基于掃頻光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于掃頻光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)裝置及其方法。包括掃頻激光器、光調(diào)制器、摻鉺光纖放大器、耦合器、第一光纖、第二光纖、偏振復(fù)用合波器，半導(dǎo)體光放大器、環(huán)路器、偏振控制器、光探測(cè)器、微波信號(hào)濾波器、微波信號(hào)放大器、微波信號(hào)分路器、示波器和匯聚透鏡。本發(fā)明著眼于新型光電子技術(shù)，尤其是微波光子學(xué)的發(fā)展與創(chuàng)新對(duì)光學(xué)相干層析的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改變，提出一種基于雙環(huán)光電振蕩器的掃頻偏振光學(xué)相干層析雙折射率檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物組織的雙折射率變化的檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)微波信號(hào)頻率的測(cè)量。同時(shí)本發(fā)明使用了半導(dǎo)體光放大器，利用其雙折射效應(yīng)來(lái)補(bǔ)償光電混合環(huán)形結(jié)構(gòu)諧振腔長(zhǎng)度變化，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力、溫度可校準(zhǔn)的檢測(cè)。
【專利說(shuō)明】基于掃頻光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)裝置及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)裝置及檢 測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們對(duì)于生活質(zhì)量要求的不斷提高，在醫(yī)療檢測(cè)中對(duì)無(wú)損傷、安全無(wú)害的檢 測(cè)方式的需求也就越來(lái)越強(qiáng)烈，一些傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像方法在成像時(shí)需要添加專門(mén)的顯影劑等 幫助成像的物質(zhì)或者借助X射線等輻射源，這些外界因素的加入或多或少會(huì)對(duì)人體造成傷 害。而OCT(偏振光學(xué)相干層析，opticalcoherencetomography，文中簡(jiǎn)稱OCT)技術(shù)利用 光作為成像手段，通過(guò)干涉的方法獲取生物組織背向散射光，對(duì)組織成像并獲得組織內(nèi)部 信息，如雙折射信息、組織的光譜信息、血液多普勒信息等；只需借助光這個(gè)媒介，無(wú)需添加 任何外加的顯影劑，不需要進(jìn)行生理切片等創(chuàng)傷手段進(jìn)行探測(cè)，屬無(wú)損檢測(cè)，因而較其它影 像技術(shù)更為安全，被稱為"光學(xué)活檢"。目前，OCT已發(fā)展出四個(gè)分支，包括：時(shí)域0CT、傅里 葉域0CT、平行光束OCT和功能0CT。
[0003] 時(shí)域0CT，時(shí)域OCT是OCT家族中發(fā)展最早的形式，OCT的其它分支都是由其演變 而成的；傅里葉域OCT:傅里葉域OCT在時(shí)域OCT的基礎(chǔ)上取消了縱向掃描，而在光接收端， 使用光譜儀代替光電探測(cè)器；在傅里葉域OCT中，干涉圖是以光學(xué)頻率函數(shù)的形式進(jìn)行探 測(cè)的。通過(guò)參考臂中一個(gè)固定的光學(xué)延遲，樣品中不同深度反射回的光會(huì)產(chǎn)生與不同頻率 分量產(chǎn)生干涉圖樣。再通過(guò)傅里葉變換就可以解出不同深度的反射情況，這樣一來(lái)就可以 產(chǎn)生樣品的一個(gè)深度分布（A-掃描）。根據(jù)光源和探測(cè)類型的不同，傅里葉域OCT可以分 為：譜域OCT和掃頻0CT。平行光束0CT，與其它OCT不同，照在平行光束OCT干涉儀兩臂的 不是光點(diǎn)而是平行光束；相應(yīng)地在光接收端使用了一組而不是一個(gè)光電探測(cè)器，這使得它 可以取消橫向掃描，只利用縱向掃描形成二維圖像，縮短了成像時(shí)間；功能OCT:功能OCT不 僅可以采集普通OCT所關(guān)注的組織反射率信息，形成灰度圖像，對(duì)其它由于病變引起的組 織特性變化也十分敏感，對(duì)這些附加信息的提取能夠?yàn)獒t(yī)學(xué)診斷提供更多的依據(jù)，提高診 斷效率。按照所提取的組織特性不同，功能OCT可分為多普勒OCT和偏振0CT。
