ES2628456T3

ES2628456T3 - Técnica de Tomografía de Coherencia Óptica

Info

Publication number: ES2628456T3
Application number: ES11767165.1T
Authority: ES
Inventors: Klaus Dr. Vogler; Henning Dr. Wisweh
Original assignee: Wavelight GmbH
Current assignee: Wavelight GmbH
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2031-09-26
Also published as: US20150002850A1; US9562759B2; KR101601253B1; WO2013044932A1; CA2843621C; JP5833762B2; CN103842768A; KR20140050752A; AU2011377924B2; CN103842768B; AU2011377924A1; EP2761248B8; EP2761248A1; EP2761248B1; CA2843621A1; JP2014525571A

Abstract

Un dispositivo (100a; 100b; 100c) para tomografía de coherencia óptica u OCT, comprendiendo el dispositivo: - un generador de luz (110) adaptado para generar una serie de pulsos de entrada (202, 204, 206) de luz coherente, teniendo cada pulso de entrada de la serie una anchura de pulso de entrada (T0); - un medio dispersivo (120) que tiene una entrada (122) ópticamente acoplada al generador de luz y una salida (124) para los pulsos de salida (302, 304, 306), en donde el medio dispersivo está adaptado para alargar la anchura de pulso de entrada (T0) hasta una anchura de pulso de salida (Tp) de cada uno de los pulsos de salida por medio de dispersión cromática, en donde el medio dispersivo (120) incluye varias tomas en diferentes posiciones a lo largo de una trayectoria de propagación de la luz; - un acoplador óptico (130) adaptado para acoplar los pulsos de salida de la salida en un brazo de referencia (160) y en un brazo de muestra (170) y para superponer la luz que retorna del brazo de referencia y del brazo de muestra; - un conmutador óptico adaptado para acoplar de forma selectiva el generador de luz a una de las tomas como la entrada y/o para acoplar de forma selectiva una de las tomas como la salida al acoplador óptico; y - un detector (140) adaptado para detectar una intensidad de interferencia de la luz superpuesta con una resolución temporal de una fracción (δtpuerta) de la anchura de pulso de salida (Tp), en donde el detector se calibra por medio de una sincronización óptica basada en un interferómetro de Mach-Zehnder.

Description

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DESCRIPCION

Tecnica de Tomograffa de Coherencia Optica.

Campo tecnico

La presente descripcion se refiere a una tecnica de Tomograffa de Coherencia Optica (OCT). Mas espedficamente, y no a modo de limitacion, la descripcion se refiere a un dispositivo de OCT que incluye una fuente de luz de barrido de pulso alargado y a un metodo para realizar la OCT utilizando una fuente de luz de banda ancha de pulso alargado.

Antecedentes

La Tomograffa de Coherencia Optica (OCT) es una tecnica de formacion de imagenes no invasiva y a menudo sin contacto. La luz con una longitud de coherencia definida es irradiada en una muestra que refleja o reemite la luz en diferentes profundidades de penetracion, lo cual codifica informacion en la fase de la luz. La luz de la muestra se superpone con la luz coherente de una rama de referencia.

Los sistemas OCT clasicos utilizan un espejo movil en una rama de referencia mecanica para una longitud optica variable de la rama de referencia. Los sistemas OCT modernos utilizan la OCT de dominio de Fourier (FD-OCT). El rendimiento de un sistema OCT se puede caracterizar por su resolucion axial y/o su profundidad de escaneo axial.

En algunos de los sistemas OCT existentes, la resolucion axial o la profundidad de escaneo axial pueden estar limitadas por las caractensticas del sistema OCT. A modo de ejemplo, un sistema OCT que utiliza la OCT de dominio espectral (SD-OCT, que es un caso de FD-OCT) puede tener una profundidad de escaneo axial limitada por la resolucion espectral de un espectrometro. Como otro ejemplo, un sistema OCT que utiliza la fuente de barrido OCT (SS-OCT, que es otro caso de FD-OCT) puede tener una profundidad de escaneo axial limitada principalmente por el ancho de lmea instantaneo 8A de la fuente de barrido. Ademas, un sistema OCT que utiliza FD-OCt puede tener una resolucion axial que no se puede ajustar de manera independiente de su profundidad de escaneo axial. Por ejemplo, la profundidad de escaneo Azmax puede ser proporcional a la resolucion axial Sz,™ para una resolucion espectral o temporal dada del detector. Ademas, un sistema SS-OCT puede tener una resolucion axial mas baja, porque su fuente de barrido de luz puede ajustarse sobre un ancho de banda AA espectral global (tambien denominado intervalo de ajuste) que es mas estrecho que un ancho de banda AA completo de una fuente de luz utilizable para SD-OCT sin ajuste de la fuente de luz.

El documento "Tomograffa de coherencia optica de ultra-alta velocidad con una fuente supercontinua de pulso alargado" por S. Moon y otros en Optica Expreso Vol.14, N° 24 (2006), describe un esquema de Tomograffa de Coherencia Optica de dominio de Fourier (FD-OCT) basado en una fuente supercontinua de pulso alargado. Un pulso de ancho de banda corto de una fuente supercontinua es alargado a un pulso largo, utilizando una fibra dispersiva debido a la dispersion de la velocidad de grupo y se utiliza directamente como luz de barrido de frecuencia. El interferograma espectral se adquiere en el dominio del tiempo y se convierte al dominio espectral mediante la aplicacion de una relacion del retardo de tiempo con la longitud de onda previamente calibrada. Utilizando este esquema de OCT de pulso alargado, se puede lograr un escaneo de lmea axial de ultra-alta velocidad a una frecuencia de 5 MHz.

El documento " Reflectometna optica ultrarrapida en el dominio de la frecuencia basada en el alargamiento del tiempo inducido por la dispersion: principio y aplicaciones" por T.-J. Ahn y otros en la revista IEEE de Temas Seleccionados en Electronica Quantica, Vol.18, N.1 (2012, publicado en lmea el 03-2011), revisa el progreso reciente en el alargamiento de tiempo OFDR, que es una tecnica particular de la Reflectometna optica en el dominio de la frecuencia (OFDR). La tecnica se basa en la utilizacion de un mapeo tiempo-frecuencia inducido por dispersion lineal del interferograma del ancho de banda espectral objetivo que permite capturar informacion espectral en tiempo real utilizando una sola etapa de fotodeteccion y un convertidor analogico-digital rapido Se proporciona un marco teorico para el alargamiento de tiempo OFDR y se describe una aplicacion de la misma para (a) la medicion en tiempo real del retardo de grupo de los dispositivos dispersivos de banda ultra-ancha, (b) la medicion del retardo modal de las fibras de modo de orden superior, (c) las mediciones en tiempo real de la respuesta temporal en el campo complejo de los moduladores de alta velocidad y (d) la formacion de imagenes biomedicas OCT en tiempo real.

Resumen

Hay una necesidad de una tecnica de tomograffa de coherencia optica que mejore, al menos bajo ciertas condiciones, las limitaciones de una resolucion axial y/o de una profundidad de escaneo y permita una libre eleccion de la resolucion axial y la profundidad de escaneo. De acuerdo con un aspecto, se proporciona un dispositivo para tomograffa de coherencia optica u OCT, de acuerdo con la reivindicacion 1. El dispositivo comprende un generador de luz adaptado para generar una serie de pulsos de entrada de luz coherente, teniendo cada pulso de entrada de la serie una anchura de pulso de entrada; un medio dispersivo que tiene una entrada acoplada opticamente al generador de luz y una salida para los pulsos de salida, en donde el medio dispersivo esta adaptado para alargar la anchura de pulso de entrada hasta una anchura de pulso de salida de cada uno de los pulsos de salida mediante

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dispersion cromatica; un acoplador optico adaptado para acoplar los pulsos de salida de la salida en un brazo de referencia y en un brazo de muestra y para sobreponer la luz que retorna del brazo de referencia y del brazo de muestra; y un detector adaptado para detectar una intensidad de interferencia de la luz superpuesta con una resolucion temporal de una fraccion de la anchura de pulso de salida. Cada pulso de entrada de la serie puede tener un ancho de banda AA completo, tambien denominado intervalo espectral de entrada. El acoplador optico puede ser un divisor de haz, por ejemplo, un divisor de haz basado en fibra o un divisor de haz de espacio libre. La fraccion de la anchura de pulso de salida se puede designar por Stpuerta.

