CN101273261B - 具有减小的有效线宽的光学相干成像系统及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

频域光相干成像系统具有光源、光检测器以及光源与光检测器之间的光传输通路。光源与光检测器之间的光传输通路减小成像系统的有效线宽。光源可以是宽带源，以及光传输通路可包括周期性滤光器。

Description

具有减小的有效线宽的光学相干成像系统及其使用方法
相关申请
本申请要求2005年7月28日提交的美国临时申请No.60/703376(Attorney Docket No.9526-4PR)的优先权益，通过引用将其公开完整地结合到本文中。
技术领域
本发明涉及成像系统，特别是涉及光学相干成像系统。
背景技术
采用光学相干断层扫描(OCT)进行成像的各种方法是已知的。这类系统可表征为傅立叶域OCT(FD-OCT)和时域OCT(TD-OCT)。FD-OCT一般包括扫频源(swept source)(SS)和光谱域(SD)，其中，SD系统一般采用宽带源结合分光计而不是扫频激光源和光电二极管。TD系统一般依靠反射镜或参考源随时间移动，通过提供从所成像样本返回的光子的相干深度选通，来控制成像深度。两种系统均采用宽带光源，从而产生支配深度方向或轴向上可实现的分辨率的低聚集相干性。
这些成像技术从光学低相干反射测定法(OLCR)的一般领域得出。时域技术具体从光学相干域反射测定法中得出。扫频源技术具体从光学频域反射测定法中得出。光谱域技术称作“光谱雷达”。
与时域系统相反，在FD-OCT中，成像深度可通过得到的光谱之间的傅立叶变换关系、而不是通过物理扫描镜的范围来确定，由此允许来自样本的所有成像深度的光子的同时获取。具体来说，在FD-OCT中，光谱的取样元件之间的光学频率间隔可用来控制成像深度，其中更窄的取样间隔提供更深的成像能力。
除了一般控制轴向分辨率的总带宽以及一般控制成像深度的取样间隔之外，第三参数、即有效取样线宽一般控制作为深度的函数的图像质量。若无说明，则本文所使用的对“线宽”的提法表示有效取样线宽。当各取样间隔上的有效取样线宽增加时，有效取样相干长度减小，它可产生减小成像深度上的信噪比的有害包络。这种行为通常称作减退，并且一般希望使信号质量减退为最小。
发明内容
本发明的实施例包括具有光源、光检测器以及光源与光检测器之间的光传输通路的频域光学相干成像系统。光源与光检测器之间的光传输通路减小成像系统的有效线宽。光源可以是宽带或低相干源，以及光传输通路可包括周期性滤光器。
在其它实施例中，光检测器是多个光检测器，以及光传输通路包括设置成靠近光检测器的空间遮罩。多个光检测器可以是分光计，以及空间遮罩可设置在分光计中。分光计可以是可调分光计。
在其它实施例中，光源是宽带源，以及光传输通路包括分光器，其中的分光器具有包括耦合到源支路(arm)的端口和耦合到检测器支路的端口的第一侧以及具有耦合到参考支路的端口和耦合到样本支路的端口的第二侧。光传输通路还包括周期性滤光器。周期性滤光器可设置在分光器与光检测器之间的检测器支路中。光检测器可以是第一分光计和第二分光计，以及周期性滤光器可具有耦合到第一分光计的第一输出和耦合到第二分光计的第二输出。周期性滤光器可以是具有精细度为二或大于二的交织器。周期性滤光器可具有实质上匹配第一和第二分光计的像素间距的自由光谱范围。
在其它实施例中，光检测器是分光计，以及系统还包括检测器支路中的光交换(switching)装置，它有选择地将周期性滤光器的多个输出耦合到分光计。周期性滤光器可以是具有精细度为二的交织器，以及周期性滤波器的多个输出可以是第一梳形输出和第二梳形输出，各具有实质上相等的峰值宽度，并且第二梳形输出可与第一梳形输出偏移周期性滤光器的自由光谱范围的大约一半。
在又一些实施例中，周期性滤光器是级联的多个滤光器，以及光检测器是第一分光计和第二分光计。级联周期性滤光器具有耦合到第一分光计的第一输出以及耦合到第二分光计的第二输出。第一输出可以是来自级联周期性滤光器之一的第一组输出，以及第二输出可以是来自级联周期性滤光器的另一个的第二组输出。系统还可包括将第一组输出耦合到第一分光计的第一光交换装置以及将第二组输出耦合到第二分光计的第二光交换装置。级联周期性滤波器可配置成通过将光信号输入分为周期性并且相互偏移的多个梳形，来产生第一和第二组输出。第一和第二分光计的像素间距实质上等于级联周期性滤光器的最大自由光谱范围。级联周期性滤光器可包括没有与第一或第二分光计耦合的至少一个输出，以及系统的图像减退可根据周期性滤光器中最窄的滤波器宽度来确定，并且系统的减退可根据光检测器的像素之间的最小光间隔来确定。
