DE60213488T2 - Optische Verzögerungsleitung - Google Patents

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Description

  • Erfindungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft optische Verzögerungsleitungen. Insbesondere betrifft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung, die beispielsweise und ohne Einschränkung in der OCT (Optical Coherence Tomography) und der OCDR (Optical Coherence Domain Reflectometry) verwendet wird.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Ein optischer Interferometer mit niedriger Kohärenz wird in verschiedenen Vorrichtungen zum Untersuchen streuender Medien verwendet. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines OCT-Systems. Wie in 3 gezeigt enthält das OCT-System 50 ein Interferometer mit einem Referenzweg 5, einem Probeweg 10, einem Teiler/Kombinierer 15 (eine Ausführungsform des Teilers/Kombinierers 15 umfaßt einen 50/50-Strahlteiler oder, falls das Interferometer unter Verwendung optischer Fasern verkörpert ist, einen 3 dB-Koppler), eine Strahlungsquelle 20 mit niedriger Kohärenz, einen Detektor 25 und einen Prozessor 30. Die scannende Optische Verzögerungsleitung 35 (ODL 35) befindet sich an einem Ende des Referenzwegs 5 des Interferometers. Wie weiter in 3 gezeigt enthält der Probeweg 10 ein Sondenmodul 40, um Strahlung auf eine Probe 45 zu richten und um von der Probe 45 gestreute Strahlung zu sammeln. Wie weiter in 3 gezeigt ist, kombiniert der Detektor 25 einen von der Probe 45 reflektierten Probestrahl und einen von einer scannenden ODL-Zeile 35 reflektierten Referenzstrahl. Immer dann, wenn eine Fehlanpassung der optischen Weglänge zwischen Probeweg 10 und Referenzstrahl 5 kleiner ist als eine Kohärenzlänge der Strahlungsquelle 20 mit niedriger Kohärenz, kommt es dann zu einer Interferenz zwischen Probestrahl und Referenzstrahl. Wie in der Technik wohlbekannt ist, kann, falls die optische Weglänge des Referenzstrahls bekannt ist, wenn der Detektor 25 das Interferenzsignal erfaßt, die optische Weglänge des Probestrahls innerhalb der Genauigkeit der Kohärenzlänge der Strahlungsquelle mit geringer Kohärenz gemessen werden.
  • Mehrere Designs einer optischen Verzögerungsleitung zur Verwendung in dem Referenzweg sind in der Technik offengelegt worden. Wie in einem Artikel mit dem Titel „Optical Coherence Tomography" von Huang et al. in Science, Band 254, 1991, S. 1178-1181, beschrieben, wird ein Spiegel verwendet, um den Referenzstrahl zurück zum Detektor zu reflektieren. Gemäß diesem Artikel werden Tiefeninformationen aus dem Probemedium erfaßt, indem die optische Weglänge des Referenzstrahls variiert wird, indem der Spiegel unter Verwendung eines Schrittmotors bewegt wird. Aus dem US-Patent Nr. 5,321,501 (Swanson et al.) ist eine Änderung an dem Design von Huang et al. bekannt, bei dem der Spiegel durch einen Retroreflektor ersetzt wird, um die Stabilität der optischen Ausrichtung zu verbessern, und der Schrittmotor durch ein Galvanometer ersetzt wird, um die Abtastgeschwindigkeit bis auf einen Grad zu erhöhen, wo tomographische Bilder von lebendem Gewebe ermöglicht wurden.
  • Aus dem US-Patent Nr. 6,111,645 (Tearney et al.) ist eine Änderung an dem Design von Swanson et al. bekannt, bei dem der sich bewegende Retroreflektor durch eine gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung ersetzt wird. Diese Designänderung erhöht weiter die Abtastgeschwindigkeit gegenüber der aus Swanson et al. bekannten und ermöglicht auch eine unabhängige Steuerung der Phase und der Gruppenverzögerung von von dem Referenzweg produziert. Die von Tearney et al. offenbarte gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung war jedoch bisher auf den Einsatz in einer Laborumgebung beschränkt.
