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全光纤OCT内窥镜技术及长周期光纤光栅形成机理研究

李艳军  
【摘要】: 光纤由于其体积小、可弯曲、低损耗、大带宽、不受电磁干扰且对多种物理量具有敏感性等优点,使由光纤构成的器件在传感领域及传光领域都具有非常重要的应用;光学相干层析技术(Optical coherence tomography, OCT)以其非侵入、高分辨率及无创伤等特点,在临床医学及活体组织的实时检测方面具有极大地发展及应用潜力。基于此,本文结合非线性梯度多模光纤的传光特性及OCT系统的原理,研究了一种全光纤结构的共臂分光OCT内窥镜技术,此方法共用信号臂和参考臂,能较好的克服传统OCT技术中由于信号臂和参考臂的分离带来的误差,减少外界环境诸如震动、温度等对系统的影响,并能极大的减小系统体积,为OCT系统的小型化、轻型化应用带来便利。同时利用光纤的光敏特性,对CO2激光照射效应形成长周期光纤光栅的机理进行了研究。 论文的主要研究内容包括: 1.提出了一种新型的全光纤共臂分光OCT内窥镜技术,通过共臂分光技术虚拟出一个参考面,此参考面可虚拟在被测样品之前、之中或之后的任意位置,从而不会造成参考面及被测样品间的相互遮挡。 2.在全光纤共臂分光OCT内窥镜系统中引入转子、定子及离合器机构,使系统轴向扫描和横向扫描分离,同时达到调整OCT探针工作距的目的。 3.为实现信号光的扩束及准直,且满足共臂分光OCT内窥镜系统对结构小型化要求,研究了一种基于单模-多模的渐变折射率全光纤准直机构。 4.根据光纤的光敏特性,利用Fabry-Perot干涉仪研究了一种测量CO2激光照射效应时所引起光纤折射率改变量的方法。本文通过引入Fabry-Perot干涉仪结构来测量光纤纤芯被照射点处折射率的变化,并以此来研究长周期光纤光栅的形成机理。 5.由于频域OCT系统的深度扫描信息由背向散射光谱的傅立叶逆变换获得,从而带来了直流分量及被测样品内部的自干涉及虚像等寄生信息。基于此,本文提出了一种新型的定步长两帧相移算法。此算法极大地降低了OCT系统对虚拟参考面的移动精度要求,且只需要移动一次参考平面,即可消除直流分量及被测样品内部的自干涉。


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