光学相干成像系统

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1、光学相干成像系统的频谱分析相干成像过程对于一个透镜或一个成像系统，如果能清楚地了解物平面上任一小面元的光振动通过成像系统后，在像平面上所造成的光振动分布情况，通过线性叠加，原则上便能求得任何物面光场分布通过系统后所形成的像面光场分布，进而求得像面强度分布。成像系统的特性因而，描述成像系统特性的关键是求出任意小面元的光振动所对应的像场分布。当该面元的光振动为单位脉冲即δ函数时，像场分布函数叫做点扩展函数或脉冲响应函数。点扩展函数公式如下：由于物面上照明是相干的，则这无数个脉冲在像平面上的响应便是相干叠加

2、。像的复振幅分布可以按叠加积分公式表达为物的复振幅分布与脉冲响应函数的叠加积分。所以，成像系统的特性可以描述为：成像系统的特性衍射受限相干光学成像系统11.物面入瞳:菲涅耳衍射33.出瞳像面:菲涅耳衍射22.透镜系统:黑箱.只考虑边端(入瞳与出瞳之间)的变换关系衍射受限相干光学成像系统理想成像：点物通过系统后形成点像。实际像质受多种因素限制。衍射受限系统：不考虑系统的几何像差，像质仅仅受到系统衍射效应的限制，即成像光束大小的限制。相干成像系统：衍射受限相干光学成像系统输入面上照明光是相干光，即单一

3、波长，单一偏振方向，光场中在成像过程中任意两点之间的光程差（相对相位）恒定。在相干照明下的衍射受限系统，对复振幅的传递是线性空不变的。空间不变线性系统的变换特性在频域中来描述更方便。频域中描述系统的成像特性的频谱函数称为衍射受限系统的相干传递函数，记作CTF。衍射受限相干光学成像系统相干传递函数CTF的计算相干传递函数CTF是点扩展函数的傅里叶变换由于点扩展函数本身是光瞳函数的傅里叶变换，因此根据傅里叶变换的积分定理有相干传递函数CTF的计算这说明，相干传递函数等于光瞳函数，仅在空域坐标和频域坐标之间

4、存在着一定的坐标缩放关系。而且上一节给出的光瞳上的坐标变换产生了具体的物理意义，即空间频率一般光瞳函数都是中心对称的，故可在一个反射坐标中来定义相干传递函数，去掉负号的累赘，将相干传递函数改写为相干传递函数计算：圆形光瞳相干传递函数计算正方形光瞳相干传递函数计算相干传递函数CTF的计算圆形光瞳相干传递函数计算对于直径为D的圆形光瞳，其孔径函数可表为故其相干传递函数和截止频率分别为正方形光瞳相干传递函数计算对于出瞳是边长为的正方形，则光瞳函数为正方形光瞳相干传递函数计算相干传递函数为显然，不同方位上的截

5、止频率不相同，在轴方向上，系统的截止频率。系统的最大截止频率在与轴成45°角方向上光学相干成像系统的应用应用：光学相干层析成像（OCT）滤波器光学相干层析成像光学相干层析成像简介：光学相干层析技术（又称光学相干断层扫描技术，OpticalCoherenceTomography,OCT）是近十年迅速发展起来的一种成像技术，它利用弱相干光干涉仪的基本原理，检测生物组织不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，通过扫描，可得到生物组织二维或三维结构图像。光学相干层析成像用途：OCT可进行活体眼组织

6、显微镜结构的非接触式、非侵入性断层成像。OCT是超声的光学模拟品，但其轴向分辨力取决于光源的相干特性，可达10um,且穿透深度几乎不受眼透明屈光介质的限制，可观察眼前节，又能显示眼后节的形态结构，多用于眼内疾病尤其是视网膜疾病的诊断，随访观察及治疗效果评价等方面。光学相干层析成像OCT系统构成：光学相干层析成像基于干涉仪原理，利用近红外弱相干光照射到待测组织，依据光的相干性产生干涉，采用超外差探测技术，测量反射回来的光强，用于组织浅表层成像。OCT系统是由低相干光源、光纤迈克尔逊干涉仪和光电探测系统等

7、构成。光学相干层析成像OCT系统构成示意图光学相干层析成像工作原理：OCT的核心是光纤迈克尔逊干涉仪。低相干光源超辐射发光二极管(SuperluminescenceDiode，SLD)发出的光耦合进入单模光纤，被2×2光纤耦合器均分为两路，一路是经透镜准直并从平面反射镜返回的参考光；另一路是经透镜聚焦到被测样品的采样光束。光学相干层析成像由反射镜返回的参考光与被测样品的后向散射光在探测器上汇合，当两者之间的光程差在光源相干长度之内时则发生干涉，探测器输出信号反映介质的后向散射强度。扫描反射镜并记录其空

8、间位置，使参考光与来自介质内不同深度的后向散射光发生干涉。根据反射镜位置和相应的干涉信号强度即町获得样品不同深度(z方向)的测量数据．再结合采样光束在x-y平面内的扫描，所得结果经计算机处理，可获得样品的三维结构信息。发展趋势：未来OCT的发展趋势大致可以认为是从单纯结构成像OCT向功能和结构综合成像的OCT发展。通常生物组织在产生病变之前其功能参数就已开始发生变化，因此，功能参数对疾病早期诊断是非常有用的。这些功能参数通常包含血流速度、含氧压、组织结构