基于掃頻光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于掃頻光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測裝置及其方法。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、光探測器、微波信號濾波器、微波信號放大器、微波信號分路器、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)新對光學(xué)相干層析的結(jié)構(gòu)設(shè)計改變，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技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對生物組織的雙折射率變化的檢測轉(zhuǎn)變?yōu)閷ξ⒉ㄐ盘栴l率的測量。同時本發(fā)明使用了半導(dǎo)體光放大器，利用其雙折射效應(yīng)來補(bǔ)償光電混合環(huán)形結(jié)構(gòu)諧振腔長度變化，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力、溫度可校準(zhǔn)的檢測。
【專利說明】基于掃頻光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測裝置及其方法

【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)的雙折射率檢測裝置及檢 測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們對于生活質(zhì)量要求的不斷提高，在醫(yī)療檢測中對無損傷、安全無害的檢 測方式的需求也就越來越強(qiáng)烈，一些傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像方法在成像時需要添加專門的顯影劑等 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對人體造成傷 害。而OCT(偏振光學(xué)相干層析，opticalcoherencetomography，文中簡稱OCT)技術(shù)利用 光作為成像手段，通過干涉的方法獲取生物組織背向散射光，對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；只需借助光這個媒介，無需添加 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，屬無損檢測，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)展出四個分支，包括：時域0CT、傅里 葉域0CT、平行光束OCT和功能0CT。
[0003] 時域0CT，時域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 測的。通過參考臂中一個固定的光學(xué)延遲，樣品中不同深度反射回的光會產(chǎn)生與不同頻率 分量產(chǎn)生干涉圖樣。再通過傅里葉變換就可以解出不同深度的反射情況，這樣一來就可以 產(chǎn)生樣品的一個深度分布（A-掃描）。根據(jù)光源和探測類型的不同，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光電探測器，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，對其它由于病變引起的組 織特性變化也十分敏感，對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)生微波信號的方法，將對生物組織的雙 折射率變化的檢測轉(zhuǎn)變?yōu)閷ξ⒉ㄐ盘栴l率的測量，其檢測方法及裝置結(jié)構(gòu)不同于目前OCT 檢測方法。1982年，Neyer和Voges首次提出了利用輸出端的光信號反饋控制電光調(diào)制器 的這種環(huán)形結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)振蕩器的光電振蕩器原理和結(jié)構(gòu)。1994年，美國噴氣動力實(shí)驗(yàn)室的 X. Steve. Yao和Lute Maleki等人提出并演示了第一個光電振蕩器結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了高質(zhì)量的 微波信號。2000年，Yao和Maleki提出通過增加光纖環(huán)路（長光纖和短光纖）形成一個光 濾波器的雙環(huán)路光電振蕩器結(jié)構(gòu)來降低相位噪聲。本發(fā)明所提出的檢測方法及裝置采用偏 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，把 被測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，將對生物組織的雙折 射率變化的檢測轉(zhuǎn)變?yōu)閷ξ⒉ㄐ盘栴l率的測量，利用基頻的N次諧波進(jìn)行測量。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 次諧波測量，比傳統(tǒng)偏振OCT檢測方法測量范圍更廣，測量精度更高，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)的雙折射率檢測方法及裝置，考慮 到了在實(shí)際測量過程中，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的理 想介質(zhì)，然而環(huán)境溫度、壓力以及彎曲均會導(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)，對于長度為IOOm的光纖，溫度變化I°C相應(yīng)的延遲約為4ps。壓力對光纖傳 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)， 對于長度為IOOm的光纖，壓強(qiáng)變化IMPa相應(yīng)的延遲約為7ps?？紤]到短時間內(nèi)環(huán)境參數(shù)不 會發(fā)生突變，因此相位延遲漂移影響著測量結(jié)果長期穩(wěn)定性及重復(fù)性，其引起的誤差大小 隨著測量時間增長、應(yīng)力、溫度變化的增大而增大。因此如何針對偏振OCT方案中電路及光 路的特點(diǎn)，設(shè)計相應(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)的檢測精 度是目前在OCT應(yīng)用中亟需解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 技術(shù)問題：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于掃頻偏振光學(xué)相干層析 技術(shù)的雙折射率檢測裝置，可對應(yīng)力和溫度進(jìn)行校準(zhǔn)，降低應(yīng)力和溫度變化對檢測精度帶 來的影響；同時還提供該檢測裝置的檢測方法，將對生物組織的雙折射率變化的檢測轉(zhuǎn)變 為對微波信號頻率進(jìn)行測量。
