[发明专利]一种基于射频光子学的光子外差式信息相干成像感测系统

说明书

本发明提出了一种基于射频光子学的光子外差式信息相干成像感测系统，光谱源产生的光源经透反镜分成两束光，其中一束反射光入射至纯净光谱产生器后输出纯净光谱，另一束透射光射向测试样品并反射回波，测试样品反射的回波与纯净光谱产生器输出的纯净光谱相互叠加形成干涉信号，干涉信号经光电探测器形成一个中频信号，中频信号经带通滤波器滤波后在成像处理系统成像。本发明基于射频光子学的光子外差相干系统，该系统具有良好的滤波性能,被测试样品的反射信号即使很微弱，仍能检测出来。

技术领域

本发明涉及光学宽谱信息相干成像感测技术领域，特别是一种基于射频光子学的光子外差式信息相干成像感测系统。

背景技术

光子相干感测是一种新的光学高分辨率成像技术，利用物体在宽频谱扩散角度的电磁照射下所接收到的背向以及前向透射数据，通过重建以及反演等算法，获得被扫处的相对位置、形状等参数。我们知道，目前现有医学成像系统CT和核磁共振等，它们都有很强的射线或磁场，会对人体造成辐射损害。超声波成像是接触式成像，易造成感染。而光子相干成像使用的光源不同于X射线或伽马射线，它不会对生物体产生电离作用，光照射也不会对人体造成损害，并能实现高分辨率成像。所以，这一技术在医学方面具有很好的应用前景。例如：目前肿瘤确诊的金标准是在手术中将切下的病变组织在冰冻切片机中迅速冷冻后制成切片，由病理科医生迅速做出病理诊断，更准确的诊断有赖于常规石蜡切片，其组织要经固定、石蜡包埋、切片及染色等步骤处理。冰冻和石蜡切片有其局限性，冷冻、切割和染色处理会引起结构特征改变从而造成误诊。术中的冰冻还需要一定的时间来处理组织样本，相应的会增加手术风险和费用。如果采用光学相干层析成像技术，它将与人体疾病组织切片诊断具有几乎完全一样的清晰判断效果。也就是说，该技术能替代人体切片诊断系统，这样人体可以消除切片痛苦，还省掉了人体切片变质环节。

这一技术还能解决目前传统医学成像系统(如CT扫描、核磁共振扫描、超声波成像)对人体特殊器官不能解决的病理诊断。例如视网膜疾病诊断及治疗、血管壁结构的成像诊断等，因为这种高分辨率的成像技术能更细致地描绘血管壁结构特点。但是，这一技术国内外正处于研究之中，但距离商用需要很长一段路要走。

结合图1所示，一般光学相干成像系统基于下列系统构成，其工作原理为：核心部件是迈克尔遜干涉仪，宽带光源发出，经过透反鏡后被分成两束光，光束φ1与φ2，φ1被射向被测物体，φ2向参考面镜入射，被探测的物体回波φ5与透反射镜过来φ3的相互叠加形成干涉信号，φ5是样品中散射回来的光束，具有样品信息。其干涉结果由探测器解调出来，经过滤波和放大得到生物组织的成像。

系统参考文献：1.“激光与红外”第27卷第4期1997年8月文献；2.“全场光学相干层析三维成像技术研究”，“通信学报”，2017.12期。

从上述系统来看，目前一般的光学相干成像采用的是直接检测法，输出的是直流或很低的频率信号，当探测物体深度比较深时，输出的检测信号幅度小，会被电源中的低频杂波淹没，另外，背景光也混进探测器作为信号输出，这样会使信号淹没在更深的噪声中，导致系统探测物体的深度大大减小，甚至无法工作。

发明内容

本发明提出了一种基于射频光子学的光子外差式信息相干成像感测系统，能解决现有光学相干探测灵敏度低和容易出现虚惊的问题。

实现本发明的技术方案为：一种基于射频光子学的光子外差式信息相干成像感测系统，包括光谱源、透反镜、纯净光谱产生器、第一光电探测器、带通滤波器以及成像处理系统，其中：

所述光谱源产生的光源经透反镜分成两束光，其中一束反射光入射至纯净光谱产生器后输出纯净光谱，另一束透射光射向测试样品并反射回波，所述测试样品反射的回波与纯净光谱产生器输出的纯净光谱通过透反射镜后，在第一光电探测器上相互叠加形成干涉并输出一个中频信号，所述中频信号经带通滤波器滤波后在成像处理系统成像。