[0004] 本發(fā)明所提出基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)方法及裝置，核心 技術(shù)是采用微波光子學(xué)領(lǐng)域的新型光電振蕩方式產(chǎn)生微波信號(hào)的方法，將對(duì)生物組織的雙 折射率變化的檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)微波信號(hào)頻率的測(cè)量，其檢測(cè)方法及裝置結(jié)構(gòu)不同于目前OCT 檢測(cè)方法。1982年，Neyer和Voges首次提出了利用輸出端的光信號(hào)反饋控制電光調(diào)制器 的這種環(huán)形結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩器的光電振蕩器原理和結(jié)構(gòu)。1994年，美國(guó)噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室的 X. Steve. Yao和Lute Maleki等人提出并演示了第一個(gè)光電振蕩器結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了高質(zhì)量的 微波信號(hào)。2000年，Yao和Maleki提出通過(guò)增加光纖環(huán)路（長(zhǎng)光纖和短光纖）形成一個(gè)光 濾波器的雙環(huán)路光電振蕩器結(jié)構(gòu)來(lái)降低相位噪聲。本發(fā)明所提出的檢測(cè)方法及裝置采用偏 振復(fù)用型雙環(huán)光電振蕩器方案，利用其產(chǎn)生的低相位噪聲、穩(wěn)定、頻譜干凈的微波信號(hào)，把 被測(cè)生物組織作為諧振腔的一部分加入到光纖反饋回路中形成振蕩，將對(duì)生物組織的雙折 射率變化的檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)微波信號(hào)頻率的測(cè)量，利用基頻的N次諧波進(jìn)行測(cè)量。偏振OCT可以得到普通OCT所忽略的組織雙折射信息，健康的生物組織具有規(guī)律的雙折射分布，而 病變的生物組織，其雙折射分布遭到破壞，甚至完全喪失雙折射性質(zhì)。在本發(fā)明實(shí)施例裝 置中被測(cè)生物組織的雙折射率變化越顯著，輸出微波的頻率間隔越小，而利用振蕩基頻的N 次諧波測(cè)量，比傳統(tǒng)偏振OCT檢測(cè)方法測(cè)量范圍更廣，測(cè)量精度更高，這使其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有 著很好的應(yīng)用前景。
[0005] 本發(fā)明所提出基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)方法及裝置，考慮 到了在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，光電振蕩器中光纖的傳輸特性參數(shù)容易受到環(huán)境因素的干擾而發(fā) 生變化的現(xiàn)象。從傳輸損耗、帶寬以及抗電磁干擾特性方面看，光纖是傳送微波信號(hào)的理 想介質(zhì)，然而環(huán)境溫度、壓力以及彎曲均會(huì)導(dǎo)致光纖折射率變化，積累的傳輸延遲變化將直 接導(dǎo)致微波信號(hào)的相位噪聲和相位漂移。實(shí)驗(yàn)研宄表明，光纖折射率隨溫度的變化率約為 40psAkmX°C)，對(duì)于長(zhǎng)度為IOOm的光纖，溫度變化I°C相應(yīng)的延遲約為4ps。壓力對(duì)光纖傳 輸相位的影響更為明顯，實(shí)驗(yàn)研宄表明，光纖折射率隨壓強(qiáng)的變化率約為70psAkmXMPa)， 對(duì)于長(zhǎng)度為IOOm的光纖，壓強(qiáng)變化IMPa相應(yīng)的延遲約為7ps。