CN114305320B - 一种多光束偏振oct成像装置及其成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多光束偏振OCT成像装置及其成像方法。本发明使用光场调制模块将高斯光束变为无衍射光束，从而提高OCT图像的分辨率；本发明采用反射镜、偏振分束器、法拉第旋光器和1/4玻片的组合，将光束分束至n个样品臂支路，并进一步控制各个样品臂支路的偏振状态；本发明能够实现大成像视野，多个样品臂支路同时成像能够大幅降低大视场导致的场曲和畸变，提高图像质量，降低像差影响，分辨率更高；通过所提出的多光路方案，能够快速实现全眼偏振OCT成像；本发明通过引入第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器，解决了样品不同深度位置散射回去的光强是随着深度的增加而呈指数衰减，导致的样品深层信号信噪比低的问题，提高了OCT图像对比度。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像技术，具体涉及一种多光束偏振OCT成像装置及其成像方法。
背景技术
光学相干断层成像 (optical coherence tomography, OCT) 技术是基于低相干光干涉原理，可对人体组织实时、无损、动态高分辨率成像，且可结合光学相干断层成像血管造影算法，无需注射造影剂，就可实现皮下微循环成像。已被证明是检测和研究皮肤、血管即眼睛疾病的重要工具。与常见的可见光、遥感、红外成像等相比，偏振成像可以获取物体的多维度偏振信息，这在图像视觉领域中有十分显著和独到的优势。利用偏振OCT可以获取三维的偏振信息，可大幅增强被测物的细节特征体现。传统OCT成像装置难以辨别的缺陷，利用偏振OCT可加以区分。偏振OCT具备更强的缺陷识别能力，是各大检测行业的理想选择。此外，眼球固有结构使得眼科OCT系统有眼前节OCT与眼后节OCT的区分，眼睛检查是诊断和治疗双眼前段和视网膜疾病的常见临床程序。特别是，整个眼睛形态和眼眶的可视化使评估眼部肿瘤等疾病的临床相关特征成为可能。目前的眼球成像方式包括超声、磁共振成像和计算机x射线断层扫描。然而，这些技术要么相对昂贵，要么具有侵入性，要么需要与眼睛接触，或者图像分辨率太低，无法看到微妙的细节。因此，一个能够使整个眼睛全面可视化的光学平台可以显著扩大研究和临床眼科能力。
申请号为CN201410243150.5的专利提出一种多功能眼科频域OCT，其利用振镜将眼前节和眼底的光路分开，实现了快速切换功能。然而，该系统光路设计上不够简洁，器件繁多，调试复杂，而且受限于频域OCT影响，成像速度不够快。
发明内容
为了克服目前OCT测量仪器存在测量性能单一、运行速度较慢、扫描视场小的问题，本发明提出了一种多光束偏振OCT成像装置及其成像方法。
本发明的一个目的在于提出一种多光束偏振OCT成像装置。
本发明的多光束偏振OCT成像装置包括：扫频光源、第一光纤分束器、插值时钟模块、数据采集卡、计算机、测距模块、第二光纤分束器、波分复用器、通用光纤耦合器、样品臂、电动延迟线、第一至第三偏振控制器、均分光纤耦合器、偏振平衡光电探测器、第一衰减补偿放大器、第二衰减补偿放大器和总控制模块；其中，扫频光源的输出端通过光纤连接至第一光纤分束器的输入端；第一光纤分束器的输出端通过光纤分别连接至插值时钟模块的光束输入端和波分复用器的一个输入端，插值时钟模块的输出端通过射频线缆连接至数据采集卡的外部时钟端；数据采集卡通过数据总线连接至计算机；测距模块的输出端通过光纤连接至第二光纤分束器的输入端，测距模块的接收端通过光纤连接至第二光纤分束器的输出端；第二光纤分束器的输出端通过光纤连接至波分复用器的另一个输入端；波分复用器的输出端通过光纤连接至通用光纤耦合器的第一端口，通用光纤耦合器的第二端口通过光纤连接至样品臂，通用光纤耦合器的第三端口通过光纤连接至电动延迟线的一端，通用光纤耦合器的第四端口通过光纤连接至均分光纤耦合器的第一端口，通用光纤耦合器的分光比例是任意设置的；电动延迟线的另一端通过光纤连接至均分光纤耦合器的第二端口，电动延迟线作为参考臂；第一偏振控制器位于连接电动延迟线与均分光纤耦合器的光纤上；均分光纤耦合器的第三和第四端口分别通过光纤连接至偏振平衡光电探测器；第二偏振控制器和第三偏振控制器分别位于连接均分光纤耦合器与偏振平衡光电探测器的两根光纤上；偏振平衡光电探测器的第一输出端口通过射频线缆连接至第一衰减补偿放大器，偏振平衡光电探测器的第二输出端口通过射频线缆连接至第二衰减补偿放大器；第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器具有一样的性能参数，且相同功能，即对不同信号频率有不同的增益；第一衰减补偿放大器通过射频线缆连接至数据采集卡的第一信号端，第二衰减补偿放大器通过射频线缆连接至数据采集卡的第二信号端；扫频光源的同步触发信号端通过射频线缆连接至插值时钟模块的信号输入端；扫频光源的同步触发信号端连接至总控制模块；总控制模块通过射频线缆连接至数据采集卡的触发端口；
样品臂包括准直器、光场调制模块、偏振分束器、法拉第旋光器、1/4玻片、反射镜以及n路样品臂支路；通用光纤耦合器的第二端口通过光纤连接至样品臂的准直器；准直器后设置光场调制模块；采用反射镜和偏振分束器的组合，将光束分为n束并传输至n路样品臂支路，并进一步结合法拉第旋光器和1/4玻片控制各路样品臂支路的偏振状态；并且各路样品臂支路满足设定的光程差要求，即不同的样品臂支路与参考臂有不同的光程差，使得达到不同样品臂支路与参考臂的OCT干涉信号频率在不同的频段范围；在每一路样品臂支路前，相应设置一个法拉第旋光器，在通电时光经过法拉第旋光器改变偏振状态，即将P偏振光变为S偏振光或将S偏振光变为P偏振光，断电时光的偏振状态不变穿过法拉第旋光器，从而实现不同样品臂支路照射在样品上的光束的偏振态均可调，根据需要设定为一样的或者是不一样的；总控制模块通过信号线连至各路样品臂支路，n为≥2的自然数；
扫频光源发出同步触发信号T1作为参考时钟信号，分别传输至插值时钟模块和总控制模块，使得插值时钟模块输出的插值时钟信号T2、总控制模块产生的采集卡触发T3以及第一衰减补偿放大器输出的携带样品的P偏振光信息的第一OCT干涉信号T4和第二衰减补偿放大器输出的携带样品的S偏振光信息的第二OCT干涉信号T5同步；
