一种光纤干涉盒及含有该光纤干涉盒的光学干涉成像系统的制作方法

本实用新型涉及一种光纤干涉盒，还涉及含有上述光纤干涉盒的光学干涉成像系统，属于光学相干断层扫描成像(OCT)技术领域。

背景技术：

光学相干断层扫描成像(OCT，Optical Coherence Tomography)是一种三维成像技术，它具有广泛的应用领域，特别是在生物医学成像，包括眼科、心血管、皮肤科等诊断成像。OCT成像技术具有高分辨率、成像速度快和灵敏度高的优点。自从1996年第一台商用OCT成像设备问世以来，OCT技术极大的推动了医学诊断，特别是眼科诊断学的发展。

近二十年来，随着技术不断的更新，OCT技术的成像速度、灵敏度、分辨率和成像深度也在不断进步。除了传统的基于频域技术的OCT(频域OCT或者SD-OCT)，目前还有基于扫频源技术的OCT(扫频源OCT或者SS-OCT)。SD-OCT和SS-OCT最主要的区别在于：SD-OCT采用低相干光源(Low Coherence Source，LCS)，并采用光谱仪(一般由衍射光栅和一维线扫描相机组成)采集干涉光谱信号；而SS-OCT采用扫频光源，并采用高速光电探测器采集干涉光谱信号。二者均采用数字信号处理单元(DSP)处理光谱信号和重建OCT结构图像。

SD-OCT和SS-OCT的核心都是一个光学干涉系统，均包含样品臂和参考臂，并记录干涉光频信号。通常，参考臂中包含一个可调的光学延迟臂，用于调节参考臂的光程，使之与样品臂的光程匹配。而这个核心光学干涉系统的作用是让样品光和参考光发生干涉；该干涉系统一般可分为两种：体光学干涉系统和基于光纤的干涉系统。体光学干涉系统受到分光镜和反射镜等物理光学器件的限制，具有对环境扰动敏感性高的缺点，也不宜于集成化处理。光纤干涉系统相对比较紧凑，对环境扰动不敏感，也易于进行集成。

图1为现有技术中采用基于光纤的SS-OCT系统，光从扫频光源通过光纤进入系统，经由光纤耦合器分光，分别进入样品臂和参考臂；从样品臂和参考臂返回的光在耦合器处干涉，并再次分光，其中一路进入光电探测器，另一路会返回扫频光源内。如果返回到光源内的光功率过大，会对光源造成干扰或者损坏，并影响输出光的稳定性，进而影响OCT成像质量。例如专利CN105105717A中所描述OCT成像系统就有这样的问题。一般用于光纤系统的抑制反向信号的方法是采用环形光隔离器(Optical Isolator)。但环形光隔离器难以实现足够的光谱宽度，价格昂贵，而且容易引起额外的光损耗和偏振色散(PMD,polarization mode dispersion)，从而降低OCT系统灵敏度。图1所示SS-OCT系统，还需要考虑一个问题：光源进入样品臂，扫描被测样品；使用者往往需要知道入射到样品的光功率值，尤其是医学用途的OCT系统，入射到生物组织(如眼睛、皮肤等)的光功率需要被严格控制在安全值以下。

技术实现要素：

实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是提供一种光纤干涉盒，该光纤干涉盒结构紧凑、可靠性高，能够有效防止参考光进入光源内，还能够帮助使用者知道入射到样品的光功率值。

本实用新型还要解决的技术问题是提供一种含有上述光纤干涉盒的光学干涉成像系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术手段为：

一种光纤干涉盒，所述光纤干涉盒体内设有可调光衰减器、分路光功率探测器、第一耦合器和第二耦合器；所述可调光衰减器的输入端通过光源输入端口连接激光光源，所述可调光衰减器的输出端连接分路光功率探测器的输入端，所述分路光功率探测器的输出端连接第一耦合器的第一端口，第一耦合器的第二端口与样品光输出端口连接，第一光纤耦合器的第三端口与参考光输入端口连接，第一耦合器的第四端口与第二耦合器的第一端口连接；第二耦合器的第二端口与参考光输出端口连接，第二耦合器的输出端通过干涉光输出端口连接外部的光电检测装置。