El termino "luz", segun se utiliza en la presente memoria, puede incluir ondas electromagneticas que tengan longitudes de onda (vado) en el intervalo de 600 nm a 1.500 nm, preferiblemente en el intervalo de 650 nm a 1.050 nm o en el intervalo de 850 nm a 1.250 nm o en el intervalo de 1.100 nm a 1.500 nm.

Algunas formas de realizacion pueden permitir modificar una resolucion axial de la OCT modificando un parametro relacionado con el generador de luz (por ejemplo, un ancho de banda del generador de luz, tambien denominado intervalo espectral de entrada). La invencion permite modificar una profundidad de escaneo axial de la OCT modificando un parametro relacionado con el medio dispersivo (una longitud de una trayectoria de propagacion de la luz en el medio dispersivo) y, en algunas formas de realizacion, un parametro relacionado con el detector (por ejemplo, una duracion de la fraccion). Ademas, la resolucion axial y la profundidad de escaneo axial se pueden modificar de forma independiente en todas las formas de realizacion. Un espectrometro y/o un generador de luz ampliamente ajustable (por ejemplo, ajustable en la totalidad del ancho de banda AA) capaz de producir simultaneamente un ancho de banda instantaneo muy estrecho (que tambien se puede designar por el sfmbolo SA) se pueden omitir en determinadas formas de realizacion.

Cada pulso de entrada en la serie o toda la serie puede tener un intervalo espectral de entrada que sea al menos, en esencia, independiente del tiempo. Alternativa o adicionalmente, cada pulso de entrada en la serie o toda la serie puede tener una longitud de onda central de entrada que sea al menos, en esencia, independiente del tiempo. Cada pulso de salida puede tener un intervalo espectral de salida promediado en el tiempo que se corresponda al menos, en esencia, con el intervalo espectral de entrada.

Cada pulso de salida puede tener una longitud de onda maxima de salida instantanea (tambien designada con el sfmbolo A(t)). La longitud de onda maxima de salida instantanea puede ser dependiente del tiempo y/o diferente para diferentes fracciones de la anchura de pulso de salida. La longitud de onda maxima de salida instantanea puede modificarse de forma repetitiva con el tiempo (durante un periodo que se corresponde con la anchura de pulso de salida). Alternativa o adicionalmente, cada pulso de salida puede tener un intervalo espectral de salida instantaneo (tambien designado con el sfmbolo SA). El intervalo espectral de salida instantaneo tambien se denomina como un ancho de banda instantaneo, un ancho de lmea instantaneo o un intervalo espectral de salida instantaneo. El intervalo espectral de salida instantaneo puede ser dependiente del tiempo y/o diferente para diferentes fracciones de la anchura de pulso de salida. El intervalo espectral de salida instantanea puede desplazarse de forma repetitiva con el tiempo (durante un periodo que se corresponde con la anchura de pulso de salida). El intervalo espectral de entrada puede ser varias veces mas amplio que uno o cada uno de los intervalos espectrales de salida instantaneos.

El medio dispersivo puede incluir una fibra optica o una grna de ondas. La grna de ondas puede incluir estructuras de rejilla, por ejemplo, rejillas de Bragg dispersivas (DBG). La fibra optica puede incluir estructuras de rejilla, por ejemplo, rejillas de Bragg de fibra chirpeada (FBG chirpeada). Una trayectoria de propagacion de la luz en el medio dispersivo puede ser, en esencia, recta. Alternativa o adicionalmente, la trayectoria de propagacion de la luz se puede doblar. La trayectoria doblada puede incluir reflexiones en una interfaz o un lfmite del medio. La trayectoria de propagacion de la luz en el medio dispersivo desde la entrada hasta la salida puede ser al menos de 1 km y/o hasta 10 km, hasta 60 km o hasta 100 km (por ejemplo, en fibra). Ademas, la trayectoria puede tener una longitud de al menos 1 cm o 2 cm y/o hasta 20 cm o 50 cm (por ejemplo, en una grna de ondas o un cristal de Bragg).

El pulso de entrada puede ensancharse espectralmente a lo largo de la trayectoria de propagacion. El ensanchamiento espectral puede dar lugar a una correlacion de longitud de onda y tiempo de salida. La longitud de onda maxima de salida instantanea del pulso de salida puede correlacionarse con un tiempo de salida. El tiempo de salida puede definirse con relacion a un tiempo de generacion del pulso de entrada del generador de luz. El tiempo de salida puede ser lineal en la longitud de onda A o lineal en un numero de onda,

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El medio dispersivo incluye, de acuerdo con la invencion, varias tomas en diferentes posiciones a lo largo de la trayectoria de propagacion de la luz. El dispositivo comprende ademas un conmutador optico adaptado para acoplar selectivamente el generador de luz con una de las tomas como la entrada. Alternativa o adicionalmente, el conmutador optico puede estar adaptado para acoplar selectivamente una de las tomas como la salida al acoplador optico.

La dispersion cromatica del medio dispersivo puede ser una dispersion lineal. Es decir, el parametro de dispersion puede ser, en esencia, independiente de la longitud de onda en el intervalo espectral de entrada o lineal en el

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numero de onda, k = 2n/A. La dispersion puede ser una dispersion de la velocidad de grupo. Un parametro de dispersion del medio dispersivo puede ser igual o mayor que 10.000 ps/(kmnm), preferiblemente aproximadamente 13.200 ps/(kmnm) o mayor. El parametro de dispersion puede ser proporcional a una segunda derivada de un mdice de refraccion del medio con respecto a la longitud de onda. La dispersion puede ser positiva. La dispersion positiva puede corresponder a un parametro de dispersion negativo. Las longitudes de onda largas en el pulso de salida pueden estar temporalmente por delante de longitudes de onda cortas en el pulso de salida. El medio dispersivo puede emitir primero longitudes de onda largas en cada pulso de salida. La longitud de onda maxima instantanea de cada pulso de salida puede barrer desde longitudes de onda largas hasta longitudes de onda cortas (es decir, "chirpeada" positivamente). El pulso de entrada puede ser sin chirpear. El pulso de salida puede ser con chirpeado aumentado (en caso de dispersion positiva). Alternativamente, el pulso de salida puede ser con chirpeado disminuido (en caso de dispersion negativa).

El dispositivo puede comprender ademas un generador de campo adaptado para generar un campo externo. El campo externo puede actuar sobre el medio dispersivo. El parametro de dispersion del medio puede ser controlado o controlable mediante una fuerza de campo externo.

El medio dispersivo puede ser distinto de un medio de ganancia del generador de luz. El medio dispersivo puede estar fuera de un medio de ganancia del generador de luz. El detector puede detectar la intensidad de al menos una de entre la longitud de onda maxima de salida instantanea dependiente del tiempo (A(t)) y el intervalo espectral de salida instantaneo dependiente del tiempo (A(t)-8A / 2 ... A (t) + AA/2). El detector puede ademas adaptarse para muestrear la intensidad para varias fracciones consecutivas. No es necesario que cada una de las intensidades detectadas para las fracciones respectivas se resuelva espectralmente. Las varias fracciones muestreadas pueden cubrir, en esencia, la anchura de pulso de salida o un periodo que se corresponde con la anchura de pulso de salida.

