用于SS-OCT成像系统的侧视型全光纤镜头及其聚焦性能

王驰; 任丹阳; 陈金波; 张帅帅; 孙建美

doi:10.37188/OPE.20233115.2171

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用于SS-OCT成像系统的侧视型全光纤镜头及其聚焦性能

现代应用光学 | 更新时间：2023-08-28

- 用于SS-OCT成像系统的侧视型全光纤镜头及其聚焦性能
- Side-viewing all-fiber lens and its focusing performance for SS-OCT imaging system
- 光学精密工程 2023年31卷第15期页码：2171-2180
- 作者机构：
  
  1.上海大学精密机械工程系，上海 200444
- 作者简介：
  
  [ "王驰（1982-），男，河南周口人，教授，博士生导师，2004年于河南科技大学获得学士学位，2009年于天津大学获得博士学位，主要从事光纤传感与融合技术的研究。E-mail： wangchi@shu.edu.cn" ]
  [ "陈金波（1980-），男，内蒙古人，工程师，2002年、2014年于上海大学分别获得硕士和博士学位，主要从事机器视觉与光纤传感等方面的研究。E-mail： jbchen@shu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(62175144);上海市科技创新行动计划资助项目(20142200100)
- DOI：10.37188/OPE.20233115.2171
  中图分类号：
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王驰, 任丹阳, 陈金波, 等. 用于SS-OCT成像系统的侧视型全光纤镜头及其聚焦性能[J]. 光学精密工程, 2023,31(15):2171-2180.

WANG Chi, REN Danyang, CHEN Jinbo, et al. Side-viewing all-fiber lens and its focusing performance for SS-OCT imaging system[J]. Optics and Precision Engineering, 2023,31(15):2171-2180.
王驰, 任丹阳, 陈金波, 等. 用于SS-OCT成像系统的侧视型全光纤镜头及其聚焦性能[J]. 光学精密工程, 2023,31(15):2171-2180. DOI： 10.37188/OPE.20233115.2171.

WANG Chi, REN Danyang, CHEN Jinbo, et al. Side-viewing all-fiber lens and its focusing performance for SS-OCT imaging system[J]. Optics and Precision Engineering, 2023,31(15):2171-2180. DOI： 10.37188/OPE.20233115.2171.

摘要

为研制适用于扫频光学相干断层成像（Swept Source Optical Coherence Tomography，SS-OCT）系统的高性能侧视型全光纤镜头，分析了侧视型光纤镜头的性能影响因素及样品制作方法。对基于梯度折射率（Graded- Index，GRIN）光纤的侧视型全光纤镜头的光学模型进行解析，得出与侧视型全光纤镜头性能相关的特征参数。研究了“单模光纤+无芯光纤+GRIN光纤+转角介质”四段式侧视型镜头各组件长度对其光学聚焦性能的影响，设计各组件的适宜长度范围。最后，制作了外径小至0.5 mm、刚性长度2.75 cm的超小侧视型全光纤镜头样品，通过实验测得镜头的工作距离（0.52 mm）和光斑直径（26.82 μm），与理论分析结果基本一致，并将镜头样品集成于SS-OCT成像系统，获得了清晰的生物组织层析图像。实验结果表明，本文提出的分析方法可用于侧视型全光纤成像镜头结构参数的优化设计。

Abstract

To develop high-performance side-viewing all-fiber lenses applicable to the swept-source optical coherence tomography （SS-OCT） system， the factors influencing the performance of a type of side-viewing all-fiber lens and the sample production methods were studied. First， the graded-index （GRIN） optical model of the side-viewing full-fiber lens with the GRIN fiber was analyzed， and the graded parameters related to the performance of the side-viewing full-fiber lens were obtained. Second， the effect of the length of each component of the four-stage side-viewing lens “SMF+ NCF+ GRIN fiber + Angle prism” on its optical focusing performance was studied， and the appropriate length range of each component was designed. Finally， an ultrasmall side-viewing all-fiber lens with an outer diameter as small as 0.5 mm and a rigid length of 2.75 cm was fabricated. Experimental results show that the working distance （0.52 mm） and spot diameter （26.82 μm） of the lens are consistent with the theoretical analysis results. The lens sample is integrated into the SS-OCT imaging system to obtain clear tomographic images of biological tissues； thus， the performance of the designed lens is verified. The results indicate that the proposed method can be used to optimize the structural parameters of side-viewing all-fiber imaging lenses.

关键词

光学相干断层成像光纤镜头梯度折射率光纤侧视成像

Keywords

optical coherence tomographyoptical fiber lensGRIN fiberside-viewing

references

KIM J， BROWN W， MAHER J R， et al. Functional optical coherence tomography： principles and progress［J］. Physics in Medicine and Biology， 2015， 60（10）： R211-R237. doi: 10.1088/0031-9155/60/10/r211http://dx.doi.org/10.1088/0031-9155/60/10/r211

JIA H B， DAI J N， HE L P， et al. EROSION III： a multicenter RCT of OCT-guided reperfusion in STEMI with early infarct artery patency［J］. JACC Cardiovascular Interventions， 2022， 15（8）： 846-856. doi: 10.1016/j.jcin.2022.01.298http://dx.doi.org/10.1016/j.jcin.2022.01.298

TEARNEY G J， BOPPART S A， BOUMA B E， et al. Scanning single-mode fiber optic catheter-endoscope for optical coherence tomography［J］. Optics Letters， 1996， 21（7）： 543-545. doi: 10.1364/ol.21.000543http://dx.doi.org/10.1364/ol.21.000543

XIE T Q， LIU G J， KREUTER K A， et al. In vivo three-dimensional imaging of normal tissue and tumors in the rabbit pleural cavity using endoscopic swept source optical coherence tomography with thoracoscopic guidance［J］. Journal of Biomedical Optics， 2009， 14（6）： 064045. doi: 10.1117/1.3275478http://dx.doi.org/10.1117/1.3275478

