CN103006183B - 共臂型干涉仪光学探头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共臂型干涉仪光学探头，包括单模光纤、圆柱形扩束器、圆柱形光束准直器和圆柱形分束器，单模光纤、圆柱形扩束器、圆柱形光束准直器和圆柱形分束器依次在端面处连接成一体，构成共参考臂和信号臂型的干涉仪光学探头。本发明提供的共臂型干涉仪光学探头具有尺寸小型化、结构牢固、性能稳定的性能，可用于光学干涉检测的内窥镜成像技术。
Description
技术领域
本发明涉及光学干涉仪中的内窥式光学探头，尤其是一种共臂型干涉仪光学探头，属于光学成像检测领域。
背景技术
光学干涉成像检测技术具有无损伤、动态范围大、空间分辨率高等优点，在临床医学领域具有巨大的发展潜力。如光学相干层析技术（Optical coherence tomography, OCT）在眼科、胃肠道检查、肿瘤、癌症、牙科的早期诊断以及胚胎发育生物学等研究中，都具有重要的应用前景。不过，由于光对生物组织的穿透深度有限，OCT技术大部分应用于生物组织表面底层1-3mm以下的图像检测。为了克服光穿透深度的限制，内窥式的光学探头得以发明和研制。
光学干涉仪系统结构中包括信号臂和参考臂，目前已有的小型化光学探头虽然在尺寸上能满足内窥式检测的要求，但在功能结构上大都是作为参考臂或信号臂的一个镜头来使用，干涉仪系统仍属于信号臂和参考臂分离的结构，这就使得干涉仪系统（如光纤迈克尔逊干涉仪、光纤马赫-曾德干涉仪等）的相位稳定性差，对外界环境因素（如振动）影响敏感，灵敏度较低，这为内窥式OCT技术在医学上的应用带来一定的困难。为解决这一问题，共参考臂和信号臂的干涉仪或共参考臂和信号臂的干涉仪探头的研制是一个有效的技术途经。
一个典型的共臂型（共参考臂和信号臂）干涉仪探头为了满足内窥式成像检测所需的机械生物相容性好的特点，可用光纤连接光源和干涉仪及其探头部分。但目前的共参考臂和信号臂的干涉仪探头大都是用普通单模光纤与准直或聚焦镜头直接连接，这会因单模光纤的模场直径很小(~9微米)，而使焦距或工作距离受到很大的限制；另外，所用的镜头是分立的微小透镜或分光棱镜，这会使探头的结构稳定性很差，影像干涉信号的质量，本发明正是针对这一关键技术进行展开的。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于克服目前尚无结构性能稳定、干涉信号质量高的共参考臂和信号臂的内窥式光学探头问题，提供一种共臂型干涉仪光学探头，是一种小型化、结构牢固、性能稳定的共参考臂和信号臂光学探头。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种共臂型干涉仪光学探头，包括单模光纤、第一圆柱形扩束器、圆柱形光束准直器和圆柱形分束器，所述单模光纤、第一圆柱形扩束器、圆柱形光束准直器和圆柱形分束器依次在端面处首尾连接成一体，构成共臂型干涉仪光学探头。
上述圆柱形分束器的一个优选结构由中空的圆柱形玻璃管和第一圆柱形自聚焦透镜构成，所述第一圆柱形自聚焦透镜固定于所述圆柱形玻璃管的中空位置；所述中空的圆柱形玻璃管与所述圆柱形光束准直器连接的一端镀增透膜，所述中空的圆柱形玻璃管的另一端镀反射膜。
上述圆柱形分束器的另一个优选结构由中空的圆柱形玻璃管和第二圆柱形自聚焦透镜构成，所述第二圆柱形自聚焦透镜连接于所述圆柱形玻璃管的输出端面；所述中空的圆柱形玻璃管与所述圆柱形光束准直器连接的一端镀增透膜，所述中空的圆柱形玻璃管与所述第二圆柱形自聚焦透镜连接的一端镀反射膜。
上述圆柱形分束器的再一个优选结构由中空的圆柱形玻璃管制成，所述中空的圆柱形玻璃管依次在端面处连接第二圆柱形扩束器和第二圆柱形自聚焦透镜，所述中空的圆柱形玻璃管与所述圆柱形光束准直器连接的一端镀增透膜，所述中空的圆柱形玻璃管与所述第二圆柱形扩束器连接的一端镀反射膜。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
