DE69821610T2

DE69821610T2 - Gitter-basierte optische verzögerungsleitung zur phasensteuerung

Info

Publication number: DE69821610T2
Application number: DE69821610T
Authority: DE
Inventors: J. Guillermo TEARNEY; E. Brett BOUMA; G. James FUJIMOTO
Original assignee: Massachusetts Institute of Technology
Current assignee: Massachusetts Institute of Technology
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2018-05-16
Also published as: JP2001527659A; DE69821610D1; WO1998052021A1; EP0981733B1; CA2289598C; CA2289598A1; JP4065963B2; EP0981733A1

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht Priorität gegenüber der gleichzeitig anhängigen vorläufigen Patentanmeldung Serien-Nr. 60/046 739, eingereicht am 16. Mai 1997, deren Gesamtheit hier durch Bezug aufgenommen wird.
Staatliche Unterstützung
Die Erfindung wurde mit staatlicher Unterstützung gemäß dem Vertrag mit der Nr. NIH-RO1-EY11289-10, der von dem National Institutes of Health vergeben wurde, dem Vertrag mit der Nr. N00014-94-1-0717, der von U.S. Office of Naval Research vergeben wurde, und dem Vertrag mit der Nr. F49620-95-1-0221, der von dem U.S. Air Force Office of Scientific Research vergeben wurde, durchgeführt. Die Regierung hat bestimmte Rechte an der Erfindung.
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der optischen Messung mittels einer schnellen optischen Abtastverzögerungsleitung und insbesondere auf das Gebiet der optischen Kohärenz-Tomographie.
Hintergrund
Für viele Anwendungen bei der optischen Entfernungsmessung und bei der optischen Bilderzeugung mittels interferometrisch-gestützten Techniken ist es notwendig, eine optische Abtastverzögerungsleitung als eine Komponente der Messvorrichtung zu verwenden. Eine herkömmliche optische Abtastverzögerungsleitung erzeugt eine Verzögerung durch Ausbreiten des optischen Strahls durch eine variable Weglänge. Eine derartige Verzögerungsleitung erzeugt eine Änderung in der Phasenverzögerung und der Gruppenverzögerung, die durch die geometrische Weglänge geteilt durch die Phasengeschwindigkeit bzw. Gruppengeschwindigkeit von Licht in dem Ausbreitungsmedium bestimmt wird.
Vorhergehende Abtastvorrichtungen der optischen Verzögerung haben sich hauptsächlich auf die Abtastung der optischen Weglänge gestützt, um eine verzögerte Abtastung zu erreichen. Vorrichtungen, die lineare Aktuatoren, rotierende Spiegel oder Nocken-angetriebene lineare Laufschienen verwenden, wurden gezeigt. Die meisten aktuellen mechanischen optischen Abtastverzögerungsleitungen sind aufgrund der Anwesenheit von Bewegungsartefakten nicht schnell genug, um eine In-vivo-Bilderzeugung zu ermöglichen. Piezoelektrische Dehnungseinrichtungen für optische Fasern, die ein schnelles Abtasten ermöglichen, wurden gezeigt, wobei sie jedoch unter hohen Leistungsanforderungen, nichtlinearer Streifenmodulation aufgrund von Hysterese und Drift, nichtkompensierten Dispersionsfehlanpassungen und schlechter mechanischer und Temperaturbeständigkeit leiden. Außerdem wurde das Konzept des Verwendens eines Systems von Beugungsgittern und Linsen für das Dehnen und Komprimieren von kurzen optischen Impulsen, die Impulsformung und die Phasensteuerung gezeigt. Eine Kombination einer Gitter- und Linsenvorrichtung wurde für die Abtastverzögerung in einem Autokorrelator für kurze Impulse gezeigt. Die Vorrichtung erzeugt eine Änderung in der Gruppenverzögerung durch Winkeleinstellung eines Spiegels, wobei sie jedoch nicht ermöglicht, die Phasenverzögerung unabhängig von der Gruppenverzögerung einzustellen.
Derartige Verzögerungsleitungen sind beim Durchführen einer optischen Kohärenz-Tomographie (OCT = Optical Coherence Tomography) nützlich. OCT ist eine relativ neue optische Bilderzeugungstechnik, die Interferometrie niedriger Kohärenz verwendet, um hochauflösende Entfernungsmessung und Querschnittsbilderzeugung durch Beleuchten des abzubildenden Objekts mit Licht niedriger Kohärenz und Messen des rückreflektierten oder rückgestreuten Lichts als eine Funktion der Zeitverzögerung oder Entfernung durchführt. Optische Entfernungsmessung und Bilderzeugung in Gewebe wird häufig mittels eines modifizierten Michelson-Interferometers oder einer anderer Art von Interferometer durchgeführt. Eine Präzisionsmessung der optischen Entfernung ist möglich, da Interferenz nur beobachtet wird, wenn die optische Weglänge zu den streuenden Merkmalen innerhalb des Probenkörpers und der Bezugsweg der optischen Weglänge innerhalb der Kohärenzlänge des Lichts übereinstimmen.
Der axiale Reflexionsgrad von Strukturen innerhalb des Specimen wird typischerweise durch Verändern der Bezugszweiglänge mittels eines mechanischen linearen Abtast-Galvanometer-Umsetzers und durch Digitalisieren der Größe der demodulierten Interferenzhüllkurve oder direkten Digitalisierung der Streifen erhalten. Ein Querschnittsbild wird durch Aufzeichnen von axialen Reflexionsgradprofilen erzeugt, während die Position des optischen Strahls an der abzubildenden Probe abgetastet wird. Eine derartige Bilderzeugung kann durch verschiedene optische Zuführungssysteme, wie beispielsweise einem Mikroskop, einer handgehaltenen Sonde, einem Katheder, einem Endoskop oder einem Laparoskop durchgeführt werden.
Die WO 92/19930 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen einer optischen Bilderzeugung an einer Probe, wobei die longitudinale Abtastung oder Positionierung in der Probe entweder durch Verändern der relativen optischen Weglängen für einen zu der Probe und zu einem Bezugsreflektor führenden optischen Weg, oder durch Verändern einer optischen Charakteristik der Ausgabe von einer an die Vorrichtung angelegten optischen Quelle bereitgestellt wird. Eine transversale Abtastung in einer oder mehreren Dimensionen wird an der Probe durch Bereitstellen einer gesteuerten relativer Bewegung zwischen der Probe und einem Sondenmodul in einer derartigen Richtung und/oder durch Lenken von optischer Strahlung in dem Sondenmodul zu einer ausgewählten transversalen Position bereitgestellt. Das Sondenmodul kann ein externes Modul, oder ein Endoskop oder Angioskop sein, das zum Abtasten von internen Kanälen benutzt wird.
Die US-A-3 961 844 offenbart einen optischen Impulspositions-Modulator, der durch ein Beugungsgitter (oder einer anderen Auflösungsvorrichtung für ein optisches Spektrum) in Kombination mit einer geeigneten Steuerungsvorrichtung, wie beispielsweise einem dreieckigen elektro-optischen Prisma, bereitgestellt wird. Diese Steuerungsvorrichtung führt eine frequenzabhängige Phasenverschiebung in den optischen Impuls ein, die proportional zu der Differenz zwischen der Frequenz jeder Fourier-Komponente des Impulses und der Mittenfrequenz ist. Dadurch wird bei der Rekonstruktion des Impulses durch Reflexion zurück zu dem Beugungsgitter die Impulsposition zeitlich gemäß der gesteuerten Phasenverschiebung verschoben. Eine derartige Vorrichtung weist einen relativ höheren Wirkungsgrad als herkömmliche optische Verzögerungsleitungen beispielsweise für Picosekunden-Impulse im sichtbaren Bereich des Spektrums auf, wie berichtet wird.
Die US-A-3 549 239 offenbart eine optische Verzögerungsleitungsvorrichtung gemäß der Präambel von Anspruch 1. Die vorliegende Erfindung in ihren verschiedenen Aspekten wird durch die Merkmale der kennzeichnenden Teile dieses Anspruchs gekennzeichnet. Optionale Merkmale werden in den abhängigen Ansprüchen angeführt.
Zusammenfassung der Erfindung
Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Abtastverzögerungsleitungen ist die Änderung in der Phasenverzögerung mittels einer Gitter-gestützten Phasensteuerungsverzögerungsleitung unabhängiger von der Änderung in der Gruppenverzögerung einstellbar, so dass, wenn die Verzögerungsleitung in Verbindung mit einem Interferometer verwendet wird, die Modulation von Interferenzstreifen, die durch die Verzögerungsleitungs-Abtastung erzeugt werden, genauer gesteuert werden kann. Bei einer Ausführungsform dispergiert ein Beugungsgitter einen optischen Strahl in unterschiedliche Spektralfrequenz- oder Wellenlängen-Komponenten, die von einer Linse kollimiert werden. Ein Spiegel wird eine Brennweite entfernt von der Linse angeordnet, und die Änderung der Gitterfurchendichte, des Gittereingangswinkels, des Gitterausgangswinkels oder der Spiegelneigung erzeugt eine Änderung in der optischen Gruppen- und Phasenverzögerung. Insbesondere steuert, wenn die Spiegelneigung eine Änderung in der Gruppenverzögerung erzeugt, der Versatz des Strahls mit Bezug auf die Mittelachse der Neigung die Phasenverzögerung und die resultierende Modulationsfrequenz an dem Interferometer. Wenn das Gitter-Linsenpaar auf die Mittelachse des geneigten Spiegels einfällt, wird außerdem eine Gruppenverzögerung ohne Änderung der Phasenverzögerung erzeugt. Dann können andere externe Modulationstechniken angewendet werden, um die Modulationsfrequenz der Interferenzstreifen zu steuern, oder eine OCT-Erfassung kann direkt am Basisband mittels einer Phasen-Diversity-Homodynerfassungstechnik durchgeführt werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ermöglicht die Vorrichtung, dass optische Verzögerungen durch Abtasten eines Winkels eines Spiegels abgetastet werden, womit eine optische Verzögerungsabtastung mit höherer Geschwindigkeit als bei herkömmlichen optischen Verzögerungsleitungen bereitgestellt wird, die typischerweise eine longitudinale oder Bereichsabtastung von Spiegeln oder anderen optischen rückreflektierenden Elementen erfordern. Bei anderen Ausführungsformen ermöglicht die Vorrichtung eine Hochgeschwindigkeitsabtastung durch Verändern der Periodizität eines akustisch-optisch erzeugten Beugungsgitters oder anderer Vorrichtungsparameter. Da interferometrische optische Entfernungsmessungs- und Bilderzeugungstechniken von der Modulationsfrequenz der durch das Interferometer erzeugten Interferenzstreifen abhängen, ermöglicht diese Vorrichtung die Ausgestaltung von interferometrischen Entfernungs- und Bilderzeugungssystemen höherer Leistung.
