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。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，
2、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,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
3、,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
4、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，Optical Coherence Tomography, 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
5、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
6、涉仪和光电探测系统等构成。,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(Superluminescence Diode，SLD)发出的光耦合进入单模光纤，被22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
7、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、组织结构变化、双折射性质等，功能型OCT通过探测这些变化进行功能成像提供更多信息。近年来得到快速发展的功能型的OCT技术包括：多普勒OCT、偏振光敏感OCT、光谱型OCT和双光线OCT。,光学相干层析成像,前景： 光学相干层析成像作为一种新颖的成像技术，能对活体组织内部微小结构进行实时、在体、高分辨率断层成像，与传统成像诊断方法相比，显示出极大的优越性，在医学疾病诊断中具有很大的潜力。,光学相干层析成像,