考慮到短時(shí)間內(nèi)環(huán)境參數(shù)不 會(huì)發(fā)生突變，因此相位延遲漂移影響著測(cè)量結(jié)果長(zhǎng)期穩(wěn)定性及重復(fù)性，其引起的誤差大小 隨著測(cè)量時(shí)間增長(zhǎng)、應(yīng)力、溫度變化的增大而增大。因此如何針對(duì)偏振OCT方案中電路及光 路的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的相位漂移補(bǔ)償及抑制技術(shù)，從而進(jìn)一步提高偏振OCT技術(shù)的檢測(cè)精 度是目前在OCT應(yīng)用中亟需解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種基于掃頻偏振光學(xué)相干層析 技術(shù)的雙折射率檢測(cè)裝置，可對(duì)應(yīng)力和溫度進(jìn)行校準(zhǔn)，降低應(yīng)力和溫度變化對(duì)檢測(cè)精度帶 來(lái)的影響；同時(shí)還提供該檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，將對(duì)生物組織的雙折射率變化的檢測(cè)轉(zhuǎn)變 為對(duì)微波信號(hào)頻率進(jìn)行測(cè)量。
[0007] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0008] 一種基于掃頻偏振光學(xué)相干層析雙折射率的檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置包括掃頻激光 器、光調(diào)制器、摻鉺光纖放大器、親合器、第一光纖、第二光纖、偏振復(fù)用合波器，半導(dǎo)體光放 大器、環(huán)路器、偏振控制器、光探測(cè)器、微波信號(hào)濾波器、微波信號(hào)放大器、微波信號(hào)分路器、 示波器和匯聚透鏡；掃頻激光器的輸出端與光調(diào)制器的輸入端連接，光調(diào)制器的輸出端與 摻鉺光纖放大器的輸入端連接，摻鉺光纖放大器的輸出端與親合器的輸入端連接，親合器 的輸出端分別通過(guò)第一光纖和第二光纖與偏振復(fù)用合波器的輸入端連接，進(jìn)一步，所述的 第一光纖和第二光纖的長(zhǎng)度不相等。偏振復(fù)用合波器的輸出端與半導(dǎo)體光放大器的輸入端 連接，半導(dǎo)體光放大器的輸出端與環(huán)路器的第一端口連接，環(huán)路器的第二端口通過(guò)透鏡將 光聚焦到生物樣品上，并且通過(guò)透鏡將反射光送回環(huán)路器的第二端口，環(huán)路器的第三端口 與偏振控制器的輸入端連接，偏振控制器的輸出端與光探測(cè)器的輸入端連接，光探測(cè)器的 輸出端與微波信號(hào)濾波器的輸入端連接，微波信號(hào)濾波器的輸出端與微波信號(hào)放大器的輸 入端連接，微波信號(hào)放大器的輸出端與分路器的輸入端連接，分路器的第一輸出端口與不 波器的輸入端連接，分路器的第二輸出端口與光調(diào)制器的微波調(diào)制端連接。
[0009] -種上述的基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法包 括以下過(guò)程：利用掃頻激光器發(fā)出連續(xù)的光波，光波經(jīng)光調(diào)制器調(diào)制和摻鉺光纖放大器放 大后，通過(guò)親合器親合進(jìn)入第一光纖和第二光纖中，偏振復(fù)用合波器將第一光纖和第二光 纖輸出的調(diào)制光信號(hào)分成偏振態(tài)相互正交的兩束信號(hào)，兩束信號(hào)分別對(duì)準(zhǔn)半導(dǎo)體光放大器 的橫電模和橫磁模，通過(guò)控制半導(dǎo)體光放大器的偏置電流，獲得補(bǔ)償后的垂直偏振光調(diào)制 信號(hào)，利用環(huán)路器將補(bǔ)償后的垂直偏振光調(diào)制信號(hào)穿過(guò)透鏡射向生物組織樣品，然后該垂 直偏振光調(diào)制信號(hào)由生物組織樣品反射，形成攜帶生物組織信息的反射光，反射光穿過(guò)透 鏡，返回環(huán)路器中，由環(huán)路器的第三端口傳至偏振控制器中，偏振控制器控制反射光的傳輸 偏振態(tài)，經(jīng)光探測(cè)器輸出微波信號(hào)，微波信號(hào)經(jīng)微波信號(hào)濾波器濾波后，由微波信號(hào)放大器 放大，通過(guò)分路器分路為兩路，一路反饋至光調(diào)制器中，形成閉環(huán)光電振蕩回路，另一路輸 出至示波器中，測(cè)量微波信號(hào)的頻率。