扫频光源发出一束宽带光至第一光纤分束器，通过设定的比例分别传输至插值时钟模块和波分复用器；插值时钟模块得到完整的插值时钟信号T2，传输至数据采集卡；测距模块发出的激光通过输出端输到第二光纤分束器，然后传输至波分复用器，最后照射在样品上，样品反射回的光被样品臂接收，最后回到测距模块的接收端，经过测距模块的自动计算，得出样品的距离信息，用于实时判断样品的工作距离；波分复用器将扫频光源发出的宽带光和测距光源发出的激光合束后输入至通用光纤耦合器；通用光纤耦合器根据设定的光功率比例，将小部分光通过第二端口传输至样品臂；从样品臂的准直器出射的光束是高斯光束，高斯光束至光场调制模块，光场调制模块将高斯光束调制为无衍射光束；无衍射光束被分束后变为n个光场分布完整的无衍射光束，随后n个无衍射光束依次经过n路样品臂支路照射到样品上，不同的样品臂支路聚焦至样品的不同位置，照射样品产生散射光；散射光被样品臂接收，返回至通用光纤耦合器的第二端口；样品产生的散射光通过通用光纤耦合器的第四端口传输至均分光纤耦合器；通用光纤耦合器将另一部分光通过第三端口传输至电动延迟线；电动延迟线作为参考臂，调整参考臂的光程差，经电动延迟线调整光程后的光作为参考光，经第一偏振控制器传输至均分光纤耦合器；第一偏振控制器调整参考光的偏振态，使得第一和第二OCT干涉信号最强；各路样品臂支路的散射光和参考光在均分光纤耦合器处发生干涉，干涉光携带样品信息；均分光纤耦合器将干涉光均分后输送至偏振平衡光电探测器；偏振平衡光电探测器将干涉光先分为P偏振光和S偏振光，然后再进行平衡探测，并将光信号转为电信号，最后分别输出P偏振光的电子干涉信号和S偏振光的电子干涉信号；P偏振光的电子干涉信号经过第一衰减补偿放大器放大后输出第一OCT干涉信号T4，S偏振光的电子干涉信号进过第二衰减补偿放大器放大后输出第二OCT干涉信号T5，第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器对来自不同深度的信号进行不同的增益，增益与信号的来自深度呈指数关系，越深层的信号其增益越大，弥补样品因自身吸收导致的越是深层的位置其入射光越弱现象，用指数增强的增益去补偿指数衰减的吸收，去增强深层信号的信噪比，进而提高整个OCT图像的对比度；总控制模块根据扫频光源输出的同步触发信号T1，产生采集卡触发T3传输至数据采集卡，控制整个OCT成像装置的工作时序；数据采集卡根据采集卡触发T3采集携带样品的P偏振光信息的第一OCT干涉信号T4和携带样品的S偏振光信息的第二OCT干涉信号T5，数据采集卡将第一和第二OCT干涉信号T4和T5传输至计算机；总控制模块输出控制信号，控制各路样品臂支路对样品进行同步扫描，一直到完成所有扫描点的数据采集；计算机分析第一和第二OCT干涉信号T4和T5后得到样品的超大视场的三维分辨的偏振OCT图像。
插值时钟模块包括：电动可调光程差的马赫增德干涉仪（Mach-Zehnderinterferometer, MZI）光路、插值时钟光电探测器、第一滤波器、射频放大器、第二滤波器、插值时钟控制模块、倍频时钟模块和电子开关；其中，第一光纤分束器将从扫频光源出射的一部分光束分束至MZI光路；电动可调光程差的MZI光路产生设定频率段的干涉光谱，频率段范围为1MHz~10GHz，输入至插值时钟光电探测器；插值时钟光电探测器将干涉光谱变为初始的插值时钟信号，依次经过第一滤波器、射频放大器和第二滤波器，初始的插值时钟信号变为振幅相对一致的插值时钟信号；插值时钟控制模块控制倍频时钟模块产生基频时钟信号，频率在0.1MHz~100MHz；扫频光源的同步触发信号端连接至插值时钟控制模块，将同步触发信号T1传输至插值时钟控制模块；插值时钟控制模块根据扫频光源输出的同步触发信号T1进行时序控制，即依据扫频光源输出光谱占空比的不同，对没有光谱输出的部分，控制电子开关输出倍频时钟模块产生的基频时钟信号；对有光谱输出的部分，控制电子开关输出经过第二滤波器产生的插值时钟信号；基频时钟信号和第二滤波器产生的插值时钟信号按照有无光谱输出的时序组和在一起，形成完整的插值时钟信号T2。
每路样品臂支路样品臂支路包括：位移台、变焦镜、扫描镜和成像镜头；其中，沿着光轴方向依次设置变焦镜、扫描镜和成像镜头；变焦镜固定在位移台上，能够通过调整位移台实现变焦镜前后移动；各路样品臂支路能够通过移动位移台去调整各自与参考臂的光程差要求，使得不同的样品臂支路与参考臂的光程差满足设定的要求，面向不同样品灵活调整，通常要求是不同的样品臂支路与参考臂的光程差不同，达到不同样品臂支路与参考臂的OCT干涉信号频率在不同的频段范围；扫描镜的枢纽点位于成像镜头的一个焦平面上，样品位于成像镜头的另一个焦平面上；各路样品臂支路的扫描镜连接至总控制模块。
成像镜头根据是否对准直光束起到汇聚光束的效果，采用聚焦成像镜头或4F成像镜头；聚焦成像镜头能够将准直光束汇聚为聚焦光斑，4F成像镜头能够将准直光束扩束或缩束为准直光束；对于不同光学特征的样品，本发明OCT成像装置相应装配不同的成像镜头；如果被成像的样品与成像镜头之间没有类似透镜功能的介质时，如外表皮肤、大脑皮层和眼角膜等样品，选用聚焦成像镜头；如果被成像的样品与成像镜头之间具有类似透镜功能的介质时，如视网膜，选用4F成像镜头。
本发明在各路样品臂支路前设置法拉第旋光器，通电的法拉第旋光器将P偏振光变为S偏振光或将S偏振光转换为P偏振光，断电时P偏振光的偏振状态不变穿过第三法拉第旋光器，从而实现不同样品臂支路照射在样品上的光束的偏振态都是可调的，根据需要设定为一样的或者是不一样的。对于非偏振OCT成像时，不需要将不同样品臂支路照射在样品上的光束的偏振态保持一致，以使得OCT干涉信号最大为标准去调整各样品臂支路的偏振态；对于偏振OCT成像时，每一次成像时需要将不同样品臂支路照射在样品上的光束的偏振态保持一致。
本发明通过引入第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器来提高OCT图像的对比度。典型的偏振平衡光电探测器，其对不同频率的增益是基本一致的；但是，由于样品自身的吸收效应，入射到样品越深位置的光，其由于样品吸收损耗掉的光能量就越多；假设样品不同深度位置对入射光的吸收和散射效率是一样的，入射至样品的表面处的光强是
，样品对入射光的吸收系数是
，背向散射系数是
，由朗伯比尔定律可知，入射至样品深度z处的光强
，入射至样品深度z处的光强
经过样品散射，得到的散射光强是
，该散射光背向传播至样品的表面的过程中会被再一次被吸收掉一部分光强，最终返回样品的表面的光强
。因此，样品不同深度位置散射回去的光强是随着深度的增加而呈指数衰减的。对于典型扫频OCT成像技术，其规律是成像深度越深，电子干涉信号的频率就越高，信号所处的深度和信号的频率呈正相关。而典型的偏振平衡光电探测器，其对不同频率的增益理论上是基本一致的，但实际上高频处的增益是比低频处的增益略微低一些；而从样品更深处返回的光强本来就小，所以使用传统的偏振光电平衡探测器，会降低样品深层信号的强度，进而拉低OCT图像的对比度。本发明采用的第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器具有相同功能，即对不同信号频率有不同的增益，且其增益G与频率
根据成像样品规律的不同，分为两种情况。
对于被成像的样品与成像镜头之间没有类似透镜功能的介质时，如外表皮肤、大脑皮层和眼角膜等样品，选用聚焦成像镜头；此时，不同样品臂支路对应样品在水平方向上的不同位置，每一路样品臂支路的光束穿透深度是近似一样的，每一路样品臂支路与参考臂的光程差不同。第一样品臂支路对应的电子干涉信号的频率是
；第二样品臂支路对应的电子干涉信号的频率是
；第三样品臂支路对应的电子干涉信号的频率是
；第n样品臂支路对应的电子干涉信号的频率是
；且其增益G与频率f满足：
其中，
是被成像的样品与成像镜头之间没有透镜功能的介质时的调整系数，
是被成像的样品与成像镜头之间没有透镜功能的介质时的最低增益。
对于样品为眼睛时，样品臂支路包括至少一个眼前节光路和两个眼后节光路；第一和第三样品臂支路为眼后节光路，第二样品臂支路为眼前节光路；眼后节光路中成像镜头采用4F成像镜头；眼后节光路中成像镜头采用聚焦成像镜头；眼前节光路与眼睛光轴重合，第一路眼后节光路与眼睛光轴的夹角度数是10°~40°，第二路眼后节光路与眼睛光轴的夹角度数优选是-10°~-40°；并且在眼前节光路上，在聚焦成像透镜前通过二向色镜将固视屏模块发出的光传输至样品。