El medio dispersivo puede configurarse para proporcionar el pulso de salida. El pulso de salida puede tener un numero de onda maximo de salida instantaneo, k(t) que vane en funcion del tiempo. El numero de onda maximo de salida instantaneo k(t) puede variar linealmente en el tiempo. El pulso de salida puede tener un "chirp" que sea no lineal en la longitud de onda A(t) y/o lineal en k(t) (tambien denominado "chirp lineal en k"). Un chirp que es lineal en el numero de onda puede ser proporcionado por una fibra de cristal fotonico (PCF). El detector puede estar adaptado para muestrear las fracciones uniformemente en el tiempo, por ejemplo, a intervalos iguales o periodicamente. Alternativamente, el medio dispersivo puede configurarse para proporcionar un "chirp" que sea no lineal en el numero de onda, k(t). El chirp puede ser lineal en la longitud de onda, A(t), o la frecuencia, w(t). El detector puede estar adaptado para muestrear las fracciones linealmente en el numero de onda k. El detector se calibra para una modificacion lineal del numero de onda k(t) (es decir, una, en esencia, funcion lineal del tiempo) o para una modificacion no lineal del numero de onda k(t) (como una funcion no lineal del tiempo). El detector se calibra, de acuerdo con la invencion, mediante una sincronizacion optica, por ejemplo, una sincronizacion k. La sincronizacion optica incluye un interferometro de Mach-Zehnder. La sincronizacion optica sigue o rastrea la modificacion en el numero de onda en tiempo real. Ademas, el detector puede incluir un almacenamiento en el que puede codificarse una tabla de calibracion. La tabla de calibracion puede relacionar el numero de onda y el tiempo. La tabla de calibracion puede incluir o representar una funcion tabulada k(t). La tabla de calibracion puede determinarse y/o codificarse en un momento de fabricacion del dispositivo o antes de realizar la OCT. El detector puede muestrear la intensidad de interferencia de las fracciones a veces definidas por la tabla de calibracion. El muestreo de la intensidad de interferencia de las fracciones de una manera que sea lineal en el numero de onda puede evitar una perdida en la senal de la interferencia (tambien denominada como una serial de modulacion), particularmente puede evitar un decremento en la sensibilidad y/o la relacion senal ruido (SNR). Ademas, se pueden reducir los requisitos para una unidad de procesamiento, ya que no se requiere ninguna etapa de procesamiento intermedio para generar los datos lineales en el numero de onda.

La fraccion, o cada una de las fracciones, pueden ser iguales o mas cortas que 1/500, 1/1.000 o 1/10.000 de la anchura de pulso de salida, o pueden tener una duracion de entre 1/10.000 y 1/500 de la anchura de pulso de salida. Las varias fracciones muestreadas (por pulso de salida) pueden ser al menos 500, o al menos 1.000, o al menos 10.000. Alternativa o adicionalmente, la fraccion, o cada una de las fracciones, puede ser menor que 200 ns, preferiblemente mas corta que 100 ns.

El detector puede incluir un fotodiodo o una unidad de detector equilibrado dual. La unidad de detector equilibrado dual puede permitir reducir el ruido de la intensidad relativa del generador de luz. El detector puede incluir ademas una unidad de puerta (que tambien se denomina como electronica de puerta) conectada al fotodiodo. La unidad de puerta puede estar adaptada para truncar una senal de intensidad de acuerdo con la fraccion y/o leer la intensidad para cada una de las fracciones muestreadas. El detector puede incluir una memoria intermedia adaptada para almacenar las lecturas de intensidad de las varias fracciones muestreadas. El detector puede incluir un procesador adaptado a aplicar la transformada de Fourier a las lecturas de intensidad (que corresponden a un pulso de salida) y/u otras funciones de procesamiento de senal.

El generador de luz puede ser un generador de luz de banda ancha. El generador de luz puede estar adaptado para generar los pulsos de entrada sobre un espectro de banda ancha. El generador de luz puede incluir un laser de titanio-zafiro (tambien denominado como laser Ti-zafiro o laser TiS) o cualquier otro laser de pulso corto o laser de pulso ultra-corto. La longitud de onda central puede estar en el intervalo de 750 nm a 850 nm, preferiblemente

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aproximadamente 800 nm. El intervalo espectral de entrada puede ser aproximadamente igual o superior a 200 nm (por ejemplo, 300 nm o 400 nm). El laser de titanio-zafiro puede ser pulsado. Alternativa o adicionalmente, el generador de luz puede incluir un diodo super luminescente (SLD) o cualquier otra fuente de luz de banda ancha, por ejemplo, una fuente de emision espontanea amplificada (fuente ASE) o una fuente de luz supercontinua pulsada. La fuente de luz supercontinua puede incluir al menos uno de entre un laser de picosegundos, un laser de nanosegundos y una fibra no lineal acoplada al laser. La fibra no lineal puede estar configurada para generar un espectro amplio y, en esencia, continuo por medio de efectos opticos no lineales.

El detector y el generador de luz pueden estar sincronizados. Un controlador conectado al generador de luz y al detector puede estar adaptado para el control smcrono. La sincronizacion puede incluir una modificacion de tiempo fija. La modificacion de tiempo puede ser un retardo de tiempo entre la generacion de los pulsos de entrada y el muestreo de las intensidades de las varias fracciones. La serie de pulsos de entrada puede ser periodica. El generador de luz puede generar la serie de pulsos de entrada con una frecuencia de repeticion. El muestreo puede ser iniciado o activado con la misma frecuencia de repeticion. La frecuencia de repeticion puede definir una frecuencia de adquisicion de lmea-A de la OCT.

El generador de luz puede incluir una fuente de luz de onda continua (fuente de luz CW) y un obturador optico. El obturador puede estar dispuesto operativamente entre la fuente de luz CW y la entrada del medio dispersivo. El obturador puede estar adaptado para truncar o bloquear periodicamente la luz procedente de la fuente de luz CW. El obturador puede funcionar a una frecuencia de obturacion que se corresponde con la frecuencia de repeticion. La frecuencia de obturacion puede ser al menos de 10 kHz, 20 kHz o 50 kHz. La frecuencia de obturacion puede ser de hasta 100 kHz, 500 kHz, 1 MHz o 3 MHz.

El acoplador optico puede incluir al menos uno de entre un divisor de haz y un acoplador de fibra optica. El acoplador optico puede acoplar la salida a los brazos con igual intensidad. Alternativamente, el acoplador optico puede acoplar la salida a los brazos con diferentes intensidades de forma que aumente la intensidad del brazo de muestra. El brazo de muestra puede proporcionar luz dispersa de retorno. La luz dispersa de retorno puede dispersarse a partir de una muestra. El divisor de haz puede incluir un espejo parcialmente transparente, por ejemplo, un espejo semitransparente. El acoplador optico puede ser un acoplador de fibra optica. El acoplador de fibra optica puede ser un acoplador de fibra fundida o incluir un estrechamiento de fibra. El acoplador optico puede ser un acoplador 2-por-2. El acoplador optico puede ser un acoplador de division 50%-50% o puede suministrar cualquier otra relacion de division. Alternativa o adicionalmente, el acoplador optico puede incluir un circulador. El circulador puede ser un circulador de tres puertos. Un primer puerto del circulador puede acoplarse a la salida. Un segundo puerto del circulador (en la direccion de circulacion) puede acoplarse a un acoplador 1-por-2. Un tercer puerto del circulador (en la direccion de circulacion) puede estar acoplado al detector.