[0010] 進(jìn)一步，所述的基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)裝置，第一光纖 和第二光纖的長(zhǎng)度不相等。
[0011] 進(jìn)一步，所述的基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)裝置的檢測(cè)方 法，第一光纖和第二光纖所輸出的調(diào)制光信號(hào)由偏振復(fù)用合波器生成垂直偏振的調(diào)制光信 號(hào)，兩個(gè)垂直偏振方向分別對(duì)準(zhǔn)半導(dǎo)體光放大器的橫電模和橫磁模方向。半導(dǎo)體光放大器 是一種對(duì)外來(lái)光子產(chǎn)生受激輻射放大的光電子器件，其本質(zhì)是一種處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件下 的半導(dǎo)體增益介質(zhì)。通過(guò)控制半導(dǎo)體光放大器的偏置電流，控制其雙折射效應(yīng)，以補(bǔ)償受應(yīng) 力、溫度影響而使光電混合環(huán)形結(jié)構(gòu)諧振腔長(zhǎng)度發(fā)生的變化，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)檢測(cè)。
[0012] 進(jìn)一步，所述的基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)裝置的檢測(cè)方 法，所經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體光放大器實(shí)現(xiàn)應(yīng)力、溫度補(bǔ)償后的垂直偏振光調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過(guò)環(huán)路器穿過(guò) 匯聚透鏡射向生物組織樣品，反射光受生物組織樣品的背向散射率和雙折射率共同影響， 使得光電混合的環(huán)形結(jié)構(gòu)諧振腔參數(shù)發(fā)生改變，進(jìn)而改變了其振蕩產(chǎn)生的微波信號(hào)的頻 率，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物組織的雙折射率變化的檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)樵谑静ㄆ髦袦y(cè)量微波信號(hào)的頻 率。
[0013] 有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0014] (1)本發(fā)明所提出基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)方法及裝置， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物組織的雙折射率變化的檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)微波信號(hào)頻率的測(cè)量，核心技術(shù)是采用 微波光子學(xué)領(lǐng)域的新型光電振蕩方式產(chǎn)生微波信號(hào)的方法，檢測(cè)方法及裝置結(jié)構(gòu)不同于目 前OCT已發(fā)展出四個(gè)分支，包括：時(shí)域OCT、傅里葉域OCT、平行光束OCT和功能OCT。
[0015] (2)本發(fā)明所提出基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)方法及裝置， 采用偏振復(fù)用型雙環(huán)光電振蕩器方案。在這種雙環(huán)結(jié)構(gòu)的光電振蕩器中，振蕩器起振的振 蕩模式間隔由短光纖環(huán)路決定，相位噪聲則由長(zhǎng)光纖環(huán)路決定，雙環(huán)振蕩器可以得到模式 間隔大且相位噪聲低的振蕩信號(hào)。利用其產(chǎn)生的低相位噪聲、穩(wěn)定、頻譜干凈的微波信號(hào)， 把被測(cè)生物組織作為諧振腔的一部分加入到光纖反饋回路中形成振蕩，將對(duì)生物組織的雙 折射率變化的檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)微波信號(hào)頻率的測(cè)量，利用基頻的N次諧波進(jìn)行測(cè)量。在本發(fā) 明實(shí)施例裝置中被測(cè)生物組織的雙折射率變化越顯著，輸出微波的頻率間隔越小，而利用 振蕩基頻的N次諧波測(cè)量，比傳統(tǒng)偏振OCT檢測(cè)方法測(cè)量范圍更廣，測(cè)量精度更高，這使其 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。