在其它实施例中，周期性滤光器是具有可选择的输出波长梳形光谱的可调周期性滤光器。可调周期性滤光器可具有可选择的自由光谱范围和/或精细度。可调周期性滤光器可具有根据系统的预期图像速率选择的调谐速率。可调周期性滤光器可在扫描中具有多个步骤，它们经过选择以便提供预期分辨率和/或减退。
在其它实施例中，周期性滤光器设置在分光器与光源之间的源支路中。
在又一些实施例中，系统还包括第二周期性滤光器。第一周期性滤光器设置在参考支路或样本支路中，以及第二周期性滤光器设置在系统的不同支路中。周期性滤光器可以是具有实质上相同的自由光谱范围(FSR)以及精细度至少为二的交织器，并且周期性滤光器可偏移FSR的大约四分之一。周期性滤光器的一个或两个可以是可调周期性滤光器。
在其它实施例中，光源是多个可调光源，以及光检测器是多个光检测器，其中的一些光检测器通过光传输通路在光学上耦合到可调光源的相应可调光源。光传输通路可包括将多个可调光源耦合到系统的源支路的光复用器以及将多个光检测器耦合到系统的检测器支路的光去复用器。周期性滤光器可设置在系统的源支路、检测器支路、样本支路和/或系统的参考支路中。
在又一些实施例中，光源包括超辐射发光二极管源，以及光检测器是分光计，其中的一些分光计在光学上耦合到超辐射发光二极管源发出的所选波长范围。光传输通路可包括将超辐射发光二极管源耦合到系统的源支路的光复用器以及将分光计耦合到系统的检测器支路的光去复用器。周期性滤光器可设置在系统的源支路、检测器支路、样本支路和/或系统的参考支路中。
在其它实施例中，光源包括多个光源，以及光检测器包括多个光检测器。光传输通路包括：分光器，具有包括耦合到源支路的端口的第一侧以及具有耦合到参考支路的端口和耦合到样本支路的端口的第二侧；以及光复用器/去复用器，将多个光源和光检测器耦合到源支路。多个光源和光检测器可以是多个光源和检测器对，以及光传输通路还可包括将光源和检测器对的相应对耦合到光复用器/去复用器的多个循环器。
在其它实施例中，光源是宽带源，以及光检测器是分光计。光传输通路包括：分光器，具有包括耦合到分光计的端口的第一侧以及具有耦合到参考支路的端口和耦合到样本支路的端口的第二侧；以及周期性滤光器装置，将样本支路和参考支路耦合到宽带源。分光器可以是第一分光器，以及周期性滤光器装置可包括耦合到参考支路的第一周期性滤光器以及耦合到样本支路的第二周期性滤光器。可提供第二分光器，它具有包括耦合到宽带源的端口的第一侧以及包括耦合到第一周期性滤光器的端口和耦合到第二周期性滤光器的第二端口的第二侧。第一周期性滤光器和第一分光器可通过第一循环器耦合到参考支路，以及第二周期性滤光器和第一分光器可通过第二循环器耦合到样本支路。
在又一些实施例中，光学相干成像系统包括分光器、光源和光检测器。分光器具有包括耦合到源支路的端口和耦合到检测器支路的端口的第一侧以及具有耦合到参考支路的端口和耦合到样本支路的端口的第二侧。光源耦合到源支路，并产生具有关联间距和线宽的梳形输出。光检测器耦合到检测器支路。光检测器具有根据光源的关联间距和线宽选择的间距和带宽，以便减小成像系统的有效线宽。
附图说明
图1是示意框图，说明根据本发明的一些实施例的光引擎(系统)。
图2是示意框图，说明根据本发明的其它实施例的光引擎(系统)。
图3是示意框图，说明根据本发明的其它实施例的光引擎(系统)。
图4是示意框图，说明根据本发明的又一些实施例的光引擎(系统)。
图5A是示意框图，说明根据本发明的其它实施例的光引擎(系统)。
图5B是示意框图，说明根据本发明的又一些实施例的光引擎(系统)。
图6是根据本发明的一些实施例的光引擎(系统)的示意框图。
图7是根据本发明的又一些实施例的光引擎(系统)的示意框图。
图8是根据本发明的其它实施例的光引擎(系统)的示意框图。
图9是根据本发明的又一些实施例的光引擎(系统)的示意框图。
图10是根据本发明的又一些实施例的光引擎(系统)的示意框图。
图11是根据本发明的又一些实施例的光引擎(系统)的示意框图。
图12是根据本发明的又一些实施例的光引擎(系统)的示意框图。
图13是根据本发明的又一些实施例的光引擎(系统)的示意框图。
图14是根据本发明的又一些实施例的光引擎(系统)的示意框图。
具体实施方式
现在参照附图来描述本发明的具体示范实施例。但是，本发明可按照许多不同的形式来体现，而不应当理解为限于本文所提出的实施例；相反，提供这些实施例的目的在于使本领域的技术人员全面透彻地了解本公开，并使他们完整地了解本发明的范围。附图所示的具体实施例的详细描述中所使用的术语不是对本发明的限制。附图中，相似的标号表示相似的元件。
