JP2020533570A - 集積光子装置を用いる空間分割多重化光学コーヒレンストモグラフィー - Google Patents
集積光子装置を用いる空間分割多重化光学コーヒレンストモグラフィー Download PDFInfo
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Abstract
Description
本願は、2017年5月12日に出願された米国暫定特許出願番号62/505,199の利益を請求し、その全体は参照により本願に取り込まれる。
この発明は、国家健康研究所(NIH R21 EY-026380, K99/R00 EB-010071)及び国家科学財団(NSF DBI-1455613, IIP-1640707, and IIP-1623823)下の政府援助によりなされた。政府は本発明における特定の権利を有する。
SDM−OCT技術の広範な普及を可能とする高精細及び低単位コストの集積光子素子(photonic chip)を用いる広域高速度SDM−OCTシステムを開示する。本願の素子はシリコンフォトニクス領域における発展に利益がある。1つの態様において、本願の光学素子は、装置の信頼性を改善し、大量生産可能なコンパクトSDM−OCT画像化装置の創造を可能とするために、少なくとも従来のOCTシステムのファイバーを用いる光学部品をオンチップのフォトニック部品に置き換える。
101 単一集積光子素子
101a 相対する主な平行面
101b 相対する主な平行面
101c 第1の側面
102 基板
103 導波管チャネル
104 入力光学ファイバー
105 出力ポート
106 出力ポート
107 光学導波管スプリッター
109 時間遅延領域
110 光源
111 ブースター光増幅器(BOA)
112 マッハツェンダー干渉計(MZI)
120 光学カプラー
121 50/50光学カプラー
130 90/10光学カプラー
140 サーキュレーター
141 50/50光学カプラー
150 サーキュレーター
151 偏光コントローラー
152 コリメーター
153 レンズ
154 偏光コントローラー
160 参照ミラー
170 コリメーター
171 30mmレンズ
172 50mmレンズ
173 振動XY検流計ミラー
180 デュアルバランス検出器
181 デュアルバランス検出器
183 デュアルチャネル高速データ取得カード
184 コンピューター
191 サンプル
200 光子素子を用いるSDM−OCTシステム
201 光子素子
201a 主な平行面
201b 主な平行面
201c 垂直な側面
202 基板
203 導波管チャネル
204 サンプルビーム入力光学ファイバー
205 出力ポート
206 サンプルビーム入力ポート
207 参照信号入力ポート
208 干渉信号出力ポート
210 20/80光学カプラー
211 サーキュレーター
230 カプラー又はスプリッター
231 導波管光学干渉計
270 コリメーター
280 デジタル平衡検出器
290 大規模スキャンレンズ(対物レンズ)
291 サンプル
304 +光学検出器
306 −光学検出器
Claims (23)
- 空間分割多重化光学コーヒレンストモグラフィースキャニングに適する集積光子素子であって、前記光子素子が、
1つの基板;
外部光源からの発生単一サンプル採取ビームを受け取るように構成される、1つの光学入力ポート;
サンプルのスキャンされた画像を取得するために、複数のサンプル採取ビームを前記素子から前記サンプルへ伝達するように構成される、複数の光学出力ポート;
前記入力ポートを前記出力ポートのそれぞれに光学的に連結する多分岐導波管構造であって、前記導波管構造が前記基板に形成される複数の交互接続された導波管チャネルである、多分岐導波管構造;
前記入力ポートにおいて受け取られる前記発生単一サンプル採取ビームを前記出力ポートにおける複数のサンプル採取ビームに分割する、複数の光学スプリッターを形成するように構成される、前記導波管チャネル;
を含み、
ここで、前記フォトニックスプリッターと出力ポートとの間の前記導波管チャネルの部分が、前記複数のサンプル採取ビームのそれぞれの間の光学時間遅延を創成するために、異なる予め決められた長さを有する、光子素子。 - 前記フォトニックスプリッターが前記基板上の多数のカスケード列に配置され、前記単一サンプル採取ビームが、前記入力ポートと前記出力ポートとの間の各列における益々大きな数のサンプル採取ビームを創成するために、前記フォトニックスプリッターにより各列に連続的に分割される、請求項1に記載の光子素子。
