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研究人员首次实现了米级光学相干断层扫描

时期:2021-12-25 00:28 点击数:
本文摘要:工业界与学术界之间的一次融合第一次构建了对立方米体积的光学相干性断层扫描(OCT)光学。由于OCT在获取关于材料成分,亚表面结构,镀层,表面粗糙度以及其他性能等无法提供的信息上的能力,这个变革可以关上OCT在工业,制造业和医药上的许多新的用途。 这一成就也代表了在单一集成电路芯片上研发高速低成本OCT系统的最重要进展。

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工业界与学术界之间的一次融合第一次构建了对立方米体积的光学相干性断层扫描(OCT)光学。由于OCT在获取关于材料成分,亚表面结构,镀层,表面粗糙度以及其他性能等无法提供的信息上的能力,这个变革可以关上OCT在工业,制造业和医药上的许多新的用途。

这一成就也代表了在单一集成电路芯片上研发高速低成本OCT系统的最重要进展。“我们的研究成果建构了在立方米容积光学上的世界纪录,比以前的三维OCT展示模型在深度和体积上最少大了一个数量级,”麻省理工学院(马萨诸塞州)的JamesG.Fujimoto说道。

“这些结果为OCT在这个新领域上的应用于获取了一个原理性证明。”OCT,由Fujimoto的研究组及其合作者在上世纪90年代年所发明者的OCT技术,现在早已沦为了眼科领域的标准检验手段,并且也被更加多的应用于在心脏病和肠胃病上。虽然OCT获取了具备微米尺度分辨率的简单的三维图像,但是它的光学深度局限于几个毫米到几个厘米之间。一种新的可以对大型物体如这个真人大小的人体模型和棋盘光学的三维OCT技术。

在美国光学学会的高影响力研究期刊《光学》上,这些研究人员们报告了在1.5米的区域上具备15微米的分辨率的高速三维OCT光学。他们通过对一个人体模型,一辆自行车以及一个人类大脑和颅骨的模型展开光学来证明了他们的新OCT光学方法。

他们还对大小范围从米到微米的物体展开了测量。宽范围内的多种尺度除了高速和高分辨率的优点以外,OCT使得在多个深度下的光学,剖面和距离测量需要同时展开而没谓之散光。“长程OCT是一类新的工作范围,其必须十分高性能的光源,构建的光接收机和信号处理,”Fujimoto说道。OCT中所谈的范围(Range)是指测量可以同时展开的深度范围。

将OCT范围的中心方位摆放在离光学仪器十分将近或十分近的方位是有可能的。这项新技术对于工业和制造业环境来说尤其简单,在其中,它可以被用来监测过程,继续执行技术测量以及材料的可用评价。

宏观尺度OCT也可以强化医疗光学,例如,在腹腔镜检查中获取三维测量或者获取上呼吸道的测绘结构。电信技术的变革带给了OCT技术的提升使米级范围的OCT沦为有可能的光源是一种由Thorlabs公司以及Praevium研究公司研发的可回声横向腔面升空激光器(VCSEL)。

其使用了MEMS器件来随着时间很快地转变或者说扫瞄激光的波长来展开所谓的扫源光学相干性断层光学。“我们麻省理工学院的研究组以及我们来自Thorlabs公司以及Praevium研究公司的合作者的研究指出VCSEL光源的相干长度比其他合适用作OCT的扫瞄激光技术要长几个数量级,这指出长程OCT光学的可能性,”麻省理工学院和Thorlabs公司的BenPotsaid说道,他是该论文的年出版者之一。虽然麻省理工学院的研究人员早已用VCSEL光源展开很多年的实验,但是光观测和数据采集依然是一个挑战。

这些障碍被为电信应用于而设计的先进设备光学元件解决了。在这项新的工作中,研究人员用于了一种由Acacia通信公司研发的新的硅光子相干光接收器,它用一个微小的、低成本的单芯片光子集成电路(PIC)代替了几个大体积的OCT元件。

更加最重要的是,PIC接收器反对扫瞄源OCT所需的十分低的电学频率和十分长的光波长范围,同时还可以展开所谓的向量检测,这使得在等价的数据采集速度下OCT的光学范围减少了一倍。“上世纪90年代初OCT技术的发展就获益于应用于在光纤通信中的器件和方法,”Fujimoto说道。“25年后的今天,光通信行业的变革依然在持续地增进着OCT技术的变革。

”在论文中,研究人员展出了米级范围的OCT可以从有所不同形状和材料的表面取得反感的信号。他们的试验还指出了该技术的性能还没超过VCSEL激光光源或PIC接收器的原理无限大。片上OCT研究人员正在希望研发和利用更加廉价和高速的元件,以减缓数据采集和处置步骤。

这最后可能会使得用于自定义化集成电路芯片的动态OCT光学沦为有可能。“随着PIC技术的不断进步,人们可以希望在未来的五年内OCT系统集成到一个单一的芯片上,大幅度地减少尺寸和成本,”Acacia通信公司的ChrisDoerr说道,他也是该论文的年出版者之一。“这将不会使全世界更好的人获益于OCT技术,以及修筑出有新的应用于。


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