n路样品臂支路包括：m路眼后节光路和n-m路眼前节光路，m为自然数且2≤m＜n，n为≥3的自然数。各路眼后节光路和各路眼前节光路所对应的样品臂支路需要满足长度要求，使得不同样品臂支路的频率不发生混叠：参考臂与第一路眼后节光路的光程差是零，第一路眼后节光路对应的电子干涉信号频率是
；第二路眼后节光路对应的电子干涉信号是
；第m路眼后节光路对应的电子干涉信号频率是
；第一路眼前节光路对应的电子干涉信号频率是
；第n-m-1路眼前节光路对应的电子干涉信号频率是
；第n-m路眼前节光路对应的电子干涉信号频率是
；第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器具有一样的性能参数，此时其增益G与频率f满足：
其中，
是样品为眼睛时的调整系数，
是样品为眼睛时的最低增益。
进一步，本发明还包括角度调整模块，能够灵活调整各路样品臂支路的入射光束角度；角度调整模块包括样品臂支撑板、第一导轨、第二导轨和i个镜头滑块；样品臂支撑板为平板，在样品臂支撑板的表面分别开设有第一导轨和第二导轨；第一导轨和第二导轨均为部分圆环形的凹槽导轨，第一导轨和第二导轨所在的圆环同心，样品位于圆环的圆心，且占圆环的比例相同；i个镜头滑块的底端分别嵌入至第一导轨和第二导轨内，能够沿着第一导轨和第二导轨滑动，镜头滑块的方向沿着第一导轨和第二导轨所在圆环的径向；一个镜头滑块上设置一路样品臂支路，i个镜头滑块分别对应i路样品臂支路，i为≤n的自然数；镜头滑块越靠近圆心，横向尺寸越小；相比于长方形滑块，优点是两个镜头滑块能够靠的更近，角度调整的范围更大。镜头滑块的底表面分别设置有圆柱和部分环形柱，圆柱和部分环形柱分别内嵌至第一导轨和第二导轨的凹槽内，部分环形的曲率与所在导轨的曲率一致；圆柱和部分环形柱在第一导轨和第二导轨中滑动实现镜头滑块的滑动，部分环形柱的特点是其前后表面的曲率与所在的第二导轨的凹槽的曲率一样，保证滑动时的流畅和稳定。
本发明的另一个目的在于提出一种多光束偏振OCT成像方法。
本发明的多光束偏振OCT成像方法，包括以下步骤：
1) OCT成像装置连接：
扫频光源的输出端通过光纤连接至第一光纤分束器的输入端；第一光纤分束器的输出端通过光纤分别连接至插值时钟模块的光束输入端和波分复用器的一个输入端，插值时钟模块的输出端通过射频线缆连接至数据采集卡的外部时钟端；数据采集卡通过数据总线连接至计算机；测距模块的输出端通过光纤连接至第二光纤分束器的输入端，测距模块的接收端通过光纤连接至第二光纤分束器的输出端；第二光纤分束器的输出端通过光纤连接至波分复用器的另一个输入端；波分复用器的输出端通过光纤连接至通用光纤耦合器的第一端口，通用光纤耦合器的第二端口通过光纤连接至样品臂，通用光纤耦合器的第三端口通过光纤连接至电动延迟线的一端，通用光纤耦合器的第四端口通过光纤连接至均分光纤耦合器的第一端口，通用光纤耦合器的分光比例是任意设置的；电动延迟线的另一端通过光纤连接至均分光纤耦合器的第二端口，电动延迟线作为参考臂；第一偏振控制器位于连接电动延迟线与均分光纤耦合器的光纤上；均分光纤耦合器的第三和第四端口分别通过光纤连接至偏振平衡光电探测器；第二偏振控制器和第三偏振控制器分别位于连接均分光纤耦合器与偏振平衡光电探测器的两根光纤上；偏振平衡光电探测器的第一输出端口通过射频线缆连接至第一衰减补偿放大器，偏振平衡光电探测器的第二输出端口通过射频线缆连接至第二衰减补偿放大器；第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器具有一样的性能参数，且相同功能，即对不同信号频率有不同的增益；第一衰减补偿放大器通过射频线缆连接至数据采集卡的第一信号端，第二衰减补偿放大器通过射频线缆连接至数据采集卡的第二信号端；扫频光源的同步触发信号端通过射频线缆连接至插值时钟模块的信号输入端；扫频光源的同步触发信号端连接至总控制模块；总控制模块通过射频线缆连接至数据采集卡的触发端口；
样品臂包括准直器、光场调制模块、偏振分束器、法拉第旋光器、1/4玻片、反射镜以及n路样品臂支路；通用光纤耦合器的第二端口通过光纤连接至样品臂的准直器；准直器后设置光场调制模块；采用反射镜和偏振分束器的组合，将光束分为n束并传输至n路样品臂支路，并进一步结合法拉第旋光器和1/4玻片控制各路样品臂支路的偏振状态；并且各路样品臂支路满足设定的光程差要求，即不同的样品臂支路与参考臂有不同的光程差，使得达到不同样品臂支路与参考臂的OCT干涉信号频率在不同的频段范围；在每一路样品臂支路前，相应设置一个法拉第旋光器，在通电时光经过法拉第旋光器改变偏振状态，即将P偏振光变为S偏振光或将S偏振光变为P偏振光，断电时光的偏振状态不变穿过法拉第旋光器，从而实现不同样品臂支路照射在样品上的光束的偏振态均可调，根据需要设定为一样的或者是不一样的；总控制模块通过信号线连至各路样品臂支路，n为≥2的自然数；
2) 进行偏振校正；
3) 采用测距模块进行工作距离位置校正；
4) 扫频光源发出同步触发信号T1作为参考时钟信号，分别传输至插值时钟模块和总控制模块，使得插值时钟模块输出的插值时钟信号T2、总控制模块产生的采集卡触发T3以及第一衰减补偿放大器输出的携带样品的P偏振光信息的第一OCT干涉信号T4和第二衰减补偿放大器输出的携带样品的S偏振光信息的第二OCT干涉信号T5同步；
5) 扫频光源发出一束宽带光至第一光纤分束器，通过设定的比例分别传输至插值时钟模块和波分复用器；插值时钟模块得到完整的插值时钟信号T2，传输至数据采集卡；
6) 测距模块发出的激光通过输出端输到第二光纤分束器，然后传输至波分复用器，最后照射在样品上，样品反射回的光被样品臂接收，最后回到测距模块的接收端，经过测距模块的自动计算，得出样品的距离信息，用于实时判断样品的工作距离；
7) 波分复用器将扫频光源发出的宽带光和测距光源发出的激光合束后输入至通用光纤耦合器；通用光纤耦合器根据设定的光功率比例，将小部分光通过第二端口传输至样品臂；
8) 从样品臂的准直器出射的光束是高斯光束，高斯光束至光场调制模块，光场调制模块将高斯光束调制为无衍射光束；无衍射光束被分束后变为n个光场分布完整的无衍射光束，随后n个无衍射光束依次经过n路样品臂支路照射到样品上，不同的样品臂支路聚焦至样品的不同位置，照射样品产生散射光；散射光被样品臂接收，返回至通用光纤耦合器的第二端口；
9) 样品产生的散射光通过通用光纤耦合器的第四端口传输至均分光纤耦合器；通用光纤耦合器将另一部分光通过第三端口传输至电动延迟线；电动延迟线作为参考臂，调整参考臂的光程差，经电动延迟线调整光程后的光作为参考光，经第一偏振控制器传输至均分光纤耦合器；第一偏振控制器调整参考光的偏振态，使得第一和第二OCT干涉信号最强；各路样品臂支路的散射光和参考光在均分光纤耦合器处发生干涉，干涉光携带样品信息；
10) 均分光纤耦合器将干涉光均分后输送至偏振平衡光电探测器；偏振平衡光电探测器将干涉光先分为P偏振光和S偏振光，然后再进行平衡探测，并将光信号转为电信号，最后分别输出P偏振光的电子干涉信号和S偏振光的电子干涉信号；
11) P偏振光的电子干涉信号经过第一衰减补偿放大器放大后输出第一OCT干涉信号T4，S偏振光的电子干涉信号进过第二衰减补偿放大器放大后输出第二OCT干涉信号T5，第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器对来自不同深度的信号进行不同的增益，增益与信号的来自深度呈指数关系，越深层的信号其增益越大，弥补样品因自身吸收导致的越是深层的位置其入射光越弱现象，用指数增强的增益去补偿指数衰减的吸收，去增强深层信号的信噪比，进而提高整个OCT图像的对比度；