  • Eine weitere gitterbasierte schnell abtastende optische Verzögerungsleitung unter Verwendung eines Schwenkspiegels an einem Galvanometer ist aus dem Artikel „Extended Range, Rapid Scanning Optical Delay Line for Biomedical Interferometric Imaging" von Silva et al. in Electronics Letters, Band 35, Nr. 17, 19. August 1999, S. 1404-1406, bekannt.
  • Angesichts des oben Gesagten besteht ein Bedarf an einer optischen Verzögerungsleitung, die hohe Abtastraten bereitstellen kann und die sich für den Einsatz bei optischen Interferometern zum Bereitstellen tomographischer Bilder von lebendem Gewebe eignet.
  • Kurze Darstellung der Erfindung
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genügen vorteilhafterweise dem obenerwähnten Bedarf in der Technik. Insbesondere ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine optische Verzögerungsleitung („ODL"), die sich für den Einsatz in optischen Interferometern eignet, damit man tomographische Bilder von lebendem Gewebe erhält. Insbesondere ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine optische Verzögerungsleitung, die folgendes umfaßt: (a) ein Kollimatorlinsensystem, (b) ein Gitter, das so angeordnet ist, daß es von dem Kollimatorlinsensystem ausgegebene Strahlung empfängt; (c) ein Kollektorlinsensystem, das so ausgelegt ist, daß es zumindest einen Teil der von dem Gitter gebeugten Strahlung empfängt; (d) einen drehbaren Spiegel, der im wesentlichen in einer hinteren Brennebene des Kollektorlinsensystems angeordnet ist; und (e) einen Reflektor, der so angeordnet ist, daß er mindestens einen Teil der von dem Gitter gebeugten Strahlung reflektiert; wobei das Kollimatorlinsensystem, der Reflektor und ein Ausgabeende einer optischen Faser in einer Einheit befestigt sind, wobei die Einheit durch einen Translationsmechanismus bewegt werden kann.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein optisches interferometrisches Bildgebungssystem zur Verwendung beispielsweise und ohne Einschränkung in einem klinischen Umfeld. Insbesondere ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein optisches interferometrisches Bildgebungssystem zum Abbilden einer Probe.
  • Kurze Beschreibung der Figur
  • 1 zeigt in schematischer Form eine aus dem US-Patent Nr. 6,111,7,645 (G.J. Tearney et al.) bekannte gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung;
  • 2 zeigt in schematischer Form eine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellte gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung und
  • 3 zeigt ein Blockdiagramm eines OCT-Systems.
  • Ausführliche Beschreibung
  • 1 zeigt in schematischer Form eine gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung 90, die eine Ausführungsform einer aus dem US-Patent Nr. 6,111,645 (das '645er Patent) bekannten optischen Verzögerungsleitung („ODL") ist; siehe 13 des '645er Patents. Wie in 1 gezeigt wird von einer optischen Einmodenfaser 100 ausgegebene Strahlung von einem Linsensystem 110 kollimiert (wenngleich das Linsensystem 110 als eine einzelne Linse gezeigt ist, versteht der Durchschnittsfachmann ohne weiteres, daß das Linsensystem 110 eine Vielzahl von Linsen umfassen kann) und wird so gelenkt, daß es auf ein Gitter 120 (das Gitter 120 weist eine vorbestimmte Gitterliniendichte auf) mit einem Gittereinfallswinkel auftrifft (beispielsweise einem Winkel ϑi bezüglich einer Normalen zum Gitter 120). Das Gitter 120 streut den Strahlungsstrahl, der darauf auftrifft, in Komponenten unterschiedlicher Spektralfrequenz oder Wellenlänge, die gesammelt und von dem Linsensystem 130 (wenngleich das Linsensystem 130 als eine einzelne Linse gezeigt ist, versteht der Durchschnittsfachmann ohne weiteres, daß das Linsensystem 130 eine Vielzahl von Linsen umfassen kann) auf einen Spiegel 140 fokussiert werden. Die optische Achse des Linsensystems 130 ist unter einem Gitterausfallswinkel angeordnet (beispielsweise ein Winkel ϑd bezüglich einer Normalen zum Gitter 120), und der Spiegel 140 ist im wesentlichen in der hinteren Brennebene der Linse 130 angeordnet.