若无明确说明，则本文所使用的单数形式“一个”意在也包含复数形式。大家还会理解，在本说明中使用时，术语“包括”和/或“包含”表示存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件；但并不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或上述各项的分组。大家会理解，当某个元件被称作“连接到”或“耦合到”另一个元件时，它可能直接连接或耦合到另外的元件，或者可能存在中介元件。此外，本文所使用的“连接到”或者“耦合到”可包括无线连接或耦合。本文所使用的术语“和/或”包括关联的所列项目的一个或多个的任意组合。
除另有说明之外，本文所使用的所有术语(包括科技术语)都具有与本发明所属领域的技术人员普遍理解的同样的含义。大家还会理解，例如常用词典中定义的那些术语应当认为具有与它们在相干领域以及本说明的上下文中的含义一致的含义，并且不会以理想化或过分正式意义来理解，除非本文中明确定义之外。
本发明的一些实施例提供OCT的光系统(引擎)，它们采用可增加图像分辨率、增加图像深度和/或减小图像减退的一个或多个光滤波装置。滤波器可用作若干功能，包括：确保每个单独的检测器在任何给定时刻看到一个线宽管理源样本；选择由分光计看到光谱的哪个部分；以及对分光计的任一个中的各像素看到的带宽进行成形。在一些实施例中，添加滤波的优点可包括固有的优良图像质量、采用较为便宜的部件的改进性能、通过使有效取样线宽变窄的改进减退、通过跨越较长波长的多个源实现的较高分辨率系统、以及基于并行数据获取的其它优点的更高成像速度，它们可实现扫频源或者各获取数据的多个分光计的更短扫描范围。
在本发明的一些实施例中，对原本是传统的OCT引擎添加滤光器。滤光器是根据包含波长、波型和/或极化在内的光线的物理属性有选择地传递光线的装置。滤光器的实例包括薄膜滤波器、光纤布拉格光栅、二向色滤光器、阵列波导滤波器、法布里-珀罗滤波器、中阶梯光栅、交织器、分立衍射光栅等。这些装置可向包括诸如JDSU和Bookham等的大光学厂商在内的许多公司购买。
滤光器可分为若干种类，包括：类型1，具有分出波长的一个频带的一个输入以及两个输出的滤波器；类型2，具有分出波长的多个频带的一个输入和多个输出的滤波器；以及类型3，具有定期地分离波长的一个输入和两个输出的滤波器。类型1包括薄膜滤波器、二向色滤光器以及光纤布拉格光栅(带有循环器)。这些滤波器一般可用于对一组波长添加或消除特定波长。通过级联这些滤波器，多个波长可被组合或分离，但插入损失可能限制级联的性能。
类型2的滤波器包括阵列波导(AWG)、中阶梯光栅和分立衍射光栅。这些滤波器一般将输入光线分为许多波长组，其中各组具有它自己的输出端口。这些滤波器一般可用于组合或分离许多波长，其中具有现在可用的总计80的端口，以及已经报道了总计1080的端口。分光计利用这个相同的原理，其中的分立衍射光栅在光电二极管阵列而不是输出端口阵列上扩展光谱。
类型3的滤波器是周期性滤波器，它们从一个端口传递均匀间距的波长以及从另外的端口传递其它所有光线；实例包括法布里-珀罗滤波器和交织器。构建具有大范围的波长间距和精细度的这些装置是可行的。电信行业可用的交织器通常在1550nm电信容器(0.2nm到1.6nm)中具有2的精细度以及范围从200GHz下至25GHz的周期性。
在本发明的一些实施例中还包括光交换装置(或者光交换)。可采用光交换的许多技术实现，包括但不限于基于活动反射镜(movingmirror)或棱镜的机械开关、基于微机电系统(MEMS)的镜式开关、活动光纤开关、受抑全内反射(FTIR)开关、诸如铌酸锂调制器等的基于相位变化的开关以及基于热效应的开关。开关的相干参数可包括开关的插入损失和切换时间。
现在参照图1-14的示意框图来描述本发明的一些实施例。首先参照图1的实施例，周期性滤光器(POF)108设置在检测器支路(通路)103中，以便将光谱分为具有由POF 108的特性控制的关联间距和宽度的两个梳形。如果精细度为2的典型交织器用作POF 108，则存在具有实质上相等的峰值宽度并偏移POF 108的自由光谱范围的一半的两个输出梳形。波长的梳形之一转到分光计109，以及波长的偏移梳形转到分光计110。可采用其它POF，它们将总带宽的不到一半传递给POF的一个输出，以及将总带宽的一半以上传递给POF的另一个输出。