12) 总控制模块根据扫频光源输出的同步触发信号T1，产生采集卡触发T3传输至数据采集卡，控制整个OCT成像装置的工作时序；数据采集卡根据采集卡触发T3采集携带样品的P偏振光信息的第一OCT干涉信号T4和携带样品的S偏振光信息的第二OCT干涉信号T5，数据采集卡将第一和第二OCT干涉信号T4和T5传输至计算机；总控制模块输出控制信号，控制各路样品臂支路对样品进行同步扫描，一直到完成所有扫描点的数据采集；计算机分析第一和第二OCT干涉信号T4和T5后得到样品的超大视场的三维分辨的偏振OCT图像。
在步骤2）中，进行偏振校正包括以下步骤：将一个反射镜置于OCT成像装置的工作距离，在反射镜和成像镜头之间加入一个起偏器，调整电动延迟线，使反射镜返回光与参考臂发生干涉，令此时起偏器的光轴方向是0°，然后调整第二偏振控制器和第三偏振控制器，使得偏振平衡光电探测器输出的两路电子干涉信号一样强；然后，将起偏器的光轴方向旋转90°，再次调整第二偏振控制器和第三偏振控制器，再使得偏振平衡光电探测器输出的两路电子干涉信号都达到一样强；此时，说明偏振平衡光电探测器达到真正平衡。
在步骤3）中，采用测距模块进行工作距离位置校正包括以下步骤：测距模块发出的激光通过输出端输到第二光纤分束器，然后传输至波分复用器，最后照射在样品上，样品反射回的光被样品臂接收，最后回到测距模块的接收端，经过测距模块计算，得出样品的实际工作距离，用于判断样品是否位于正确的位置处。
本发明的优点：
本发明使用光场调制模块将高斯光束变为无衍射光束，从而提高OCT图像的分辨率；因为无衍射光束相比于高斯光束，在焦平面处横向分辨率一样时，其拥有更大的成像景深，使得OCT成像装置在其焦平面以外的成像深度范围处的横向分辨率得到大幅提高，对整个装置在组织中的最大成像深度也有提高作用；眼睛的高透射性相比皮肤等高散射组织可以更加发挥出无衍射光束的长焦深的优势；
本发明采用反射镜、偏振分束器、法拉第旋光器和1/4玻片的组合，将光束分为n束并传输至n路样品臂支路，并进一步控制各路样品臂支路的偏振状态；相比于1×n分束器分光，该方案的优点是样品光从每一个支路返回通用光纤耦合器的效率是100%，而用1×n分束器时样品光从每一个支路返回通用光纤耦合器的效率是1/n，因此本发明能够大幅提高OCT成像装置的对样品返回光束的接收效率，进而成比例提高该OCT成像装置的信噪比和灵敏度；与此同时，采用法拉第旋光器能够高速实现P偏振光和S偏振光的转换，远优于通过旋转半波片去改变线偏振光的振动方向，这一快速切换的优点非常适合用于眼睛的偏振OCT成像，能够解决因转换速度慢导致不同偏振态采集的OCT图像位置发生偏移，需后期图像配准的问题。
相比于传统偏振OCT系统，能够实现2-3倍的成像视野，多路样品臂支路同时成像能够大幅降低大视场导致的场曲和畸变，提高图像质量，降低像差影响，分辨率更高；通过所提出的多光路方案，能够快速实现全眼偏振OCT成像。
本发明通过引入第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器，解决了样品不同深度位置散射回去的光强是随着深度的增加而呈指数衰减，导致的样品深层信号信噪比低的问题，提高了OCT图像对比度。
附图说明
图1为本发明的多光束偏振OCT成像装置的结构框图；
图2为本发明的多光束偏振OCT成像装置的插值时钟模块的结构框图；
图3为本发明的多光束偏振OCT成像装置的样品臂的实施例一的结构框图；
图4为本发明的多光束偏振OCT成像装置的样品臂的实施例二的结构框图；
图5为本发明的多光束偏振OCT成像装置的实施例二的成像镜头的原理图，其中，（a）为4F成像镜头的原理图，（b）为聚焦成像镜头的原理图；
图6为本发明的多光束偏振OCT成像装置的衰减补偿放大器的增益与频率的关系曲线图，其中，（a）应用于实施例一成像时的增益曲线图，（b）应用于实施例二成像时的增益曲线图；
图7为本发明的多光束偏振OCT成像装置的一个实施例的角度调整模块的示意图，其中，（a）为俯视图，（b）为镜头滑块沿图（a）中A-A线的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，本实施例的多光束偏振OCT成像装置包括：扫频光源、第一光纤分束器、插值时钟模块、数据采集卡、计算机、测距模块、第二光纤分束器、波分复用器、通用光纤耦合器、样品臂、电动延迟线、第一至第三偏振控制器、均分光纤耦合器、偏振平衡光电探测器、第一衰减补偿放大器、第二衰减补偿放大器和总控制模块；其中，扫频光源的输出端通过光纤连接至第一光纤分束器的输入端；第一光纤分束器的分束比为10~20%:80~90%，第一光纤分束器的输出端通过光纤分别连接至插值时钟模块的光束输入端和波分复用器的一个输入端，插值时钟模块的输出端通过射频线缆连接至数据采集卡的外部时钟端；数据采集卡通过数据总线连接至计算机；测距模块的输出端通过光纤连接至第二光纤分束器的输入端，测距模块的接收端通过光纤连接至第二光纤分束器的输出端，第二光纤分束器的分束比为10~20:80~90%；第二光纤分束器的输出端通过光纤连接至波分复用器的另一个输入端；波分复用器的输出端通过光纤连接至通用光纤耦合器的第一端口，通用光纤耦合器的第二端口通过光纤连接至样品臂，通用光纤耦合器的第三端口通过光纤连接至电动延迟线的一端，通用光纤耦合器的第四端口通过光纤连接至均分光纤耦合器的第一端口，通用光纤耦合器的分光比例是任意设置的；电动延迟线的另一端通过光纤连接至均分光纤耦合器的第二端口，电动延迟线作为参考臂；第一偏振控制器位于连接电动延迟线与均分光纤耦合器的光纤上；均分光纤耦合器的第三和第四端口分别通过光纤连接至偏振平衡光电探测器；第二偏振控制器和第三偏振控制器分别位于连接均分光纤耦合器与偏振平衡光电探测器的两根光纤上；偏振平衡光电探测器的第一输出端口通过射频线缆连接至第一衰减补偿放大器，偏振平衡光电探测器的第二输出端口通过射频线缆连接至第二衰减补偿放大器；第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器具有一样的性能参数，且相同功能，即对不同信号频率有不同的增益；第一衰减补偿放大器通过射频线缆连接至数据采集卡的第一信号端，第二衰减补偿放大器通过射频线缆连接至数据采集卡的第二信号端；扫频光源的同步触发信号端通过射频线缆连接至插值时钟模块的信号输入端；扫频光源的同步触发信号端连接至总控制模块；总控制模块通过射频线缆连接至数据采集卡的触发端口；
如图3所示，样品臂包括准直器、光场调制模块、偏振分束器、法拉第旋光器、1/4玻片、反射镜以及n路样品臂支路；通用光纤耦合器的第二端口通过光纤连接至样品臂的准直器；准直器后设置光场调制模块；采用反射镜和偏振分束器的组合，将光束分为n束并传输至n路样品臂支路，并进一步结合法拉第旋光器和1/4玻片控制各路样品臂支路的偏振状态；并且各路样品臂支路满足设定的光程差要求，即不同的样品臂支路与参考臂有不同的光程差，使得达到不同样品臂支路与参考臂的OCT干涉信号频率在不同的频段范围；在每一路样品臂支路前，相应设置一个法拉第旋光器，在通电时光经过法拉第旋光器改变偏振状态，即将P偏振光变为S偏振光或将S偏振光变为P偏振光，断电时光的偏振状态不变穿过法拉第旋光器，从而实现不同样品臂支路照射在样品上的光束的偏振态均可调，根据需要设定为一样的或者是不一样的；总控制模块通过信号线连至各路样品臂支路，n为≥2的自然数。
