统,研制了一种用于内窥OCT系统的光纤旋转连接器。旋转连接器采用无刷直流伺服电机带动旋转,采用在玻璃毛细管中注射折射率匹配液的方式实现光能的高效耦合。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;O436.3
【图文】：

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南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文 OCT 技术的拓展性功能，可以获得样品内部丰富的偏振信息。另外，基于像技术（OCT Angiography，OCTA）[15]、光学相干弹性成像（Optical phy，OCE）[16~18]等也得到了很好的发展。）眼科 OCT 技术应用眼睛疾病危害着人类的健康，而眼睛作为人体最脆弱、最复杂的组织，在临十分困难。眼球的透光性使其非常适合进行光学成像，而 OCT 技术无损、高在眼科领域，尤其是角膜、视网膜、视神经乳头等组织的成像方面有极大应于青光眼、黄斑变质等眼科疾病的早期检测治疗和预防[19,20]。相比于眼底造隙扫描这些低分辨率、低速的定性检查技术，OCT 技术优势相当明显，可以等的个体细节。如图 1.1 所示，为人眼视网膜黄斑中心凹区域的 OCT 图像，膜的解剖学结构。

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1.2.1 低相干干涉原理OCT 技术区别于其他光学显微方式的基本特征在于是否采用低相干干涉法进行成像。如图1.2 所示，为用于 OCT 系统迈克尔逊干涉仪的低相干干涉原理示意图。图 1.2 低相干干涉原理示意图光源的电场表达式复数形式为( )( ),i kz tiE s k w e = (1.2)这里的s ( k ,w)为波数 k =2 / 和角频率 =2 的函数，分别表示波长为的光谱分量的时间频率和空间频率，分束器将光源功率按 50:50 分配，分别进入参考臂和样品臂。假设参考反射镜的反射率为Rr ，功率反射率为2R RR = r，参考臂在空气中的长度为Rz 。样品不同深度的反射率为( )S Sr z ，OCT 技术的目标就是重建它

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图 1.3 一个典型的 SDOCT 系统示意图宽带超辐射发光二极管或飞秒激光器，整个系统使用光纤搭建，该系统。其中，样品臂是患者接口，引导 OCT 光束通过瞳孔并扫描视网膜。参于设置参考光功率以及达到与眼睛样品的色散大致匹配。干涉信号通过相机（CCD）测量，相机的线扫描速率决定了 OCT 系统的轴向扫描速将光纤输出的光入射至衍射光栅上，相机镜头将分光后的光谱聚焦至涉光谱，且为波长的函数，将其从波长变换到波数对频谱进行数值重采，即可得到样品的深度层析信息。叶变换对 ( ) ( )0 0 01cos2F z z z z kz ，以及傅里叶变换 ) ( ) ( )Fz X k Y k，对式（1.9）作傅立叶逆变换得( ) ( ) ( )( ) ( ( ( )))1 21824D R S SNR Sn R SnnI k z R R Rz R R z z z ==

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