  • Wie weiter in 1 gezeigt lenkt der Spiegel 140 reflektierte Strahlung zurück durch das Linsensystem 130 zum Gitter 120 und von dort zu einem Spiegel 150 mit zweifachem Durchlauf. Die vom Gitter 120 ausgegebene Strahlung ist im wesentlichen orthogonal zum Spiegel 150 und wird infolgedessen den ganzen Weg zurück durch die ODL 90 in die optische Einmodenfaser 100 reflektiert.
  • Wie in dem '645er Patent beschrieben liegt am Spiegel 140 die Fourier-Transformierte des spektral gestreuten Strahlungsstrahls vor. Wenn die Oberfläche des Spiegels 140 unter einem Winkel (beispielsweise einem Winkel γ bezüglich einer Normalen zu der optischen Achse der Linse 130) angeordnet ist, wird auf das Spektrum über dem Spiegel 140 eine Phasenrampe oder eine lineare Phasenverschiebung ausgeübt. Dann wird eine inverse Fourier-Transformierte des Spektrums erzielt, wenn sich der Strahl zurück durch das Linsensystem 130 in Richtung des Gitters 120 ausbreitet. Da die inverse Fourier-Transformierte einer linearen Phasenverschiebung eine Zeitverzögerung ist, wird eine zeitliche Gruppenverzögerung des Strahls erzeugt.
  • Wie weiter aus dem '645er Patent offenbart ist, erhält man mit einer Änderung von einem oder mehreren der folgenden: (a) der Gitterliniendichte, des Gittereinfallswinkels ϑi und des Gitterausfallswinkels ϑd des Gitters 120 oder (b) des Winkels, unter dem der Spiegel 140 angeordnet ist (siehe oben) eine Änderung in der optischen Gruppenverzögerung und Phasenverzögerung, siehe 14 des '645er Patents.
  • Wenn der Winkel, unter dem der Spiegel 140 angeordnet ist, wie in 1 gezeigt schnell gescannt wird, wird somit eine zeitabhängige optische Gruppenverzögerungsleitung produziert. Dann kann beispielsweise die ODL 90 in dem Referenzweg eines optischen Interferometers mit niedriger Kohärenz (wie etwa das aus dem '645er Patent bekannte und in dem allgemeinen Stand der Technik in Verbindung mit 4 beschriebene) eingesetzt werden, um eine Hochgeschwindigkeits-OCT durchzuführen. Da sich die Phasenverzögerung und die Gruppenverzögerung einstellen lassen, kann die Modulationsfrequenz, die in interferometrischen Bildgebungstechniken produziert wird, gesteuert werden, wodurch die Detektionselektronik vereinfacht wird. Dies ist insbesondere für Detektionsszenarien wichtig, die eine direkte elektronische Digitalisierung (A/D-Umsetzung) eines detektierten optischen Interferenzsignals beinhalten.
  • Unter Bezugnahme auf 1 wird der Spiegel 140 entlang einer durch Pfeile 160 und 170 angegebenen Richtung gedreht. Der Spiegel 140 wird von einem nicht gezeigten Rotationsmechanismus gedreht. Der Rotationsmechanismus kann gemäß einem beliebigen einer Reihe von Rotationsmechanismen hergestellt sein, die dem Durchschnittsfachmann wohlbekannt sind, wie etwa beispielsweise unter anderem einem Galvanometerrotationsmechanismus (beispielsweise ist der Spiegel an einer Welle eines Galvanometers plaziert), einen Resonant-Scanner, einem sich drehenden Polygonspiegel (siehe 8 des '645er Patents) und einem piezoelektrischen Spiegelscanner.