Die optische Verzögerungsleitungsvorrichtung ist ausgestaltet, so dass sie mit Interferometrie niedriger Kohärenz (LCI = Low Coherence Interferometry), optischer Kohärenz-Tomographie (OCT = Optical Coherence Tomography) oder anderen interferometrisch gestützten optischen Entfernungs- und Bilderzeugungstechniken verwendet werden kann. Diese Vorrichtung ist besonders für die Implementierung von OCT bei Anwendungen nützlich, die eine Hochgeschwindigkeitsbilderzeugung erfordern, da diese Anwendungen eine Hochgeschwindigkeitsabtastung der optischen Verzögerung erfordern. Bei medizinischer Bilderzeugung oder In-vivo-Bilderzeugungsanwendungen ermöglicht die Vorrichtung eine Hochgeschwindigkeitsbilderzeugung, indem die Unschärfe von Bewegungs-Artefakten verringert oder eliminiert wird, und eine Echtzeit-Visualisierung ermöglicht wird. Die medizinischen Anwendungen dieser Vorrichtung bei der OCT-Bilderzeugung umfassen, wobei sie jedoch nicht darauf beschränkt sind, medizinische In-vivo-Diagnosebilderzeugung des Gefäßsystems; des gastrointestinalen Trakts; des Harntrakts; der Atemwege; des Nervensystems; des embryonischen Gewebes; des OB/GYN-Gewebes und allen anderen internen menschlichen Organsystemen. Weitere medizinische Anwendungen umfassen ein OCT-System mit schneller Abtastung zum Durchführen eines geführten chirurgischen Eingriffs. Diese Vorrichtung kann ebenfalls bei der OCT- Bilderzeugung für nicht medizinische Anwendungen, einschließlich der Bilderzeugung bei biologischen Specimen, Werkstoffen, Verbundwerkstoffen, Halbleitern, Halbleitervorrichtungen und Gehäusen sowie bei anderen Anwendungen, die eine Hochgeschwindigkeitsbilderzeugung erfordern, verwendet werden.
Die hier vorgelegten optischen Verzögerungsleitungen der Erfindung sind eine Verbesserung gegenüber existierenden mechanischen Verzögerungsleitungen, da die Durchlaufgeschwindigkeit der Abtastung erhöht werden kann, und die Phasenverzögerung und Gruppenverzögerung der Abtastung unabhängiger gesteuert werden können. Diese Entkopplung der Gruppenverzögerung und Phasenverzögerung ermöglicht die Steuerung der Streifenmodulation auf eine vorher durch andere optische Verzögerungsabtastverfahren nicht möglichen Art und Weise. Außerdem kann das offenbarte Verzögerungsschema ohne bewegliche Teile verwirklicht werden. Schließlich kann diese optische Verzögerungsleitungsvorrichtung in OCT-Systemen aufgenommen werden, um eine optische Weglängenabtastung mit einem Hochgeschwindigkeitsbezugszweig mittels Überlagerungs- oder Homodynerfassung zu ermöglichen. Diese Abtasttechnologie ist für die Hochgeschwindigkeits-OCT-Bilderzeugung für eine Vielfalt von Anwendungen notwendig (z. B. medizinische In-vivo-Bilderzeugung in menschlichem Gewebe). Es wurde gezeigt, dass OCT eine zehnmal größere Auflösung als intravaskulärer Ultraschall (IVUS) und endoskopischer Ultraschall (EUS) bei der Anwendung zum Diagnostizieren von Gewebepathologie aufweist. Ähnliche Befunde haben gezeigt, dass OCT zum Durchführen einer Hochauflösungsbilderzeugung von anderen Organsystemen, einschließlich der Haut und des gastrointestinalen Trakts, klinisch nützlich sein kann.
Die Verzögerungsleitung umfasst gemeinsame optische Komponenten, weist mäßige Leistungsanforderungen auf, erzeugt wiederholbare und steuerbare optische Verzögerungen und ist temperaturbeständig. Außerdem kann, da die Phasenverzögerung und die Gruppenverzögerung einstellbar sind, die Modulationsfrequenz, die bei interferometrischen Bilderzeugungstechniken erzeugt wird, gesteuert werden, womit die Erfassungselektronik vereinfacht wird. Dies ist besonders für Erfassungsszenarios bedeutsam, die eine direkte elektronische Digitalisierung (A/D-Wandlung) des erfassten optischen Interferenzsignals beinhalten.
Die Gitter-gestützte phasengesteuerte optische Verzögerungsleitung erzeugt eine optische Gruppen- und Phasenverzögerung durch Dispergieren des Spektrums mit einem Gitter und Anlegen einer zeitlich modulierten linearen wellenlängenabhängigen Phase. Die lineare wellenlängenabhängige Phase kann durch Reflektieren des von einem geneigten Spiegel verteilten Spektrums erreicht werden. Wenn der Winkel des Spiegels schnell abgetastet wird, wird eine zeitabhängige optische Gruppenverzögerungsleitung erzeugt. Die optische Verzögerungsleitung kann dann in den Bezugszweig eines Interferometers zum Durchführen einer Hochgeschwindigkeits-OCT eingefügt werden.
Die Phasensteuerungsverzögerungsleitung ist leistungsstark, da sie ermöglicht, dass eine Gruppenverzögerung durch Abtastung des Winkels eines Strahls anstatt des Benutzens einer mechanischen linearen Verschiebung erzeugt wird, um die optische Weglänge zu verändern. Die Phasensteuerungsverzögerungsleitung ermöglicht ebenfalls eine Flexibilität bei der Überlagerungs- oder ZF-Schwebungsfrequenz. Handelsüblich verfügbare mechanische Strahlenscanner, wie beispielsweise das Galvanometer, der Resonanzscanner, der Drehpolygonspiegel und holographische optische Abtastelemente sind eine bis zwei Größenordnungen schneller als mechanische lineare Umsetzer. Außerdem kann eine schnelle optische Strahlabtastung durch Vorrichtungen, wie beispielsweise akustisch-optische Modulatoren durchgeführt werden, die keine beweglichen Teile enthalten. Diese Komponenten werden bei einer Vielfalt von Anwendungen, wie beispielsweise bei Strichcodelesern, Laserdruckern und Echtzeit-Videoabtastsubsystemen, verwendet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Diese Erfindung wird besonders in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die obigen und weiteren Vorteile dieser Erfindung können besser mit Bezug auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in denen zeigen:
1A und 1B Blockdiagramme einer Gitter-gestützten optischen Phasensteuerungsverzögerungsleitung in einer Einzeldurchlaufkonfiguration bzw. einer Doppeldurchlaufkonfiguration;
2 ein Blockdiagramm einer Gitter-gestützten optischen Phasensteuerungsverzögerungsleitung mittels eines akustisch-optischen Modulators und eines Reflexionsgitters, um einen Eingangsstrahl abzutasten;
3 ein Blockdiagramm einer Gitter-gestützten optischen Phasensteuerungsverzögerungsleitung mit einem akustisch-optischen Modulator und einem Beugungsgitter, um einen Eingangsstrahl abzutasten;
4 ein Blockdiagramm einer Gitter-gestützten optischen Phasensteuerungsverzögerungsleitung mit einem Abtastspiegel, um den Gittereingangswinkel zu ändern;
5 ein Blockdiagramm einer Gitter-gestützten optischen Phasensteuerungsverzögerungsleitung mit einem lenkbaren Gitter;
6 ein Blockdiagramm einer Gitter-gestützten optischen Phasensteuerungsverzögerungsleitung mit einem radial abgetasteten kreisförmigen holographischen optischen Element;
7 ein Blockdiagramm einer Gitter-gestützten optischen Phasensteuerungsverzögerungsleitung mit einem Abtastspiegel;
8 ein Blockdiagramm eines maschinell verarbeiteten Polygons mit reflektierenden Facetten, die als ein Abtastspiegel verwendet werden können;
9A und 9B zeigen ein kreisförmiges holographisches optisches Element, das als ein Beugungsgitter bei einer Gitter-gestützten optischen Phasensteuerungsverzögerungsleitung verwendet werden kann;
10 ein Blockdiagramm einer generischen Impulsformungsvorrichtung zur Verzögerungsleitungsabtastung bei OCT-Systemen;
11 ein Blockdiagramm einer geneigten Spiegelkonfiguration zur Impulsformung;
12 ein Blockdiagramm einer Gitter-gestützten optischen Phasensteuerungsverzögerungsleitung g bei einem OCT-System;
13 ein Blockdiagramm einer Gitter-gestützten optischen Phasensteuerungsverzögerungsleitung bei einer Doppeldurchlaufkonfiguration;
14 eine Gitter-gestützte phasengesteuerte optische Verzögerungsleitung mit Elementen, die modifiziert werden können, um die Abtastgruppenverzögerung zu ändern;
15 eine graphische Auftragung einer Weglängenverzögerung als eine Funktion des Gittereingangswinkels θ_i;
16 ein Blockdiagramm einer Gitter-gestützten optischen Phasensteuerungsverzögerungsleitung mit einem Abtastgitter;
17 ein Blockdiagramm einer optischen Abtastverzögerungsleitungsvorrichtung mit einem sich drehenden kreisförmigen holographischen optischen Element, um eine Abtastgruppenverzögerung zu erzeugen;
18 ein Blockdiagramm einer optischen Abtastverzögerungsleitungsvorrichtung mit einem akustisch-optischen Modulator und einem Beugungsgitter;
19 eine graphische Auftragung der von der Vorrichtung von 18 erzeugten Weglängenverzögerung als eine Funktion der HF-Treiberfrequenz;
20 ein Blockdiagramm einer Gitter-gestützten optischen Phasensteuerungsverzögerungsleitung mit einem Abtastspiegel, dessen Drehachse von der optischen Achse versetzt ist; und
21 ein Blockdiagramm einer Gitter-gestützten optischen Phasensteuerungsverzögerungsleitung mit einem Polygonspiegel, dessen Drehachse von der optischen Achse versetzt ist.