LORENSER D， YANG X， KIRK R W， et al. Ultrathin side-viewing needle probe for optical coherence tomography［J］. Optics Letters， 2011， 36（19）： 3894-3896. doi: 10.1364/ol.36.003894http://dx.doi.org/10.1364/ol.36.003894

YANG X J， LORENSER D， MCLAUGHLIN R A， et al. Imaging deep skeletal muscle structure using a high-sensitivity ultrathin side-viewing optical coherence tomography needle probe［J］. Biomedical Optics Express， 2014， 5（1）： 136-148. doi: 10.1364/boe.5.000136http://dx.doi.org/10.1364/boe.5.000136

RAMAKONAR H， QUIRK B C， KIRK R W， et al. Intraoperative detection of blood vessels with an imaging needle during neurosurgery in humans［J］. Science Advances， 2018， 4（12）： eaav4992. doi: 10.1126/sciadv.aav4992http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.aav4992

YUAN W， CHEN D F， SARABIA-ESTRADA R， et al. Theranostic OCT microneedle for fast ultrahigh-resolution deep-brain imaging and efficient laser ablation in vivo［J］. Science Advances， 2020， 6（15）： eaaz9664. doi: 10.1126/sciadv.aaz9664http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.aaz9664

KANG J Q， ZHU R， SUN Y X， et al. Pencil-beam scanning catheter for intracoronary optical coherence tomography［J］. Opto-Electronic Advances， 2022， 5（3）： 200050. doi: 10.29026/oea.2022.200050http://dx.doi.org/10.29026/oea.2022.200050

WANG C， BI S B， XIA X Q， et al. Further analysis of focusing performance of an ultra-small gradient-index fiber probe［J］. Optical Engineering， 2014， 53（1）： 013106. doi: 10.1117/1.oe.53.1.013106http://dx.doi.org/10.1117/1.oe.53.1.013106

WANG C， KUANG B， WEN Z L， et al. Further study of coupling efficiency of ultra-small gradient-index fiber probe［J］. Optik， 2019， 184： 304-312. doi: 10.1016/j.ijleo.2019.03.018http://dx.doi.org/10.1016/j.ijleo.2019.03.018

WANG C， FANG C， TANG Z， et al. Analytical method for designing gradient-index fiber probes［J］. Optical Engineering， 2011， 50（9）： 62-65. doi: 10.1117/1.3626206http://dx.doi.org/10.1117/1.3626206

王驰，许婷婷，毕书博，等. 测量自聚焦光纤透镜聚焦常数的曲线拟合算法［J］. 光学精密工程， 2015， 23（12）：3309-3315. doi: 10.3788/ope.20152312.3309http://dx.doi.org/10.3788/ope.20152312.3309

WANG CH， XU T T， BI SH B， et al. Curve-fitting algorithm of measuring focusing constant of gradient-index fiber lens［J］. Optics and Precision Engineering， 2015， 23（12）：3309-3315. （in Chinese）. doi: 10.3788/ope.20152312.3309http://dx.doi.org/10.3788/ope.20152312.3309

王驰，陈伟，孙建美，等. 基于超小GRIN光纤镜头的MEMS光纤声传感器及性能测试方法［J］. 光学精密工程， 2022， 30（12）： 1406-1417. doi: 10.37188/OPE.20223012.1406http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20223012.1406

WANG CH， CHEN W， SUN J M， et al. MEMS fiber optic acoustic sensor and performance testing method based on ultra-small GRIN fiber lens［J］. Optics and Precision Engineering， 2022， 30（12）：1406-1417. （in Chinese）. doi: 10.37188/OPE.20223012.1406http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20223012.1406

KOGELNIK H， LI T. Laser beams and resonators［J］. Proceedings of the IEEE， 1966， 54（10）： 1312-1329. doi: 10.1109/proc.1966.5119http://dx.doi.org/10.1109/proc.1966.5119

WANG C， MAO Y X， TANG Z， et al. Numerical analysis of GRIN lens based miniature probes for optical coherence tomography［J］. Optics and Precision Engineering， 2011， 19（9）： 2300-2307. doi: 10.3788/ope.20111909.2300http://dx.doi.org/10.3788/ope.20111909.2300

RYU S Y， CHOI H Y， NA J， et al. Lensed fiber probes designed as an alternative to bulk probes in optical coherence tomography［J］. Applied Optics， 2008， 47（10）： 1510-1516. doi: 10.1364/ao.47.001510http://dx.doi.org/10.1364/ao.47.001510

MAO Y X， CHANG S D， SHERIF S， et al. Graded-index fiber lens proposed for ultrasmall probes used in biomedical imaging［J］. Applied Optics， 2007， 46（23）： 5887. doi: 10.1364/ao.46.005887http://dx.doi.org/10.1364/ao.46.005887

WU T， PAN R B， CAO K， et al. Side-viewing endoscopic imaging probe for swept source optical coherence tomography［J］. Optics Communications， 2020， 467： 125596. doi: 10.1016/j.optcom.2020.125596http://dx.doi.org/10.1016/j.optcom.2020.125596

杨帆，刘连圣，翟祚盼，等. 发散扫描模式下OCT图像畸变分析与矫正［J］. 光学精密工程， 2021， 29（8）：1968-1975. doi: 10.37188/OPE.20212908.1968http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212908.1968

YANG F， LIU L SH， ZHAI Z P， et al. Distortion analysis and reconstruction of OCT image in sector scan mode［J］. Optics and Precision Engineering， 2021， 29（8）：1968-1975.（in Chinese）. doi: 10.37188/OPE.20212908.1968http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212908.1968

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