De acuerdo con otro aspecto, se proporciona un metodo para realizar la tomograffa de coherencia optica u OCT de acuerdo con la reivindicacion 15. El metodo comprende generar una serie de pulsos de entrada de luz coherente, teniendo cada pulso de entrada de la serie una anchura de pulso de entrada; alargar la anchura de pulso de entrada de cada uno de los pulsos de entrada hasta una anchura de pulso de salida de los pulsos de salida mediante dispersion cromatica en un medio dispersivo; acoplar los pulsos de salida de la salida desde la salida en un brazo de referencia y en un brazo de muestra y superponer la luz que retorna del brazo de referencia y del brazo de muestra; y detectar una intensidad de interferencia de la luz superpuesta con una resolucion temporal de una fraccion de la anchura de pulso de salida.

El metodo puede ser realizado por el dispositivo. El metodo puede comprender ademas cualquier caracteffstica o etapa mencionada en el contexto del aspecto dispositivo.

Breve descripcion de los dibujos

Otras caracteffsticas, ventajas y efectos tecnicos de la descripcion se pondran de manifiesto en la descripcion detallada siguiente de formas de realizacion de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Fig. 1 ilustra esquematicamente una primera forma de realizacion de un dispositivo para tomograffa de coherencia optica que incluye un medio dispersivo;

La Fig. 2 ilustra esquematicamente una segunda forma de realizacion de un dispositivo para tomograffa de coherencia optica que incluye un medio dispersivo;

La Fig. 3 ilustra esquematicamente una tercera forma de realizacion de un dispositivo para tomograffa de coherencia optica que incluye un medio dispersivo;

La Fig. 4 muestra un diagrama esquematico de una primera distribucion de energfa de entrada en una entrada del medio dispersivo de la Fig. 1, 2 o 3;

La Fig. 5 muestra un diagrama esquematico de una primera distribucion de energfa de salida en una salida del medio dispersivo de la Fig. 1,2 o 3 como resultado de la primera distribucion de energfa de entrada;

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La Fig. 6 muestra un diagrama esquematico de una segunda distribucion de ene^a de entrada en una salida del medio dispersivo de la Fig. 1, 2 o 3;

La Fig. 7 muestra un diagrama esquematico de una segunda distribucion de energfa de salida en una salida del medio dispersivo de la Fig. 1,2 o 3 como resultado de la segunda distribucion de energfa de entrada; y

La Fig. 8 muestra un diagrama de medicion de un parametro de dispersion del medio dispersivo de la Fig. 1,2 o 3.

Todas las formas de realizacion de acuerdo con la invencion comprenden varias tomas, un conmutador optico y un interferometro de Mach-Zehnder como el reivindicado, incluso si estos elementos no estan incluidos en las figuras.

Descripcion detallada

La tomograffa de coherencia optica (OCT) moderna esta dominada por la llamada OCT de dominio de Fourier (FD- OCT), que logra una mejor relacion senal ruido (SNR) en comparacion con la OCT de dominio en el tiempo (TD- OCT) clasica. Ademas, al evitar un escaneo z mecanico (es decir, un brazo de referencia cuya longitud optica se modifique mecanicamente), son alcanzables frecuencias de escaneo significativamente mas altas, por ejemplo, fR > 100 kHz, es alcanzable. La FD-OCT se implementa como OCT de dominio espectral (SD-OCT) u OCT de fuente de barrido (SS-OCT).

Un sistema de SD-OCT moderno se describe en el arffculo "Formacion de imagenes de los segmentos oculares interiores ampliadas in vivo con tomograffa de coherencia optica de dominio espectral compleja de intervalo completo" por J. Jungwirth y otros en la Revista de Optica Biomedica, juego de paginas 050501, Vol. 14 (5), 2009. Se describe una limitacion intffnseca de una profundidad de escaneo y una forma de duplicar la profundidad de escaneo limitada por medio de una tecnica denominada compleja de intervalo completo (FRC).

Se describe un sistema SS-OCT con referencia a la Fig. 2 en el arffculo "Formacion de imagenes opticas en el dominio de la frecuencia de alta velocidad" por S.H. Yun y otros en Optica Expreso, Vol. 11, N° 22, paginas 2.953 - 2.963. Aparte de la frecuencia de escaneo, un ancho de banda AA emitido por una fuente de luz de un dispositivo OCT y un ancho de lmea instantaneo SA del ancho de banda AA de emision influye significativamente en un rendimiento del dispositivo OCT, que incluye una resolucion axial Szmin y una profundidad de escaneo axial Azmax, segun se detalla mas adelante.

La resolucion axial Szmin (tanto en SD-OCT como SS-OCT) se determina por el ancho de banda AA de la fuente de luz de acuerdo con:

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En donde n designa un mdice de refraccion de una muestra, tal como tejido. Por ejemplo, n = 1,37 para una cornea de un ojo. El sfmbolo A0 designa una longitud de onda central en el ancho de banda AA definido por el ancho de banda de anchura completa a la mitad del maximo (FWHM) de la fuente de luz.

Se establece una limitacion de la profundidad de escaneo axial Azmax, en SD-OCT y SS-OCT, mediante la resolucion espectral SA de deteccion o el ancho de lmea instantaneo del laser de barrido, respectivamente, de acuerdo con:

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en donde A0 y n designan la longitud de onda central y el mdice de refraccion, respectivamente. En el caso de SD- OCT utilizando un espectrometro con una matriz de detectores lineales, la resolucion espectral SA esta limitada por un tamano de pixel de la matriz de detectores lineales, en la que se irradia un espectro de luz transversalmente descompuesto.

Los principios ffsicos subyacentes de la FD-OCT relacionan de este modo los ffmites de la profundidad de escaneo Azmax y la resolucion axial Szmin de acuerdo con:

* A2

Az =---------

max 2-SI

Por consiguiente, un requisito para un sistema de SD-OCT puede apuntar a la deteccion de la anchura espectral completa (es decir, el objetivo de un gran AA) y, al mismo tiempo, puede apuntar a una resolucion espectral alta (es decir, en una pequena SA). Sin embargo, la resolucion espectral SA y el ancho de banda AA cubiertos por el detector no son independientes, sino que estan relacionados por un numero de pfxeles en la matriz de detectores lineales. Si se mejora la resolucion espectral SA aumentando el ensanchamiento transversal de la descomposicion espectral que se irradia en la matriz de detectores lineales, se puede reducir el ancho de banda AA cubierto por la matriz de detectores lineales. El tamano de pixel fabricable y el numero de pfxeles en la matriz de detectores lineales de los

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espectrometros, as^ como las aberturas de lentes acromaticas y las rejillas de difraccion, determinan las limitaciones tecnicas para mejorar de forma independiente la resolucion axial Szmin y la profundidad de escaneo Azmax.

Las limitaciones tecnicas limitan de este modo el rendimiento de los sistemas de SD-OCT y pueden excluir determinadas aplicaciones. A modo de ejemplo, los sistemas modernos de SD-OCT pueden lograr una resolucion axial 8zmin bastante alta, pero con una profundidad de escaneo Azmax relativamente baja, segun se ilustra por el ejemplo numerico mas adelante.

El uso de un laser de Ti-zafiro (laser TIS) como fuente de luz con longitud de onda central Ao = 800 nm y un bastante avanzado ancho de banda AA = 200 nm es posible en combinacion con un avanzado numero de pfxeles de N = 4.096 pfxeles, una buena resolucion axial Szmin = 1,0 pm y una profundidad de escaneo Azmax = 2,1 mm en tejido con n = 1,37. En este ejemplo, el numero limitado de pfxeles implica una resolucion espectral limitada

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que a su vez limita la profundidad de escaneo Azmax. La alta resolucion axial obvia de este modo una gran profundidad de escaneo y viceversa.