  • Zusätzlich zu dem obigen (wo der Winkel des Spiegels 140 eine Änderung bei der Gruppenverzögerung erzeugt) kann durch Versetzen der Rotationsmitte des Spiegels 140 bezüglich der Mittenwellenlänge des Spektrums des Strahlungsstrahls die Phasensteuerungseinrichtung dazu verwendet werden, die Phasenverzögerung und die Gruppenverzögerung unabhängig einzustellen. Wenn die Mittenwellenlänge des Spektrums des vom Gitter 120 und Linsensystem 130 ausgegebenen Strahlungsstrahls auf die Rotationsmitte des Spiegels 140 auftrifft, wird zudem eine Gruppenverzögerung erzeugt, ohne die Phasenverzögerung zu ändern. Dann wird in einem OCT keine Modulationsfrequenz an den Lokaloszillator angelegt, obwohl eine scannende lineare Gruppenverzögerung erzeugt wird. Somit besteht das interferometrische Signal aus der Einhüllenden der Autokorrelationsfunktion ohne irgendwelche Modulation. Dies kann für OCT-Bildgebungssysteme nützlich sein, die eine Homodyndetektion durchführen. Falls eine unabhängige Phasenmodulation an den Lokaloszillator angelegt wird, wäre das System in der Lage, mit verschiedenen Geschwindigkeiten zu scannen, ohne die Mittenfrequenz des Bandpaßfilters vor der Demodulation zu ändern. Ein Phase-Diversity-Homodyndetektionssystem wäre für OCT in diesem Fall nützlich.
  • Durch Parallelverschieben des Spiegels 140 derart, daß die Mittenwellenlänge von der Rotationsachse versetzt ist, kann zudem eine willkürliche Modulationsfrequenz an den Lokaloszillator angelegt werden. Dies ermöglicht eine vollständige Kontrolle über die Mittenfrequenz des Lokaloszillators. Die Modulationsfrequenz (d.h. Phasenverzögerung) kann variiert werden, indem einfach der Spiegel 140 senkrecht zur optischen Achse des Strahls parallel verschoben wird. Der Bereich von Mittenmodulationsfrequenzen, der erzielt werden kann, wird nur durch auf die endliche Größe des Spiegels 140 zurückgehende spektrale Vignettierung begrenzt.
  • Gemäß der oben beschriebenen Approximation ist die Gruppenphasenverzögerungsunabhängigkeit der ODL immer dann ein Vorteil, wenn der Spiegel 140 eine Rotationsachse aufweist, die die Spiegeloberfläche schneidet. Wenn die Spiegeloberfläche jedoch von der Rotationsachse getrennt ist, sind die Gruppenverzögerungs- und Phasenverzögerungseigenschaften komplexer. In einer Approximation ist die Gruppenverzögerung linear im Winkel, aber nicht in der Phasenverzögerung.
  • Während beispielsweise die durch einen scannenden Polygonspiegel erzeugte Änderung bei der Gruppenverzögerung linear ist, ist die Änderung bei der Phase quadratisch als Funktion der Zeit. Da sich die Modulationsfrequenz linear über den Scan hinweg verschiebt, kann ein scannender Polygonspiegel nicht in Verbindung mit einem Demodulationsverfahren verwendet werden, das ein festes Bandpaßfilter enthält. Die variierende Modulationsfrequenz kann jedoch durch Einsatz eines alternativen Demodulationsverfahrens wie etwa einer adaptiven Frequenzmischdetektion überwunden werden, wo die Frequenz, bei der die Demodulation durchgeführt wird, variiert wird, um die Variation in der Modulationsfrequenz zu verfolgen. Auch alternative Phasensteuerungskonfigurationen wie etwa das Scannen des Gittereinfallswinkels oder der Gitterliniendichte erzeugen eine nichtlineare Phasenverzögerung. Infolgedessen können diese Verfahren nur in Verbindung mit einem adaptiven Frequenzmischdemodulationsverfahren für OCT/Bildgebungsanwendungen verwendet werden.
