立方米量级光学相干层析（OCT）

OCT成像通常限制在几厘米的范围之内，这就不可避免地限制了研究人员设想的某些潜在应用。现在，来自MIT和Thorlabs等的合作团队极大程度地突破了这个限制，并在实验上成功证明了立方米体积3D成像能力。这一成果发表在2016年12期optica杂志上，下方所示为系统结构图。 E:
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图片:OCT sys.jpg

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领导此项研究的James Fujimoto是OCT技术的先驱，他说：我们创造了立方米体积成像的世界纪录，相比过去的3D OCT技术，我们的成像深度和体积提升了最少一个量级，而且在原理上证明了在这个新范围内使用OCT的可能。 H?)w!QX  
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该OCT系统的一个关键组件是MEMS调谐的垂直腔面发射(VCSEL)激光器，它由Thorlabs和Praevium专门研发，中心波长是1310 nm，具有实验要求的长相干长度。Thorlabs对先进VCSEL结构的研究指出了一些方法，可以抵消扫频OCT对相干长度的不良影响。VCSEL的相干长度比其它扫频激光技术高几个数量级，说明长距离OCT成像的可能。下图所示为VCSEL的结构和实物以及放大后的测量光谱。 W8KDX_vGJ  
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图片:VCSEL.jpg

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同样重要的是光探测和数据采集的最新发展，研究中首次使用了一种工作在1310 nm的硅光子学集成电路(PIC)系统，PIC集成光波导、偏振分束器、90度移相器和波导耦合器，可进行偏振及同相和正交(I/Q)双平衡探测，其光带宽达370 nm，电带宽高达25 GHz。下图所示为PIC结构和实物。   3v5%y'  
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图片:PIC.jpg

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Fujimoto表示，1990年代初的OCT研发极大地受益于光纤通信组件和方法，而25年后，光通信行业仍然持续推动OCT的发展。 !>zo_fP  
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研究人员通过对0.98和1.8立方米的人体模型和自行车成像(下图所示)，测试了OCT系统在长范围成像的潜力；通过对人类头骨和大脑成像，表明在宏观解剖成像的应用前景。 #]ypHVE  
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图片:images.jpg

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MIT团队预测要求米量级的大部分应用将会是计量学、过程监测、无创评估和相关领域。为了达到这些目标，下一步研究包括使用低价高速组件得到更快的数据采集和处理能力，最终通过自定义集成电路芯片实现实时OCT成像。 g!+|I  
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研究人员表示，随着PIC技术的不断发展，五年内有望在单个芯片上实现完整的OCT系统，这将让全世界更多的人因OCT受益，发掘新的应用空间。 eFL=G%  
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参考 &iA?+kV  
Cubic meter volume optical coherence tomography, Optica 3, 1496-1503 (2016) |Y[wzDYV  
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