其中，所述光纤干涉盒体上还设有可调光衰减器调节按钮和光功率监测信号输出端；所述光功率监测信号通过有线或电线输出给监控处理单元。

其中，所述激光光源为扫频激光器或超辐射发光二极管。

其中，所述光电检测装置为平衡光电探测器或光谱仪。

含有上述光纤干涉盒的光学干涉成像系统，所述OCT成像系统包括激光光源、光纤干涉盒、样品扫描装置、光延迟线装置和光电检测装置；所述光纤干涉盒体内设有可调光衰减器、分路光功率探测器、第一耦合器和第二耦合器；所述激光光源的输出端连接可调光衰减器的输入端，可调光衰减器的输出端连接分路光功率探测器的输入端，分路光功率探测器的输出端连接第一耦合器的第一端口，第一耦合器的第二端口连接样品扫描装置，第一光纤耦合器的第三端口连接光延迟线装置的输入端，光延迟线装置的输出端连接第二耦合器的第二端口，第一耦合器的第四端口连接第二耦合器的第一端口，第二耦合器的输出端连接光电检测装置。

其中，所述光纤盒体上设有光源输入端口、样品光输出端口、光延迟线输出端口、光延迟线输入端口和干涉光输出端口；所述激光光源通过光源输入端口与可调光衰减器的输入端连接；第一耦合器的第二端口通过样品光输出端口与样品扫描装置连接；第一光纤耦合器的第三端口通过光延迟线输出端口与光延迟线装置的输入端连接；光延迟线装置的输出端通过光延迟线输入端口与第二耦合器的第二端口连接；第二耦合器的干涉信号输出端通过干涉光输出端口与光电检测装置连接。

相比于现有技术，本实用新型技术方案具有的有益效果为：

本实用新型光纤干涉盒具有结构紧凑、可靠性高、易于集成的优点，通过合理的设置布局，在有效防止参考光进入光源内的同时还能使光损耗和偏振色散最小化；并且通过VOA和TAPD的封装使用，使用者能够对扫描样品的光功率进行监测和控制，从而使用者知道入射到样品的光功率值。

附图说明

图1为现有技术中SS-OCT的系统原理图；

图2为本实用新型光纤干涉盒的结构示意图；

图3为本实用新型实施例1的SS-OCT系统原理图；

图4为本实用新型实施例1的SD-OCT系统原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步说明。

本实用新型的光纤干涉盒，其内部设有可调光衰减器VOA、分路光功率探测器TAPD、第一耦合器和第二耦合器；OCT的激光光源输出端连接可调光衰减器VOA输入端，VOA输出端连接分路光功率探测器TAPD，TAPD输出端连接第一耦合器的第一端口；第一耦合器的第二端口光纤输出连接到样品臂，可用于任何样品臂设计；第一耦合器的第三端口光纤输出连接光延迟线装置输入端，光延迟线装置输出端连接第二耦合器的第二端口；第一耦合器的第四端口连接第二耦合器的第一端口；第二耦合器的输出端连接光电探测器或光谱仪。可调光衰减器VOA用于调整输入干涉盒的激光光源功率大小；TAPD的电信号输出用于使用者监测光功率；第一耦合器用于将光源分为样品光和参考光，并将返回的样品光分配至第二耦合器，从而避免参考光返回到激光光源中，进而避免引起光源输出不稳定或者损坏；光延迟线装置用于控制参考光和样品光的光程差；第二耦合器用于参考光和样品光的干涉，并将干涉光输出给光电探测器或者光谱仪；第一耦合器有4个端口，输入端与输出端各有2个端口；第二耦合器输入端有2个端口，输出端可以是1个端口，也可以是2个端口。

如图2所示，本实用新型光纤干涉盒上设有光源输入端口、样品光输出端口、光延迟线输出端口、光延迟线输入端口和干涉光输出端口；本实用新型光纤干涉盒上还设有VOA调整端和TAPD功率监测信号端，VOA调整端固定在光纤盒体上，便于使用者调整；TAPD功率监测信号端通过有线或电线与外部信号处理单元通讯，即TAPD信号一般是通过有线或电线输出给监控处理单元，便于使用者调用和监测光功率信号；本实用新型光纤干涉盒上设置VOA调整端和TAPD功率监测信号端可实现使用者对光功率灵活的调整和监测。