En el caso de SS-OCT, una fuente de luz laser se ajusta rapidamente a traves de la totalidad del ancho de banda emisible AA, dando lugar a un ancho de lmea instantaneo SA con el que la fuente de luz laser oscila en un tiempo t del ajuste. Sin embargo, el ancho de banda instantaneo SA esta limitado por un factor de calidad (o factor Q) de una cavidad de la fuente de luz laser y por un tiempo de estabilizacion de la oscilacion. Por otra parte, el ancho de banda AA de las fuentes de luz ajustables requerido para la SS-OCT es normalmente inferior de 120 nm, que es la razon por la cual la SS-OCT a menudo alcanza menores resoluciones axiales Szmin con una profundidad de escaneo Azmax ligeramente mas ancha en comparacion con la SD-OCT. Ademas, actualmente no hay fuentes de luz laser disponibles para la SS-OCT con suficiente ancho de banda AA ajustable con un intervalo espectral que cubra una A0 = 800, lo que reduce significativamente la resolucion axial, puesto que Szmin es proporcional al cuadrado de A0. Utilizando fuentes de luz laser de barrido muy avanzadas, un sistema de SS-OCT puede lograr el rendimiento del ejemplo numerico de mas adelante.

Asumir que las fuentes de luz laser de barrido tienen una longitud de onda central A0 = 1.060 nm, un ancho de banda total AA = 120 nm y proporcionan un ancho de lmea instantanea SA = 0,06 nm, da lugar a una resolucion axial Szmin = 3,0 pm (para tejido corneal) o Szmin = 4,1 pm (en el aire) y una profundidad de escaneo Azmax = 3,0 mm (para tejido corneal) o Azmax = 4,1 mm (en el aire).

Como se ha hecho evidente a partir de las consideraciones anteriores del metodo para la FD-OCT y los correspondientes ejemplos numericos, una alta resolucion axial Szmin y una amplia profundidad de escaneo Azmax no se pueden realizar simultaneamente.

La Fig. 1 ilustra esquematicamente una disposicion de componentes opticos y su acoplamiento mutuo de acuerdo con una primera forma de realizacion de un dispositivo 100a para tomograffa de coherencia optica. El dispositivo 100a comprende un generador de luz 110, un medio dispersivo 120 que tiene una entrada 122 y una salida 124, un acoplador optico 130 y un detector 140. El generador de luz 110 esta opticamente acoplado a la entrada 122. El generador de luz 110 y el medio dispersivo 120 forman una fuente de luz 150 del dispositivo 100a.

El acoplador optico 130 recibe la luz que es emitida por la fuente de luz 150 y divide equitativamente la luz por medio de un espejo semitransparente 132 en un brazo de referencia 160 terminado por un espejo 162 y en un brazo de muestra 170. La luz que se propaga hacia el acoplador 130 en el brazo de referencia 160 y en el brazo de muestra 170 se superpone mediante el acoplador 130 en un brazo de deteccion 180.

El detector 140 comprende un fotodiodo 142, una unidad de puerta 144, una memoria intermedia 146, una unidad de adquisicion de datos 143, una unidad de procesamiento 145, una unidad de almacenamiento 147 y una pantalla 148. El fotodiodo 142 esta dispuesto en el brazo de deteccion 180 El fotodiodo 142 tiene un tiempo de respuesta inferior de 50 ps, preferiblemente del orden de 35 ps o 40 ps o entre ellos. Una resolucion temporal tambien puede depender del tiempo muerto del fotodiodo de aproximadamente 100 ps, que puede reducirse o evitarse utilizando de forma consecutiva mas de un fotodiodo 142 o mas de un detector 140. La unidad de puerta 144 esta conectada electricamente al fotodiodo 142. La unidad de puerta 144 secuencia una senal de intensidad del fotodiodo 142 en fracciones temporales Stpuerta. La memoria intermedia 146 almacena temporalmente muestras de la senal de intensidad secuenciada. Cada muestra representa una fraccion en la secuencia de fracciones. La memoria intermedia 146 almacena la intensidad de cada fraccion en asociacion con un numero consecutivo de la fraccion, un tiempo de deteccion o una longitud de onda dependiente del tiempo (que se detalla con referencia a las Fig. 5 y 7). La unidad de adquisicion de datos 143 es una interfaz a traves de la cual la unidad de procesamiento 145 recupera los datos de aquellas fracciones que se corresponden con uno de los pulsos de salida 302, 304, 306.

La unidad de procesamiento esta adaptada para leer las muestras de intensidad de una secuencia de la memoria intermedia 146 a traves de la unidad de adquisicion de datos 143 y para realizar una transformacion de Fourier de las mismas. Un resultado de la transformada de Fourier se almacena de forma permanente en la unidad de almacenamiento 147 y/o se muestra a un usuario en la pantalla 148.

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El brazo de muestra 170 comprende un escaner xy 172 y una lente 174. El escaner xy 172 incluye un par de espejos pivotantes 176 y 178 que desvfan la luz en el brazo de muestra 170 (propagandola ya sea desde el acoplador 130 a la lente 174 o en la otra direccion) en una primera direccion transversal y una segunda direccion transversal perpendicular a la primera direccion transversal, respectivamente. La lente de escaneo 174 forma un foco de haz aproximadamente gaussiano, cuya cintura de haz esta enfocada dentro de una muestra 190, tal como la cornea o la retina de un ojo.

La Fig. 2 ilustra esquematicamente una segunda forma de realizacion de un dispositivo 100b para tomograffa de coherencia optica. Los signos de referencia correspondientes se refieren a componentes y caractensticas segun se describe en el contexto de la forma de realizacion 100a. El dispositivo 100b difiere en que el acoplador optico 130 incluye un acoplador de fibras fusionadas 2-a-2. Una primera pareja interfaz de fibras fusionadas se acopla opticamente a la salida 124 del medio dispersivo 120 y al detector 148, respectivamente. Una segunda pareja interfaz de fibras fusionadas se acopla opticamente al escaner xy 172 y al brazo de referencia 160, respectivamente.

La Fig. 3 ilustra esquematicamente una tercera forma de realizacion de un dispositivo 100c para tomograffa de coherencia optica. El dispositivo 100c incluye componentes y caractensticas designadas por los signos de referencia correspondientes segun lo descrito anteriormente con referencia a las Fig. 1 o 2. El dispositivo 100c difiere en que el acoplador optico 130 incluye un circulador 134 y un acoplador 1-a-2 136. El circulador 134 tiene tres puertos y esta adaptado para transmitir energfa que entra por cualquier puerto a un puerto siguiente en una direccion de circulacion indicada por una flecha 138. Un primer puerto del circulador 134 esta acoplado opticamente a la salida 124 del medio dispersivo 120. Un segundo puerto (que sigue al primer puerto en la direccion de circulacion) del circulador 134 esta acoplado opticamente al unico puerto del acoplador 1-a-2 136. Un tercer puerto (que sigue al segundo puerto en la direccion de circulacion) del circulador 134 define el brazo de deteccion 180. El acoplador 1-a-2 136 genera luz desde el segundo puerto del circulador 134 tanto en el brazo de referencia 160 como en el brazo de muestra 170. La luz que retorna desde el brazo de referencia 160 y/o el brazo de muestra 170 se combina en el unico puerto del acoplador 1-a-2 y entra de este modo en el segundo puerto del circulador 134. Uno o ambos de entre el brazo de referencia 160 y el brazo de muestra 170 incluyen opcionalmente un controlador de polarizacion.