扫频光源发出同步触发信号T1作为参考时钟信号，分别传输至插值时钟模块和总控制模块，使得插值时钟模块输出的插值时钟信号T2、总控制模块产生的采集卡触发T3以及第一衰减补偿放大器输出的携带样品的P偏振光信息的第一OCT干涉信号T4和第二衰减补偿放大器输出的携带样品的S偏振光信息的第二OCT干涉信号T5同步；
扫频光源发出一束宽带光至第一光纤分束器，第一光纤分束器分束后分别传输至插值时钟模块和波分复用器；插值时钟模块得到完整的插值时钟信号T2，传输至数据采集卡；测距模块发出的激光通过输出端输到第二光纤分束器，然后传输至波分复用器，最后照射在样品上，样品反射回的光被样品臂接收，最后回到测距模块的接收端，经过测距模块的自动计算，得出样品的距离信息，用于实时判断样品的工作距离；波分复用器将扫频光源发出的宽带光和测距光源发出的激光合束后输入至通用光纤耦合器；通用光纤耦合器根据光功率比例2:98，将小部分光通过第二端口传输至样品臂；从样品臂的准直器出射的光束是高斯光束，高斯光束至光场调制模块，光场调制模块将高斯光束调制为无衍射光束；无衍射光束被分束后变为n个光场分布完整的无衍射光束，随后n个无衍射光束依次经过n路样品臂支路照射到样品上，不同的样品臂支路聚焦至样品的不同位置，照射样品产生散射光；散射光被样品臂接收，返回至通用光纤耦合器的第二端口；样品产生的散射光通过通用光纤耦合器的第四端口传输至均分光纤耦合器；通用光纤耦合器将多部分光通过第三端口传输至电动延迟线；电动延迟线作为参考臂，调整参考臂的光程差，经电动延迟线调整光程后的光作为参考光，经第一偏振控制器传输至均分光纤耦合器；第一偏振控制器调整参考光的偏振态，使得第一和第二OCT干涉信号最强；各路样品臂支路的散射光和参考光在均分光纤耦合器处发生干涉，干涉光携带样品信息；均分光纤耦合器将干涉光均分后输送至偏振平衡光电探测器；偏振平衡光电探测器将干涉光先分为P偏振光和S偏振光，然后再进行平衡探测，并将光信号转为电信号，最后分别输出P偏振光的电子干涉信号和S偏振光的电子干涉信号；P偏振光的电子干涉信号经过第一衰减补偿放大器放大后输出第一OCT干涉信号T4，S偏振光的电子干涉信号进过第二衰减补偿放大器放大后输出第二OCT干涉信号T5，第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器对来自不同深度的信号进行不同的增益，增益与信号的来自深度呈指数关系，越深层的信号其增益越大，弥补样品因自身吸收导致的越是深层的位置其入射光越弱现象，用指数增强的增益去补偿指数衰减的吸收，去增强深层信号的信噪比，进而提高整个OCT图像的对比度；总控制模块根据扫频光源输出的同步触发信号T1，产生采集卡触发T3传输至数据采集卡，控制整个OCT成像装置的工作时序；数据采集卡根据采集卡触发T3采集携带样品的P偏振光信息的第一OCT干涉信号T4和携带样品的S偏振光信息的第二OCT干涉信号T5，数据采集卡将第一和第二OCT干涉信号T4和T5传输至计算机；总控制模块输出控制信号S1、S2、S3、……Sn，控制各路样品臂支路的扫描镜对样品进行同步扫描，一直到完成所有扫描点的数据采集；计算机分析第一和第二OCT干涉信号T4和T5后得到样品的超大视场的三维分辨的偏振OCT图像。
如图2所示，插值时钟模块包括：电动可调光程差的马赫增德干涉仪（Mach-Zehnder interferometer, MZI）光路、插值时钟光电探测器、第一滤波器、射频放大器、第二滤波器、插值时钟控制模块、倍频时钟模块和电子开关；其中，第一光纤分束器将从扫频光源出射的一部分光束分束至MZI光路；电动可调光程差的MZI光路产生设定频率段的干涉光谱，频率段范围为1MHz~10GHz，输入至插值时钟光电探测器；插值时钟光电探测器将干涉光谱变为初始的插值时钟信号，依次经过第一滤波器、射频放大器和第二滤波器，初始的插值时钟信号变为振幅相对一致的插值时钟信号；插值时钟控制模块控制倍频时钟模块产生基频时钟信号，频率在0.1MHz~100MHz；扫频光源的同步触发信号端连接至插值时钟控制模块，将同步触发信号T1传输至插值时钟控制模块；插值时钟控制模块根据扫频光源输出的同步触发信号T1进行时序控制，即依据扫频光源输出光谱占空比的不同，对没有光谱输出的部分，控制电子开关输出倍频时钟模块产生的基频时钟信号；对有光谱输出的部分，控制电子开关输出经过第二滤波器产生的插值时钟信号；基频时钟信号和第二滤波器产生的插值时钟信号按照有无光谱输出的时序组和在一起，形成完整的插值时钟信号T2。
如图3所示，每路样品臂支路样品臂支路包括：位移台、变焦镜、扫描镜和成像镜头；其中，沿着光轴方向依次设置变焦镜、扫描镜和成像镜头；变焦镜固定在位移台上，能够通过调整位移台实现变焦镜前后移动；各路样品臂支路能够通过移动位移台去调整各自与参考臂的光程差要求，使得不同的样品臂支路与参考臂的光程差满足设定的要求，面向不同样品灵活调整，通常要求是不同的样品臂支路与参考臂的光程差不同，达到不同样品臂支路与参考臂的OCT干涉信号频率在不同的频段范围；扫描镜的枢纽点位于成像镜头的一个焦平面上，样品位于成像镜头的另一个焦平面上。
如图5所示，成像镜头根据是否对准直光束起到汇聚光束的效果，采用聚焦成像镜头或4F成像镜头；聚焦成像镜头能够将准直光束汇聚为聚焦光斑，4F成像镜头能够将准直光束扩束或缩束为准直光束；对于不同光学特征的样品，相应装配不同的成像镜头；如果被成像的样品与成像镜头之间没有类似透镜功能的介质时，如外表皮肤、大脑皮层和眼角膜等样品，选用聚焦成像镜头，如图5（a）所示；如果被成像的样品与成像镜头之间具有类似透镜功能的介质时，如视网膜，选用4F成像镜头，如图5（b）所示。
实施例一
在本实施例中，样品为外表皮肤、大脑皮层和眼角膜等，被成像的样品与成像镜头之间没有类似透镜功能的介质，选用聚焦成像镜头；此时，不同样品臂支路对应样品在水平方向上的不同位置，每一路样品臂支路的光束穿透深度是一样的，每一路样品臂支路与参考臂的光程差不同；不同样品臂支路对应不同的OCT干涉信号频率段，互相不交叉。
如图3所示，样品臂包括准直器、光场调制模块、第一和第二偏振分束器、第一至第三法拉第旋光器、1/4玻片、第一和第二反射镜以及三路样品臂支路；通用光纤耦合器的第二端口通过光纤连接至样品臂的准直器；准直器后设置光场调制模块；从样品臂的准直器出射的光束是高斯光束，高斯光束至光场调制模块，光场调制模块将高斯光束调制为无衍射光束；无衍射光束经第一偏振分束器，分为P偏振光和S偏振光，S偏振光经过第二反射镜反射后经第二法拉第旋光器，经过第二样品臂支路，聚焦至样品上，通电时第二法拉第旋光器能够改变偏振状态，将S偏振光变为P偏振光，断电时S偏振光的偏振状态不变穿过第二法拉第旋光器；P偏振光经过第二反射镜透射后经1/4玻片变为圆偏振光，再经过第二偏振分束器又分为P偏振光和S偏振光，经第二偏振分束器分光后的S偏振光经过第一反射镜和第一法拉第旋光器，经过第一样品臂支路，聚焦至样品上，通电的第二法拉第旋光器将S偏振光变为P偏振光，断电时，第一法拉第旋光器将S偏振光的偏振状态不变穿过第二法拉第旋光器；透射的P偏振光经过第三法拉第旋光器，聚焦至样品上，通电的第三法拉第旋光器将P偏振光变为S偏振光，断电时P偏振光的偏振状态不变穿过第三法拉第旋光器。从而实现不同样品臂支路照射在样品上的光束的偏振态都是可调的，根据需要设定为一样的或者是不一样的。对于非偏振OCT成像时，不需要将不同样品臂支路照射在样品上的光束的偏振态保持一致，以使得OCT干涉信号最大为标准去调整各样品臂支路的偏振态；对于偏振OCT成像时，每一次成像时需要将不同样品臂支路照射在样品上的光束的偏振态保持一致。