本发明共臂型干涉仪光学探头通过利用扩束器将光束扩大，克服了单模光纤的模场直径小带来的输出光束光斑过小的问题；利用在前后两端分别镀增透膜和反射膜的分束器将准直后的光束分成两部分，一部分用于参考光，一部分用于信号光，实现了共参考臂和信号臂的共臂
附图说明
图1是本发明的自聚焦透镜连接于形玻璃管内部的共臂型干涉仪光学探头结构示意图。
图2是本发明的自聚焦透镜连接于形玻璃管内部的圆柱形分束器结构示意图。
图3是本发明的自聚焦透镜连接于形玻璃管端面的共臂型干涉仪光学探头结构示意图。
图4是本发明的在分束器后带扩束功能的共臂型干涉仪光学探头结构示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图论述如下：
实施例一
参见图1， 本共臂型干涉仪光学探头，包括单模光纤101、第一圆柱形扩束器102、圆柱形光束准直器103和圆柱形分束器104，所述单模光纤101、第一圆柱形扩束器102、圆柱形光束准直器103和圆柱形分束器104依次在端面处首尾连接成一体，构成共臂型干涉仪光学探头。
参见图1和图2，圆柱形分束器104由中空的圆柱形玻璃管201和第一圆柱形自聚焦透镜202构成，第一圆柱形自聚焦透镜202连接于圆柱形玻璃管201的中空位置；中空的圆柱形玻璃管201与圆柱形光束准直器103连接的一端镀增透膜203，所述中空的圆柱形玻璃管201的另一端镀反射膜204。
本实施例中的中空的圆柱形玻璃管201的轴线长度为l 1，折射率为n 1，第一圆柱形自聚焦透镜202的轴线长度为l 1，中心折射率为n 2，第一圆柱形自聚焦透镜202输出端面至聚焦平面105的间距为l 2，它们的关系满足光学干涉所需的等光程原理，即满足关系式： ；本实施例中的第一圆柱形扩束器102可采用折射率均匀的玻璃棒或空芯光纤制成；本实施例中的单模光纤101、第一圆柱形扩束器102、圆柱形光束准直器103和圆柱形分束器104依次在端面处连接成一体的连接方式可以是粘结剂粘结或是熔接机熔焊。
实施例二
参见图1、图2和图3，本共臂型干涉仪光学探头，圆柱形分束器104由中空的圆柱形玻璃管201和第二圆柱形自聚焦透镜301构成，第二圆柱形自聚焦透镜301连接于圆柱形玻璃管201的输出端面；中空的圆柱形玻璃管201与圆柱形光束准直器103连接的一端镀增透膜203，所述中空的圆柱形玻璃管201与所述第二圆柱形自聚焦透镜301连接的一端镀反射膜204。
本实施例中的中空的圆柱形玻璃管201的轴线长度为l 1，折射率为n 1，第二圆柱形自聚焦透镜301的轴线长度为l 3，中心折射率为n 2，第二圆柱形自聚焦透镜301输出端面至聚焦平面105的间距为l 4，它们的关系满足光学干涉所需的等光程原理，即满足关系式：；本实施例中的第一圆柱形扩束器102可采用折射率均匀的玻璃棒或空芯光纤制成；本实施例中的单模光纤101、第一圆柱形扩束器102、圆柱形光束准直器103、圆柱形玻璃管201和第二圆柱形自聚焦透镜301依次在端面处连接成一体的连接方式可以是粘结剂粘结或是熔接机熔焊。
实施例三
参见图1、图3和图4，本共臂型干涉仪光学探头，圆柱形分束器104由中空的圆柱形玻璃管201制成，中空的圆柱形玻璃管201依次在端面处连接第二圆柱形扩束器401和第三圆柱形自聚焦透镜402，所述中空的圆柱形玻璃管201与所述圆柱形光束准直器103连接的一端镀增透膜203，所述中空的圆柱形玻璃管201与所述第二圆柱形扩束器401连接的一端镀反射膜204。