Ausführliche Beschreibung
Die optische Gruppenverzögerungsabtastung kann durch Abtasten der Komponenten oder Parameter des Systems in einer Vielfalt von Wegen erreicht werden. Bei einer Ausführungsform (1A) umfasst die Gitter-gestützte phasengesteuerte optische Verzögerungsleitung ein Beugungsgitter 10 mit einer Gitterkonstante (d) und einer Linse 14. Ein Spiegel 18 ist ungefähr eine Brennweite (f) entfernt von der Linse 14 angeordnet. Das Gitter 10 dispergiert das Spektrum des einfallenden optischen Strahls 22. Die Fourier-Transformation des dispergierten optischen Strahls 24 ist an dem Spiegel 18 vorhanden. Wenn der Spiegel 18 geneigt wird (Winkel γ), wird eine Phasenrampe oder lineare Phasenverschiebung des optischen Spektrums über den Spiegel 18 angelegt. Die inverse Fourier-Transformation des Spektrums wird erreicht, wenn sich das Licht durch die Linse 14 zurück zu dem Gitter 10 ausbreitet. Die inverse Fourier-Transformation einer linearen Phasenverschiebung ist eine Zeitverzögerung, daher führt sie, wenn das Licht von dem Spiegel 18 zurück reflektiert wird, zu einer zeitlichen Gruppenverzögerung des einfallenden Strahls 22. Änderungen in der Gruppenverzögerung können ebenfalls durch Ändern der Gitterfurchendichte (d), des Gittereingangswinkels (θ_i), des Gitterausgangswinkels (θ(d)) oder der Spiegelneigung (γ) dazu gebracht werden, aufzutreten. Eine doppelt durchlaufene Konfiguration (d. h., das reflektierte Licht 23 folgt näherungsweise dem einfallenden Lichtweg 22 in umgekehrter Richtung), wie es in 1b gezeigt ist, kann verwendet werden, um zu gewährleisten, dass der einfallende optische Weg 22 koaxial mit dem reflektierten optischen Weg 23 ist. Die doppelt durchlaufene Konfiguration verbessert somit die Kopplung des reflektierten Strahls 23 zurück in die Optik, die verwendet wird, um den einfallenden Strahl zu senden.
Mit Bezug auf 12 umfasst ein OCT-System mit einer optischen Abtastverzögerungsleitung 11 ein Interferometer mit einem Bezugsweg 13, einem Probenweg 15, einem Teiler/Kombinierer 19, einer Breitbandquelle 31, einem Detektor 11 und einem Prozessor 25. Die optische Abtastverzögerungsleitung 11 ist an dem Ende des Bezugszweigs 13 des Interferometers angeordnet. Der Probenzweig 15 umfasst ein Sondenmodul 27, um Licht zu der Probe 29 zu lenken und von der Probe 29 gestreutes Licht zu sammeln.
Bei einigen Ausführungsformen werden die Gitterfurchendichte (d) und der Gittereingangswinkel (θ_i) mittels eines akustisch-optischen Modulators 28 (AOM) verändert (2 und 3). Ein AOM 28 kann einen Strahl ohne Verwenden irgendwelcher beweglichen Teile abtasten. Der AOM 28 bildet eine Hochfrequenzschallwelle in einem Kristall, die mit dem Kristall wechselwirkt, um ein Gitter mit veränderlichem Brechungsindex zu bilden. Akustische Energie wird zu dem Kristall mittels eines kleinen piezoelektrischen Wandlers (PZT = piezoelectric transducer) oder eines anderem, an einem Ende befestigten Wandlers transferiert. Ein Hochfrequenz-Signal (HF-Signal) wird an den PZT angelegt, um eine akustische Welle in dem Kristall zu erzeugen. Diese akustische Welle verändert den Brechungsindex des Kristalls, um ein Bragg-Gitter zu erzeugen. Das von dem Gitter gebeugte Licht wird durch das Kristall mit einem durch die Gitterkonstante bestimmten Winkel durchgelassen. Wenn die HF-Frequenz abgetastet wird, ändert sich die Gitterkonstante, wobei der Winkel geändert wird. In 2 tastet der AOM den Einfallswinkel θ_i ab. In 3 wird die AOM-Dispersion des einfallenden Strahls 22 vergrößert, indem durch den AOM 28 durchgelassenes Licht durch ein Beugungsgitter 32 gelenkt wird. Das zweite Gitter 10,32 wird verwendet, um die von dem AOM 28 erzeugte Dispersion und die Gruppenverzögerung zu erhöhen. Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Teleskop zwischen dem AOM 28 und dem Gitter 10 verwendet, wie es in 2 gezeigt ist.
Eine Konfiguration mit einem AOM 28 weist den zusätzlichen Vorteil keiner beweglichen Teile bei der schnellen optischen Abtastverzögerungsleitung auf. Außerdem kann diese Konfiguration höhere Abtastgeschwindigkeiten als viele existierende Verfahren erreichen. Außerdem können Änderungen in der Kopplungs- und Phasenstreifenmodulationsfrequenz durch Anlegen eines kundenspezifischen AOM-HF-Eingangssignals kompensiert werden. Wenn die Amplitude des gebeugten Lichts beispielsweise mit dem AOM-Abtastwinkel abfällt, dann kann die HF-Treiberamplitude erhöht werden, um zu kompensieren. Bedeutsamer ist, dass, wenn der Ausgangswinkel mit der HF-Treiberfrequenz nicht linear ist, der HF-Treibersignalverlauf von einem einzelnen Sägezahn- oder Dreiecksignalverlauf eingestellt werden kann, um einen linearen Ausgangswinkel oder anderen gewünschten Ausgangswinkel (z. B. einen sinusförmigen Ausgangswinkel) als eine Funktion der Zeit zu kompensieren.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform (4) arbeitet die mechanische optische Verzögerungsabtastvorrichtung durch Ändern des Gittereingangswinkels (θ_i) mittels eines Polygonabtastspiegels 34, eines Galvanometers, eines Resonanzscanners oder einer piezoelektrischen Spiegelneigungseinrichtung in dem Weg des einfallenden Strahls 22. Ein Teleskop 36 wird zwischen dem Abtastspiegel 34 und dem Gitter 10 angeordnet, um Strahlenwegwandern an dem Gitter 10 zu vermeiden. Wenn γ ungleich Null ist, wird die Verzögerung abgetastet, wenn der Winkel des Spiegels 34 abgetastet wird.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform (5) kann das Gitter 10 ebenfalls physikalisch oder mechanisch im Winkel mittels eines Galvanometers, eines Resonanzscanners oder einer piezoelektrischen Spiegelneigungseinrichtung abgetastet werden. Beispielsweise kann ein kleines leichtes Gitter an der sich drehenden Welle eines Galvanometers angeordnet werden, um ein lenkbares Gitter 10 zu erreichen.
Bei einer Ausführungsform, bei der das Gitter 10 ein kreisförmiges holographisches optisches Element (HOE) 40 ist, kann das Gitter 40 radial abgetastet werden (6). Das HOE 40 ändert den durchgelassenen Beugungswinkel (Δθ) eines Strahls, wenn es gedreht wird. Eine einfache Konfiguration besteht aus einem kreisförmigen Element 42 mit Keilunterabschnitten 44 (9a). Jeder Keil besteht aus einem Beugungsgitter mit einer Gitterkonstante (d), die sich als eine Funktion eines Winkels (θ) ändert (9b). Wenn das HOE 42 gedreht wird, ändern sich d und Δθ(λ), wobei eine sich verändernde Gruppenverzögerung erzeugt wird. Wenn das HOE 42 mittels eines Hochgeschwindigkeitsmotors gedreht wird, beugt die Änderung in der Gitterkonstante d den Strahl mit einem unterschiedlichen Winkel θ. Gewöhnlich wird der holographische Scanner 42 nur mit monochromatischem Licht verwendet. Das Gitter 10 kann eine Quelle mit breiter Bandbreit räumlich dispergieren. Diese Eigenschaft ist für die Phasensteuerung vorteilhaft, da das sich drehende HOE-Gitter sowohl das Gitter 10 als auch den Winkelscanner 18, 34 ersetzen kann (1 bzw. 4).
Bei noch einer weiteren Ausführungsform (7) kann entweder bei einer Einzeldurchlauf- oder Doppeldurchlauf-Konfiguration der Winkel (γ) des Spiegels 18, der dem Gitter 10 und der Linse 14 folgt, mittels eines Polygonabtastspiegels, eines Galvanometers, eines Resonanzscanners oder einer piezoelektrischen Spiegelneigungseinrichtung abgetastet werden.