  • Ein weiterer Vorteil der oben beschriebenen ODL zur Verwendung in Verbindung mit OCT ist zusätzlich dazu, daß ein Gruppenverzögerungsscannen mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird, die Fähigkeit, eine Dispersionsfehlanpassung zwischen dem Referenzweg und dem Probeweg zu kompensieren. Dazu kommt es wie folgt: immer dann, wenn der Abstand L zwischen Linsensystem 130 und Gitter 120 nicht eine Brennweite beträgt, wird eine zusätzliche wellenlängenabhängige Phasenverzögerung zu einem Impuls addiert, wodurch eine positive Dispersion für L < Brennweite und eine negative Dispersion für L > Brennweite erzeugt wird. Diese Eigenschaft der ODL ermöglicht eine Kompensation eines Dispersionsungleichgewichts zwischen dem Referenzweg und dem Probeweg in dem OCT-System einfach durch Ändern des Linsen-Gitter-Abstands.
  • Trotz der oben erörterten Vorteile haben wir mit der aus dem US-Patent Nr. 6,111,645 offenbarten ODL 90 mehrere Probleme entdeckt. Ein erstes Problem mit der ODL 90 entsteht, weil Strahlung viermal (4) von dem Gitter 120 reflektiert wird. Zu diesem Problem kommt es, weil Gitter in der Regel für den S- und P-Polarisationszustand unterschiedliche Reflexionsgrade aufweisen. Beispielsweise für einen Fall, wo ein S-Polarisationszustand einen Reflexionsgrad von 67% aufweist, und wo ein P-Polarisationszustand einen Reflexionsgrad von 47% aufweist, würde die relative optische Effizienz des P- und des S-Zustands, d.h. (P/S), für ODL 90 (0,47/0,67)4 = 0,24 betragen.
  • Daraus ergeben sich zwei Probleme. Das erste Problem ergibt sich aus der Tatsache, daß eine Strahlungsquelle durch eine Faseroptik an die ODL 90 gekoppelt sein kann. Dies ist ein Problem, weil eine Beanspruchung in der Faseroptik verursacht, daß sie als Wellenplatten wirken, die den Polarisationszustand von in die ODL 90 eintretende Strahlung modifizieren. Infolgedessen ändert sich die optische Effizienz der ODL 90. Da beispielsweise eine Beanspruchung in einer optischen Faser in der Regel mit der Temperatur oder der Bewegung der optischen Faser variiert, variiert die von der ODL 90 zurückkehrende Leistung. Eine derartige Variation erschwert es, ein in einem optischen Interferometer, in dem die ODL 90 verwendet wird, enthaltenes Detektorsystem zu optimieren. Das zweite Problem ergibt sich, weil eine optimale Detektion von von einem Probeweg in einem optischen Interferometer reflektierte Strahlung erfordert, daß ein Polarisationszustand in einem Referenzweg und einem Probeweg angepaßt sind. Wenn beispielsweise keine Anpassung vorliegt, senkt ein Verlust an P-polarisierter Strahlung von dem Referenzweg die Detektion von P-polarisierter Strahlung aus dem Probeweg. Wenn somit gleiche Mengen an P- und S-polarisierter Strahlung aus einem 3-dB-Koppler ausgegeben werden (siehe der Allgemeine Stand der Technik), reduziert dies effektiv die Probewegdetektionseffizienz des optischen Interferometers um 50%.
  • Ein zweites Problem mit der ODL 90 entsteht, weil die optische Weglänge des Referenzwegs variiert werden muß, um sie an die optische Weglänge des Probewegs anzupassen. Dies kann (unter Bezugnahme auf 1) dadurch erfolgen, daß entweder das Kollimatorlinsensystem 110 oder der Spiegel 150 in einer axialen Richtung bewegt wird. Dies ist jedoch unpraktisch, weil die geringfügigste Fehlausrichtung einer dieser Komponenten einen signifikanten Übertragungsverlust bei der ODL 90 verursacht.