- 前記導波管チャネルの間の前記予め決められた長さの差異が、画像が生成されるときに異なる位置からの信号が異なる周波数バンドで検出されるように、前記複数のサンプル採取ビームの間の前記光源のコーヒレンス長より短い光学遅延を生成するように選択される、請求項1に記載の光子素子。
- 前記出力ポートが、前記光子素子からの前記サンプル採取ビームを前記サンプルへ空気中に放出する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光子素子。
- 前記出力ポートが、前記サンプルから返還された複数の反射光信号を受け取るために配置され、前記フォトニックスプリッターが、複数の反射光信号を前記光学素子の前記入力ポートから放出される単一の反射光信号に結合するように構成される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光子素子。
- 前記複数の出力ポートが、前記基板の一方の側に一緒にクラスター化され、及び予め決められたピッチ間隔で離れて均一に配置される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光子素子。
- 前記光子素子における隣接する導波管チャネルのそれぞれの間の長さの差異が同じである、請求項6に記載の光子素子。
- さらに、前記光子素子の前記入力ポートに連結する光学ファイバーを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の光子素子。
- 前記基板が、シリコン、絶縁体上のシリコン、リン酸インジウム、ニオブ酸リチウム、窒素化シリコン、及びヒ素化ガリウムからなる群から選択される、請求項1に記載の光子素子。
- 前記時間遅延領域における前記サンプル採取ビームが、前記スプリッター領域における前記サンプル採取ビームの通路に一般的に垂直な通路の中を移動する、請求項1に記載の光子素子。
- 前記導波管チャネルが前記基板の中へエッチングされる、請求項1に記載の光子素子。
- 請求項1に記載の集積光子素子を取り込む空間分割多重化光学コーヒレンストモグラフィーシステムであって、前記システムが:
光を発生する長コーヒレンス光源;
前記光を参照光及びサンプル採取光に分裂させるように構成される第1光学カプラーであって、前記サンプル採取光前記光学素子の前記入力ポートに向けられる、第1光学カプラー
前記複数のサンプル採取ビームを受け取り、同時に前記サンプル表面に並行してスキャンするように構成されるスキャナーであって、前記光子素子の出力ポートが前記サンプルから返還される複数の反射光信号を受け取る、スキャナー;及び
光子素子に光学的に連結し、及び干渉信号を発生するために前記反射光信号を前記参照光と結合するように構成される、第2の光学カプラー;
を含み、
ここで、前記干渉信号が前記サンプルのデジタル化画像を表すデータを含む、システム。 - 集積光子素子を用いる空間分割多重化光学コーヒレンストモグラフィーにおいて光を処理する方法であって、前記方法が:
1つの光学入力ポート、複数の光学出力ポート、及び前記入力ポートを前記出力ポートのそれぞれに光学的に連結する多分岐導波管構造であって、前記導波管構造が前記素子に形成される複数の交互接続された導波管チャネルを含む、光子素子を提供すること;
前記入力ポートにおける光源から単一サンプルビームを受け取ること;
前記スプリッター領域における前記導波管チャネルにより形成される複数のインチップフォトニックスプリッターを用いて、前記サンプルビームを複数のサンプルビームに分割すること;
前記サンプル採取ビーム分割後に各導波管チャネルの長さを変動させることにより、前記複数のサンプル採取ビームの間の時間遅延を創成すること;及び
前記出力ポート通してスキャンされるサンプルに向けて、前記複数のサンプル採取ビームを同時に並行して放出すること;
を含む、方法。 - さらに、
前記出力ポートにおける前記サンプルから返還される複数の反射光信号を受け取ること;
前記反射光信号を前記時間遅延領域を通して前記光子素子の前記スプリッター領域に伝達すること;
前記反射光信号を単一反射光信号に結合すること;及び
前記光子素子の前記入力ポートから前記単一反射光信号を放出すること;
を含む、請求項13に記載の方法。 - さらに、
前記反射光信号を参照光信号と結合することにより干渉信号を創成すること;
前記干渉信号に基づくデジタイザーを用いて前記サンプルのデジタル画像を生成すること;
を含む、請求項14に記載の方法。 - 前記複数のサンプル採取ビームが、前記複数のサンプル採取ビームの間の前記時間遅延を創成するために、異なる長さの前記時間遅延領域における導波管チャネルを通して伝達される、請求項13〜15のいずれか1項に記載の方法。