在图1的实施例中还示出低相干源100，它通过源支路102向极化分束器(耦合器)101提供光源。但是，大家会理解，在一些实施例中，梳形源可用作源100，并且可省略周期性滤光器108。分离器101沿参考支路104向参考106、如反射镜提供光源光线，以及沿样本支路105向样本107、图1中示意表示为人眼提供光源光线。检测器支路103将周期性滤光器108耦合到分离器101。
在一些实施例中，分光计109和110可以是相同的，但它们无需是相同的。在一些实施例中，分光计中的像素仅通过它们在没有POF时看到的波长的一半来照射。换言之，POF 108的自由光谱范围(FSR)匹配或接近匹配分光计109和110中的像素间距、如取样间隔。
分光计的最常见设计一般产生在波长中均匀间隔的像素，而典型的POF在频率是是均匀间隔的。假定来自分光计的数据在由OCT引擎进一步处理之前通常从波长间距到频率间距重新取样，则这是有利的。但是，大家会理解，在一些实施例中，例如通过对像素间距进行线性调频(chirping)或者在分光计中使用附加的校正光学器件，POF108在波长中均匀间隔，以及分光计109和110在频率中均匀间隔。
各像素的这种部分照射可减小像素的有效获取线宽，它可减小减退。在交织器用于POF 108的本发明的一些实施例中，可照射分光计中的各像素的一半，并且可将减退减小2的因数，而与使用一个还是两个分光计无关。如果使用两个分光计，则取样间隔有效地减小一半，这还可使到样本的总成像深度加倍。
图2所示的实施例类似地使用POF 108，但不是使用两个分光计109、110，而是使用单个分光计111和光交换装置120。这可具有图1所示配置的相同优点，因为减退可减小2的因数，并且深度可增加2的因数，但在仅使用一个分光计时得到这种效果。在典型实现中，分光计111可能代表系统成本的相当大的部分，而光交换装置120可能比较便宜。光交换装置120可经过选择，使得它足够迅速地开关，使分光计111仍然可在给定时间中测量两倍的光谱，并且使得光交换装置120具有充分的消光比，使从相对输入中渗透的光线对于分光计111不是明显的噪声源。
图3所示的实施例包括来自前面参照图1和图2所述的两个实施例的方面。在图3的实施例中，多个POF 130、131和132与分光计135和136的组合结合使用，并且可选地还可包括一个或多个光交换装置133和134。至少一个分光计用于图3的实施例中，但是，光交换装置的数量的范围可从无到多个。级联POF 130、131和132将光谱分为多个梳形，梳形中的一些梳形是周期性的并与其它梳形偏移。在一些实施例中，POF 130具有POF 131和132的FSR的一半的FSR，并且所有POF都具有2的精细度。这类实施例可将输入光谱分为四个光谱，其中各光谱的间距等于POF 131和132的FSR，以及峰值宽度由POF 131和132来确定。在一些实施例中，POF的排序可随在各通路中具有各自由光谱范围的滤波器而改变。
一旦将波长分为多个梳形，它们转到分光计135和136，或者通过光交换装置133和134转到分光计135和136。在一些实施例中，分光计135和136具有等于POF的最大自由光谱范围的像素间距。注意，光交换装置133和134可具有两个以上输入和一个输出，例如，M×N个光交换装置可用于将POF的M个输出连接到N个分光计。在其它实施例中，没有包含光交换装置，以及POF 130、131、132的输出直接连接到分光计135、136。
可能没有使用POF的所有输出，以及图像减退可通过最窄的POF的滤波器宽度来确定，并且图像深度可通过取决于分光计数量的有效取样间隔来设置。在一些实施例中，提供可升级的系统，其中，一个或多个POF和一个或多个分光计以及一个或多个光交换装置可最先安装，当用户要求改变时，可在对特定应用选择的无论什么配置中附加POF、光交换装置和/或分光计。
图4的实施例与参照图1所述相似，但其中添加了可调POF 137。可调POF是特定输出上的波长梳形光谱可通过某种控制方法在频率中偏移的POF。可使用多个分光计，但一些实施例仅包括一个分光计109，如图4所示。POF 137可以是交织器、法布里-珀罗腔或另外的POF，并且可以是通过包括机械、电或光在内的各种方式可调的。另外，为了使光谱偏移，在一些实施例中，可使腔的自由光谱范围和精细度偏移。