  • Um die oben identifizierten polarisationsabhängigen Effekte der aus dem US-Patent Nr. 6,111,645 bekannten ODL 90 zu eliminieren, wird der ODL 90 eine polarisationsabhängige optische Komponente hinzugefügt, die die polarisationsabhängigen Effekte des Gitters 120 im wesentlichen eliminiert. Vorteilhafterweise ermöglicht dies, daß ein Referenzweg (beispielsweise Referenzweg 5 in dem in 4 gezeigten optischen Interferometer mit niedriger Kohärenz) für den S- und den P-polarisierten Zustand etwa die gleiche optische Effizienz aufweist. Ein Beispiel für eine derartige optische Komponente ist ein optisches Fenster, das in einem Referenzwegstrahl unter einem Winkel plaziert ist, um eine polarisationsabhängige Transmission zu erzeugen.
  • 2 zeigt in schematischer Form eine gitterbasierte optische Phasenverzögerungsleitung 290 („ODL 290"), die die gleiche ist wie die in 1 gezeigte ODL 90 mit dem Zusatz des Fensters 125. Das Fenster 125 kann aus einem beliebigen transparenten Material wie etwa einem Stück Glas, das die Polarisation ändern kann, hergestellt sein. Zudem kann, wie der Durchschnittsfachmann ohne weiteres erkennt, das Fenster 125 bezüglich des dort hindurch verlaufenden Strahlungsstrahls unter verschiedenen Winkeln angeordnet sein, um den Polarisationsänderungseffekt zu variieren. Beispielsweise kann die Polarisationstransmissionseffizienz als Funktion des Winkels unterschiedlich für den S- und P-Polarisationszustand variieren. Noch weiter können die vordere und hintere Oberfläche des Fensters 125 geringfügig von der Parallelen abweichen, um sicherzustellen, daß Mehrfachreflexionen von dort nicht zurück in die ODL 190 koppeln.
  • Obwohl 2 die Verwendung eines einzelnen Materialstücks zeigt, um das Fenster 125 zu verkörpern, liegt es innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung, daß mehrere Fenster beispielsweise in Reihe verwendet werden können, um eine ausreichende Unterscheidung zwischen den beiden Polarisationszuständen zu erzielen, damit der durch das Gitter 120 verursachte Polarisationseffekt effektiv im wesentlichen eliminiert wird. Es kann bevorzugt der Winkel aller Fenster, die zur Bereitstellung des Fensters 125 verwendet werden, im wesentlichen unter einem Brewster-Winkel angeordnet sein, um den Verlust im P-Polarisationszustand zu minimieren. Wir haben eine Eliminierung von polarisationsabhängigen Effekten der ODL 90 demonstriert, indem ein Objektträger in der Nähe des Brewster-Winkels derart plaziert wurde, daß der Strahlungsstrahl viermal (4) durch ihn hindurchläuft (wobei sowohl der Strahl, der zum drehbaren Scanspiegel 140 geht, als auch der von dort zurückkehrende Offsetstrahl geschnitten werden).
  • Wie wohlbekannt ist, ist es oftmals erforderlich, die Leistung im Referenzweg eines optischen Interferometers mit niedriger Kohärenz zu dämpfen, um die Empfindlichkeit des OCT-Systems zu optimieren. Eine Dämpfung des Strahlungsstrahls kann gleichzeitig mit einer Polarisationskompensation erzielt werden, wenn das Fenster 125 ein optisches Dämpfungsglied mit Neutraldichte enthält, wobei solche optischen Dämpfungsglieder mit Neutraldichte aus einer großen Vielzahl kommerzieller Quellen erhältlich sind.
  • Obwohl die oben beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angibt, daß das Fenster 125 so plaziert ist, daß ein Strahlungsstrahl in der ODL 190 viermal (4) durch es hindurchläuft, ist die vorliegende Erfindung nicht so eingeschränkt. Tatsächlich zählen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Ausführungsformen, wo das Fenster 125 so durch die Strahlwege der ODL 190 verteilt ist, daß: (a) in einigen Ausführungsformen ein Strahl das Fenster 125 zweimal (2) durchläuft; (b) bei einigen Ausführungsformen ein Strahl einen Abschnitt einer verteilten Ausführungsform des Fensters 125 viermal (4) durchläuft und einen anderen Abschnitt einer verteilten Ausführungsform des Fensters 125 zweimal (2) und (c) so weiter.
