基于光电振荡器的扫频偏振光学相干层析双折射率检测技术

This project investigates the birefringence detection method with a temperature and stress correctable function using frequency sweeping polarization-sensitive optical coherence tomographic (OCT) techniques. A novel detection technique based on a polarization interfered dual-loop optoelectronic oscillator (OEO) is presented, which transforms the typical biological tissue birefringence detection to the visualized frequency measurement of the microwave signals, and the measuring precision is improved by using the high speed frequency sweeping laser. The proposed scheme also designs a temperature and stress correctable function using a semiconductor optical amplifier (SOA). The SOA is driven by a tuned injection current to control the dynamic birefringence, which is used to compensate the length variation of the resonant cavities caused by the environment conditions in the dual-loop OEO. The measured results and theoretical analyses show the proposed frequency sweeping polarization-sensitive OCT birefringence detection technique has a 0.01/10μm birefringence detecting resolution and 400KHz imaging speed in the biological tissue.

本项目针对应力/温度可校准的扫频偏振光学相干层析双折射率检测技术展开研究，提出一种基于偏振干涉结构双环光电振荡器的高精度检测方法，将对生物组织的双折射率变化的检测转变为对微波信号频率的测量，并使用高速扫频光源提高了系统的测试敏感度；通过采用控制注入电流的方式，来调谐半导体光放大器的动态双折射率以补偿测试环境所造成的光电振荡器谐振腔长度变化，实现了应力/温度可校准的双折射率检测技术。先期验证的数据结果及分析表明，本项目所提出的扫频偏振光学相干层析双折射率检测技术可以实现精度达到分辨10μm生物组织0.01双折射率变化的指标要求，在200KHz/400KHz扫频速度下，实现高分辨率光学相干层析成像应用。

2015年1月~2018年12月期间，课题组严格按照计划执行，研究工作完成情况良好。本项目依次实现了基于偏振干涉技术的双环光电振荡器（OEO），并完成了外围控制电路设计，建立了光纤环路优化设计理论模型；实现了基于半导体光放大器（SOA）可控双折射率特性的可调谐双环OEO设计，分析了信号偏振态对链路相位稳定性的影响，提出了抑制偏振相关性的有效方法；搭建了基于双环OEO扫频偏振光学相干断层成像(OCT)系统，研究了偏振光在生物组织中传播时，其背散射光的斯托克斯矢量沿生物组织纵深方向的分布；优化了基于双环OEO的扫频偏振OCT系统，进行了系统测试并分析了外部环境对扫频偏振OCT系统测试精度的影响，建立应力/温度可校准的偏振OCT双折射测量系统。由此，本项目基本实现预期设定目标，并取得了一系列成果。