CH4-12

傅里葉變換光譜儀光學(xué)相干層析術(shù)

FourierTransformSpectrometer

OpticalCoherenceTomography1.光譜分析—傅里葉變換光譜儀傅里葉變換光譜儀（FTS）是在邁克耳孫干涉儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其工作原理和傳統(tǒng)的色散型光譜儀（棱鏡光譜儀、光柵光譜儀）完全不同記錄干涉場(chǎng)中某點(diǎn)（邁克耳孫干涉圖樣中心處）干涉光強(qiáng)在時(shí)間推移過程中隨光程差的變化，然后通過計(jì)算機(jī)處理將所記錄的干涉圖轉(zhuǎn)化為光譜圖探測(cè)器接收到的兩光束干涉光強(qiáng)公式可寫為兩相干光束的振幅相等，γ取值為1用波數(shù)

=1/表示的兩光束干涉光強(qiáng)公式:設(shè)入射到干涉儀的光波含有多種波長(zhǎng)成分，光譜強(qiáng)度的分布函數(shù)為B(

),處于

至

+

間隔內(nèi)的光強(qiáng)為B(

)d

對(duì)各種波長(zhǎng)積分得所有光譜產(chǎn)生的干涉光強(qiáng)為：＝0時(shí)：--傅里葉余弦變換擴(kuò)展到復(fù)數(shù)上式表明干涉光強(qiáng)信號(hào)是光源光譜分布函數(shù)B(

)的傅里葉余弦變換。其逆變換可以寫為得到干涉圖i(△)～△曲線，電子計(jì)算機(jī)完成傅里葉變換，獲得B(

)~

曲線，即為光譜圖2.邁克耳孫干涉原理的新應(yīng)用－光學(xué)相干層析術(shù)（OpticalCoherenceTomography－OCT)OCT是繼x射線CT、核磁共振等成像技術(shù)之后發(fā)展起來的又一新的層析成像技術(shù),在材料微結(jié)構(gòu)檢測(cè)、生物活體組織斷層成象、癌癥的早期診斷等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值OCT原理探測(cè)器低相干光源OCT原理圖M樣品特點(diǎn)：非侵入式高分辨率高速度OCT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖低相干光源探測(cè)器超外差電路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理L1L2L3生物體2×2光纖耦合器參考光反射鏡信號(hào)臂參考臂1.OCT實(shí)驗(yàn)裝置－光纖化的邁克耳孫干涉儀低相干光源干涉產(chǎn)生的圖樣具有良好的空間定位性掃描縱向定位于一點(diǎn)橫向線掃描得一幅層析圖縱向分辨率公式:外差式檢測(cè),提高信號(hào)檢測(cè)的靈敏度其中

為Bandwidth(FWHM)。例如:對(duì)于中心波長(zhǎng)

=830nm,

=25nm,則求出分辨率δ≈12μm。OCT的分辨率相干長(zhǎng)度與分辨率的關(guān)系：待測(cè)物體上某點(diǎn)的干涉信號(hào)強(qiáng)度一半的位置與其縱深方向上相鄰點(diǎn)的干涉信號(hào)強(qiáng)度一半的位置重疊時(shí)，意味著兩相鄰點(diǎn)剛好能夠分辯。ΔLΔLδ光程相差2δ入射光后向散射兩相鄰點(diǎn)之間的光程之差是兩相鄰點(diǎn)距離的兩倍。由此得到OCT成像的縱向分辨率為：舉例說明１．SLD光源中心波長(zhǎng)：830nm帶寬：18nm

計(jì)算得到縱向分辨率：17μm。２．超短脈沖光源(飛秒激光) 中心波長(zhǎng)：830nm帶寬：260nm

計(jì)算得到縱向分辨率：1.2μm常用生物醫(yī)學(xué)層析成像技術(shù)分辨率比較X射線CT超聲成像核磁共振成像OCT成像分辨率300μm~1mm500μm~1mm100μm~500μm1μm~50μmOCT與高頻率超聲成像結(jié)果對(duì)比洋蔥表皮的

OCT圖像實(shí)際樣品大小為10mm×4mm，圖中橫向分辨率約為20μm，縱向分辨率約為25μm