El generador de luz 110 es un laser TiS de banda ancha o una fuente supercontinua pulsada (fuente SC). El generador de luz 110 genera pulsos con una longitud de onda central A0 = 800 nm, 1.050 nm o 1.300 nm con una frecuencia de repeticion fR = 1/Tr de los pulsos. Una distribucion de energfa espectral-temporal Sentrada para (una parte corta de) una serie de pulsos 202, 204 y 206 en los instantes T1, T2 y T3 se ilustra esquematicamente en un diagrama 200a de la Fig. 4. El tiempo se muestra en el eje horizontal y la longitud de onda en el eje vertical del diagrama 200a. La distribucion de energfa espectral-temporal se ilustra esquematicamente como una densidad espectral-temporal que es una funcion de tanto el tiempo como la longitud de onda. La Fig.6 ilustra esquematicamente en un diagrama 200b una variante de la distribucion de energfa espectral-temporal Sentrada en la entrada 122. Las longitudes de onda extremas en el intervalo espectral AA amplio son proporcionadas por el generador de luz 110 sobre, en esencia, la anchura de pulso completa T0. Las lmeas cerradas indican esquematicamente las lmeas de igual densidad de energfa.

En una variante de cada uno de los dispositivos 100a, 100b y 100c, el generador de luz 110 incluye una fuente de luz de onda continua (CW) de banda ancha, tal como un diodo super luminiscente (SLD) o una emision espontanea amplificada (ASE). La fuente de luz CW tiene una alta intensidad o luminiscencia. La fuente de luz CW proporciona un espectro de banda ancha correspondiente al intervalo espectral de entrada AA. La fuente de luz CW se trunca opticamente por medio de un obturador rapido. El obturador funciona a una frecuencia de aproximadamente fR = 1 MHz. La luz truncada se introduce en el medio dispersivo 120. El diagrama 200b en la Fig. 6 puede ilustrar esquematicamente (por ejemplo, de forma mas realista que el diagrama 200a en la Fig. 4) la distribucion de energfa espectral-temporal Sentrada proporcionada por el obturador.

Cada pulso 202, 204 o 206 en la serie de pulsos es esencialmente identico en cuanto a su distribucion de energfa en tiempo y frecuencia o longitud de onda. Los pulsos laser TiS tienen un intervalo espectral de entrada AA del orden de 200 nm. Un laser TiS de ejemplo se describe en el arffculo "Laser Ti:Al2O3 compacto, de bajo costo para tomograffa de coherencia optica de ultra alta resolucion in vivo" por A. Unterhuber y otros, Cartas opticas, Vol. 28, No. 11, p. 905-907, 2003. Una anchura de pulso de entrada T0 es una duracion de pulso definida como el tiempo de energfa por encima de un nivel de 1/e2 con respecto a un maximo de energfa. (Una definicion alternativa utiliza un nivel de -3 dB, es decir, el FWHM en el tiempo.) El ancho de pulso de entrada T0 esta en el intervalo de 10 fs a 10 ns, preferiblemente de 1 ps a 1 ns o 2 ns. El intervalo espectral de entrada AA se define como el ancho de banda FWHM, es decir, a un nivel de -3 dB del espectro. Una definicion alternativa puede utilizar un nivel de -10 dB (es decir, el intervalo espectral se define en un nivel del 10%) para los espectros complejos o rara vez en un nivel de 1/e2. El intervalo espectral de entrada AA define un espectro de barrido eficaz mediante el medio dispersivo 120, segun se describe mas adelante con referencia a las Fig. 5 y 7.

El pulso de entrada de banda ancha 202, 204 o 206 se alarga en el tiempo cuando el pulso pasa a traves del medio altamente dispersivo 120. En las formas de realizacion 100a, 100b y 100c mostradas en la Fig. 1, 2 y 3, respectivamente, el medio dispersivo 120 es una fibra optica. El pulso de entrada es sometido a una dispersion lineal de la velocidad de grupo. La alternativa de una dispersion de la velocidad de grupo no lineal se describe mas adelante con referencia a la Fig. 8. Como resultado, las componentes espectrales del pulso de entrada se retrasan

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de forma diferente o se dispersan de forma temporal entre sL El retardo es una funcion de la longitud de onda de modo que, en el caso de dispersion positiva, las longitudes de onda largas se propagan mas rapido en el medio dispersivo 120 resultante en pulsos de salida 302, 304 y 306, cuya distribucion de energfa espectral-temporal Ssalida se ilustra esquematicamente mediante el diagrama 300a en la Fig. 5. Una distribucion de energfa espectral-temporal Ssalida en la salida 124 del medio dispersivo 120 que resulta de los pulsos de entrada de acuerdo con el diagrama 200b de la Fig. 6 se ilustra esquematicamente mediante el diagrama 300b en la Fig. 7. Un espectro original 308 de los pulsos de entrada 202, 204 y 206 permanece, en esencia, sin cambios cuando se promedia sobre una escala de tiempo mas larga que un pulso de salida con el Tp de cada uno de los pulsos de salida 302, 304 y 306. Mas espedficamente, los efectos no lineales tales como una ganancia parametrica, una generacion de segundo armonico, una dispersion de ordenes arbitrarios, una auto modulacion de fase y una mezcla de cuatro ondas estan ausentes o son insignificantes en el medio dispersivo 120. El medio dispersivo 120 es un medio lineal. Espedficamente, la longitud de onda central A0 se conserva.

En la escala de tiempo significativamente mas corta de las fracciones Stpuerta resuelta temporalmente por el detector 140, la separacion espectral de las diferentes longitudes de onda da lugar a un pulso de salida "con chirpeado aumentado", cuya longitud de onda A(t) es una funcion del tiempo, segun se indica en cada uno de los diagramas 300a y 300b para los tiempos t1 y t2. Un espectro de salida 310 instantaneo, mostrado a modo de ejemplo para el instante t1 en las Fig. 5 y 7, es una lmea estrecha con un intervalo espectral instantaneo SA fuera del intervalo espectral de entrada AA completo.

La dispersion del medio 120 es una dispersion cromatica o una dispersion de la velocidad de grupo (GVD). La dispersion se describe (al menos parcialmente) por un parametro de dispersion D. Las fibras disenadas espedficamente estan disponibles con grandes parametros de dispersion para casi cualquier intervalo espectral AA de interes dado, particularmente para 600 nm hasta 1000 nm. Las fibras con elevada area modal (fibras LMA) son fibras de cristal fotonico (PCF) que proporcionan una GVD de las diferentes componentes espectrales con el parametro de dispersion | D | > 500 ps/(nmkm).

La Fig. 8 muestra un diagrama 400 de la dispersion para una fibra con elevada area modal UV que mantiene de polarizacion. El diagrama 400 es un resultado de medicion del Prof. P. Hartmann, Westsachsische Hochschule. La fibra LMA UV tiene un diametro de 125 pm, un primer diametro de campo modal MFDx = 2,6 pm y un segundo diametro de campo modal MFDy = 4,3 pm. Un retraso por longitud, t/L, se muestra con el signo de referencia 402 y el parametro de dispersion D se muestra con el signo de referencia 404. Los resultados correspondientes en el parametro de dispersion de un PCF se proporcionan en la revista Optica Expreso, vol. 12, No. 2, 2004, pag. 301 en la Fig. 1 (a). Ademas, una variante avanzada de la cada una de las formas de realizacion de los dispositivos 100a, 100b y 100c utiliza una denominada "fibra de nucleo concentrico" con un parametro de dispersion D del orden de - 13.200 ps/(nmkm), como se informo en la revista el mundo del foco laser, julio 2.011, p. 9.