在一些实施例中，POF 137配置成足够迅速地调谐，以便允许分光计109以足够支持光引擎的预期图像速率的速率来获取光谱。在一些实施例中，可调POF 137可获得与前面所述的POF、光交换和分光计的组合相同的结果，但可允许附加的灵活度。使用可调POF一般涉及分光计的数量与获取图像的时间之间的折衷。换言之，可采用一个分光来实现与采用多个分光计相同的结果，但可能需要更长的时间来收集整个光谱。图4的实施例可以更易于缩放到更高的POF精细度，因为仅使用一个分光计而没有光交换。还可提供图像获取速率的实时控制对图像分辨率的折衷。
通过改变(增加)POF扫描中的步骤数量，可增加分辨率并减小减退。如果需要快速扫描时间，则POF扫描的步骤数量可减少。这种方法还可与针对图1-10的实施例所述的体系结构结合使用，以便提供其中一个或多个POF是可调的、分光计数量可从1个改变为多个以及光交换数量可从0个改变为多个的系统。
现在参照图5A的实施例，POF 142设置在来自低相干源100的源支路140、141中。这种定位可提供与参照图4的实施例所述相似的优点，但是，由于POF 142处于分离器101之前，所以入射到参考支路104和样本支路105上的功率可减小。在图4的实施例中，所有波长可始终入射到参考106和样本107，即使在任何给定时间只有波长的一小部分可通过POF 137并进入分光计109。在对于应当入射到样本107上、例如入射到人眼上以便进行视网膜扫描的功率量存在限制的情况中，浪费了没有通过POF 137传递到分光计109的功率。对于图5A的实施例，通过分离器101从样本107返回并到达分光计通路(检测器支路)103的所有功率可进入分光计143。大家还会理解，图5的POF 142可以是可调或固定的POF。
图5A的实施例的一个变体如图5B所示，其中，梳形源145取代了图5A所示的具有周期性滤光器142的低相干源100。图5B的实施例可提供实质上与图5A的实施例相同的优点，同时使用不同组的源。梳形源145提供一组波长1至N，其中，各组波长与关联各波长的线宽之间存在间距。在一些实施例中，波长之间的间距可以是在波长中恒定的、在波数中恒定的、在波长或波数中经过线性调频，和/或可具有另外某种间距。存在各种方式来构建梳形源，包括但不限于多模或多行激光器、具有内部滤波和/或反馈的宽带源和/或其它非线性光装置。
现在参照图6的实施例，前面所述的滤波和可调谐性可移动到分光计150中。这可提供与例如图3的实施例相同的功能性，但是可在减少OCT成像系统的装置数量和成本的同时得到这种效果。分光计150可包括输入源154、一些输入或校准光学器件155、显示装置156和光电二极管阵列151。
如图6的实施例所示，以空间遮罩152的形式将滤波添加到分光计150，这限制了落到光电二极管阵列151的像素上的光线153。掩模152可经过配置，使得它在波长中是周期性的，和/或经过线性调频，因而它在频率中是周期性的。空间遮罩152中的孔的大小可规定为控制被照射的各像素的百分比。这可用来控制图像的减退的速率。
此外，例如通过移动校准光学器件155、衍射元件156、空间遮罩152和/或光电二极管151，图6的实施例的分光计还可作为可调分光计来实现。可提供其它可调实施例，其中包括添加诸如活动反射镜或棱镜等的附加光学器件，和/或通过改变分光计内部的气体温度和/或压力来改变分光计150中的有效折射率。
其它实施例在图7的示意框图中说明。如图7的实施例所示，至少两个POF 160和165用于耦合到分离器101的不同支路103、104中。POF 165的至少一个处于参考支路104(如图7所示)或者干涉仪(光引擎)的样本支路105中，以及第二POF 160可处于没有通过POF 165耦合的其它三个支路102、103、105的任一个中。通过使两个POF 160和165相互偏移，梳形的有效带宽可减小到低于POF 160和165的任一个的带宽。作为一个实例，相同的FSR并且精细度为2的两个交织器(POF)可偏移FSR的四分之一，从而实现作为任一个交织器宽度的一半的有效滤波器宽度。这可产生其中仅对于干涉仪的参考支路104以及样本支路105中存在的波长才发生分光计161上的干扰的情况。
通过将图7的配置与可调POF的使用相结合，可提供一种其中易于控制有效精细度的装置。虽然下面论述的图9的实施例一般针对这个特征，但是，构建精细度是可调的POF比构建其中输出梳形在波长中是可调的POF可能更加困难。通过对图7的实施例中的两个POF 165和160的输出梳形进行调谐，可控制分光计161的各光电二极管上的光线的波长的定位和宽度。这可允许控制图像的减退速率以及图像深度。折衷可在于分光计161中的光电二极管上的功率量以及构建图像的充分数据所需的时间。