第一样品臂支路对应的电子干涉信号的频率为
；第二样品臂支路与参考臂光程差是3mm，第二样品臂支路对应的电子干涉信号的频率是
；第三样品臂支路与参考臂光程差是6mm，第三样品臂支路对应的电子干涉信号的频率是
；第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器具有一样的性能参数，如图6（a）所示，增益G与频率f满足：
其中，
是被成像的样品与成像镜头之间没有透镜功能的介质时的调整系数，
是被成像的样品与成像镜头之间没有透镜功能的介质时的最低增益。
实施例二
在本实施例中，样品为眼睛，三路样品臂支路中，第一和第三样品臂支路为眼后节光路，第二样品臂支路为眼前节光路；对眼后节成像时，样品与成像镜头之间具有类似透镜功能的介质，所以眼后节光路的成像镜头采用4F成像镜头，对眼前节成像时，样品与成像镜头之间没有类似透镜功能的介质，所以眼前节光路的成像镜头采用聚焦成像镜头；眼前节光路与眼睛光轴重合；第一路眼后节光路与眼睛光轴的夹角度数是10°~ 40°；第二路眼后节光路与眼睛光轴的夹角度数优选是-10°~ -40°。并且在眼前节光路上，在聚焦成像透镜前通过二向色镜将固视屏模块发出的光传输至样品，如图4所示。
各路眼后节光路和各路眼前节光路所对应的样品臂支路需要满足长度要求：参考臂与第一路眼后节光路的光程差是零，第一路眼后节光路对应的电子干涉信号频率是
；第二路眼后节光路与参考臂的光程差需要大于2mm，优选是4mm，第二路眼后节光路对应的电子干涉信号频率是
；眼前节光路与参考臂的光程差需要大于4mm，优选是8mm，眼前节光路对应的电子干涉信号频率是
；本文所提出的第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器具有一样的性能参数，如图6（b）所示，此时其增益G与频率f满足：
其中，
是样品为眼睛时的调整系数，
是样品为眼睛时的最低增益。
从第三法拉第旋转器出射的光经第四反射镜反射后至第三样品臂支路，其余同实施例一。
如图7所示，角度调整模块包括样品臂支撑板1、第一导轨2、第二导轨3和两个镜头滑块4；其中，样品臂支撑板1为平板，在样品臂支撑板1的表面分别开设有第一导轨2和第二导轨3；第一导轨2和第二导轨3均为部分圆环形的凹槽导轨，第一导轨2和第二导轨3所在的圆环同心O，样品位于圆心，且占圆环的比例相同；两个镜头滑块4的底端分别嵌入至第一导轨2和第二导轨3内，能够沿着第一导轨2和第二导轨3滑动，镜头滑块4的方向沿着第一导轨2和第二导轨3所在圆环的径向；一个镜头滑块4上设置一路样品臂支路，两个镜头滑块4分别对应两路样品臂支路；滑块的横截面是一个多边形CDEHG，相邻的顶角不是直角，特征是∠EFG是钝角，∠FGC是钝角；相比于长方形滑块，优点是两个镜头滑块能够靠的更近，角度调整的范围更大。镜头滑块4的底表面分别设置有圆柱5和部分环形柱6，圆柱5和部分环形柱6分别内嵌至第一导轨2和第二导轨3的凹槽内，部分环形的曲率与所在导轨的曲率一致；圆柱5和部分环形柱6在第一导轨2和第二导轨3中滑动实现镜头滑块4的滑动，部分环形柱6的特点是其前后表面的曲率与所在的第二导轨3的凹槽的曲率一样，保证滑动时的流畅和稳定。
最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种多光束偏振OCT成像装置，其特征在于，所述多光束偏振OCT成像装置包括：扫频光源、第一光纤分束器、插值时钟模块、数据采集卡、计算机、测距模块、第二光纤分束器、波分复用器、通用光纤耦合器、样品臂、电动延迟线、第一至第三偏振控制器、均分光纤耦合器、偏振平衡光电探测器、第一衰减补偿放大器、第二衰减补偿放大器和总控制模块；其中，扫频光源的输出端通过光纤连接至第一光纤分束器的输入端；第一光纤分束器的输出端通过光纤分别连接至插值时钟模块的光束输入端和波分复用器的一个输入端，插值时钟模块的输出端通过射频线缆连接至数据采集卡的外部时钟端；数据采集卡通过数据总线连接至计算机；测距模块的输出端通过光纤连接至第二光纤分束器的输入端，测距模块的接收端通过光纤连接至第二光纤分束器的输出端；第二光纤分束器的输出端通过光纤连接至波分复用器的另一个输入端；波分复用器的输出端通过光纤连接至通用光纤耦合器的第一端口，通用光纤耦合器的第二端口通过光纤连接至样品臂，通用光纤耦合器的第三端口通过光纤连接至电动延迟线的一端，通用光纤耦合器的第四端口通过光纤连接至均分光纤耦合器的第一端口，通用光纤耦合器的分光比例是任意设置的；电动延迟线的另一端通过光纤连接至均分光纤耦合器的第二端口，电动延迟线作为参考臂；第一偏振控制器位于连接电动延迟线与均分光纤耦合器的光纤上；均分光纤耦合器的第三和第四端口分别通过光纤连接至偏振平衡光电探测器；第二偏振控制器和第三偏振控制器分别位于连接均分光纤耦合器与偏振平衡光电探测器的两根光纤上；偏振平衡光电探测器的第一输出端口通过射频线缆连接至第一衰减补偿放大器，偏振平衡光电探测器的第二输出端口通过射频线缆连接至第二衰减补偿放大器；第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器具有一样的性能参数，且相同功能，即对不同信号频率有不同的增益；第一衰减补偿放大器通过射频线缆连接至数据采集卡的第一信号端，第二衰减补偿放大器通过射频线缆连接至数据采集卡的第二信号端；扫频光源的同步触发信号端通过射频线缆连接至插值时钟模块的信号输入端；扫频光源的同步触发信号端连接至总控制模块；总控制模块通过射频线缆连接至数据采集卡的触发端口；
样品臂包括准直器、光场调制模块、偏振分束器、法拉第旋光器、1/4玻片、反射镜以及n路样品臂支路；通用光纤耦合器的第二端口通过光纤连接至样品臂的准直器；准直器后设置光场调制模块；采用反射镜和偏振分束器的组合，将光束分为n束并传输至n路样品臂支路，并进一步结合法拉第旋光器和1/4玻片控制各路样品臂支路的偏振状态；并且各路样品臂支路满足设定的光程差要求，即不同的样品臂支路与参考臂有不同的光程差，使得达到不同样品臂支路与参考臂的OCT干涉信号频率在不同的频段范围；在每一路样品臂支路前，相应设置一个法拉第旋光器，在通电时光经过法拉第旋光器改变偏振状态，即将P偏振光变为S偏振光或将S偏振光变为P偏振光，断电时光的偏振状态不变穿过法拉第旋光器，从而实现不同样品臂支路照射在样品上的光束的偏振态均可调，根据需要设定为一样的或者是不一样的；总控制模块通过信号线连至各路样品臂支路，n为≥2的自然数；
扫频光源发出同步触发信号T1作为参考时钟信号，分别传输至插值时钟模块和总控制模块，使得插值时钟模块输出的插值时钟信号T2、总控制模块产生的采集卡触发T3以及第一衰减补偿放大器输出的携带样品的P偏振光信息的第一OCT干涉信号T4和第二衰减补偿放大器输出的携带样品的S偏振光信息的第二OCT干涉信号T5同步；