Ein Polygonabtastspiegel 46 (8) besteht aus einem maschinell verarbeiteten Polygon 47 mit hochreflektierenden Facetten 48. Ein Hochgeschwindigkeitsmotor (nicht gezeigt) wird verwendet, um das Polygon 47 zu drehen. Wenn sich das Polygon 47 dreht, wird der Eingangsstrahl 22 von einer der Facetten 48 wegreflektiert, wobei eine Winkelabtastung erzeugt wird. Da Luftlagermotoren verfügbar sind, die bis zu 40000 Umdrehungen pro Minute abtasten können, ist ein Polygonabtastspiegel 46 mit 24 Facetten 48 imstande, 16000 Winkelabtastungen pro Sekunden erzeugen. Diese Technologie ist zum Erzeugen von linearen Winkelabtastungen bei hohen Geschwindigkeiten gut geeignet.
Ein für die lineare mechanische Abtastung einer optischen Verzögerung verwendetes Galvanometer umfasst einen an einem Hebelarm angebrachten Rückreflektor oder Tripelspiegel. Aufgrund von mechanischen Resonanzen und der großen Kraft, die erforderlich ist, um das relativ hohe Trägheitsmoment zu treiben, das einem an einem Hebelarm angebrachten Rückreflektor zugeordnet ist, beträgt die maximale Frequenz der Galvanometer-gestützten linearen Umsetzer typischerweise nur ungefähr 100 Hz. Das Galvanometer ist im Aufbau einem Drehmomentmotor ähnlich, der aus einem an einem sich bewegenden Magnetrotor angebrachten Spiegel besteht, der zwischen Statorspulen positioniert ist. Die Statorspulen können ein veränderliches Magnetfeld bereitstellen, das veranlasst, dass sich der Motor dreht. Ohne die große Masse eines Hebelarms ist diese Vorrichtung für eine Winkelabtastung mit hoher Linearität und Frequenzen bis zu einigen kHz geeignet. Abtastfrequenzen werden durch Verringern der Masse des Rotors und des befestigten Spiegels maximiert. Somit muss für hohe Abtastfrequenzen der Spiegel klein sein, was die maximale Strahlgröße auf dem Spiegel begrenzt. Eine lineare Winkelabtastung ist möglich, da das Galvanometer stark gedämpft ist, um ein Koppeln in seine natürlichen mechanischen Resonanzen zu verhindern.
Ein Resonanzscanner kann ebenfalls verwendet werden. Der Resonanzscanner schwingt nur bei oder nahe seiner mechanischen Resonanzfrequenz. Somit erzeugen Resonanzscanner eine sinusförmige Änderung im Winkel als eine Funktion der Zeit. Wenn die nahezu linearen Abschnitte der ansteigenden und abfallenden Flanken der sinusförmigen Winkelabtastung verwendet werden, kann ein 66%iger Tastgrad mit einer 2 : 1 Änderung in der Steilheit erreicht werden. Somit kann für Anwendungen, die eine lineare Winkelabtastung erfordern (z. B. OCT-Bilderzeugung, bei der die Interferenzausgabe des Interferometers erfasst und mittels eines festen Bandpassfilters demoduliert wird), der Resonanzscanner einen 66%iger Tastgrad mit einem Signal-Rausch-Abstand-Verlust (SNR loss = signal-to-noise loss) bereitstellen, der von der äquivalenten Rauschbandbreite (NEB = noise equivalent bandwidth) abhängig ist. Der Resonanzscanner kann jedoch bei Geschwindigkeiten bis zu 20 kHz schwingen, die seine Verwendung für eine Echtzeit-OCT-Bilderzeugung ermöglicht, wenn der verringerte Signal-Rausch-Abstand (SNR) annehmbar ist. Wenn jede Abtastung der optischen Verzögerung verwendet wird, um einen axialen Satz von Bildpixeln zu erfassen, dann entsprechen beispielhaft Bilder von 500 Pixeln mit 15 bis 30 Bildrahmen pro Sekunde Abtastfrequenzen von 7,5 bis 15 kHz.
Alternativ kann ein Resonanzgalvanometer mit resultierenden nichtlinearen Phasen- und Gruppenverzögerungen als eine Funktion von Zeit verwendet werden. Dieses nichtlineare Verhalten kann mittels einer elektronischen Nacherfassungsverarbeitung kompensiert werden, wie es in der Technik bekannt ist (z. B. ein Doppler-Verfolgungsempfänger). Für viele Verzögerungsleitungsanwendungen, wie beispielsweise OCT, ist es manchmal wünschenswert, eine IF- oder Überlagerungsfrequenz ungleich Null aufzuweisen, die sich ergibt, wenn die Ausgabe der Verzögerungsleitung interferometrisch mit einigem des durch die Verzögerungsleitung nicht übertragenen ursprünglichen Lichts kombiniert und photodetektiert wird. Durch Versetzen des Rotationszentrums des Neigungsspiegels 18 bezüglich des durch die Linse 14 laufenden Hauptstrahls, kann die Überlagerungsfrequenz eingestellt werden. Da die Phasen- und Gruppenverzögerung bei diesem Prozess entkoppelt sind, kann die Überlagerungsfrequenz ohne Beeinflussen der Gruppenverzögerung eingestellt werden. Wenn das Gitter 10 und die Linse 14 außerdem an einer Achse angeordnet sind, die die Achse des geneigten Spiegels 18 kreuzt, wird eine Gruppenverzögerung ohne Ändern der Phasenverzögerung erzeugt. Diese Konfiguration kann verwendet werden, um eine externe Modulation auf den Lokaloszillator anzuwenden, um die optische Überlagerungsfrequenz optimal an die Systemdemodulations-Elektronik anzupassen oder eine Homodynerfassung bei einem OCT-Bilderzeugungssystem durchzuführen.
Außerdem kann eine Konfiguration mit zweifachem Durchlauf bei allen oben beschriebenen Abtastverfahren verwendet werden, um sicherzustellen, dass der einfallende optische Lichtweg 22 koaxial mit dem reflektierten optischen Lichtweg ist. Somit beseitigt die Konfiguration mit zweifachem Durchlauf den seitlichen Versatz des reflektierten Strahls 23 (in 1 gezeigt) und verbessert somit den Kopplungswirkungsgrad zurück in den Lichtweg 22. Alle obigen Verfahren liefern einen Weg, sowohl die optische Gruppenverzögerung als auch die Phasenverzögerung zu ändern, womit eine Steuerung über die optische Streifenmodulationsfrequenz ermöglicht wird.
Die optische Verzögerung mittels Phasensteuerung kann, wenn sie mit der Winkelstrahlabtastung kombiniert wird, ein vielseitiges Verfahren zum Erzeugen einer optischen Abtastgruppenverzögerung sein. Die Phasensteuerung ist eine Technik, die ein Linsengitterpaar 10, 14 verwendet, um die zeitlichen Eigenschaften von ultraschnellen Impulsen durch Manipulieren des Spektrums zu ändern. Diese Technik wurde für die zeitliche Formgebung von ultraschnellen Impulsen verwendet. Eine schematische Darstellung der generischen Impulsformungsvorrichtung ist in 10 gezeigt. Die Impulsformungsvorrichtung besteht aus zwei identischen Reflexionsgitterlinsenpaaren 10, 14 und einer Amplitudenmaske (A(x)-Maske) und/oder Phasenmaske (ϕ(x)-Maske) 50, die auf halbem Wege zwischen beiden Linsen 14 und eine Brennweite f entfernt von diesen angeordnet ist. Das Gitter dispergiert das Spektrum des einfallenden optischen Strahls. Wenn der Abstand zwischen der Linse 14a und dem Gitter 10a gleich der Brennweite der Linse (d. h. L = f) ist, fällt die Fourier-Transformation des dispergierten optischen Strahls 24 an der Maske 50 an. Die Maske 50 modifiziert das Spektrum entweder durch Phasen- oder Amplitudenmodulation. Das modifizierte Spektrum wird von der zweiten Linse 14b einer Fourier-Transformation unterzogen, was eine Änderung des zeitlichen Profils des Impulses verursacht. Dieses Übertragungssystem kann für die Verzögerungsleitungsabtastung bei OCT-Systemen verwendet werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform benutzt die Impulsformungsvorrichtung eine gefaltete Geometriekonfiguration (11). Diese Konfiguration weist zwei Vorteile auf. Zuerst wird nur ein Gitterlinsenpaar 10, 14 verwendet. Außerdem ermöglicht die gefaltete Geometrie eine Rückkopplung in die Bezugszweig-Kollimationslinse 15 und die optische Faser 17 ohne zusätzliche optische Komponenten.
Eine Phasenmanipulation kann eine optische Gruppenverzögerung liefern, indem das Spektrum mit einem Gitter dispergiert und dann eine zeitlich modulierte lineare wellenlängenabhängigen Phase angelegt wird. Die wellenlängenabhängige Winkelbeugung des einfallenden kollimierten Strahls wird durch die Gittergleichung
angegeben, wobei m die Beugungsordnung des reflektierten Strahls 24, d der Gitterteilungsabstand des Gitters 10 und θ_i der Einfallswinkel auf das Gitter 10 ist.
Wenn L = f ist, wird jede Wellenlänge entlang der x-Achse nach der Linse an der Position x(λ) = ftan(θ0 – θ(λ)) (2)verteilt, wobei θ₀ der Beugungswinkel der Schwerpunktwellenlänge der Quelle λ₀ ist. Die Fourier-Transformation des Eingangsstrahls liegt nun in der Ebene des Spiegels 18. Da die Fourier-Transformation einer linearen Phasenrampe im Spektralbereich einer Verzögerung im Zeitbereich entspricht, wird eine zeitliche Gruppenverzögerung durch Anordnen einer Phasenmaske an dem Spiegel erhalten und durch ϕ(x(λ)) = –x(λ)τ (3)beschrieben.