图7的实施例中还示意表示可分别连接到POF 160、165的附加端口的可选附加装置162和164。这些附加端口可以不作任何连接，但信息在这些附加端口上的光线中是可用的。因此，例如，附加分光计162可耦合到POF 160，以及功率或另外的光谱监测装置164可耦合到POF 165。
图7还示出虚线图和实线图。根据一些实施例，实线表示第一POF165的通带形状，以及虚线表示第二POF 160的通带形状。组合通带(或重叠)可提供比任一个POF单独提供的更窄的峰值。这类更窄的行可能是合乎需要的，但是，POF的成本和复杂度一般随行的窄度增加。因此，两个POF设计可通过更低的成本来提供更窄的行。另外，如果一个或两个POF是可调的，则在一些实施例中，可通过根据光引擎的特定应用所确定的方式来调节重叠。
其它实施例在图8的示意框图中说明。在图8的实施例中，各POF171和177仅使用一次(one pass)。如图8所示，POF 171和177与循环器172、175结合使用，使得通过第一耦合器分离器101来自低相干源100的光线通过POF 171、177，以及从参考106和样本107返回的光线在返回时没有再次通过POF 171、177，而是由循环器172、175转移到光连接176、179上的第二耦合器分离器180，因而转移到分光计170。如果POF 171和177具有高插入损失、特别是与循环器172和175相比，则这可能是合乎需要的。图7的实施例中存在的波长范围上的可保持性的各个方面也可用于图8的实施例。
图8的实施例中还示意表示可分别连接到POF 171、177的附加端口的可选附加装置173和178。这些附加端口可以不作任何连接，但信息在这些附加端口上的光线中是可用的。
图9的实施例包括作为滤光器的一个或多个光复用器和去复用器。多个源200、201和202通过光复用器206复用到光引擎(干涉仪)源支路102的单个光纤上以便提供超源(super-source)，然后通过检测器支路103中的光去复用器207去复用到多个检测器203、204和205上。复用器206可以是阵列波导(AWG)级联薄膜滤波器、光纤布拉格光栅、功率耦合器等等。在一些实施例中，去复用器207具有某种波长区分能力，而不是采用简单分离器。
源可以是具有检测器的可调激光器(如图9所示)和/或与检测侧的分光计组合的超辐射发光二极管源。源(扫频或宽带)和检测器(单独或者在分光计中)的数量无需相称，但是，在一些实施例中，无论是单独的、在阵列中和/或作为分光计的一部分的任何检测器看到仅来自任一个源或者仅在一个波长上的光线。
如前面所述，检测器看到的有效波长扩展可确定图像减退的速率。有效波长扩展可通过源(窄带扫频源激光器)或者通过系统中的滤波来设置。对于这种方法，还可使用先前POF配置的任一个。可在源支路102、参考支路104、样本支路105、检测器支路103或者它们的任何组合中添加POF。POF的任何一个以及由200、201、202和检测器203、204、205提供的源均可以是可调的。
如图10所示，其它实施例与以上图9的实施例的描述相似，但其中使用一组循环器218、219、220和一个光复用器/去复用器216来代替光复用器和去复用器206、207。每个循环器218、219和220耦合到关联的源210、212、214和关联的检测器211、213、215。这种差别可提供基于循环器对光复用器或去复用器的成本以及关于复用器和去复用器是相同的可能的要求的设计选择方面的灵活性。
图10的实施例中还示意表示可连接到分离器/耦合器101的附加端口的可选附加装置217。这个附加端口可以不作任何连接，但信息在这个附加端口上的光线中是可用的。
其它实施例如图11所示，这些实施例与图5A的实施例相似，但是扫频激光源300与一个或多个光电二极管320配合使用，而不是如图5A所示使用具有分光计143的宽带或低相干源100。图11的实施例可提供实质上与图5A的实施例相同的优点，例如控制有效线宽并使样本上的光功率为最小，同时提供可用于系统实现的新的一组源。通过使用POF 310，激光器的线宽可扩大到接近POF 310的自由光谱范围(间距)(FSR)，同时系统仍然可具有POF 310的线宽的有效线宽特性。
图12的实施例与图11的实施例相似。但是，图12使用扫频激光源300，但其中的POF 311处于检测器支路103中而不是源支路141中。POF 311可连接到一个或多个光电二极管320、321。图12的实施例可具有实质上与图11的实施例相同的优点，因为源的有效线宽可得到控制，同时还提供通过从POF 311的一个以上端口获取光线来增加成像深度的能力。