本实施例中的中空的圆柱形玻璃管201的轴线长度为l 1，折射率为n 1，第二圆柱形扩束器401的轴线长度为l 5，折射率为n 3，第三圆柱形自聚焦透镜402的轴线长度为l 6，中心折射率为n 4，自聚焦透镜输出端面至聚焦平面105的间距为l 7，它们的关系满足光学干涉所需的等光程原理，即满足关系式：；本实施例中的第一圆柱形扩束器102和第二圆柱形扩束器401可采用折射率均匀的玻璃棒或空芯光纤制成；本实施例中的单模光纤101、第一圆柱形扩束器102、圆柱形光束准直器103、圆柱形玻璃管201、第二圆柱形扩束器401和第三圆柱形自聚焦透镜402依次在端面处连接成一体的连接方式可以是粘结剂粘结或是熔接机熔焊。
Claims (3)
1.一种共臂型干涉仪光学探头，其特征在于：包括单模光纤（101）、第一圆柱形扩束器（102）、圆柱形光束准直器（103）和圆柱形分束器（104），所述单模光纤（101）、第一圆柱形扩束器（102）、圆柱形光束准直器（103）和圆柱形分束器（104）依次在端面处首尾粘结剂粘结或是熔接机熔焊成一体，构成共臂型干涉仪光学探头；所述圆柱形分束器（104）由中空的圆柱形玻璃管（201）和第一圆柱形自聚焦透镜（202）构成，所述第一圆柱形自聚焦透镜（202）固定于所述圆柱形玻璃管（201）的中空位置；所述中空的圆柱形玻璃管（201）与所述圆柱形光束准直器（103）连接的一端镀增透膜（203），所述中空的圆柱形玻璃管（201）的另一端镀反射膜（204）；所述圆柱形玻璃管（201）的轴线长度为l 1，折射率为n 1，所述第一圆柱形自聚焦透镜（202）的轴线长度为l 1，中心折射率为n 2，该第一圆柱形自聚焦透镜（202）输出端面至聚焦平面105的间距为l 2，它们的关系满足光学干涉所需的等光程原理，即满足关系式： 。
2.一种共臂型干涉仪光学探头，其特征在于：包括单模光纤（101）、第一圆柱形扩束器（102）、圆柱形光束准直器（103）和圆柱形分束器（104），所述单模光纤（101）、第一圆柱形扩束器（102）、圆柱形光束准直器（103）和圆柱形分束器（104）依次在端面处首尾粘结剂粘结或是熔接机熔焊成一体，构成共臂型干涉仪光学探头；所述圆柱形分束器（104）由中空的圆柱形玻璃管（201）和第二圆柱形自聚焦透镜（301）构成，所述第二圆柱形自聚焦透镜（301）连接于所述圆柱形玻璃管（201）的输出端面；所述中空的圆柱形玻璃管（201）与所述圆柱形光束准直器（103）连接的一端镀增透膜（203），所述中空的圆柱形玻璃管（201）与所述第二圆柱形自聚焦透镜（301）连接的一端镀反射膜（204）；该中空的圆柱形玻璃管（201）的轴线长度为l 1，折射率为n 1；所述第二圆柱形自聚焦透镜（301）的轴线长度为l 3，中心折射率为n 2，该第二圆柱形自聚焦透镜（301）输出端面至聚焦平面（105）的间距为l 4，它们的关系满足光学干涉所需的等光程原理，即满足关系式：。
3.一种共臂型干涉仪光学探头，其特征在于：包括单模光纤（101）、第一圆柱形扩束器（102）、圆柱形光束准直器（103）和圆柱形分束器（104），所述单模光纤（101）、第一圆柱形扩束器（102）、圆柱形光束准直器（103）和圆柱形分束器（104）依次在端面处首尾粘结剂粘结或是熔接机熔焊成一体，构成共臂型干涉仪光学探头；所述圆柱形分束器（104）由中空的圆柱形玻璃管（201）制成，所述中空的圆柱形玻璃管（201）依次在端面处连接第二圆柱形扩束器（401）和第三圆柱形自聚焦透镜（402），所述中空的圆柱形玻璃管（201）与所述圆柱形光束准直器（103）连接的一端镀增透膜（203），所述中空的圆柱形玻璃管（201）与所述第二圆柱形扩束器（401）连接的一端镀反射膜（204）；该中空的圆柱形玻璃管（201）的轴线长度为l 1，折射率为n 1，所述第二圆柱形扩束器（401）的轴线长度为l 5，折射率为n 3，所述第三圆柱形自聚焦透镜（402）的轴线长度为l 6，中心折射率为n 4，自聚焦透镜输出端面至聚焦平面（105）的间距为l 7，它们的关系满足光学干涉所需的等光程原理，即满足关系式：。
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