Das modifizierte Spektrum wird dann einer inversen Fourier-Transformation durch Rückausbreitung durch die gefaltete Phasensteuerungsvorrichtung unterworfen, was eine zeitliche Verzögerung des Eingangsstrahls 22 erzeugt. Die Größe der optischen Verzögerung ist der spektralen Streuung des Gitters 10, der Brennweite der Linse 14 und der Steilheit der Phasenrampe τ proportional. Es sei bemerkt, dass, wie es später beschrieben ist, durch Versetzen des Rotationszentrums des Spiegels 18 (1a) mit Bezug auf den Hauptstrahl um einen Winkel θ₀, die Phasensteuerungsvorrichtung verwendet werden kann, um die Phasenverzögerung und die Gruppenverzögerung unabhängig einzustellen.
Beliebige Phasenmasken, wie beispielsweise Flüssigkristall-Arrays, wurden zur Impulsformgebung vorgeschlagen, wobei jedoch eine komplizierte Phasenmaske lediglich zum Erzeugen einer optischen Gruppenverzögerung nicht notwendig ist. Stattdessen kann die Phasenmasken-Spiegelkombination durch einen einfachen geneigten Spiegel ersetzt werden (11). Wenn der Spiegel 18 mit einem Winkel (γ) geneigt ist, wird eine lineare wellenlängenabhängige Phase an den einfallenden Strahl 24 anlegt. Eine lineare Abtastgruppenverzögerungsleitung mit 100 Hz mit einer piezoelektrischen Spiegelneigungseinrichtung wurde zuvor für den Aufbau eines Hochgeschwindigkeits-Autokorrelators vorgelegt, um Impulsdauern zu messen.
Eine Schwierigkeit bei der Verwendung eines geneigten Spiegels 18, um die Gruppenverzögerung zu erzeugen, besteht darin, dass das von dem geneigten Spiegel 18 reflektierte Licht 26 nicht länger mit dem einfallenden Strahl 24 kollinear ist. Strahlenwegwandern aufgrund der Ablenkung durch den geneigten Spiegel 18 begrenzt die Kopplung des reflektierten Strahls 26 zurück in die Bezugszweig-Kollimationslinse 15 und eine Einmodenfaser 17 (12). Eine Lösung besteht darin, eine Konfiguration mit zweifachem Durchlauf zu verwenden (13). Bei dieser Konfiguration wird der von der Kollimationslinse 15 austretende Strahl an dem Gitter 10 dezentriert, so dass der gebeugte Strahl 24 an der Linse 14 dezentriert wird. Der Strahl 24 wird von der Linse 14, die für sphärische Aberration korrigiert ist, auf den geneigten Spiegel 18 gebrochen. Der geneigte Spiegel 18 reflektiert den Strahl 26 durch den unteren Abschnitt der Linse 14. Das Licht wird dann von dem Gitter 10 weg und auf den Spiegel mit zweifachem Durchlauf 19 gebeugt. Der Spiegel mit zweifachem Durchlauf 19 ist ausgerichtet, um es dem Strahl 26 zu ermöglichen, seinen Weg zurück zu dem Kollimator nachzuverfolgen. Diese Konfiguration ermöglicht, dass die gefaltete Konfiguration mit einem geneigten Spiegel 18 verwendet werden kann, während Strahlenwegwandern und resultierende Kopplungsverluste in die optische Faser 17 oder einer äquivalenten Quelle vermieden werden. Außerdem wird, da die Phasensteuerungsvorrichtung zweifach durchlaufen wird, die für eine gegebene Spiegelneigung erzeugte Verzögerung ebenfalls verdoppelt. Alle beschriebenen Vorrichtungen können eine Form dieser Geometrie mit zweifachem Durchlauf verwenden.
Zusätzlich dazu, eine Hochgeschwindigkeits-Gruppenverzögerungsabtastung zu ermöglichen, besteht ein weiterer Vorteil der Phasensteuerungsvorrichtung für OCT in der Fähigkeit, eine Dispersionsfehlanpassung zwischen den Bezugs- und Probenzweigen zu kompensieren. Eine Analyse, die durchgeführt wurde, um die Gruppengeschwindigkeitsdispersion (GVD = group velocity dispersion) für einen Gitterkompressor zu bestimmen, beschreibt die Dispersion in der Konfiguration mit zweifachem Durchlauf
Wenn die Linse 14 keine Brennweite von dem Gitter 10 entfernt ist, wird eine zusätzliche wellenlängenabhängige Phasenverzögerung zu dem Impuls hinzugefügt, wobei eine positive Dispersion für L < f oder eine negative Dispersion für L > f erzeugt wird. Diese Eigenschaft der Phasensteuerungsvorrichtung ermöglicht eine Kompensation des Dispersionsungleichgewichtes zwischen den Bezugs- und Abtastzweigen bei dem OCT-System, indem einfach der Linsen-Gitter-Abstand geändert wird.
Ein leistungsfähiger Aspekt des Phasensteuerungs-Paradigmas ist seine Vielseitigkeit. Eine Analyse hat offenbart, dass ein Ändern irgendeiner der verschiedenen optischen Kommentare in der Phasensteuerungsvorrichtung eine Änderung in der Gruppenverzögerung erzeugen kann (14). Insbesondere kann eine Abtastgruppenverzögerung durch Neigen des Spiegels 18, Ändern des Einfallswinkels θ_i auf das Gitter 10, Neigen des Gitters 10 oder Ändern der Gitterkonstante d erhalten werden.
Eine einfache Strahlenganganalyse kann verwendet werden, um einen genäherten analytischen Ausdruck für die durch Ändern der Fourier-Ebenen-Spiegelneigung 10 um einen Winkel γ erzeugte Gruppenverzögerung zu bestimmen. Die von dem geneigten Spiegel 18 erzeugte wellenlängenabhängige Phasenverschiebung kann ohne weiteres aus der Geometrie von 13 oder 14 erhalten werden. ϕ(λ) = –2kz(λ) (5)oder ϕ(λ) = –2kx(λ)tan(γ) (6)
Der gebeugte Winkel für die Schwerpunktwellenlänge der Quelle ist
Wenn die Phasenverzögerung als eine Funktion der Frequenz neu formuliert wird, ist die durch die gefaltete Phasensteuerungsvorrichtung verursachte wellenlängenabhängige Phasenverschiebung
Da die Gruppenverzögerung definiert ist als
wird nach der Differenzierung und Substitution der Schwerpunktwellenlänge
die Gruppenverzögerung
Die Änderung in der Gruppenverzögerung ist das Zweifache derjenigen von Gleichung (11) für das zweifach durchlaufende Phasensteuerungssystem. Vorausgesetzt, dass die zweifach durchlaufene Gruppenverzögerungslänge l_g = 2τ_gc für kleine Winkelabweichungen des Spiegels um γ ist, ist die gesamte Gruppenverzögerungslänge eine lineare Funktion des Abtastwinkels
Für Werte beim Littrow-Winkel
von d = 150 Striche pro Millimeter, Δγ = 10° und f = 10 cm, beträgt die mittels Gleichung (12) berechnete Gesamtgruppenverzögerungslänge 14 mm.
Da eine schnelle Abtastung einen kleinen Spiegel erfordert, ist die Vignettierung des Spektrums ein potentielles Problem. Die Strahlenspreizung an dem Spiegel 18 Δx(λmax, λmin) = f(tan[θ(λmax)] – tan[θ(λmin)]) (14)bestimmt die maximal erlaubte Spiegelgröße für die schnelle Abtastung der Verzögerungsleitung. Für die oben angegebenen Parameter mit einer Bandbreite λ_max–λ_min von 200 nm beträgt die Strahlenspreizung 3 mm. Somit muss der Spiegel 18 mindestens 3 mm betragen oder ein Abschneiden des Spektrums wird auftreten, was zu einer Konvolution der Autokorrelationsfunktion mit einer Sinc-Funktion führt. Aus diesem Grunde können andere Konfigurationen der Phasensteuerungsvorrichtung, die keinen beweglichen Spiegel 18 erfordern, für Anwendungen mit hoher Auflösung benutzt werden.
Die optische Gruppenverzögerung kann ebenfalls durch Abtastung des Gittereinfallstrahlwinkels θ_i mittels einer Abtastkomponente 58, wie beispielsweise einem Drehpolygonspiegel, einem Galvanometer oder einem Resonanzscanner, erzeugt werden (14). Die Konfiguration unterscheidet sich von dem vorhergehenden Verfahren durch die Aufnahme eines festen Winkels γ, einer Vorrichtung zum Abtasten von θ_i und eines Teleskops 56 zwischen dem Abtastspiegel 58 und dem Gitter 10. Da der geneigte Spiegel 18 fest ist, kann er groß genug sein, um jede Bandbreitenquelle aufzunehmen. Das Teleskop 56 wird zwischen der Abtastkomponente 58 und dem Gitter 10 eingefügt, um Strahlenwegwandern an dem Gitter 10 zu verhindern. Um dies zu erreichen, müssen die Bild- und Objektebenen des Teleskops 56 mit den Positionen des Abtastspiegels 58 und des Gitters 10 übereinstimmen.
Ein analytischer Ausdruck für die durch diese Konfiguration erzeugte optische Gruppenverzögerung kann auf eine ähnliche Art und Weise zu der Abtastspiegelkonfiguration mit der Ausnahme, dass die unabhängige Veränderliche nun θ_i ist, formuliert werden. Wenn γ klein ist, ist nach der Differenzierung der wellenlängenabhängigen Phase und der Auswertung an der Schwerpunktwellenlänge die doppelt durchlaufene Gruppenverzögerungslänge
wobei θ_i0 der Beugungswinkel von dem Gitter 10 für λ₀ für die zentrale Abtastposition ist. Eine graphische Auftragung der aus Gleichung (15) berechneten Weglängenverzögerung ist in 10 für d = 150 Striche pro Millimeter, f = 10 cm, γ = 3° und einer Veränderung des Gittereinfallswinkels θ_i um 10° gezeigt. Für diese Parameter ist die mittels dieses Verfahrens erhaltene Verzögerung ebenfalls eine näherungsweise lineare Funktion der unabhängigen Veränderlichen θ_i.