图13说明其它实施例，其中，多个SLD 400、401通过复用器420一起复用，以便建立可具有例如更宽的总带宽的增强特性的源。类似地，一个或多个分光计410、411可用于检测器支路中，由去复用器421连接在一起。在图13的实施例中，复用器420和去复用器421可根据波长来组合及分离来自各个端口的光线，和/或可以只作为根据功率和/或用于组合及分离光线的其它装置将光线混合在一起的耦合器。复用器420和去复用器421还可具有POF的属性，其中，对于分光计410、411中的检测器的一个或多个来修改有效线宽。在一些实施例中，在源支路102和/或参考支路104和/或样本支路105和/或检测器支路103中可存在一个或多个独立的POF。
本发明的又一些实施例如图14所示，其中，一个或多个源子系统500、501连接到源支路102，源支路102可包括或不包括光复用器520和POF 530。参考支路104和样本支路105可包括或不包括POF 532和533。检测器支路103表示为包括一个或多个检测器子系统510、511，并且还可包括或不包括光去复用器521和/或POF 531。源子系统500、501产生光线，并且可包括SLD、扫频激光源、梳形源、其它光源和/或各种光源的混合。同样，检测器子系统510、511检测光线，并且可包括单光电二极管、具有滤波器的光电二极管、分光计、其它光检测装置和/或各种检测器实现的混合。在一些实施例中，系统设计要求在于，存在从在波长(或波数)中可相互映射的一个或多个检测器的获取。这种映射可以是时间和波长的某种组合、例如从分光计中读取一行数据或者从检测器中读取数据的时间序列，但可以是任何组合或实现，使得存在所定义的映射，以及系统可对于在已知时间或时间间距上来自已知波长或波长间距的光线取样。
在本发明的一些实施例中，光引擎(系统)包括光源、多个光检测器、多个干涉仪和两个或两个以上滤光器。滤光器的一个或多个可以是在频率中为周期性的POF。POF可以处于分光计支路中，并且可包括两个或两个以上分光计。POF可以处于分光计支路中，并且可包括一个或多个光交换元件和一个或多个分光计。POF可处于源支路中。POF的一个或多个可以是可调的。
在本发明的一些实施例中，一个或多个POF处于参考支路中，以及一个或多个POF处于样本支路中，并且循环器处于POF与参考或样本之间。在这类实施例中，光线仅通过POF一次，并经由循环器和另一个组合器转到分光计。分光计可以是可调分光计。
在一些实施例中，提供POF作为可与可调分光计结合使用的子像素掩模。分光计可具有线性调频像素。可通过具有增加的宽度来对像素进行线性调频。可通过具有恒定宽度和增加的间隙来对像素进行线性调频。可包含可在频率中偏移的两个或两个以上POF。一个或多个POF可处于参考支路中，以及一个或多个POF可处于样本支路中。POF的一个或多个可以是可调的。
在一些实施例中，一个POF处于样本支路中，以及一个POF处于分光计支路中。一个POF可处于参考支路中，以及一个POF可处于分光计支路中。POF的一个或多个可以是可调的。
在本发明的一些实施例中，光引擎(系统)包括两个或两个以上光源、光源的多个复用装置(muxing device)、多个光检测器、多个干涉仪和多个滤光器。源可以是激光器，以及激光器的一个或多个可以是可调的。复用装置可配置成提供功率复用、极化复用和/或波长相关复用。
在一些实施例中，滤波器处于检测器支路中。滤波器可包括阵列波导(AWG)、薄膜滤波器、阶梯光栅和/或光纤布拉格光栅。源可以是超辐射发光二极管(SLD)，它可以是可调的。
大家会理解，对于FD-OCT系统，检测器系统一般知道它正询问的是什么波长间距，使得它可产生作为波长的函数的一组强度值。这个信息则可馈入FFT，以便产生深度图像。因此，这类成像系统的减退一般通过在进行幅度测量时由检测器系统看到的光线的有效线宽(带宽)来确定。获得预期有效线宽的前面所述的方法包括：使用扫频源，其中源的线宽变为有效线宽；以及使用分光计，其中阵列中的单检测器看到的线宽变为有效线宽。如上所述，本发明的各种实施例提供设置有效线宽的各种不同方法。本发明的一些实施例可提供比先前已知方法更窄(更小减退)的有效线宽。
另外，在一些实施例中，在使用源和检测器的组合来建立可具有更好性能的源子系统以及检测器子系统方面还可存在其它优点，包括：(1)更高的输出功率，(2)更快的扫频速率，(2)更大的总带宽，和/或(4)更便宜的构造成本。因此，本发明的一些实施例相对于减退的问题可提供更好的性能，同时允许商业构建这类FD-OCT系统。如上所述，一些实施例涉及使用滤光器和/或源和/或检测器的组合，来提供可包括源子系统、检测器子系统、参考支路以及连接到干涉仪的样本支路的成像系统，其中，源子系统和检测器子系统的设计产生比先前已知方法更窄的有效线宽。
