2Ou[u#H 光學(xué)相干層析
成像(OCT)系統(tǒng)是斷層成像系統(tǒng)，它通過(guò)圖像反射或散射出來(lái)的光來(lái)獲取被測(cè)物體橫截面或三維圖像。本文講述了光學(xué)相干層析成像(OCT)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并探討了如何使用OpticStudio進(jìn)行相干模擬。
（聯(lián)系我們獲取文章附件） Ezr:1 GJ 簡(jiǎn)介 BReJ!|{m} 光學(xué)相干層析成像(OCT)系統(tǒng)是斷層成像系統(tǒng)，它通過(guò)圖像反射或散射出來(lái)的光來(lái)獲取被測(cè)物體橫截面或三維圖像。盡管
光線(xiàn)在OCT中穿透的深度以毫米數(shù)量級(jí)計(jì)量，但OCT具有安全性和高分辨率的特征，使得OCT最典型應(yīng)用于醫(yī)學(xué)生物組織成像。
kKAP"'v OCT的
光學(xué)系統(tǒng)由邁克爾遜干涉儀構(gòu)成，在參考鏡與樣品之間的反射光相干，這一現(xiàn)象表明了從樣品不同位置深度反射或散射出來(lái)的光與參考鏡的位置有關(guān)。
GM3f- \/ 本文將介紹如何在OpticStudio中模擬商用的OCT。
系統(tǒng)模型 Zn
''_fjh 健康人眼的角膜和虹膜(A)以及視網(wǎng)膜組織(B)的橫截面如下圖所示。顏色深度的改變意味著反射光的強(qiáng)度改變，說(shuō)明內(nèi)部材料發(fā)生變化。 W}5xmz 
Wn(6,MDUN 一個(gè)典型的OCT系統(tǒng)如下圖。光束被均勻地分成兩束，分別進(jìn)入?yún)⒖急叟c樣品臂。其中一束光在體積樣品中疊加，從而減小掃描面積。光源是寬帶準(zhǔn)直光源，寬帶光源的選擇意味著低相干性和高精度的深度定位，從而使參考鏡與樣品之間的反射光相干。 Zy o[(`y 
QlJ)F{R8il f7=((5N 深度掃描，也稱(chēng)為縱向掃描或a掃描，用于測(cè)量反射光的強(qiáng)度，作為反射光透過(guò)樣品距離的函數(shù)。在OCT系統(tǒng)中的不同位置進(jìn)行深度掃描，這一過(guò)程通常由參考鏡完成，參考鏡完成掃描后對(duì)比樣品反射光的光程與樣品、參考鏡之間光路的光程差。
sC='_h 通過(guò)在X或Y方向上旋轉(zhuǎn)掃描鏡實(shí)現(xiàn)橫向、縱向或b掃描，使探測(cè)光在樣品區(qū)域上平移。
AQ_| : 我們將從商用OCT系統(tǒng)中獲得設(shè)計(jì)規(guī)格。軸向分辨率由光源特性(相干長(zhǎng)度)決定，大約為5 μm。橫向分辨率由光束聚焦在樣品處的光斑大小決定，設(shè)置為15 μm。選用800 nm范圍內(nèi)的光以防止光在生物組織中被吸收，影響光穿透力。
光源規(guī)格 " f "6]y w,h`s.AN OCT將干涉測(cè)量法與寬帶近紅外光結(jié)合使用。寬帶光源具有最佳的分辨率，而
波長(zhǎng)決定了光在樣品材料中的穿透深度。本例中，我們將使用中心波長(zhǎng)為840 nm、FWHM為60 nm的光源，軸向分辨率為5μm：
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本例超發(fā)光二極管的光譜特性也可以從商用超發(fā)光二極管中獲取。在超發(fā)光二極管發(fā)光過(guò)程，選用用于生物成像的常用波長(zhǎng)和具有高分辨率的寬帶光源。我們將忽略用于光線(xiàn)準(zhǔn)直的光學(xué)器件，并從光線(xiàn)進(jìn)入干涉儀開(kāi)始建模。 cFeXpj?GV
OpticStudio有兩種方式來(lái)定義寬帶光源，第一種方式為在適當(dāng)范圍內(nèi)，定義多個(gè)系統(tǒng)波長(zhǎng)；第二種方式將相干長(zhǎng)度作為光源屬性定義。相干是OCT系統(tǒng)的必要特征，因此我們將使用“將相干長(zhǎng)度作為光源屬性定義”的方法，并允許OpticStudio通過(guò)以下方式進(jìn)行帶寬計(jì)算和采樣： =K6($|'= 
DpUbzr41+k 表面設(shè)置如下圖所示： -?mfE+kt 
?)u@Rf9> 創(chuàng)建系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) E d_N[ I
為了將相干系統(tǒng)模擬出來(lái)，并且一次能追跡多條光線(xiàn)，我們將使用OpticStudio非序列模型建模。在這一環(huán)節(jié)中，我們必須進(jìn)行光線(xiàn)追跡，同時(shí)為了解邁克爾遜干涉儀里所有反射與透射光的光路，需要勾選“Split NSC Rays” ||;hci O 
@>p <3_Y1 OCT的測(cè)試原理：使用寬帶低相干性的光源，通過(guò)邁克爾遜干涉儀產(chǎn)生干涉信號(hào)，并通過(guò)干涉信號(hào)去計(jì)算樣品內(nèi)反射光的具體位置。我們將運(yùn)用自由空間光學(xué)來(lái)擺放相關(guān)器件，使用分束器將光線(xiàn)分束，參考鏡放置在參考臂的位置上，樣品模型放置在樣品臂的位置上。系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及相關(guān)參數(shù)定義如下方的非序列元件編輯器所示。 a'2$nbp} 
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mZW{j 通過(guò)OpticStuido創(chuàng)建兩個(gè)分束器，分別為物體2與物體3，物體類(lèi)型為“多邊形物體”，它們是由45°的棱鏡組成。在物體屬性選項(xiàng)中選擇數(shù)據(jù)文件“Prism45.pob”。 cUY`97bn 
G &4&-< 為了將分束器模擬出來(lái)，兩個(gè)棱鏡需要在分光面(斜面)鍍上透過(guò)率為50%的膜層。在OpticStudio按照如下的設(shè)置定義膜層Coating_I.50，其中數(shù)字代表光透過(guò)表面的百分比。
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