Eine Winkelabtastung des Gitters 10 bei der gefalteten Phasensteuerungsvorrichtung erzeugt ebenfalls eine Gruppenverzögerung (16). Der primäre Vorteil dieser Konfiguration besteht darin, dass ein Teleskop 56 nicht notwendig ist, da kein Strahlenwegwandern an dem Gitter 10 auftritt. Diese Vorgehensweise erfordert ein Anordnen eines Gitters 10 an einem Galvanometerspiegel oder Polygonabtastspiegel, wie es gezeigt ist.
Eine weitere interessante Modifikation der Phasensteuerungsvorrichtung ermöglicht eine Hochgeschwindigkeitsgruppenverzögerungsabtastung. Wenn das Gitter 10 ein Transmissions-HOE ist, wie beispielsweise das in 9 gezeigte, kann die Furchendichte des Gitters auf eine schnelle Art und Weise abgetastet werden. Dies kann durch Verwenden eines sich drehenden kreisförmigen HOE 42 mit einer Gitterkonstante erreicht werden, die sich als eine Funktion des Winkels verändert. Wenn das HOE 42 gedreht wird, ändert die Änderung in der Gitterkonstante das Ausmaß der spektralen Spreizung (17). Da die wellenlängenabhängige Phasenverzögerung proportional der Gitterteilung ist, erzeugt ein Drehen des HOE 42 ebenfalls eine Abtastgruppenverzögerung.
Ein eleganteres Verfahren zum Ändern der Gitterfurchendichte besteht in der Verwendung eines AOM 28 (18). Bei dieser Konfiguration wird die Wellenlängenspreizung durch Lenken des durch das AOM 28 durchgelassenen Lichts 24 durch ein Beugungsgitter 32 vergrößert (18). Das Beugungsgitter 32 ist notwendig, da die Änderung in der Gitterkonstante (HF-Bandbreite) für handelsüblich verfügbare AOMs 28 nicht ausreichend ist, um eine ausreichende Gruppenverzögerungsabtastung für OCT zu erzeugen. Ein Teleskop (nicht gezeigt) mit einer hohen Vergrößerung kann zwischen dem AOM 28 und dem Gitter 32 angeordnet werden, um die Änderung der von dem AOM 28 bereitgestellten Beugung zu verbessern.
Eine graphische Darstellung der von einem AOM-Beugungsgitterpaar 28,32 erzeugten Weglängenverzögerung als eine Funktion der HF-Treiberfrequenz ist in 19 dargestellt. Um diese Daten zu erzeugen, wurde ein analytischer Ausdruck der Gruppenverzögerung für eine sich ändernde Gitterkonstante d formuliert. Die zum Erzeugen der Daten verwendeten Parameter umfassen die Verwendung eines TeO₂-AOM 28 mit langsamer Scherwelle (c_s = 0,6 km/s, n = 2,35, wobei c_s die Schallgeschwindigkeit und n der Brechungsindex ist), einer HF-Mittenfrequenz 50 MHz, f = 5 cm und γ = 4°. Das sekundäre Beugungsgitter wies eine Gitterteilung von 1200 Strichen pro Millimeter auf. Die durch diese Konfiguration erzeugte Gruppenverzögerung ist nicht linear. Diese Nichtlinearität kann während einer Gruppenverzögerungsabtastung durch Modifizieren der HF-Signalverlaufwobbelfrequenz korrigiert werden. Dies kann nützlich sein, wenn die Verzögerungsleitungsvorrichtung bei OCT-System verwendet wird. Außerdem können Änderungen in dem frequenzabhängigen Beugungswirkungsgrad durch Ändern der HF-Signalamplitude kompensiert werden. Ein weiterer Unterschied zwischen dem AOM-Abtastverfahren besteht darin, dass eine Dopplerverschiebung (2ν_HF) zu dem Lokaloszillatorsignal transferiert wird. Diese Modulationsfrequenz kann durch Verwenden des AOM 28 in einer Konfiguration mit zweifachem Durchlauf entfernt werden. Die AOM-Konfiguration ist gegenüber den mechanischen Winkelabtastungskonfigurationen vorzuziehen, da sie eine Weglängenabtastung in Echtzeit (15 kHz) ohne bewegliche Teile ermöglicht.
Um die in dem vorhergehenden Abschnitt vorgelegten Abtastweglängenverzögerungsleitungen zu verwenden, muss die Phasenverzögerung analysiert werden, um die Überlagerungsmodulationsfrequenz zu bestimmen. Im Gegensatz zu anderen schnellen optischen Abtastverzögerungsleitungen, wie beispielsweise des linearen mechanischen Umsetzers oder des piezoelektrischen optischen Faserdehners, ist die Änderung in der Phasenverzögerung mittels des Phasensteuerverfahrens nicht direkt auf die Änderung in der Gruppenverzögerung bezogen. In 20 ist die Schwerpunktwellenlänge zu dem geneigten Spiegel 18 hin gerichtet und von der Rotationsachse um x₀ versetzt. Wenn die Spiegeloberfläche 60 näherungsweise die Rotationsachse 62 kreuzt, kann die Phasenverzögerung geschrieben werden als
was eine Modifikation von Gleichung (8) ist, die einen seitlichen Versatz des Galvanometers beinhaltet.
Die Überlagerungsmodulationsfrequenz für eine Quelle mit einer gaußschen Spektralverteilung wird durch die Phasenverschiebung bei der Schwerpunktwellenlänge bestimmt:
Die Phasenverschiebung für die Abtastspiegelkonfiguration mit einer linearen Änderung im Winkel als eine Funktion der Zeit γt ist dann
da für diesen Fall
Somit wird die Hüllkurve der von der linearen Gruppenabtastverzögerung erzeugten Autokorrelationsfunktion durch eine Sinuskurve cos(2πfpt) (20)moduliert, wobei die Modulationsfrequenz
ist.
Wie aus Gleichung (18) ersichtlich ist, wird, wenn die Schwerpunktwellenlänge des Spektrums auf die Spiegelrotationsachse einfällt (x₀ = 0), keine Modulationsfrequenz an den Lokaloszillator angelegt, obwohl eine lineare Abtastgruppenverzögerung erzeugt wird. Somit besteht das interferometrische Signal aus der Hüllkurve der Autokorrelationsfunktion ohne jegliche Modulation. Dies kann für OCT-Bilderzeugungssysteme nützlich sein, die eine Homodynerfassung durchführen. Dieses Merkmal der geneigten Spiegelkonfiguration kann vorteilhaft sein. Wenn eine unabhängige Phasenmodulation an den Lokaloszillator angelegt wird, würde das System imstande sein, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ohne Ändern der Mittenfrequenz des Bandpassfilters vor der Demodulation abzutasten. Ein Phasen- Diversity-Homodynerfassungssystem würde für die OCT in diesem Fall nützlich sein.
Außerdem kann durch Verschieben des Abtastspiegels 18, so dass die Schwerpunktwellenlänge von der Rotationsachse versetzt ist (x₀ ≠ 0), eine beliebige Modulationsfrequenz an den Lokaloszillator angelegt werden. Dieses Merkmal ermöglicht eine vollständige Steuerung über die Mittenfrequenz des Lokaloszillators. Die Modulationsfrequenz (d. h. die Phasenverzögerung) kann verändert werden, indem der geneigte Spiegel 18 einfach senkrecht zu der optischen Achse 64 des Strahls verschoben wird. Der Bereich der Mittenmodulationsfrequenzen, der erreicht werden kann, wird nur durch spektrale Vignettierung aufgrund der endlichen Größe des Abtastspiegels 18 begrenzt.
Für diese einfache Näherung ist die Gruppenphasenverzögerungsunabhängigkeit der Phasensteuerungsvorrichtung ein Vorteil für Abtastspiegel 18 mit einer Rotationsachse 62, die die Spiegeloberfläche 60 kreuzt. Wenn die Spiegeloberfläche 60 von der Rotationsachse 62 um einen Abstand r getrennt ist, werden jedoch die Gruppenverzögerungs- und Phasenverzögerungseigenschaften komplexer. Näherungsweise ist die Gruppenverzögerung im Winkel linear, jedoch nicht in der Phasenverzögerung. Für Echtzeit-OCT-Anwendungen (> 1 kHz) ist ein Polygonspiegel 46 die optimale Abtastvorrichtung, um den Winkel γ schnell zu ändern (21). In diesem Fall ändert sich in einer Näherung der ersten Ordnung x₀ über eine Einzelabtastung x0(t) ≅ rtan[(Ω – Ω0)t] (22)wobei Ω der Drehwinkel und Ω₀ der Winkel ist, bei dem die Schwerpunktwellenlänge der Quelle mit der Mitte der Polygonspiegel-Facette koinzidiert. Im Grenzfall kleiner Ω – Ω₀, ist x₀ eine lineare Funktion von t. Die Modulationsfrequenz wird in diesem Fall
Während die Änderung in der von dem Polygonabtastspiegel 46 erzeugten Gruppenverzögerung linear ist, ist die Änderung in der Phase quadratisch als eine Funktion der Zeit. Da sich die Modulationsfrequenz linear über die Abtastung verschiebt, kann der Polygonabtastspiegel 46 nicht in Verbindung mit einem Demodulationsverfahren verwendet werden, das einen festen Bandpassfilter beinhaltet. Dies ist ein ungünstiges Ergebnis, da der Polygonabtastspiegel 46 das beste mechanische Mittel zum Erzeugen von linearen Gruppenverzögerungen mit hoher Geschwindigkeit (> 1 kHz) ist. Die sich verändernde Modulationsfrequenz kann jedoch durch Verwenden eines alternativen Demodulationsschema, wie beispielsweise einer adaptiven Frequenzmischerfassung, überwunden werden, wobei die Frequenz, bei der die Demodulation durchgeführt wird, verändert wird, um die Veränderung in der Modulationsfrequenz zu verfolgen. Dieses Schema ist besonders für OCT-Bilderzeugungsanwendungen gut geeignet.