扫频光源发出一束宽带光至第一光纤分束器，通过设定的比例分别传输至插值时钟模块和波分复用器；插值时钟模块得到完整的插值时钟信号T2，传输至数据采集卡；测距模块发出的激光通过输出端输到第二光纤分束器，然后传输至波分复用器，最后照射在样品上，样品反射回的光被样品臂接收，最后回到测距模块的接收端，经过测距模块的自动计算，得出样品的距离信息，用于实时判断样品的工作距离；波分复用器将扫频光源发出的宽带光和测距光源发出的激光合束后输入至通用光纤耦合器；通用光纤耦合器根据设定的光功率比例，将小部分光通过第二端口传输至样品臂；从样品臂的准直器出射的光束是高斯光束，高斯光束至光场调制模块，光场调制模块将高斯光束调制为无衍射光束；无衍射光束被分束后变为n个光场分布完整的无衍射光束，随后n个无衍射光束依次经过n路样品臂支路照射到样品上，不同的样品臂支路聚焦至样品的不同位置，照射样品产生散射光；散射光被样品臂接收，返回至通用光纤耦合器的第二端口；样品产生的散射光通过通用光纤耦合器的第四端口传输至均分光纤耦合器；通用光纤耦合器将另一部分光通过第三端口传输至电动延迟线；电动延迟线作为参考臂，调整参考臂的光程差，经电动延迟线调整光程后的光作为参考光，经第一偏振控制器传输至均分光纤耦合器；第一偏振控制器调整参考光的偏振态，使得第一和第二OCT干涉信号最强；各路样品臂支路的散射光和参考光在均分光纤耦合器处发生干涉，干涉光携带样品信息；均分光纤耦合器将干涉光均分后输送至偏振平衡光电探测器；偏振平衡光电探测器将干涉光先分为P偏振光和S偏振光，然后再进行平衡探测，并将光信号转为电信号，最后分别输出P偏振光的电子干涉信号和S偏振光的电子干涉信号；P偏振光的电子干涉信号经过第一衰减补偿放大器放大后输出第一OCT干涉信号T4，S偏振光的电子干涉信号进过第二衰减补偿放大器放大后输出第二OCT干涉信号T5，第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器对来自不同深度的信号进行不同的增益，增益与信号的来自深度呈指数关系，越深层的信号其增益越大，弥补样品因自身吸收导致的越是深层的位置其入射光越弱现象，用指数增强的增益去补偿指数衰减的吸收，去增强深层信号的信噪比，进而提高整个OCT图像的对比度；总控制模块根据扫频光源输出的同步触发信号T1，产生采集卡触发T3传输至数据采集卡，控制整个OCT成像装置的工作时序；数据采集卡根据采集卡触发T3采集携带样品的P偏振光信息的第一OCT干涉信号T4和携带样品的S偏振光信息的第二OCT干涉信号T5，数据采集卡将第一和第二OCT干涉信号T4和T5传输至计算机；总控制模块输出控制信号，控制各路样品臂支路对样品进行同步扫描，一直到完成所有扫描点的数据采集；计算机分析第一和第二OCT干涉信号T4和T5后得到样品的超大视场的三维分辨的偏振OCT图像。
2.如权利要求1所述的多光束偏振OCT成像装置，其特征在于，所述插值时钟模块包括：电动可调光程差的马赫增德干涉仪MZI光路、插值时钟光电探测器、第一滤波器、射频放大器、第二滤波器、插值时钟控制模块、倍频时钟模块和电子开关；其中，第一光纤分束器将从扫频光源出射的一部分光束分束至MZI光路；电动可调光程差的MZI光路产生设定频率段的干涉光谱，输入至插值时钟光电探测器；插值时钟光电探测器将干涉光谱变为初始的插值时钟信号，依次经过第一滤波器、射频放大器和第二滤波器，初始的插值时钟信号变为振幅相对一致的插值时钟信号；插值时钟控制模块控制倍频时钟模块产生基频时钟信号；扫频光源的同步触发信号端连接至插值时钟控制模块，将同步触发信号T1传输至插值时钟控制模块；插值时钟控制模块根据扫频光源输出的同步触发信号T1进行时序控制，即依据扫频光源输出光谱占空比的不同，对没有光谱输出的部分，控制电子开关输出倍频时钟模块产生的基频时钟信号；对有光谱输出的部分，控制电子开关输出经过第二滤波器产生的插值时钟信号；基频时钟信号和第二滤波器产生的插值时钟信号按照有无光谱输出的时序组和在一起，形成完整的插值时钟信号T2。
3.如权利要求1所述的多光束偏振OCT成像装置，其特征在于，每路样品臂支路样品臂支路包括：位移台、变焦镜、扫描镜和成像镜头；其中，沿着光轴方向依次设置变焦镜、扫描镜和成像镜头；变焦镜固定在位移台上，能够通过调整位移台实现变焦镜前后移动；各路样品臂支路能够通过移动位移台去调整各自与参考臂的光程差要求，使得不同的样品臂支路与参考臂的光程差满足设定的要求，达到不同样品臂支路与参考臂的OCT干涉信号频率在不同的频段范围；扫描镜的枢纽点位于成像镜头的一个焦平面上，样品位于成像镜头的另一个焦平面上；各路样品臂支路的扫描镜连接至总控制模块。
4.如权利要求3所述的多光束偏振OCT成像装置，其特征在于，所述成像镜头采用聚焦成像镜头或4F成像镜头；聚焦成像镜头能够将准直光束汇聚为聚焦光斑，4F成像镜头能够将准直光束扩束或缩束为准直光束；如果被成像的样品与成像镜头之间没有透镜功能的介质，选用聚焦成像镜头；如果被成像的样品与成像镜头之间具有透镜功能的介质，选用4F成像镜头。
5.如权利要求3所述的多光束偏振OCT成像装置，其特征在于，对于被成像的样品与成像镜头之间没有透镜功能的介质，第一样品臂支路对应的电子干涉信号的频率是
；第二样品臂支路对应的电子干涉信号的频率是
；第三样品臂支路对应的电子干涉信号的频率是
；第n样品臂支路对应的电子干涉信号的频率是
；且其增益G与频率f满足：
其中，
是被成像的样品与成像镜头之间没有透镜功能的介质时的调整系数，
是被成像的样品与成像镜头之间没有透镜功能的介质时的最低增益。
6.如权利要求3所述的多光束偏振OCT成像装置，其特征在于，样品为眼睛时，样品臂支路包括至少一个眼前节光路和两个眼后节光路；第一和第三样品臂支路为眼后节光路，第二样品臂支路为眼前节光路；眼后节光路中成像镜头采用4F成像镜头；眼后节光路中成像镜头采用聚焦成像镜头；眼前节光路与眼睛光轴重合，第一路眼后节光路与眼睛光轴的夹角度数是10°~40°，第二路眼后节光路与眼睛光轴的夹角度数是-10°~-40°；并且在眼前节光路上，在聚焦成像透镜前通过二向色镜将固视屏模块发出的光传输至样品。
7.如权利要求3所述的多光束偏振OCT成像装置，其特征在于，样品为眼睛时，所述n路样品臂支路包括：m路眼后节光路和n-m路眼前节光路，m为自然数且2≤m＜n，n为≥3的自然数；各路眼后节光路和各路眼前节光路所对应的样品臂支路需要满足长度要求，使得不同样品臂支路的频率不发生混叠：参考臂与第一路眼后节光路的光程差是零，第一路眼后节光路对应的电子干涉信号频率是
；第二路眼后节光路对应的电子干涉信号是
；第m路眼后节光路对应的电子干涉信号频率是
；第一路眼前节光路对应的电子干涉信号频率是
；第n-m-1路眼前节光路对应的电子干涉信号频率是
；第n-m路眼前节光路对应的电子干涉信号频率是
；第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器具有一样的性能参数，此时其增益G与频率f满足：
其中，
是样品为眼睛时的调整系数，
是样品为眼睛时的最低增益。
8.如权利要求1所述的多光束偏振OCT成像装置，其特征在于，还包括角度调整模块，所述角度调整模块包括样品臂支撑板、第一导轨、第二导轨和i个镜头滑块；样品臂支撑板为平板，在样品臂支撑板的表面分别开设有第一导轨和第二导轨；第一导轨和第二导轨均为部分圆环形的凹槽导轨，第一导轨和第二导轨所在的圆环同心，样品位于圆环的圆心，且占圆环的比例相同；i个镜头滑块的底端分别嵌入至第一导轨和第二导轨内，能够沿着第一导轨和第二导轨滑动，镜头滑块的方向沿着第一导轨和第二导轨所在圆环的径向；一个镜头滑块上设置一路样品臂支路，i个镜头滑块分别对应i路样品臂支路，i为≤n的自然数；镜头滑块越靠近圆心，横向尺寸越小；镜头滑块的底表面分别设置有圆柱和部分环形柱，圆柱和部分环形柱分别内嵌至第一导轨和第二导轨的凹槽内，部分环形的曲率与所在导轨的曲率一致；圆柱和部分环形柱在第一导轨和第二导轨中滑动实现镜头滑块的滑动，部分环形柱的前后表面的曲率与所在的第二导轨的凹槽的曲率一样，保证滑动时的流畅和稳定。