- 空間分割多重化光学コーヒレンストモグラフィースキャニングに適切な低損失集積光子素子であって、前記光子素子が:
1つの基板;
外部光源からの発生単一サンプル採取ビームを受け取るように構成される、1つの光学入力ポート;
外部参照光源からの参照光を受け取るように構成される、1つの参照光入力ポート;
サンプルのスキャンされた画像を取得するために、複数のサンプル採取ビームを前記素子から前記サンプルへ伝達するように構成される、複数の光学出力ポート;
前記入力ポートを前記出力ポートのそれぞれに光学的に連結する多分岐導波管構造であって、前記導波管構造が前記基板に形成される複数の交互接続された導波管チャネルを含み、前記導波管チャネルがスプリッター領域及び干渉計領域を形成する、導波管構造;
前記入力ポートにおいて受け取られる前記発生単一サンプル採取ビームを前記出力ポートにおける複数のサンプル採取ビームに分割する、複数のフォトニックスプリッターを形成するように構成される、前記スプリッター領域における前記導波管チャネル;
ここで、前記フォトニックスプリッターと出力ポートとの間の前記導波管チャネルの部分が、前記複数のサンプル採取ビームのそれぞれの間の光学時間遅延を創成するために、異なる予め決められた長さを有し、;
前記干渉計領域における記導波管チャネルが、複数の光学干渉計を形成するように構成され、前記光学干渉計が前記時間遅延及び前記参照光における前記導波管チャネルに光学的に連結される、;
ここで、前記光学干渉計が、前記サンプルから返還される複数の反射光信号を受け取るように配置され、前記光学干渉計が、前記光子素子の干渉信号出力ポートから放出される複数の干渉信号を生成するために、前記反射光信号を前記参照光と結合するように構成され、操作可能である、前記導波管チャネル;
を含む、光子素子。 - 前記光学スプリッターが前記基板上の多数のカスケード列に配置され、前記単一サンプル採取ビームが、前記入力ポートと前記出力ポートとの間の各列において益々大きな数のサンプル採取ビームを創成するために、前記フォトニックスプリッターにより各列において均一に及び連続的に分割される、請求項17に記載の光子素子。
- 前記光学干渉計が、前記スプリッター領域の最終列において光学スプリッターと光学的に連結する、請求項18に記載の光学素子。
- 前記サンプルから返還される前記反射光信号が、前記最終列における前記光学スプリッターを通して前記干渉計へ移動し、前記スプリッター領域における光学スプリッターの先行列をバイパスする、請求項19に記載の光子素子。
- 前記光学干渉計が、複数の参照光導波管チャネルを介して前記参照光入力ポートと光学的に連結する、請求項17に記載の光子素子。
- 前記導波管チャネルの間の前記予め決定される長さにおける差異が、画像が生成されるときに異なる物理的位置からの信号が異なる周波数バンドで検出されるように、前記複数のサンプル採取ビームの間の前記光源のコーヒレンス長より短い光学遅延を生成するように選択される、請求項17に記載の光子素子。
- 低損失集積光子素子を用いる空間分割多重化光学コーヒレンストモグラフィーシステムにおいて光を処理する方法であって、前記方法が:
1つの光学入力ポート、複数の光学出力ポート、及び前記入力ポートを前記出力ポートのそれぞれに光学的に連結する多分岐導波管構造であって、前記導波管構造が前記素子に形成される複数の交互接続された導波管チャネルを含む、光子素子を提供すること;
前記入力ポートにおける光源から単一サンプルビームを受け取ること;
前記スプリッター領域における前記導波管チャネルにより形成される複数のインチップフォトニックスプリッターを用いて、前記サンプルビームを複数のサンプルビームに分割すること;
前記サンプル採取ビーム分割後に各導波管チャネルの長さを変動させることにより、前記複数のサンプル採取ビームの間の時間遅延を創成すること;及び
前記出力ポート通してスキャンされるサンプルに向けて、前記複数のサンプル採取ビームを同時に並行して放出すること;
前記出力ポートにおける前記サンプルから返還される複数の反射光信号を受け取ること;
前光子素子の干渉計領域における前記導波管チャネルにより形成される複数の干渉計に前記反射光信号を伝達すること;
複数の干渉信号を発生するために、前記複数の干渉計を用いて前記反射光信号を参照光信号と結合すること;
前記光子素子の干渉出力ポートから前記干渉信号を法移出すること;
を含む、方法。
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