Alternative Phasensteuerungskonfigurationen, wie beispielsweise die Abtastung des Gittereinfallswinkels θ_i oder der Gitterteilungsdichte, erzeugen ebenfalls eine nichtlineare Phasenverzögerung. Durch Auswertung der Gleichung (8) bei λ₀ für diese Abtastverfahren wird die Phasenverschiebung
Wie bei dem Polygonabtastspiegel 46 ist die Phase eine nichtlineare Funktion der Zeit, und diese Verfahren können erneut nur in Verbindung mit einem adaptiven Frequenzmischdemudolationsschema für OCT-Bilderzeugungsanwendungen verwendet werden. Basierend auf der von dem Polygonabtaster 46 erzeugten Phase, der Abtastung des Gittereinfallwinkels θ_i und der Gitterteilungsdichte ist ersichtlich, dass eine Änderung in dem Demodulationsverfahren gerechtfertigt ist, um das volle Potential des Phasensteuerungs-Paradigmas auszunutzen. Außerdem ist ein Dopplerverfolgungs- oder adaptives Frequenzmischerfassungsverfahren, das die sich ändernde ZF-Überlagerungsfrequenz verfolgt, insbesondere für OCT-Bilderzeugungssysteme nützlich.
Typische Betriebsparameter für eine Ausführungsform der Phasensteuerung der optischen Verzögerung werden hinsichtlich eines experimentellen Beispiels angegeben. Die Abtastung des Winkels γ mit einem Galvanometer erzeugt eine lineare optische Gruppenverzögerungsabtastung mit einer konstanten Modulationsfrequenz. Da die bei dieser Untersuchung verwendete Demodulationselektronik eine konstante Modulationsfrequenz erfordert, wurde eine gefaltete, doppelt durchlaufene Abtastspiegelkonfiguration verwendet, um ein Kohärenz-Gating bei dem Hochgeschwindigkeits-OCT-System durchzuführen.
Ein selbstphasenmodulierter Kerr-Linsen-modengekoppelter Cr4+:Forsterit-Laser (self-phase modulated Kerr Lens Modelocked Cr4+:Forsterite laser) wurde als Quelle des Lichts niedriger Kohärenz für das Hochgeschwindigkeits-OCT-System verwendet. Der Laser wurde auf eine Ausgangsleistung von 30 mW eingestellt. Nach der Übertragung durch den faseroptischen Strahlenteiler betrug die Leistung des Probenzweigs 12 mW. Das FWHM-Spektrum der Quelle betrug 75 nm entsprechend einer gaußschen Autokorrelations-FWHM von 10 μm. Die Mitte des Strahls wurde an dem Abtastspiegel 18 versetzt, um eine Modulationsfrequenz von 750 kHz zu erzeugen. Die FWHM-Bandbreite des Signals betrug ungefähr 350 kHz. Diese Modulationsfrequenz wurde gewählt, um eine Bandpassfilterung des interferometrischen Signals ohne Annehmen irgendwelcher Beiträge vom Niederfrequenzrauschen zu ermöglichen. Um lineare Winkelabtastungen bei 1 kHz zu erzeugen, wurde die Spiegelgröße auf eine Breite von 6 mm minimiert. Aufgrund dieser Einschränkung wurde nicht die volle Bandbreite der selbstphasenmodulierten Quelle verwendet. Falls das gesamte Spektrum benutzt worden wäre (200 nm), wäre eine Seite des Spektrums von den Rändern des Abtastspiegels abgeschnitten worden.
Das Galvanometer wurde mit einem 1-kHz-Dreiecksignalverlauf angetrieben, was 2000 Abtastungen pro Sekunde, das Zweifache der Geschwindigkeit des PZT-gestützten Hochgeschwindigkeits-OCT-Systems, ermöglicht. Diese schnelle Abtastrate ermöglichte eine Bilderfassung mit 4 Frames pro Sekunde für eine Bildgröße von 512 (seitlich) × 256 (axial) Pixel oder 8 Frames pro Sekunde für eine Bildgröße von 256 (seitlich) × 256 (axial) Pixel. Das Phasensteuerverfahren erzeugte axiale Abtastungen, die nicht durch Dropout-Artefakte aufgrund von Hysterese verfälscht wurden. Der gesamte Galvanometerabtastwinkel von 3° lieferte eine optische Weglängenverzögerung von 3 mm.

Claims

Optische Verzögerungsleitungsvorrichtung mit: einer optischen Eingabe; einer optischen Ausgabe; und einer Mehrzahl von optischen Elementen (10, 14, 18) in Kommunikation miteinander, um ein optisches Signal mit einem optischen Spektrum von der optischen Eingabe zu der optischen Ausgabe zu führen, wobei mindestens eines der Mehrzahl von optischen Elementen ein dispersives Element ist, das imstande ist, das optische Spektrum des optischen Signals räumlich zu dispergieren, um ein räumlich dispergiertes optisches Signal bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Mehrzahl von optischen Elementen einstellbar ist, um wiederholt abzutasten, um mindestens die Phasenverzögerung und/oder die Gruppenverzögerung des optischen Signals zwischen der optischen Eingabe und der optischen Ausgabe zu beeinflussen, um dadurch eine im Wesentlichen unabhängige Variation der Phasen- und Gruppenverzögerung zu ermöglichen.
Optische Verzögerungsleitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner mit einem optischen Bildgebungsmodul (14) und einem reflektierenden Element (18), die jeweils in optischer Kommunikation mit dem dispersiven Element (14) sind, wobei das dispersive Element ein winkelmäßig dispergiertes optisches Signal mit spektralen Komponenten erzeugt, wobei das optische Bildgebungsmodul ein Bild des winkelmäßig dispergierten optischen Signals an dem reflektierenden Element erzeugt, wobei sich das reflektierende Element um eine Achse dreht, die von der Schwerpunktwellenlänge des Bildes verschiebbar ist, um die Phasenverzögerung einzustellen, und wobei der Winkel des reflektierenden Elements änderbar ist, um die Gruppenverzögerung einzustellen.
Optische Verzögerungsleitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das dispersive Element ein Beugungsgitter (10) ist, und wobei die Gruppenverzögerung durch Ändern des relativen Winkels zwischen der Normalen des Beugungsgitters und dem einfallenden Lichtstrahl einstellbar ist.
Optische Verzögerungsleitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das dispersive Element eine räumlich periodische Struktur aufweist, die Wellenlängenkomponenten des optischen Spektrums des optischen Signals räumlich dispergiert, und wobei die Gruppenverzögerung durch Ändern der räumlich periodischen Struktur des dispersiven Elements eingestellt wird.
Optische Verzögerungsleitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das dispersive Element einen akusto-optischen Modulator (28) mit einer einstellbaren räumlich periodischen Struktur umfasst, die sich als Reaktion auf einen von dem akusto-optischen Modulator (28) empfangenen Funkfrequenztreibersignalverlauf verändert.
Optische Verzögerungsleitungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der der Funkfrequenztreibersignalverlauf wiederholt geändert wird, um eine sich wiederholende und im Wesentlichen konstante Änderungsrate der Gruppenverzögerung zu erzeugen.
Optische Verzögerungsleitungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der der Funkfrequenztreibersignalverlauf wiederholt geändert wird, um eine sich wiederholende Änderung in der Gruppenverzögerung mit einem im Wesentlichen konstanten optischen Durchsatzwirkungsgrad zu erzeugen.
Optische Verzögerungsleitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der ein weiteres der Mehrzahl von optischen Elementen in einer Konfiguration mit zweifachem Durchlauf ist.
Optische Verzögerungsleitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Verzögerungsleitung die Eigenschaft aufweist, dass beim interferometrischen Kombinieren des durch die optische Verzögerungsleitung übertragenen optischen Signals mit einem Teil des optischen Signals, das nicht durch die Verzögerungsleitung übertragen wird, ein Heterodynsignal mit einer Frequenz ungleich Null erzielt wird.
Optische Verzögerungsleitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der mindestens eines der Mehrzahl von optischen Elementen einstellbar ist, um die Phasenverzögerung und die Gruppenverzögerung des optischen Signals unabhängig zu beeinflussen.
Optisches interferometrisches Bildgebungssystem zur Bildgebung einer Probe mit: einer optischen Quelle, die imstande ist, ein optisches Signal mit einem optischen Spektrum zu erzeugen, die ein dispersives Element (10) umfasst, das imstande ist, das optische Spektrum des optischen Signals räumlich zu dispergieren, um ein räumlich dispergiertes optisches Signal bereitzustellen, einer Mehrzahl von optischen Elementen in optischer Kommunikation miteinander und in optischer Kommunikation mit der Quelle; gekennzeichnet durch ein Interferometer (13) in optischer Kommunikation mit der optischen Quelle; und einen Detektor (21) in optischer Kommunikation mit dem Interferometer (13), wobei der Detektor in elektrischer Kommunikation mit einem Prozessor ist, wobei der Prozessor Bilder von optischen Mikrostruktureigenschaften der Proben erzeugt, wobei mindestens eines der Mehrzahl von optischen Elementen einstellbar ist, um wiederholt abzutasten, um mindestens die Phasenverzögerung und/oder die Gruppenverzögerung des optischen Signals zwischen der optischen Eingabe und der optischen Ausgabe zu beeinflussen, um eine im Wesentlichen unabhängige Variation der Phasen- und Gruppenverzögerung zu ermöglichen.
