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加热微芯片光波导可调谐成像断层扫描

2020年2月14日,
在微型光学相干层析成像仪器中,长片式光波导是一项关键功能,其有效长度可通过板上加热器进行精确调节。

缩小先进的光电医疗仪器芯片内和芯片内的驱动将继续沿着不同的道路。例如,光学相干层析成像(OCT)是一种相对较新的但现在广泛应用的技术,用于绘制眼睛后部的疾病评估,如青光眼。它也被扩展到其他体内成像的情况。

[一个简单的教程:OCT利用从样品内部不同深度反射的光波中包含的延时信息来重建样品结构的深度剖面。这有点类似于超声波图像。通过对光束进行横向扫描,可以构建三维图像。利用样品内部不同深度反射的光波所包含的时延信息,OCT系统可以重建样品结构的深度剖面图。它已经成为通过标准商业仪器进行眼部成像的标准技术,目前正在积极研究将其应用于胃肠道和心血管系统的内窥镜成像;看到参考文献如下。)

基于芯片干涉仪的实际OCT系统的关键是可调谐的光延迟线,它用于确定光波如何相互作用。通过将其调整到不同的光学长度,就像在传统相机镜头中使用不同的焦距一样,它可以整理干涉模式,从而产生高对比度的三维图像。

现在,哥伦比亚大学的一个研究小组(在康奈尔大学的帮助下)已经制作了一卷卷的、相对较长的热敏氮化硅(Si)延迟线,长度为0.4米3.N4)变成很小的8毫米2具有720个弯管的区域,每个弯管的弯曲半径仅为80µm(图1).在延迟线的旁边是完整的铂微加热器,可以有效地调整光学延迟线,从而将温度系数和相关的热光学效应转化为优势。工作温度范围从0到75°C应用加热器功率0.0到0.6 W。


通过使用车载加热器,没有移动部件,延迟因子非常稳定,这是实现图像质量的关键因素。波导深730nm,宽780nm,专为单模光学性能设计。在其令人印象深刻的光学规格中,1300nm色散接近于零,传输损耗仅为0.17±0.01 dB/cm。

其中必须克服的问题是光路损耗通常与波导的紧弯有关,以及弯曲的物理大小的变化,这是由于用于调谐的加热的影响。为了克服这个问题,他们使用了一种优化的制造技术,这种技术是他们的一名成员之前开发的,它涉及到锥形区域,从而精确地将多个图案“缝合”在一起。

这种可调谐波导OCT方法的结果包括图像信噪比和对比度的显著改善(图2).片上延迟线将高信噪比成像深度范围扩大0.6 mm,整个成像范围从2.52 mm增加到3.12 mm。虽然维度的改变看起来微不足道,但在这个应用程序中却是一个显著的不同。


项目的细节都在他们写得很清楚的文件中。片上可调光子延迟线”,发表在应用物理快报美国物理研究所)以及附录。”装置设计与实验方法“,.”

参考文献

国立卫生研究院,美国医学图书馆,"光学相干断层摄影术:生物医学成像和光学活检的新兴技术

西澳大利亚大学,”介绍了10月(还有一个很好的图表,显示了各种成像技术的穿透深度和分辨率)

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