[0016] (3)本發(fā)明所提出基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)方法及裝置， 針對(duì)在OCT系統(tǒng)中普遍存在的環(huán)境因素影響，尤其是應(yīng)力和溫度變化對(duì)相關(guān)光路帶來(lái)的精 度下降現(xiàn)象，提出一種基于半導(dǎo)體光放大器的應(yīng)力和溫度可校準(zhǔn)技術(shù)。光信號(hào)及電信號(hào)在 傳輸介質(zhì)中傳播，其必然造成信號(hào)的相位延遲，當(dāng)介質(zhì)特性參數(shù)不變時(shí)，其傳播延遲固定， 因此可通過(guò)校正的方法將相位延遲消除。半導(dǎo)體光放大器是一種對(duì)外來(lái)光子產(chǎn)生受激輻 射放大的光電子器件，其本質(zhì)是一種處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件下的半導(dǎo)體增益介質(zhì)。利用其可 控的雙折射效應(yīng)，來(lái)補(bǔ)償雙環(huán)光電振蕩器的諧振腔長(zhǎng)度變化，實(shí)現(xiàn)了其應(yīng)力、溫度可校準(zhǔn)檢 測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中有：掃頻激光器1、光調(diào)制器2、摻鉺光纖放大器 3、親合器4、第一光纖5、第二光纖6、偏振復(fù)用合波器7,半導(dǎo)體光放大器8、環(huán)路器9、第一 端口 901、第二端口 902、第三端口 903、偏振控制器10、光探測(cè)器11、微波信號(hào)濾波器12、微 波信號(hào)放大器13、微波信號(hào)分路器14、第一輸出端口 1401、第二輸出端口 1402、不波器15、 匯聚透鏡16。
[0018] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中，測(cè)量某一生物組織樣品時(shí)裝置輸出的微波信號(hào)頻譜圖。
[0019] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中，測(cè)量某一生物組織樣品時(shí)裝置輸出的微波信號(hào)波形圖與 相位噪聲圖。
[0020] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中，測(cè)量某一生物組織樣品時(shí)應(yīng)力、溫度校準(zhǔn)情況下裝置輸 出的微波信號(hào)頻率分布圖與相位噪聲分布圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為 前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于 下述的實(shí)施例。
[0022] 如圖1所示，本發(fā)明的一種基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)裝 置，包括掃頻激光器1、光調(diào)制器2、摻鉺光纖放大器3、親合器4、第一光纖5、第二光纖6、偏 振復(fù)用合波器7,半導(dǎo)體光放大器8、環(huán)路器9、偏振控制器10、光探測(cè)器11、微波信號(hào)濾波器 12、微波信號(hào)放大器13、微波信號(hào)分路器14、不波器15和匯聚透鏡16。