本实用新型的光纤干涉盒输入输出光纤可以是直接穿过光纤盒外壳的封装，也可以是通过光纤干涉盒外壳上的法兰盘接口与其他装置连接的封装，光纤干涉盒整体密封能够增加环境与机械的可靠性。

本实用新型光纤干涉盒能够有效防止参考光返回激光器，具有结构紧凑、成本低、光损耗和偏振色散得以最小化的优点，从而可以保证系统的灵敏度；本实用新型光纤干涉盒中的VOA调整端和TAPD功率监测信号端能够便于使用者对光功率进行监测和调整。

实施例1

如图3所示，含有本实用新型光纤干涉盒的SS-OCT成像系统，包括扫频激光器1、光纤干涉盒2、样品扫描装置3、光延迟线装置4和平衡光电探测器5；光纤干涉盒2包括可调光衰减器VOA 21、分路光功率探测器TAPD 22、第一耦合器23、第二耦合器24；扫频激光器1的输出端通过光纤A连接可调光衰减器VOA 21；可调光衰减器VOA 21输出端通过光纤B连接分路光功率探测器TAPD 22的输入端；TAPD 22的光纤输出端通过光纤D连接第一耦合器23的第一端口；第一耦合器23的第二端口通过光纤E连接样品扫描装置3的输入端X；第一耦合器23的第三端口通过光纤F连接光延迟线装置的4输入端Y；光延迟线装置4的输出端Z通过光纤G连接第二耦合器24的第二端口；第一耦合器23的第四端口通过光纤H连接第二耦合器24的第一端口；第二耦合器24的第三端口和第四端口分别通过光纤I和J连接平衡光电探测器5。

光纤干涉盒2中可调光衰减器VOA 21调整光功率大小；TAPD 22功率监测信号端实时输出对应光功率大小的电信号；第一耦合器23用于将扫频激光器1的输出光分为样品光和参考光，并将返回的样品光输送至第二耦合器24；光延迟线装置4控制参考光和样品光的光程差；第二耦合器24用于参考光和样品光的干涉，并将干涉光输出给平衡光电探测器5。

其中，扫频激光器1的中心波长为1050nm，带宽为100nm；可调光衰减器VOA 21工作范围为1000～1100nm；可调光衰减器VOA 21调整端固定在光纤干涉盒2的外壳上，便于使用者调整；分路光功率探测器TAPD 22工作范围为1000～1100nm；分路光功率探测器TAPD 22的功率监测信号端C连通至光纤干涉盒2外，便于使用者调用对应光功率大小的电信号；第一耦合器23分光比为20:80(第一端口：第二端口)；第二耦合器24分光比为50:50(第一端口：第二端口)。

本实用新型SS-OCT成像系统通过可调光衰减器VOA 21可方便调整光功率的大小，通过分路光功率探测器TAPD 22实时监测光功率大小；光延迟线装置4将参考光通过光延迟线装置4的输出端Z输送至第二耦合器24的第二端口，第二耦合器24将光延迟线装置4输出的参考光与第一耦合器23第四端口输出的样品光进行干涉，避免其(参考光)返回到扫频激光器1中，从而避免引起扫频激光器1的输出不稳定或者损坏。

实施例2

如图4所示，实施例2是含有本实用新型光纤干涉盒的SD-OCT成像系统，实施例2与实施例1的不同之处在于，实施例2的激光光源是超辐射发光二极管；第二耦合器24的输出端只有一个端口；第二耦合器24的干涉信号输出端通过光纤I连接光谱仪5；系统其它部分与实施例1相同。

实施例SS-OCT和SD-OCT成像系统的光纤干涉盒2中，均采用了VOA和TAPD装置，方便使用者调整和监测干涉系统中光功率的大小，从而有效确保了干涉系统的安全性。