9.一种如权利要求1所述的多光束偏振OCT成像装置的成像方法，其特征在于，所述成像方法包括以下步骤：
1) OCT成像装置连接：
扫频光源的输出端通过光纤连接至第一光纤分束器的输入端；第一光纤分束器的输出端通过光纤分别连接至插值时钟模块的光束输入端和波分复用器的一个输入端，插值时钟模块的输出端通过射频线缆连接至数据采集卡的外部时钟端；数据采集卡通过数据总线连接至计算机；测距模块的输出端通过光纤连接至第二光纤分束器的输入端，测距模块的接收端通过光纤连接至第二光纤分束器的输出端；第二光纤分束器的输出端通过光纤连接至波分复用器的另一个输入端；波分复用器的输出端通过光纤连接至通用光纤耦合器的第一端口，通用光纤耦合器的第二端口通过光纤连接至样品臂，通用光纤耦合器的第三端口通过光纤连接至电动延迟线的一端，通用光纤耦合器的第四端口通过光纤连接至均分光纤耦合器的第一端口，通用光纤耦合器的分光比例是任意设置的；电动延迟线的另一端通过光纤连接至均分光纤耦合器的第二端口，电动延迟线作为参考臂；第一偏振控制器位于连接电动延迟线与均分光纤耦合器的光纤上；均分光纤耦合器的第三和第四端口分别通过光纤连接至偏振平衡光电探测器；第二偏振控制器和第三偏振控制器分别位于连接均分光纤耦合器与偏振平衡光电探测器的两根光纤上；偏振平衡光电探测器的第一输出端口通过射频线缆连接至第一衰减补偿放大器，偏振平衡光电探测器的第二输出端口通过射频线缆连接至第二衰减补偿放大器；第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器具有一样的性能参数，且相同功能，即对不同信号频率有不同的增益；第一衰减补偿放大器通过射频线缆连接至数据采集卡的第一信号端，第二衰减补偿放大器通过射频线缆连接至数据采集卡的第二信号端；扫频光源的同步触发信号端通过射频线缆连接至插值时钟模块的信号输入端；扫频光源的同步触发信号端连接至总控制模块；总控制模块通过射频线缆连接至数据采集卡的触发端口；
样品臂包括准直器、光场调制模块、偏振分束器、法拉第旋光器、1/4玻片、反射镜以及n路样品臂支路；通用光纤耦合器的第二端口通过光纤连接至样品臂的准直器；准直器后设置光场调制模块；采用反射镜和偏振分束器的组合，将光束分为n束并传输至n路样品臂支路，并进一步结合法拉第旋光器和1/4玻片控制各路样品臂支路的偏振状态；并且各路样品臂支路满足设定的光程差要求，即不同的样品臂支路与参考臂有不同的光程差，使得达到不同样品臂支路与参考臂的OCT干涉信号频率在不同的频段范围；在每一路样品臂支路前，相应设置一个法拉第旋光器，在通电时光经过法拉第旋光器改变偏振状态，即将P偏振光变为S偏振光或将S偏振光变为P偏振光，断电时光的偏振状态不变穿过法拉第旋光器，从而实现不同样品臂支路照射在样品上的光束的偏振态均可调，根据需要设定为一样的或者是不一样的；总控制模块通过信号线连至各路样品臂支路，n为≥2的自然数；
2) 进行偏振校正；
3) 采用测距模块进行工作距离位置校正；
4) 扫频光源发出同步触发信号T1作为参考时钟信号，分别传输至插值时钟模块和总控制模块，使得插值时钟模块输出的插值时钟信号T2、总控制模块产生的采集卡触发T3以及第一衰减补偿放大器输出的携带样品的P偏振光信息的第一OCT干涉信号T4和第二衰减补偿放大器输出的携带样品的S偏振光信息的第二OCT干涉信号T5同步；
5) 扫频光源发出一束宽带光至第一光纤分束器，通过设定的比例分别传输至插值时钟模块和波分复用器；插值时钟模块得到完整的插值时钟信号T2，传输至数据采集卡；
6) 测距模块发出的激光通过输出端输到第二光纤分束器，然后传输至波分复用器，最后照射在样品上，样品反射回的光被样品臂接收，最后回到测距模块的接收端，经过测距模块的自动计算，得出样品的距离信息，用于实时判断样品的工作距离；
7) 波分复用器将扫频光源发出的宽带光和测距光源发出的激光合束后输入至通用光纤耦合器；通用光纤耦合器根据设定的光功率比例，将小部分光通过第二端口传输至样品臂；
8) 从样品臂的准直器出射的光束是高斯光束，高斯光束至光场调制模块，光场调制模块将高斯光束调制为无衍射光束；无衍射光束被分束后变为n个光场分布完整的无衍射光束，随后n个无衍射光束依次经过n路样品臂支路照射到样品上，不同的样品臂支路聚焦至样品的不同位置，照射样品产生散射光；散射光被样品臂接收，返回至通用光纤耦合器的第二端口；
9) 样品产生的散射光通过通用光纤耦合器的第四端口传输至均分光纤耦合器；通用光纤耦合器将另一部分光通过第三端口传输至电动延迟线；电动延迟线作为参考臂，调整参考臂的光程差，经电动延迟线调整光程后的光作为参考光，经第一偏振控制器传输至均分光纤耦合器；第一偏振控制器调整参考光的偏振态，使得第一和第二OCT干涉信号最强；各路样品臂支路的散射光和参考光在均分光纤耦合器处发生干涉，干涉光携带样品信息；
10) 均分光纤耦合器将干涉光均分后输送至偏振平衡光电探测器；偏振平衡光电探测器将干涉光先分为P偏振光和S偏振光，然后再进行平衡探测，并将光信号转为电信号，最后分别输出P偏振光的电子干涉信号和S偏振光的电子干涉信号；
11) P偏振光的电子干涉信号经过第一衰减补偿放大器放大后输出第一OCT干涉信号T4，S偏振光的电子干涉信号进过第二衰减补偿放大器放大后输出第二OCT干涉信号T5，第一衰减补偿放大器和第二衰减补偿放大器对来自不同深度的信号进行不同的增益，增益与信号的来自深度呈指数关系，越深层的信号其增益越大，弥补样品因自身吸收导致的越是深层的位置其入射光越弱现象，用指数增强的增益去补偿指数衰减的吸收，去增强深层信号的信噪比，进而提高整个OCT图像的对比度；
12) 总控制模块根据扫频光源输出的同步触发信号T1，产生采集卡触发T3传输至数据采集卡，控制整个OCT成像装置的工作时序；数据采集卡根据采集卡触发T3采集携带样品的P偏振光信息的第一OCT干涉信号T4和携带样品的S偏振光信息的第二OCT干涉信号T5，数据采集卡将第一和第二OCT干涉信号T4和T5传输至计算机；总控制模块输出控制信号，控制各路样品臂支路对样品进行同步扫描，一直到完成所有扫描点的数据采集；计算机分析第一和第二OCT干涉信号T4和T5后得到样品的超大视场的三维分辨的偏振OCT图像。
10.如权利要求9所述的成像方法，其特征在于，在步骤2）中，进行偏振校正包括以下步骤：将一个反射镜置于OCT成像装置的工作距离，在反射镜和成像镜头之间加入一个起偏器，调整电动延迟线，使反射镜返回光与参考臂发生干涉，令此时起偏器的光轴方向是0°，然后调整第二偏振控制器和第三偏振控制器，使得偏振平衡光电探测器输出的两路电子干涉信号一样强；然后，将起偏器的光轴方向旋转90°，再次调整第二偏振控制器和第三偏振控制器，再使得偏振平衡光电探测器输出的两路电子干涉信号都达到一样强；此时，说明偏振平衡光电探测器达到真正平衡。
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