基于GRIN镜头的小型OCT探头的数值分析(英文)

利用光学软件GLAD的数值仿真技术设计了用于光学相干层析技术成像的基于梯度折射率(GRIN)镜头的小型化探头。首先,简述了梯度折射率镜头的基本特性,讨论了基于梯度折射率镜头的光学探头的设计方法;然后,对由单模光纤、玻璃棒隔片和梯度折射率镜头构成的探头模型进行了仿真。结果显示,利用GLAD的数值仿真技术为小型化探头的设计及其光学性能的验证提供了一种直观而有效的方法。另外,玻璃棒隔片存在一个适当的长度范围,可以改善设计的光学探头的传光性能。在所给仿真条件下,如设定梯度折射率镜头长0.1mm、玻璃棒隔片长度为0.8～1.1mm,则探头的工作距离将超过1.0mm,而聚焦光斑的尺寸<40μm。

基于超小GRIN光纤探头的SS-OCT成像系统研究

研究基于超小GRIN光纤探头的扫频光学相干层析成像(SS-OCT)系统及其性能测试方法。首先,在论述超小GRIN光纤探头及其在OCT信号臂应用方法的基础上,研制超小GRIN光纤探头样品并用于SS-OCT系统的搭建;其次,利用国际分辨率板A3和标准盖玻片进行SS-OCT系统的性能测试,得到所搭建的SS-OCT的横、纵向分辨率分别为33.6μm、14.8μm;最后,利用猪支气管和猪心等不同生物组织作为待测对象进行成像研究,获得相应的层析图。结果表明:所研究的基于超小GRIN光纤探头的SS-OCT系统有微米级的高分辨率,可用于生物组织内窥OCT成像检测方法的进一步研究。

OCT内窥镜光学检测系统改进

OCT技术是一种新的光学层析方法,具有非侵入性、高灵敏度、高分辨率等优点。借助内窥镜技术可以把OCT探针送入人体内部,直接观察人体内部组织器官[1]。本课题设计以OCT内窥镜系统为核心,对OCT成像及内窥镜的原理进行全面的分析和研究,以了解OCT内窥镜对癌症早期诊断的应用价值及将来商用的可能性为具体研究方向,掌握生物医学领域的相关知识,加强对光学技术、信息处理技术的理解。

基于GRIN透镜的内窥OCT探头设计

提出一种用于在体活检的光谱OCT内窥探头的设计方案,能够实现对生物组织器官深度信息的在体内快速动态实时扫描成像,在临床医学领域具有广阔的应用前景。文中对探头的设计进行了理论分析,对探头的加工和测试进行了系统的阐述。针对传统的GRIN探头设计,本文探头的设计提高了光学质量和机械健壮性。对于OCT探头的成像质量依赖于单模光纤和GRIN透镜之间的距离(玻璃垫片长度),进行了建模和验证。实验得出将玻璃垫片长度控制在0.2 mm左右,探头可以达到2 cm左右的工作距离,工作距离范围内探头的远场光束发散角为0.0175°。

超小自聚焦光纤探头的研究进展（英文）

梯度折射率(Gradient-index,GRIN)光纤探头是一种全光纤型超小光学镜头,在心血管等狭小空间组织内窥影像检测中具有广阔的应用前景。但其发展一直缺少系统的理论体系。本文讨论探头设计、制作和性能测试等方面的关键问题。基于GRIN光纤探头聚焦性能的特征参数,对解析设计方法与数值仿真设计方法进行比较分析。针对超小GRIN光纤探头的制作难题,研究一种光纤熔接和切割的高精度一体化集成装置,描述GRIN光纤探头的制作方法。此外,分析了超小GRIN光纤探头聚焦性能检测的方法及装置。本文为超小GRIN光纤探头的设计、制作及性能测试提供了一个方法体系。

梯度折射率光纤探针聚焦性能的曲线拟合评价

研究一种高精度曲线拟合方法,用于评价超小梯度折射率光纤探针的聚焦性能。首先,概述梯度折射率光纤探针模型;其次,根据高斯光束通过梯度折射率光纤探针进行聚焦的特点,提出利用多项式拟合的方法评价聚焦的束腰位置和光斑尺寸;最后,进行评价方法的验证分析。结果显示,由曲线拟合方法得到的工作距离为0.93 mm,束腰直径为28.2μm,与实验测得的工作距离1 mm和束腰直径28μm基本一致。表明所研究的基于多项式拟合的曲线拟合方法适于梯度折射率光纤探针聚焦性能的评价。