Bildgebungssystem gemäß Anspruch 11, bei dem mindestens ein einstellbares optisches Element (28) wiederholt abtastet, um eine im Wesentlichen gleichmäßige Änderungsrate der optischen Gruppenverzögerung und eine zeitlich veränderliche optische Phasenverzögerung zu erzeugen, und wobei der Prozessor die zeitlich veränderliche optische Phasenverzögerung kompensiert.
Optisches interferometrisches Bildgebungssystem gemäß Anspruch 11, bei dem das Interferometer ferner umfasst: einen Probenarm zum Empfangen einer optischen Signalprobe; einen Bezugsarm in optischer Kommunikation mit der optischen Verzögerungsleitungsvorrichtung; ein optisches Bildgebungsmodul, das positioniert ist, und das räumlich dispergierte, verzögerte optische Signal von der optischen Verzögerungsleitungsvorrichtung und das optische Probensignal von dem Probenarm zu empfangen; und ein reflektierendes Element in optischer Kommunikation mit dem optischen Bildgebungsmodul; wobei das reflektierende Element fern von der Fourierebene des dispergierten optischen Spektrums platziert ist, um die Gruppengeschwindigkeitsdispersion der ersten Ordnung zwischen dem Probenarm und dem Bezugsarm auszugleichen.
Optisches Bildgebungssystem gemäß Anspruch 13, ferner mit einer Signalverarbeitungseinheit (25) in elektrischer Kommunikation mit dem Detektor (21), und wobei das einstellbare optische Element wiederholt abgetastet wird, und die Signalverarbeitungseinheit jede nicht gleichmäßige Änderungsrate der Phasenverzögerung kompensiert.
Optisches interferometrisches Bildgebungssystem gemäß Anspruch 13, bei dem das räumlich dispersive Element ein beugendes Element umfasst.
Optisches interferometrisches Bildgebungssystem gemäß Anspruch 13, ferner mit einem akusto-optischen Modulator (28) in optischer Kommunikation mit der optischen Verzögerungsleitung.
Optisches interferometrisches Bildgebungssystem gemäß Anspruch 13, ferner mit einer elektro-optischen Strahlenablenkeinrichtung in optischer Kommunikation mit der optischen Verzögerungsleitung.
Optisches interferometrisches Bildgebungssystem gemäß Anspruch 13, bei dem das einstellbare optische Element einen Polygonabtastspiegel (46) umfasst.
Optisches interferometrisches Bildgebungssystem gemäß Anspruch 13, bei dem das räumlich dispersive Element eine periodische optische Struktur mit einer einstellbaren Periode aufweist, wobei das räumlich dispersive Element das optische Signal winkelmäßig dispergiert.
Optisches interferometrisches Bildgebungssystem gemäß Anspruch 13, bei dem das räumlich dispersive Element ein holographisches optisches Element (40) umfasst.
Optisches interferometrisches Bildgebungssystem gemäß Anspruch 13, bei dem das reflektierende Element ein rotierender Polygonspiegel (46) ist.
Ein Abtast-OCT-Bildgebungssystem mit: einer optischen Quelle, die imstande ist, ein optisches Signal mit einem optischen Spektrum zu erzeugen; gekennzeichnet durch: ein Interferometer in Kommunikation mit der optischen Quelle; einen Detektor in optischer Kommunikation mit dem Interferometer; einen Signalprozessor (25) in elektrischer Kommunikation mit dem Detektor; eine optische Verzögerungsleitung (11) in optischer Kommunikation mit dem Interferometer, die imstande ist, das optische Signal zu verzögern, eine Abtastvorrichtung, die imstande ist, die einstellbaren optischen Elemente einzustellen, wodurch die optische Gruppenverzögerung gesteuert wird; wobei das Interferometer das verzögerte optische Signal mit einem Abschnitt des optischen Signals von einer Probe kombiniert, und wobei der Detektor das interferometrische kombinierte Signal erfasst, wobei ein Heterodyn- oder Homodynsignal mit einer Frequenz im Wesentlichen gleich Null als Reaktion darauf erzeugt, und; einer Mehrzahl von einstellbaren optischen Elementen, die imstande sind, das optische Signal räumlich zu dispergieren und eine optische Gruppenverzöge rung des optischen Signals zu beeinflussen, um eine im Wesentlichen unabhängige Variation der Phasen- und Gruppenverzögerung zu ermöglichen, wodurch der Signalprozessor Bilder der Probe als Reaktion auf das Heterodyn- oder Homodynsignal erzeugt.
Optisches interferometrisches Bildgebungssystem gemäß Anspruch 11 oder 13, ferner mit einer Konfiguration mit zweifachem Durchlauf.
Verfahren zum Einstellen mindestens der Phasenverzögerungen und/oder der Gruppenverzögerung eines optischen Signals mit: Bereitstellen eines optischen Signals mit einem optischen Spektrum; Bereitstellen mindestens eines optischen Elements, bei dem ein Element ein dispersives Element ist; räumlichem Dispergieren des optischen Spektrums des optischen Signals unter Verwendung des dispersiven Elements; Empfangen des räumlich dispergierten optischen Signals; gekennzeichnet durch Einstellen des mindestens einen optischen Elements, um wiederholt abzutasten, um mindestens die Phasenverzögerung und/oder die Gruppenverzögerung des optischen Signals zu beeinflussen, um dadurch eine im Wesentlichen unabhängige Variation der Phasen- und Gruppenverzögerung zu ermöglichen.
Verfahren gemäß Anspruch 24, bei dem das mindestens eine dispersive Element ein Beugungsgitter ist, und der Schritt des Einstellens durch Ändern des Winkels des Gitters durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 24, bei dem das mindestens eine dispersive Element ein Beugungsgitter ist, und wobei der Schritt des Einstellens durch Ändern der Gitterfurchendichte durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 24, bei dem das mindestens eine dispersive Element einen akusto-optischen Modulator (28) mit einer einstellbaren räumlich periodischen Struktur umfasst, die sich als Reaktion auf einen von dem akusto-optischen Modulator empfangenen Frequenztreibersignalverlauf verändert, wobei der Schritt des Einstellens durch Ändern der räumlichen Periodenstruktur des mindestens einen dispersiven Elements durchgeführt wird, und wobei der Funkfrequenztreibersignalverlauf wiederholt geändert wird, um eine sich wiederholende und im Wesentlichen konstante Änderungsrate der Gruppenverzögerung zu erzeugen.
Verfahren zum Erzeugen eines Bildes einer Probe mit: Bereitstellen einer optischen Quelle; gekennzeichnet durch: Bereitstellen eines Detektors (21) in optischer Kommunikation mit der optischen Quelle; Bereitstellen eines Interferometers in Kommunikation mit der optischen Quelle und dem Detektor; Bereitstellen einer Probe (29) in der Nähe des Interferometers; Übertragen eines Signals von der optischen Quelle zu der Probe (29) und der optischen Verzögerungsleitung; Kombinieren eines Signals von der Probe und des räumlich dispergierten, verzögerten optischen Signals; Erfassen des kombinierten Signals und Erzeugen eines Bildes als Reaktion auf die Erfassung mittels eines Prozessors, der in elektrischer Kommunikation mit dem Detektor ist, Bereitstellen einer optischen Verzögerungsleitung (21), wobei die optische Verzögerungsleitung (21) einstellbare optische Elemente, die imstande sind, ein optisches Signal von der optischen Quelle räumlich zu dispergieren und mindestens die Phasenverzögerung und/oder die optische Gruppenverzögerung des räumlich dispergierten optischen Signals einzustellen, in optischer Kommunikation mit dem Interferometer umfasst; und Einstellen der einstellbaren Elemente durch wiederholtes Abtasten, wodurch mindestens die Phasenverzögerung und/oder die Gruppenverzögerung des von der optischen Signalleitung empfangenen optischen Signals beeinflusst wird, um dadurch eine im Wesentlichen unabhängige Variation der Phasen- und Gruppenverzögerung zu ermöglichen.
Verfahren gemäß Anspruch 28, ferner mit einem wiederholten Abtasten des mindestens einen einstellbaren Elements, um eine im Wesentlichen gleichmä ßige Änderungsrate der optischen Gruppenverzögerung und einer zeitlich veränderlichen optischen Phasenverzögerung zu erzeugen, und einem Kompensieren der zeitlich veränderliche optische Phase mit dem Prozessor.
Ein Abtast-OCT-Bildgebungssystem mit: einer optischen Quelle, die imstande ist, ein optisches Signal mit einem optischen Spektrum zu erzeugen; einer optischen Verzögerungsleitung (11) in optischer Kommunikation mit dem Interferometer, wobei die optische Verzögerungsleitung (11) einstellbare optische Elemente umfasst, die imstande sind, das optische Signal räumlich zu dispergieren und eine optische Gruppenverzögerung und eine optische Phasenverzögerung des optischen Signal zu beeinflussen; gekennzeichnet durch: ein Interferometer in Kommunikation mit der optischen Quelle; einen Detektor (21) in optischer Kommunikation mit dem Interferometer; einen Signalprozessor (25) in elektrischer Kommunikation mit dem Detektor (21); eine Vorrichtung, die imstande ist, die einstellbaren optischen Elemente einzustellen, wodurch eine Abtastung mindestens der optische Gruppenverzögerung und/oder der optischen Phasenverzögerung gesteuert wird; wobei das Interferometer das verzögerte optische Signal mit einem Abschnitt des optischen Signals von einer Probe interferometrisch kombiniert; wobei der Detektor (21) das interferometrische kombinierte Signal erfasst, wodurch ein Heterodynsignal mit einer Frequenz im Wesentlichen ungleich Null während mindestens eines Abschnitts der Abtastung erzeugt wird, und wobei der Signalprozessor (25) ein Bild der Probe als Reaktion auf das Heterodynsignal mit einer Frequenz ungleich Null erzeugt.
Verfahren gemäß Anspruch 24 oder 30, ferner mit einem Bereitstellen einer Konfiguration mit zweifachem Durchlauf.