掃頻激光器1的輸 出端與光調(diào)制器2的輸入端連接，光調(diào)制器2的輸出端與摻鉺光纖放大器3的輸入端連接， 摻鉺光纖放大器3的輸出端與親合器4的輸入端連接，親合器4的輸出端分別通過(guò)第一光 纖5和第二光纖6與偏振復(fù)用合波器7的輸入端連接，偏振復(fù)用合波器7的輸出端與半導(dǎo) 體光放大器8的輸入端連接，半導(dǎo)體光放大器8的輸出端與環(huán)路器9的第一端口 901連接， 環(huán)路器9的第二端口 902通過(guò)匯聚透鏡16將光聚焦到生物樣品上，并且通過(guò)透鏡16將反 射光送回環(huán)路器9的第二端口 902,環(huán)路器9的第三端口 903與偏振控制器10的輸入端連 接，偏振控制器10的輸出端與光探測(cè)器11的輸入端連接，光探測(cè)器11的輸出端與微波信 號(hào)濾波器12的輸入端連接，微波信號(hào)濾波器12的輸出端與微波信號(hào)放大器13的輸入端連 接，微波信號(hào)放大器13的輸出端與微波信號(hào)分路器14的輸入端連接，微波信號(hào)分路器14 的第一輸出端口 1401與不波器15的輸入端連接，微波信號(hào)分路器14的第二輸出端口 1402 與光調(diào)制器2的微波調(diào)制端連接。
[0023] 上述的基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)方法，包括以下過(guò)程：利 用掃頻激光器1發(fā)出連續(xù)的光波，光波經(jīng)光調(diào)制器2調(diào)制和摻鉺光纖放大器3放大后，通過(guò) 親合器4親合進(jìn)入第一光纖5和第二光纖6中，偏振復(fù)用合波器7將第一光纖5和第二光 纖6輸出的調(diào)制光信號(hào)分成偏振態(tài)相互正交的兩束信號(hào)，兩束信號(hào)分別對(duì)準(zhǔn)半導(dǎo)體光放大 器8的橫電模和橫磁模，通過(guò)控制半導(dǎo)體光放大器8的偏置電流，獲得補(bǔ)償后的垂直偏振光 調(diào)制信號(hào)，利用環(huán)路器9將補(bǔ)償后的垂直偏振光調(diào)制信號(hào)穿過(guò)匯聚透鏡16射向生物組織樣 品，然后該垂直偏振光調(diào)制信號(hào)由生物組織樣品反射，形成攜帶生物組織信息的反射光。反 射光中攜帶了生物組織樣品的背向散射率和雙折射率。反射光穿過(guò)匯聚透鏡16,返回環(huán)路 器9中，由環(huán)路器9的第三端口 903傳至偏振控制器10中，偏振控制器10控制反射光的傳 輸偏振態(tài)，經(jīng)光探測(cè)器11輸出微波信號(hào)，微波信號(hào)經(jīng)微波信號(hào)濾波器12濾波后，由微波信 號(hào)放大器13放大，通過(guò)微波信號(hào)分路器14分路為兩路，一路1402反饋至光調(diào)制器2中，形 成閉環(huán)光電振蕩回路，另一路1401輸出至示波器15中，測(cè)量微波信號(hào)的頻率。
[0024] 進(jìn)一步，所述的第一光纖5和第二光纖6的長(zhǎng)度不相等。在光電振蕩器系統(tǒng)中，光 纖環(huán)路的儲(chǔ)能時(shí)間決定了振蕩器的品質(zhì)因子，因此振蕩器的相位噪聲受到光纖延遲線的長(zhǎng) 度即延遲時(shí)間的影響。雖然可以通過(guò)增加光纖長(zhǎng)度來(lái)降低相位噪聲，但實(shí)際上當(dāng)振蕩器產(chǎn) 生的頻率滿足一定條件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同階數(shù)的起振模式。由此可見(jiàn)，隨著光纖長(zhǎng)度的增加， 波模數(shù)量也會(huì)增加，波模之間的頻率間隔就會(huì)變小。理論上可以用一個(gè)足夠窄的濾波器去 除不需要的模式，但由于高品質(zhì)因子的微波濾波器目前難以實(shí)現(xiàn)，因此結(jié)果不甚理想，所以 使用長(zhǎng)光纖的光電振蕩器會(huì)產(chǎn)生不需要的模式。通過(guò)增加光纖環(huán)路（第一光纖5和第二光 纖6)形成一個(gè)光濾波器的雙環(huán)路光電振蕩器結(jié)構(gòu)來(lái)降低相位噪聲，在這種雙環(huán)結(jié)構(gòu)的光 電振蕩器中，振蕩器起振的振蕩模式間隔由短光纖環(huán)路決定，相位噪聲則由長(zhǎng)光纖環(huán)路決 定，雙環(huán)振蕩器可以得到模式間隔大且相位噪聲低的振蕩信號(hào)。