[0007] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，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裝置，該檢測裝置包括掃頻激光 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、光探測器、微波信號濾波器、微波信號放大器、微波信號分路器、 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透鏡將 光聚焦到生物樣品上，并且通過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器的輸入端連接，光探測器的 輸出端與微波信號濾波器的輸入端連接，微波信號濾波器的輸出端與微波信號放大器的輸 入端連接，微波信號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)的雙折射率檢測方法，該檢測方法包 括以下過程：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)制光信號分成偏振態(tài)相互正交的兩束信號，兩束信號分別對準(zhǔn)半導(dǎo)體光放大器 的橫電模和橫磁模，通過控制半導(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，利用環(huán)路器將補(bǔ)償后的垂直偏振光調(diào)制信號穿過透鏡射向生物組織樣品，然后該垂 直偏振光調(diào)制信號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)光探測器輸出微波信號，微波信號經(jīng)微波信號濾波器濾波后，由微波信號放大器 放大，通過分路器分路為兩路，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，測量微波信號的頻率。
[0010] 進(jìn)一步，所述的基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測裝置，第一光纖 和第二光纖的長度不相等。
[0011] 進(jìn)一步，所述的基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測裝置的檢測方 法，第一光纖和第二光纖所輸出的調(diào)制光信號由偏振復(fù)用合波器生成垂直偏振的調(diào)制光信 號，兩個垂直偏振方向分別對準(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 是一種對外來光子產(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)諧振腔長度發(fā)生的變化，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)檢測。
[0012] 進(jìn)一步，所述的基于掃頻偏振光學(xué)相干層析技術(shù)的雙折射率檢測裝置的檢測方 法，所經(jīng)過半導(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，經(jīng)過環(huán)路器穿過 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)生的微波信號的頻 率，從而實(shí)現(xiàn)了對生物組織的雙折射率變化的檢測轉(zhuǎn)變?yōu)樵谑静ㄆ髦袦y量微波信號的頻 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)的雙折射率檢測方法及裝置， 實(shí)現(xiàn)了對生物組織的雙折射率變化的檢測轉(zhuǎn)變?yōu)閷ξ⒉ㄐ盘栴l率的測量，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)生微波信號的方法，檢測方法及裝置結(jié)構(gòu)不同于目 前OCT已發(fā)展出四個分支，包括：時域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。利用其產(chǎn)生的低相位噪聲、穩(wěn)定、頻譜干凈的微波信號， 把被測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，將對生物組織的雙 折射率變化的檢測轉(zhuǎn)變?yōu)閷ξ⒉ㄐ盘栴l率的測量，利用基頻的N次諧波進(jìn)行測量。在本發(fā) 明實(shí)施例裝置中被測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次諧波測量，比傳統(tǒng)偏振OCT檢測方法測量范圍更廣，測量精度更高，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)的雙折射率檢測方法及裝置， 針對在OCT系統(tǒng)中普遍存在的環(huán)境因素影響，尤其是應(yīng)力和溫度變化對相關(guān)光路帶來的精 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)。光信號及電信號在 傳輸介質(zhì)中傳播，其必然造成信號的相位延遲，當(dāng)介質(zhì)特性參數(shù)不變時，其傳播延遲固定， 因此可通過校正的方法將相位延遲消除。半導(dǎo)體光放大器是一種對外來光子產(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)，來補(bǔ)償雙環(huán)光電振蕩器的諧振腔長度變化，實(shí)現(xiàn)了其應(yīng)力、溫度可校準(zhǔn)檢 測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[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、光探測器11、微波信號濾波器12、微 波信號放大器13、微波信號分路器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，測量某一生物組織樣品時裝置輸出的微波信號頻譜圖。
[0019] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中，測量某一生物組織樣品時裝置輸出的微波信號波形圖與 相位噪聲圖。
[0020] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中，測量某一生物組織樣品時應(yīng)力、溫度校準(zhǔn)情況下裝置輸 出的微波信號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，對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明。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、光探測器11、微波信號濾波器 12、微波信號放大器13、微波信號分路器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通過匯聚透鏡16將光聚焦到生物樣品上，并且通過透鏡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的輸出端與光探測器11的輸入端連接，光探測器11的輸出端與微波信 號濾波器12的輸入端連接，微波信號濾波器12的輸出端與微波信號放大器13的輸入端連 接，微波信號放大器13的輸出端與微波信號分路器14的輸入端連接，微波信號分路器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)的雙折射率檢測方法，包括以下過程：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 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)制光信號分成偏振態(tài)相互正交的兩束信號，兩束信號分別對準(zhǔn)半導(dǎo)體光放大 器8的橫電模和橫磁模，通過控制半導(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，利用環(huán)路器9將補(bǔ)償后的垂直偏振光調(diào)制信號穿過匯聚透鏡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)光探測器11輸出微波信號，微波信號經(jīng)微波信號濾波器12濾波后，由微波信 號放大器13放大，通過微波信號分路器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，測量微波信號的頻率。