La anchura de pulso de entrada T0 del pulso de entrada 202, 204 o 206 esta fuertemente alargada, es decir, se prolonga en el tiempo, hasta la anchura de pulso de salida Tp del pulso de salida 302. La anchura de pulso de entrada T0 es del orden de 1 fs a 1 ns. La anchura de pulso de salida Tp es del orden de 100 ns a 10 ps. La dispersion del medio 120 relaciona la anchura de pulso de salida Tp con el pulso de entrada con T0 de acuerdo a:

T^TQ+lDlL-AA,

con el parametro de dispersion espectral D del medio dispersivo 120 (en ps/(nmkm)), una longitud L de una trayectoria de propagacion de la luz (en km, por ejemplo, la longitud de fibra) y el intervalo espectral de entrada AA (en nm ). Las longitudes preferidas L incluyen 1 km, 10 km o cualquier longitud L intermedia, como se detalla en el ejemplo numerico mas adelante. Se elige una potencia del generador de luz 110 de tal manera que la potencia (maxima) de los pulsos de salida 302, 304, 306 (por ejemplo, en la salida 124) sea al menos 1 mW, 5mW, 10 mW, 20 mW, 50 mW o una potencia entre 5 y 50 mW. La potencia puede tener en cuenta una atenuacion en el medio dispersivo 120.

El espectro de entrada de banda ancha Sentrada de los pulsos de entrada 202, 204 y 206 con el intervalo espectral de entrada AA amplio y la anchura de pulso de entrada T0 corta se alarga de este modo ampliamente en el tiempo hasta la anchura de pulso de salida Tp sin modificar el intervalo espectral de tiempo-promedio AA en la salida 124. En el caso de la dispersion positiva mostrada en cada una de las Fig. 5 y 7, las componentes espectrales rojas estan en el comienzo del pulso de salida alargado 302, 304 o 306. Las componentes espectrales azules siguen en una cola temporal del pulso de salida 302, 304 o 306. Las diferentes componentes espectrales de este modo alcanzan el detector 140 en diferentes instantes, que detecta de forma secuencial las componentes espectrales en las fracciones Stpuerta que subdividen la anchura de pulso de salida Tp.

De acuerdo con un ejemplo, el ensanchamiento temporal, es decir, la anchura de pulso de salida Tp, se selecciona, dependiendo de una aplicacion, modificando el parametro de dispersion D. El parametro de dispersion D se modifica cambiando de forma selectiva el medio dispersivo 120 entre varios medios dispersivos diferentes. Con el fin de evitar los componentes moviles en la disposicion optica del dispositivo 100a, 100b o 100c, una variante del ejemplo modifica el parametro de dispersion D mediante la aplicacion de un campo electrico o magnetico externo que actua sobre un medio dispersivo 120, en donde el parametro de dispersion D del medio 120 es sensible al campo externo.

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Alternativa o adicionalmente, se modifica la longitud L del medio dispersivo 120. De acuerdo con la invencion, en el dispositivo 100a, 100b o 100c, el medio de dispersion 120 incluye varias tomas a lo largo de la longitud L. Cada una de las varias tomas permite el acoplamiento de la luz en o fuera del medio dispersivo 120 en una posicion de la toma a lo largo de la longitud L. Al menos una de entre la entrada 122 y la salida 124 se puede seleccionar a lo largo de la longitud L del medio dispersivo 120. Un conmutador optico utiliza automaticamente una de las tomas como la entrada 122 o como la salida 124 en funcion de la aplicacion.

En una dilatacion temporal suficiente del pulso de salida 302, 304 o 306 (es decir, con una suficientemente grande Tp) y para un detector suficientemente rapido 140 (es decir, para un suficientemente corto Stpuerta), solo el intervalo espectral instantaneo SA agudo ( es decir, el ancho de lmea espectral instantaneo) se detecta dentro de la fraccion temporal Stpuerta definida por la unidad de puerta 144. El intervalo espectral de salida instantaneo SA (es decir, el ancho de lmea espectral instantaneo) define de este modo la longitud de coherencia, que es el doble que la profundidad de escaneo axial de acuerdo a:

/ = 2 • Az„

2-ln2 4 n• 7T SX

Aqu se supone que la profundidad a la que la senal OCT cae a -6 dB (correspondiente a 20-log (A), en donde A es la amplitud de la senal) define la profundidad de escaneo axial. En otras palabras, la profundidad de escaneo axial Azmax es la mitad de la longitud de coherencia. Se senala que, incluso para una resolucion temporal dada Stpuerta del detector 140, la resolucion espectral (es decir, el intervalo espectral instantaneo SA) puede mejorarse aumentando la anchura de pulso de salida Tp, que es causada por el medio dispersivo 120, independientemente del intervalo espectral AA del generador de luz 110 y/o disminuyendo la resolucion del tiempo de puerta Stpuerta.

Como resultado de la independencia, la resolucion axial Szmin (que es proporcional a 1/AA) y la profundidad de escaneo axial Azmax (que es proporcional a 1/SA, y por lo tanto proporcional a Tp/(AA- Stpuerta)) pueden ser elegidas independientes entre sr En otras palabras, la tecnica OCT, que tambien se puede denominar como una Fuente OCT de barrido de pulso-alargado (PSSS-OCT), permite elegir casi libremente la resolucion axial Szmin y la profundidad de escaneo axial Azmax, por ejemplo, en funcion de la aplicacion. La resolucion espectral SA ya no esta limitada por un tamano de pixel de una matriz de detectores en un espectrometro (en contraposicion con la SD-OCT) y ya no se determina mediante un ancho de banda instantaneo de una fuente de luz ajustable o de barrido (en contraposicion con la SS-OCT). Un ancho de banda grande AA (que es proporcionado por la fuente de luz 110) y una pequena resolucion espectral SA (que es provocada por el medio dispersivo 120) no son mutuamente excluyentes utilizando la PSSS-OCT.

Se resumen los parametros para una implementacion de ejemplo de cada uno de los dispositivos 100a, 100b y 100c. El laser TiS utilizado como el generador de luz tiene una longitud de onda central A0 = 800 nm y un ancho de banda AA = 200 nm para una anchura de pulsos de entrada T0 = 1 ps a 1 ns. El medio dispersivo 120 es una fibra de L = 2 km de longitud dispuesta como una bobina. La fibra tiene un parametro de dispersion D = -13.200 ps/(nmkm). El detector 140 tiene una resolucion temporal para el muestreo de las fracciones Stpuerta ^ 100 ps, cuya sincronizacion es soportada por todas las componentes 142 a 148 del detector 140. La anchura de pulso de salida Tp es por lo tanto (al menos, desde que la contribucion del primer termino, T0, es poco significativa):

Tp =|D|’L'A/l = 5.3/if.

Para un intervalo de muestreo Stpuerta = 100 ps, varias fracciones de N se muestrean por pulso:

jv = ii£L = 5.3.i04.

100;m

El intervalo espectral de salida instantaneo SA, que es la resolucion espectral detectada por el detector 140 que detecta la senal de intensidad del fotodiodo 142 en la fraccion temporal Stpuerta, es por lo tanto:

<«. = — -0.004 nm. N

La implementacion de ejemplo del dispositivo 100a, 100b o 100c puede lograr de este modo una resolucion axial Szmin = 1,0 pm y una profundidad de escaneo axial Azmax = 26 mm. Las formas de realizacion de los dispositivos 100a, 100b y 100c logran de este modo la alta resolucion axial (comparable a la SD-OCT) en combinacion con una profundidad de escaneo axial que (por suficiente intensidad de senal, es decir, energfa espectral) es lo suficientemente larga para explorar la totalidad de la longitud de un ojo.

La profundidad de escaneo Azmax es ajustable libremente, incluso sin modificar la disposicion optica del dispositivo 100a, 100b o 100c, modificando el intervalo de muestreo de las fracciones Stpuerta.