  • Wie oben beschrieben wurde, besteht ein weiteres Problem mit der ODL 90 in der Schwierigkeit, beim Einstellen der optischen Weglänge zum Kompensieren von Differenzen bei der optischen Weglänge zwischen einem Referenzweg und einem Probeweg eines optischen Inteferometers mit geringer Kohärenz die Ausrichtung beizubehalten. Dieses Problem wird mit dem Zusatz gelöst, daß die Spitze der Faser 100, das Kollimatorlinsensystem 110 und der Spiegel 150 so in einer Haltevorrichtung 185 montiert sind, daß sie als eine Einheit in der axialen Richtung bewegt werden, um die Weglänge einzustellen. Die Haltevorrichtung 185 kann durch einen Translationsmechanismus bewegt werden, wobei der Translationsmechanismus unter Verwendung eines beliebigen nicht gezeigten Translationsmechanismus hergestellt werden kann, der dem Durchschnittsfachmann wohlbekannt ist, wie etwa ein Schrittmotor und eine Schraube, ein Linearmotor und dergleichen. Diese Anordnung löst das Ausrichtungsproblem aus den folgenden Gründen. Das Gitter 120, das Linsensystem 130 und der Spiegel 140 wirken als Gruppe als ein Retroreflektor. Somit sind in einer gut ausgerichteten ODL 290 Strahlen im Strahlungsstrahl, die das Kollimatorlinsensystem 110 verlassen und auf den Spiegel 150 auftreffen, immer parallel. Wenn der Spiegel 150 orthogonal zu dem die Kollimatorlinse 110 verlassenden Strahlungsstrahl gehalten wird, wird die Ausrichtung der ODL 290 relativ unempfindlich sein gegenüber Änderungen bei der Position oder dem Winkel dieses Strahls.
  • Die erfindungsgemäße optische Verzögerungsleitung kann in LCI (Low Coherence Interferometry), OCT (Optical Coherence Tomography) oder andere optische Entfernungsmessungs- und Bildgebungstechniken auf Interferometerbasis integriert werden. Beispielsweise wird die erfindungsgemäße optische Verzögerungsleitung in OCT-Systemen verwendet, um ein Scannen der optischen Weglänge des Referenzwegs mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung von Heterodyn- oder Homodyndetektion zu ermöglichen. Eine derartige Hochgeschwindigkeits-OCT-Bildgebung kann in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden (z.B. medizinische in-vivo-Bildgebung in menschlichem Gewebe). Zu medizinischen Anwendungen der erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsleitung in der OCT-Bildgebung zählen unter anderem medizinische diagnostische in-vivo-Bildgebung des Vaskulärsystems, des Magen-Darm-Kanals, des Harnapparats, der Atemwege, des Nervensystems, von embryonalem Gewebe, OB/GYN-Gewebe und vielen anderen Innenorgansystemen des Menschen. Zu weiteren medizinischen Anwendungen zählen ein schnell scannendes OCT-System zum Ausführen des Führens eines chirurgischen Eingriffs. Die erfindungsgemäße optische Verzögerungsleitung kann auch in der OCT-Bildgebung für nicht-medizinische Anwendungen verwendet werden, einschließlich Bildgebung in biologischen Proben, Materialien, Verbundwerkstoffen, Halbleitern, Halbleiterbauelementen und Bausteinen und anderen Anwendungen, die eine Hochgeschwindigkeitsbildgebung erfordern.