[0025] 進(jìn)一步，所述的第一光纖5和第二光纖6的輸出的調(diào)制光信號(hào)由偏振復(fù)用合波器7 生成垂直偏振的調(diào)制光信號(hào)，兩個(gè)垂直偏振方向分別對(duì)準(zhǔn)半導(dǎo)體光放大器8的橫電模和橫 磁模方向。較強(qiáng)的雙折射效應(yīng)使得半導(dǎo)體光放大器8表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)钠裣嚓P(guān)性，通過(guò)控制 半導(dǎo)體光放大器8偏置電流的改變，其橫電模和橫磁模式下折射率差也發(fā)生改變，使得通 過(guò)半導(dǎo)體光放大器8后的偏振垂直的光調(diào)制信號(hào)引入不同的時(shí)延，以補(bǔ)償受應(yīng)力、溫度影 響而使光電混合環(huán)形結(jié)構(gòu)諧振腔長(zhǎng)度發(fā)生的變化，保證所產(chǎn)生微波信號(hào)頻率和相位的穩(wěn)定 性，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)檢測(cè)。
[0026] 進(jìn)一步，所述的經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體光放大器8實(shí)現(xiàn)應(yīng)力、溫度補(bǔ)償后的垂直偏振光調(diào)制 信號(hào)，經(jīng)過(guò)環(huán)路器9穿過(guò)匯聚透鏡16射向生物組織樣品，反射光受生物組織樣品的背向散 射率和雙折射率共同影響，使得光電混合的環(huán)形結(jié)構(gòu)諧振腔參數(shù)發(fā)生改變，進(jìn)而改變了其 振蕩產(chǎn)生的微波信號(hào)的頻率，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物組織的雙折射率變化的檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)樵谑静?器15中測(cè)量微波信號(hào)的頻率。
[0027] 本發(fā)明所提出的檢測(cè)方法及裝置中，在已知微波信號(hào)濾波器12中心頻率的前提 下，微波信號(hào)分路器1402端口輸入至光調(diào)制器2端口的微波信號(hào)丨_由頻率模式競(jìng)爭(zhēng)決定， 取決于兩段單模光纖分別在橫電模和橫磁模式下引入的延時(shí)，分別記為τΤΙ^ΡτTM，考慮開(kāi) 環(huán)狀態(tài)有：
[0028]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)裝置，其特征在于，該裝置包 括掃頻激光器（1)、光調(diào)制器（2)、摻鉺光纖放大器（3)、親合器（4)、第一光纖（5)、第二光 纖（6)、偏振復(fù)用合波器（7)，半導(dǎo)體光放大器（8)、環(huán)路器（9)、偏振控制器（10)、光探測(cè)器 (11)、微波信號(hào)濾波器（12)、微波信號(hào)放大器（13)、微波信號(hào)分路器（14)、不波器（15)和匯 聚透鏡（16); 掃頻激光器（1)的輸出端與光調(diào)制器（2)的輸入端連接，光調(diào)制器（2)的輸出端與摻鉺 光纖放大器（3)的輸入端連接，摻鉺光纖放大器（3)的輸出端與親合器（4)的輸入端連接， 親合器（4)的輸出端分別通過(guò)第一光纖（5)和第二光纖（6)與偏振復(fù)用合波器（7)的輸入 端連接，偏振復(fù)用合波器（7)的輸出端與半導(dǎo)體光放大器（8)的輸入端連接，半導(dǎo)體光放大 器（8)的輸出端與環(huán)路器（9)的第一端口（901)連接，環(huán)路器（9)的第二端口（902)通過(guò)匯 聚透鏡（16)將光聚焦到生物樣品上，并且通過(guò)匯聚透鏡（16)將反射光送回環(huán)路器（9)的 第二端口（902)，環(huán)路器（9)的第三端口（903)與偏振控制器（10)的輸入端連接，偏振控制 器（10)的輸出端與光探測(cè)器（11)的輸入端連接，光探測(cè)器（11)的輸出端與微波信號(hào)濾波 器（12)的輸入端連接，微波信號(hào)濾波器（12)的輸出端與微波信號(hào)放大器（13)的輸入端連 接，微波信號(hào)放大器（13)的輸出端與微波信號(hào)分路器（14)的輸入端連接，微波信號(hào)分路器 (14)的第一輸出端口（1401)與不波器（15)的輸入端連接，微波信號(hào)分路器（14)的第二輸 出端口（1402)與光調(diào)制器（2)的微波調(diào)制端連接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)裝置，其特 征在于，所述的第一光纖（5)的長(zhǎng)度和第二光纖（6)的長(zhǎng)度不相等。
