光学相干层析术提取色散信息的初步研究

为了提取生物组织的色散信息,提出了一种基于Fourier变换以及多项式拟合的方法.该方法通过对光学相干层析术的干涉包络进行Fourier变换,再将得到的相位谱进行多项式拟合以实现色散信息的提取.通过数值模拟及相关实验验证了该方法的可行性.本文的分析结果不但有助于实现动态的色散补偿,而且可以用于区分不同的生物组织,以及同一生物组织的不同生理状态.

单光路共轴数字全息去背景新方法及应用

针对数字全息图像背景去除的问题,提出两种全息图像重建去背景的方法:背景减弱法和自适应滤波法.搭建了共轴数字全息显微成像实验系统,利用该系统分别对洋葱表皮、植物根茎横切标本、叶片气孔标本和血细胞标本进行背景去除和图像重建.通过光强分布曲线、对比度计算等证明了自适应滤波方法在共轴数字全息结构中去除背景的有效性.实验结果表明,根据环境、样品等不同,全息图的背景也会发生变化.基于此结果,将全息数字显微图像分为三类,并针对不同的背景特点,得出了获取最佳重建图像应采用的有效去除背景方法.研究结果有助于共轴光路数字全息显微术中的重建成像.

光学相干层析术在人体皮肤成像方面的实验研究

光学相干层析术(OCT)在人体皮肤病的临床诊断及科学研究方面有着广阔的应用前景。为获得活体状态下人体皮肤形态结构图像及其散射特性参数,研制了一套OCT系统(16μm纵向分辨率,-90 dB的系统灵敏度),应用该系统对人体多个部位的皮肤进行了活体成像,基于扩展的Huygens-Fresnel原理推导了OCT外差信号的表达式,利用该表达式对不同区域的OCT纵向信号曲线段进行线性拟合,提取人体皮肤的散射系数。从获得的结构图像可以清晰地分辨出角质层(掌趾部位)、表皮层、真皮上层等皮肤结构,分析得到了角质层和表皮层的厚度信息以及散射系数。从而验证了OCT用于表层皮肤研究的可行性。

全场高分辨生物组织光学层析成像

建立了一套全场光学相干层析(FFOCT)系统,以实现对生物组织和细胞的高分辨层析成像。该光学系统基于Linnik干涉显微结构。不同于现有FFOCT系统采用光纤束照明方式,采用卤钨灯照明和大数值孔径显微物镜成像,压电陶瓷(PZT)移相,面阵电荷耦合器件(CCD)采集干涉信号,由5步移相算法获取层析图,最终合成三维图像。对整套系统的性能进行了详细的阐述与分析,并通过对洋葱表皮细胞和盆栽树叶的光学层析实验,验证了本系统的可行性和精确度。通过对集成电路内部芯片(英特尔奔腾4,横向分辨率达0.8μm)成像,证明了该系统的分辨率可达到0.7μm×0.5μm(横向×纵向)。提出的系统分辨率高、成本低、结构简单便于调节,为实现高分辨率光学相干层析成像提供了简单易行的方法。

光学相干层析系统的信噪比分析及优化

为提高光学相干层析(OCT)系统的信噪比(SNR),改进系统的探测灵敏度,保证系统的成像质量,从理论上详细分析了光学相干层析成像系统中的主要噪声源,建立了系统噪声的理论模型,分析了光学相干层析成像系统中的各个组成单元对系统信噪比的影响.建立了一套实用型的光学相干层析成像系统,对该探测系统中的噪声进行了测量,得到系统噪声的实验模型.然后对理论分析的结果进行一定的修正,并对实验系统进行优化,得到了16μm的纵向分辨率,-90 dB的探测灵敏度.

基于光谱光纤低相干的透射样品色散和折射率测量方法

提出了一种利用光纤式低相干技术测量光学介质折射率和群延迟色散的方法。该方法中,在系统参考臂使用步进电机扫描,干涉光信号经过光谱仪后由CCD探测,利用样品上下表面的光谱干涉信号计算相位差值,然后利用多项式拟合求出群延迟色散。其优点是系统中由于光纤而引起的参考臂与样品臂之间的色散不匹配不会影响测量结果。色散测量精度可以达到±0.2747×10-14 fs2/mm。在样品臂中放入反射镜,可以测量系统色散不匹配值,该数值能够用于系统色散的定量补偿。与传统的根据半峰全宽的变化来评定色散补偿结果的方法相比,定量补偿可以提高补偿精度和减小重复计算半峰全宽的工作量,定量补偿的精度为±0.019×10-12 fs2。

频谱编码内窥成像技术

频谱编码成像技术是一种利用光栅在横向位置编码的新型生物组织成像技术。该技术采用一个光栅和一个聚焦透镜在样品上产生光谱编码线,无需额外扫描便可得到一条线的图像,跟频域干涉技术相结合,再加上慢速的线扫描便可获得三维图像,在内窥成像上具有很大的实用价值。在分析频谱编码成像技术基本原理的基础上,推导了主要的性能参数。通过对分辨率测试靶进行成像,验证分析影响横向分辨率的因素。结果表明,编码线方向的分辨率与入射光斑直径成反比,与焦距成正比;垂直于编码线方向分辨率要弱于编码线方向的分辨率。最后对洋葱样品进行成像,验证了频谱编码成像技术的可行性。

小型光谱编码显微成像系统的研制

光谱编码显微镜使用一个衍射光栅和光谱分析装置来获得显微图像。样品上不同的位置被不同的波长照明,通过对反射光光谱进行解码来得到空间信息。研制了一个基于扫频光源和平衡探测器的小型光谱编码显微镜(CSEM)。在没有放大器的情况下,一个固定增益的平衡探测器被用来探测较弱的样品光。通过对一个1951USAF分辨率测试靶成像来测量系统的横向分辨率。对离体猪小肠组织和在体手指皮肤成像来验证生物组织成像性能。结果表明,CSEM具有对生物组织深度分辨成像的能力。