光学电流传感头的非理想性和组装工艺分析

商用化的光学电流传感器的误差一般要求小于0.2%,而磁光探头是决定该类传感器性能的关键部分,其设计和加工误差均会极大地降低测量精度。此外,组装工艺的不完善也会引起一定的双折射效应,不仅降低了传感器的灵敏度,同时,双折射随环境温度而变,从而导致测量的不稳定性。针对这些问题,对磁光探头物理结构上的非理想性和组装工艺进行了深入的理论分析和数值模拟,并提出了详细的改进措施,对解决光学电流传感器的探头设计、测量精度和测量稳定性等问题具有较大的参考价值。

共路径光相干成像系统光纤探头的研究

本文提出了基于楔形光纤以及端面成角度光纤的共路径光相干成像系统探头,实现背向散射信号在其端部的共路径相位干涉,从而获得待测件断面成像信息.首先,建立了共路径光相干成像系统光路及探头相位干涉的理论模型,分析了各光纤探头尺寸与干涉信号强度、系统性能的关系.其次,分别设计出楔形光纤、端面成角光纤探头,开展了共路径光路干涉实验,搭建了工作波长为1 550nm的共路径光路测试系统.然后,根据不同待测样品的散射率,设计并研制了不同角度的楔形光纤探头,分析了不同尺寸的光纤探头对系统性能的影响,针对不同样品开展了固定探头探测实验.实验结果表明,楔形光纤端部可直接对输出光聚焦,照射在被测样品上,且其端面成一定角度时,可调节输出分光比,实现对参考信号的调节,提高了系统信噪比.为进一步开展共路径光相干成像系统的研究奠定了基础.

超小自聚焦光纤探头在光学相干层析系统中的应用研究

建立了基于超小自聚焦(GRIN)光纤探头的扫频光学相干层析(SS-OCT)系统,经玻片厚度测试实验,分析了其在光学相干层析成像系统中的应用效果,并与裸单模光纤结构探头的检测结果对比分析,结果表明超小自聚焦光纤探头具备更强的聚焦性和信号收集能力.

Fabrication method of ultra-small gradient-index fiber probe

Fabrication method and device of ultra-small gradient-index （GRIN） fiber probe were investigated in order to explore the development of ultra-small probes for optical coherence tomography （OCT） imaging. The beam- expanding effect of no-core fiber （NCF） and the focusing properties of the GRIN fiber lens were analyzed based on the model of GRIN fiber probe consisting of single-mode fiber （SMF）, NCF and GRIN fiber lens. A stereo micro- scope based system was developed to fabricate the GRIN fiber probe. A fiber fusion splicer and an ultrasonic cleaver were used to weld and cut the fiber respectively. A con- focal microscopy was used to measure the dimensions of probe components. The results show that the sizes of probe components developed are at the level of millimeter. Therefore, the proposed experimental system meets the fabrication requirements of an ultra-small self-focusing GRIN fiber probe. This shows that this fabrication device and method can be employed in the fabrication of ultra- small self-focusing GRIN fiber probe and applied in the study of miniaturized optical probes and OCT systems.

超小自聚焦光纤探头研究用场追迹数值模拟技术

研究场追迹数值模拟技术在超小自聚焦光纤探头设计与分析中的应用方法.首先,论述场追迹的概念及其基本原理;其次,论述场追迹在VirtualLab软件中的实现方法;最后,研究超小自聚焦光纤探头在基于场追迹的物理光学软件VirtualLab中的建模与分析方法,并进行仿真结果与实验结果的比较分析.结果显示,如设无芯光纤的长度为0.36mm,自聚焦光纤透镜的长度分别为0.10,0.11和0.12mm,计算所得的工作距离分别为0.75,0.63和0.51mm,光斑尺寸分别为32,24和19μm.理论计算结果与实验结果符合,表明基于场追迹的数值模拟技术是研究超小自聚焦光纤探头设计与分析方法的一个有效手段.