[0024] 進(jìn)一步，所述的第一光纖5和第二光纖6的長度不相等。在光電振蕩器系統(tǒng)中，光 纖環(huán)路的儲能時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 度即延遲時間的影響。雖然可以通過增加光纖長度來降低相位噪聲，但實(shí)際上當(dāng)振蕩器產(chǎn) 生的頻率滿足一定條件時，會產(chǎn)生不同階數(shù)的起振模式。由此可見，隨著光纖長度的增加， 波模數(shù)量也會增加，波模之間的頻率間隔就會變小。理論上可以用一個足夠窄的濾波器去 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 使用長光纖的光電振蕩器會產(chǎn)生不需要的模式。通過增加光纖環(huán)路（第一光纖5和第二光 纖6)形成一個光濾波器的雙環(huán)路光電振蕩器結(jié)構(gòu)來降低相位噪聲，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。
[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)制光信號由偏振復(fù)用合波器7 生成垂直偏振的調(diào)制光信號，兩個垂直偏振方向分別對準(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 過半導(dǎo)體光放大器8后的偏振垂直的光調(diào)制信號引入不同的時延，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)諧振腔長度發(fā)生的變化，保證所產(chǎn)生微波信號頻率和相位的穩(wěn)定 性，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)檢測。
[0026] 進(jìn)一步，所述的經(jīng)過半導(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，經(jīng)過環(huán)路器9穿過匯聚透鏡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)生的微波信號的頻率，從而實(shí)現(xiàn)了對生物組織的雙折射率變化的檢測轉(zhuǎn)變?yōu)樵谑静?器15中測量微波信號的頻率。
[0027] 本發(fā)明所提出的檢測方法及裝置中，在已知微波信號濾波器12中心頻率的前提 下，微波信號分路器1402端口輸入至光調(diào)制器2端口的微波信號丨_由頻率模式競爭決定， 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，分別記為τΤΙ^ΡτTM，考慮開 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)、光探測器 (11)、微波信號濾波器（12)、微波信號放大器（13)、微波信號分路器（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)通過匯 聚透鏡（16)將光聚焦到生物樣品上，并且通過匯聚透鏡（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)的輸出端與光探測器（11)的輸入端連接，光探測器（11)的輸出端與微波信號濾波 器（12)的輸入端連接，微波信號濾波器（12)的輸出端與微波信號放大器（13)的輸入端連 接，微波信號放大器（13)的輸出端與微波信號分路器（14)的輸入端連接，微波信號分路器 (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)的雙折射率檢測裝置，其特 征在于，所述的第一光纖（5)的長度和第二光纖（6)的長度不相等。
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)的雙折射率檢測裝置的檢 測方法，其特征在于，該檢測方法包括以下過程：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 號復(fù)用生成垂直偏振的調(diào)制光信號，兩個垂直偏振方向分別對準(zhǔn)半導(dǎo)體光放大器（8)的橫 電模和橫磁模方向，通過控制半導(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，利用環(huán)路器（9)將補(bǔ)償后的垂直偏振光調(diào)制信號穿過匯聚透鏡（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)光探測器（11)輸出微波信號， 微波信號經(jīng)微波信號濾波器（12)濾波后，由微波信號放大器（13)放大，通過微波信號分路 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，測量微波信號的頻率。
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)的雙折射率檢測裝置的檢 測方法，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)制光信號由偏振復(fù)用 合波器（7)生成垂直偏振的調(diào)制光信號，兩個垂直偏振方向分別對準(zhǔn)半導(dǎo)體光放大器（8) 的橫電模和橫磁模方向，通過控制半導(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)諧振腔長度發(fā)生的變化，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)檢測。
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)的雙折射率檢測裝置的檢 測方法，其特征在于，經(jīng)過半導(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，經(jīng)過環(huán)路器（9)穿過匯聚透鏡（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)生的微波信號的頻率，從而實(shí)現(xiàn)對生物組織的雙折射率變化的檢測轉(zhuǎn)變?yōu)樵谑静?器（15)中測量微波信號的頻率。
【文檔編號】G01N21/45GK104483289SQ201410775281
【公開日】2015年4月1日 申請日期: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 申請人:東南大學(xué)