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Alternativa o adicionalmente, particularmente conveniente para el caso de una anchura de pulso de entrada To muy corta, el ensanchamiento temporal del pulso de entrada que produce el pulso de salida de anchura de pulso de salida Tp, se puede describir mediante la relacion:

*„ = r0Jl + (4-ln(2)-% *4-ln(2)^,

V ro ro

en donde D2 = P2L es la dispersion de retardo de grupo (por ejemplo, la dispersion de la velocidad de grupo relacionada con la longitud espedfica L del medio dispersivo). El sfmbolo p2 indica la dispersion de la velocidad de grupo:

D.

0j =-------—-®- (en unidades de fs2/m).

1n-c

en la que Da designa el parametro de dispersion (tambien denominado como parametro de dispersion de retardo de grupo) en unidades de ps/(kmnm), un ejemplo del cual se muestra en la Fig. 8.

En un conjunto de ejemplos numericos, el parametro de dispersion es Da = -13.200 ps/(kmnm) y la luz se genera con una longitud de onda central Ao = 800 nm, la cual produce p2 = 4.481.781 fs2/m, de manera que para una longitud L = 2 km el pulso de salida Tp sea aproximadamente 1,65 ps; para una longitud L = 10 km el pulso de salida Tp sea aproximadamente 8,25 ps; o para una longitud L = 20 km el pulso de salida Tp sea aproximadamente 16,5 ps.

Al aumentar adicionalmente el intervalo espectral de entrada AA de la luz generada mediante el laser TiS 110, la resolucion axial Szmin se mejora adicionalmente, incluso sin un efecto negativo en la profundidad de escaneo Azmax.

Como ha llegado a ser evidente a partir de la descripcion anterior de las formas de realizacion de un dispositivo para tomograffa de coherencia optica, la invencion permite superar las limitaciones o interdependencias mutuas de al menos una de entre la resolucion axial Szmin y una profundidad de escaneo Azmax. Una anchura de un pulso de salida Tp puede exceder de 1 ps. El detector puede resolver fracciones temporales Stpuerta mas cortas que 100 ps. Una dispersion puede ser lineal con respecto a un numero de onda o la frecuencia de los componentes espectrales en un pulso de entrada, lo que permite el muestreo de las fracciones Stpuerta de una senal de intensidad de manera uniforme en el tiempo para la transformacion de Fourier directa.

Sera evidente que pueden hacerse varias modificaciones en la forma, construccion y disposicion de las formas de realizacion de ejemplo anteriores sin apartarse del alcance de la invencion o sin sacrificar todas sus ventajas. Debido a que la invencion se puede modificar de muchas maneras, se reconocera que la invencion debe limitarse solo por el alcance de las siguientes reivindicaciones.

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REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo (100a; 100b; 100c) para tomograffa de coherencia optica u OCT, comprendiendo el dispositivo:

- un generador de luz (110) adaptado para generar una serie de pulsos de entrada (202, 204, 206) de luz coherente, teniendo cada pulso de entrada de la serie una anchura de pulso de entrada (T0);

- un medio dispersivo (120) que tiene una entrada (122) opticamente acoplada al generador de luz y una salida (124) para los pulsos de salida (302, 304, 306), en donde el medio dispersivo esta adaptado para alargar la anchura de pulso de entrada (T0) hasta una anchura de pulso de salida (Tp) de cada uno de los pulsos de salida por medio de dispersion cromatica, en donde el medio dispersivo (120) incluye varias tomas en diferentes posiciones a lo largo de una trayectoria de propagacion de la luz;

- un acoplador optico (130) adaptado para acoplar los pulsos de salida de la salida en un brazo de referencia (160) y en un brazo de muestra (170) y para superponer la luz que retorna del brazo de referencia y del brazo de muestra;

- un conmutador optico adaptado para acoplar de forma selectiva el generador de luz a una de las tomas como la entrada y/o para acoplar de forma selectiva una de las tomas como la salida al acoplador optico; y

- un detector (140) adaptado para detectar una intensidad de interferencia de la luz superpuesta con una resolucion temporal de una fraccion (Stpuerta) de la anchura de pulso de salida (Tp), en donde el detector se calibra por medio de una sincronizacion optica basada en un interferometro de Mach-Zehnder.
2. El dispositivo de la reivindicacion 1, en donde cada pulso de entrada en la serie tiene un al menos, en esencia, intervalo espectral de entrada (AA) independiente del tiempo y/o una al menos, en esencia, longitud de onda central de entrada (A0) independiente del tiempo y/o en donde cada pulso de salida tiene al menos una de entre una longitud de onda maxima de salida instantanea (A(t)) dependiente del tiempo y un intervalo espectral de salida instantaneo (A(t) - 8A/2 ... A(t) + 8A/2) dependiente del tiempo.
3. El dispositivo de la reivindicacion 2 en donde el intervalo espectral de entrada (AA) es varias veces mas amplio que el intervalo espectral de salida instantaneo (8A).
4. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el medio dispersivo (120) incluye una fibra optica.
5. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde una trayectoria (L) de propagacion de la luz en el medio dispersivo desde la entrada hasta la salida es mas largo de 1 km y/o mas corta de 10 o 20 km.
6. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde un parametro de dispersion (D) del medio dispersivo (120) es mayor de 10.000 ps/(km nm).
7. El dispositivo de la reivindicacion 6, que comprende ademas un generador de campo adaptado para generar un campo externo que actua sobre el medio, en donde el parametro de dispersion (D) del medio se controla o es controlable por el campo externo.
8. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el detector (140) esta adaptado ademas para muestrear la intensidad para varias fracciones consecutivas (Stpuerta) que se corresponden con a una anchura de pulso de salida (Tp), opcionalmente, en donde las varias fracciones muestreadas son al menos 500, 1.000 o 10.000.
9. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la fraccion (Stpuerta) es mas corta de 200 ns, mas corta de 100 ns, mas corta de 1 ns o mas corta de 100 ps.
10. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el detector (140) incluye al menos uno de entre un fotodiodo y un detector equilibrado, opcionalmente, en donde el detector (140) incluye ademas una unidad de puerta (144) conectada al fotodiodo y adaptada para leer la intensidad para cada una de las fracciones.
11. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el generador de luz (110) incluye un laser de titanio-zafiro pulsado o una fuente de luz supercontinua pulsada.
12. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el generador de luz (110) genera la serie de pulsos de entrada con una frecuencia de repeticion (fR) y el detector (140) inicia el muestreo a la frecuencia de repeticion.
13. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el generador de luz (110) incluye una fuente de luz de onda continua y un obturador dispuesto operativamente entre la fuente de luz de onda continua y la entrada (122) del medio dispersivo (120).
14. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde el acoplador optico (130) incluye al menos uno de entre un divisor de haz (132), un acoplador de fibra optica, un circulador (134) y un acoplador 1-a-2 (136).
15. Un metodo de para realizar tomograffa de coherencia optica u OCT, comprendiendo el metodo:

5 - generar una serie de pulsos de entrada (202, 204, 206) de luz coherente, teniendo cada pulso de entrada de la

serie una anchura de pulso de entrada (T0);

- alargar la anchura de pulso de entrada (T0) de cada uno de los pulsos de entrada hasta una anchura de pulso de salida (Tp) de los pulsos de salida (302, 304, 306) por medio de dispersion cromatica en un medio dispersivo (120);

- acoplar los pulsos de salida en un brazo de referencia (160) y en un brazo de muestra (170) y superponer la luz 10 que retorna del brazo de referencia y del brazo de muestra por medio de un acoplador optico;

- acoplar de forma selectiva el generador de luz a una de las tomas como la entrada y/o acoplar de forma selectiva una de las tomas como la salida al acoplador optico; y

- detectar una intensidad de interferencia de la luz superpuesta con una resolucion temporal de una fraccion (8tpuerta) de la anchura de pulso de salida (Tp), en donde el detector se calibra por medio de una sincronizacion optica basada

15 en un interferometro de Mach-Zehnder.