在一些实施例中，源选择而不是光传输通路设计例如通过使用梳形源可提供这种有效线宽变窄。具有分光计的梳形源可提供没有扫频的固态系统，同时仍然提供更好的减退，因为梳形源的线宽可用来设置减退，作为对分光计中的像素的线宽的替代或补充。
在附图和说明中，已经公开了本发明的典型的说明性实施例，虽然采用了具体术语，但它们仅用于普通描述性方面，而不是进行限制，本发明的范围在以下权利要求书中阐述。

Claims (14)

1.一种频域光相干成像系统，包括：
光源；
光检测器；以及
所述光源与所述光检测器之间的光传输通路，其中所述光传输通路包括周期性滤光器，具有至少为二的精细度以及实质上匹配所述光检测器的频率取样间隔的自由光谱范围，其降低了所述成像系统的有效线宽。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述周期性滤光器具有多个输出包括第一梳形输出和第二梳形输出，其中所述第二梳形输出与所述第一梳形输出偏移所述周期性滤光器的自由光谱范围的大约一半。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述光源包括宽带源，以及其中所述光传输通路包括：
分光器，具有包括耦合到源支路的端口和耦合到检测器支路的端口的第一侧以及具有耦合到参考支路的端口和耦合到样本支路的端口的第二侧；以及
其中，所述周期性滤光器设置在所述光源和所述分光器之间的所述源支路中。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述光源包括宽带源，以及其中所述光传输通路包括：
分光器，具有包括耦合到源支路的端口和耦合到检测器支路的端口的第一侧以及具有耦合到参考支路的端口和耦合到样本支路的端口的第二侧；以及
其中，所述周期性滤光器设置在所述分光器与所述光检测器之间的所述检测器支路中。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述系统还包括所述检测器支路中的光交换装置，所述光交换装置有选择地将所述周期性滤光器的多个输出耦合到所述光检测器。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述周期性滤光器具有精细度为二，以及多个输出，其包括第一梳形输出和第二梳形输出，各具有实质上相等的峰值宽度，并且所述第二梳形输出与所述第一梳形输出偏移所述周期性滤光器的自由光谱范围的大约一半。
7.如权利要求3所述的系统，其中，所述周期性滤光器包括具有可选择的输出波长梳形光谱、设置在所述分光器与所述光源之间的所述源支路中的可调周期性滤光器。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述可调周期性滤光器具有可选择的自由光谱范围和/或精细度。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述光源包括宽带源和光检测器包括分光计并且其中所述光传输通路包括：
分光器，具有包括耦合到分光计的端口和耦合到源支路的端口的第一侧以及具有耦合到参考支路的端口和耦合到样本支路的端口的第二侧；以及
其中，所述周期性滤光器设置在所述光源和所述分光器之间的所述源支路中。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述光源包括多个不同类型的光源。
11.如权利要求1所述的系统，还包括：
分光器，具有包括耦合到源支路的端口和耦合到检测器支路的端口的第一侧以及具有耦合到参考支路的端口和耦合到样本支路的端口的第二侧；
其中，所述源支路包括光源和配置成产生具有相关的频率间隔和线宽的梳形谱输出的周期性滤光器，以及
其中耦合到所述检测器支路的所述光检测器包括具有与梳形谱的频率间隔实质上匹配的检测器像素间隔的分光计。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述光源包括宽带源，以及其中所述周期性滤光器的自由光谱范围实质上与所述光检测器的取样间隔相匹配。
13.如权利要求1所述的系统，其中，所述光检测器包括光电二极管阵列。
14.如权利要求1所述的系统，其中所述光源是扫频激光。
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