  • Der Fachmann erkennt, daß die vorausgegangene Beschreibung nur zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt worden ist. Sie soll als solche nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die präzise offenbarte Form beschränken. Beispielsweise beinhalten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch alle der in dem '645er Patent offenbarten Vorrichtungen auf Gitterbasis mit einer Einfach- oder Doppeldurchgangsgeometrie wie etwa ohne Einschränkung: (a) die gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung, in einer Einfachdurchgangskonfiguration bzw. einer Doppeldurchgangskonfiguration in den 1A und 1B des '645er Patents gezeigt; (b) die gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung unter Verwendung eines akustooptischen Modulators („AOM") und eines Reflexionsgitters zum Scannen eines Eingangsstrahls, in 2 des '645er Patents gezeigt (in 2 scannt der AOM einen Einfallswinkel ϑi, und bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Teleskop zwischen dem AOM und dem Gitter verwendet); (c) die gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung unter Verwendung eines akustooptischen Modulators und eines Beugungsgitters zum Scannen eines Eingangsstrahls, in 3 des '645er Patents gezeigt; (d) die gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung unter Verwendung eines scannenden Spiegels, um den Gittereingangswinkel zu ändern, in 4 des '645er Patents gezeigt (wie in dem '645er Patent beschrieben ist ein Teleskop zwischen dem scannenden Spiegel und dem Gitter angeordnet, um das Strahlabwandern am Spiegel zu verhindern; (e) die gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung unter Verwendung eines steuerbaren Gitters, in 5 des '645er Patents gezeigt; (f) die gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung unter Verwendung eines radial gescannten, kreisförmigen holographischen optischen Elements, in 6 des '645er Patents gezeigt; (g) die Spiegelkonfiguration zur Impulsformung, in 11 des '645er Patents gezeigt; (h) die gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung in einer Doppeldurchgangskonfiguration, in 13 des '645er Patents gezeigt; (i) die gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung mit Elementen, die modifiziert werden können, um die scannende Gruppenverzögerung zu ändern, in 14 des '645er Patents gezeigt; (j) die gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung unter Verwendung eines scannenden Gitters, in 16 des '645er Patents gezeigt; (k) die scannende optische Verzögerungsleitungsvorrichtung unter Verwendung eines rotierenden kreisförmigen holographischen optischen Elements zum Erzeugen einer scannenden Gruppenverzögerung, in 17 des '645er Patents gezeigt; (1) die scannende optische Verzögerungsleitungsvorrichtung unter Verwendung eines akustooptischen Modulators und eines Beugungsgitters, in 18 des '645er Patents gezeigt; (m) die gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung unter Verwendung eines scannenden Spiegels mit seiner von der optischen Achse versetzten Rotationsachse, in 20 des '645er Patents gezeigt; und (n) die gitterbasierte optische Phasensteuerungsverzögerungsleitung unter Verwendung eines Polygonspiegels mit seiner von der optischen Achse versetzten Rotationsachse, in 21 des '645er Patents gezeigt.

Claims (2)

  1. Optische Verzögerungsleitung (290), die folgendes umfaßt: ein Kollimatorlinsensystem (110), ein Gitter (120), das so angeordnet ist, daß es von dem Kollimatorlinsensystem ausgegebene Strahlung empfängt; ein Kollektorlinsensystem (130), das so ausgelegt ist, daß es zumindest einen Teil der von dem Gitter gebeugten Strahlung empfängt; einen drehbaren Spiegel (140), der im wesentlichen in einer hinteren Brennebene des Kollektorlinsensystems angeordnet ist; und einen Reflektor (150), der so angeordnet ist, daß er mindestens einen Teil der von dem Gitter gebeugten Strahlung reflektiert; dadurch gekennzeichnet, daß das Kollimatorlinsensystem (110), der Reflektor (150) und ein Ausgabeende einer optischen Faser in einer Einheit (185) befestigt sind, wobei die Einheit durch einen Translationsmechanismus bewegt werden kann.
  2. Bildgebungssystem zum Abbilden einer Probe umfassend eine optische Quelle, die in der Lage ist, ein optisches Signal mit einem optischen Spektrum zu erzeugen; ein Interferometer, das mit der optischen Quelle in Kommunikation steht; einen Detektor, der mit dem Interferometer in optischer Kommunikation steht; und eine optische Verzögerungsleitung nach Anspruch 1.
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