3. -種權(quán)利要求1所述的基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)裝置的檢 測(cè)方法，其特征在于，該檢測(cè)方法包括以下過(guò)程：利用掃頻激光器（1)發(fā)出連續(xù)的光波，光 波經(jīng)光調(diào)制器（2)調(diào)制和摻鉺光纖放大器（3)放大后，通過(guò)耦合器（4)耦合進(jìn)入第一光纖 (5)和第二光纖（6)中，偏振復(fù)用合波器（7)將第一光纖（5)和第二光纖（6)輸出的調(diào)制光信 號(hào)復(fù)用生成垂直偏振的調(diào)制光信號(hào)，兩個(gè)垂直偏振方向分別對(duì)準(zhǔn)半導(dǎo)體光放大器（8)的橫 電模和橫磁模方向，通過(guò)控制半導(dǎo)體光放大器（8 )的偏置電流，獲得補(bǔ)償后的垂直偏振光調(diào) 制信號(hào)，利用環(huán)路器（9)將補(bǔ)償后的垂直偏振光調(diào)制信號(hào)穿過(guò)匯聚透鏡（16)射向生物組織 樣品，然后該垂直偏振光調(diào)制信號(hào)由生物組織樣品反射，形成攜帶生物組織信息的反射光， 反射光穿過(guò)匯聚透鏡（16)，返回環(huán)路器（9)中，由環(huán)路器（9)的第三端口（903)傳至偏振控 制器（10)中，偏振控制器（10)控制反射光的傳輸偏振態(tài)，經(jīng)光探測(cè)器（11)輸出微波信號(hào)， 微波信號(hào)經(jīng)微波信號(hào)濾波器（12)濾波后，由微波信號(hào)放大器（13)放大，通過(guò)微波信號(hào)分路 器（14)分路為兩路，一路反饋至光調(diào)制器（2)中，形成閉環(huán)光電振蕩回路，另一路輸出至示 波器（15)中，測(cè)量微波信號(hào)的頻率。
4. 按照權(quán)利要求3所述的基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)裝置的檢 測(cè)方法，其特征在于，所述的第一光纖（5)和第二光纖（6)的輸出的調(diào)制光信號(hào)由偏振復(fù)用 合波器（7)生成垂直偏振的調(diào)制光信號(hào)，兩個(gè)垂直偏振方向分別對(duì)準(zhǔn)半導(dǎo)體光放大器（8) 的橫電模和橫磁模方向，通過(guò)控制半導(dǎo)體光放大器（8)的偏置電流，控制其雙折射效應(yīng)，以 補(bǔ)償受應(yīng)力、溫度影響而使光電混合環(huán)形結(jié)構(gòu)諧振腔長(zhǎng)度發(fā)生的變化，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)檢測(cè)。
5. 按照權(quán)利要求3所述的基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測(cè)裝置的檢 測(cè)方法，其特征在于，經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體光放大器（8)實(shí)現(xiàn)應(yīng)力、溫度補(bǔ)償后的垂直偏振光調(diào)制信 號(hào)，經(jīng)過(guò)環(huán)路器（9)穿過(guò)匯聚透鏡（16)射向生物組織樣品，反射光受生物組織樣品的背向 散射率和雙折射率共同影響，使得光電混合的環(huán)形結(jié)構(gòu)諧振腔參數(shù)發(fā)生改變，進(jìn)而改變了 其振蕩產(chǎn)生的微波信號(hào)的頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生物組織的雙折射率變化的檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)樵谑静?器（15)中測(cè)量微波信號(hào)的頻率。
【文檔編號(hào)】G01N21/45GK104483289SQ201410775281
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】陳翰, 胡才雨, 孫小菡 申請(qǐng)人:東南大學(xué)