[发明专利]光源和光学相干计算机断层成像模块

说明书

技术领域

本发明属于光源领域，即电磁辐射谱中红外、可见光以及紫外波段的电磁辐射源。更具体地，本发明涉及一种光源、光学相干计算机断层成像设备以及光学相干计算机断层成像模块。

背景技术

光学相干计算机断层成像(OCT)是一种用于皮下成像的新兴的技术，可用于医疗、生物学以及其他应用中。OCT是超声波的光学模拟，但是利用了更短的光波长的优点，可得到更高分辨率的图像。一般较为重要的波长范围在光谱中400-2000nm的可见至近红外区域。目前OCT中共有四个重要的波长范围，分别在850nm、1050nm、1300nm、1550nm附近。OCT系统包括(1)宽带光源，(2)用于将发射的辐射导向样品和参考镜的光学部件的配置，以及(3)用于测量从样品反射的光和从参考镜反射的光的干涉的光学装置。对于目前的时域OCT(TD-OCT)系统，宽带光源为超发光发光二极管(SLED)，其以较宽的(40-200nm带宽)波谱发射光，通过扫描参考镜的位置来控制皮下成像深度。只有当参考镜和样品反射器之间的路径长度在光源的相干长度内相等时，才能够发生相长干涉。傅立叶或频域OCT(FD-OCT)使用光谱的频率信息，例如通过使用色散元件和CCD探测器阵列或者分光计(谱域OCT或SD-OCT)来对干涉进行解码。另一种需要简单的探测系统的FD-OCT技术使用通过谱扫描窄带宽光源(扫频源OCT或SS-OCT)来实现即时谱编码。

根据当前技术，在SS-OCT中，将可调激光器用作光源。已经证实，SS-OCT的信噪比优于TD-OCT(参见Choma等人的Optics Express，vol.11，2003 pp.2183-2189)。为了实现其相对于TD-OCT的优势，扫频源OCT系统需要能够在20-400kHz的高频范围内扫频的可调光源。因为这些系统的干涉计所需的成像深度与光源的相干长度有关，这也决定了对光源的谱线宽度和谱线密度的要求。

已经开发了多种用于实现用于SS-OCT的扫频源的方法。其中有级联分布反馈(DFB)激光器(US 2008/0037608)，多波长激光器(US2007/0002327)，衍射光栅和光栅对(US 2008/0002209，US 7006231)，光纤激光器环形腔(US 2006/0193352)，使用法布里-帕罗滤波器调谐环形和线性结构元件的外腔激光器(US 7242509，US 2006/0215713)。在这些方法中，后面的MEMS法布里-帕罗滤波器法最适用于集成到紧凑的光学模块中。在这种情况下，MEMS器件实现波长选择和波长扫描的功能，并需要被制造成具有紧密的机械公差。法布里-帕罗MEMS器件基本上为线性换能器，其具有速度限制并容易受到反射率、平行性、平坦度、滤波器腔厚度随调谐带宽内的变化的影响。在SS-OCT系统的波长扫描过程中，后面参数的变化会导致带宽、相干和成像深度的变化。

另一种方法(US 2007/0183643)利用与垂直腔面发射激光器(VCSEL)集成在一起的MEMS可调镜。然而，这些器件的集成难以制造，还有待实现。

更简单以及更通用的设计是基于外腔激光器，其中滤波和波长扫描功能由光栅和旋转或扫描镜来实现(US 6,111,645，US 5,907,423，US2007/0276269，US 2007/0239035，US 2007/0064239，US 2008/0043244，US2004/0213306)。因为他们可以相对容易地被改变以适应其他波长范围，因此这些设计是通用的。扫频源OCT的应用需要扫频源具有高于一最小值且低于一最大值的相干长度。最小值与应用的最小成像范围有关(成像范围为相干长度的一半)，例如对于视网膜成像为6mm，或者对于从视网膜到角膜的整个眼球成像为25mm。但是，采用具有过长的相干长度的扫频源是不利的，因为成像范围内的任何种类的反射性物体都会引起不希望的干涉信号。因此，对于外腔激光器的光谱带宽，为了具有一最小值需要多模激光器操作。单模操作不能确保相干长度不超过一能接受的最大值。最小光谱带宽的结果是需要相对长的腔长。一般来将腔长在3-30cm范围内，取决于波长范围和腔内的模式数。对于腔长的需要限制了扫频源的最小化。理想地，扫频源应该被限制并集成到紧凑的SS-OCT系统中。同样地，过长的腔长会使波长调谐变慢，限制扫描速率。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种“扫频源”光源，用于OCT或其他扫频源应用，其克服了现有光源的缺点。另一个目的是提供一种光学相干计算机断层成像设备、光学相干计算机断层成像模块。

根据本发明的第一个方面，提供一种扫频光源，该光源包括：