[发明专利]一种大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头

权利要求书

1.一种大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：包括依次设置的单模光纤段(1)、多模光纤段(2)、玻璃或空气间隔段(3)、渐变折射率透镜(4)和环形相位片(5)；所述单模光纤段(1)将来自激光器的准基模光束传导至多模光纤段(2)，光束在多模光纤段(2)中传输时，高阶模态光场可被激发，从其输出端出射的多种模式分布的光束在玻璃或空气间隔段(3)以一定的发散角继续传输，再经渐变折射率透镜(4)聚焦，聚焦后的光束的中心区域部分直接会聚到光轴上，而环形区域部分的光束经环形相位片(5)后会聚到光轴上，两区域的会聚光斑沿轴分离。

2.根据权利要求1所述的大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：所述单模光纤段(1)可传导的光束波长范围为可见光至远红外。

3.根据权利要求1所述的大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：所述多模光纤段(2)的长度在cm量级，其模场直径在几十微米量级，可传导光束的波长范围从可见光至远红外，且光束传导过程中可激发出两种以上的高阶模态。

4.根据权利要求1所述的大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：所述玻璃或空气间隔段(3)的长度在mm量级，其外径不大于渐变折射率透镜(4)的外径，同时，在传导光束过程中不改变光场模式。

5.根据权利要求1所述的大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：所述渐变折射率透镜(4)聚焦多模态光束，将不同模态的光束会聚至光轴的不同位置，扩大焦深，且可传导可见光至远红外的光束。

6.根据权利要求1所述的大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：所述环形相位片(5)位于渐变折射率透镜(4)的出射端面，中心区域中空使该区域的光束直接聚焦到焦点，而经过环形相位片(5)的光束产生一定的相位延迟，其聚焦位置与直接聚焦的位置有平移。

7.根据权利要求6所述的大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：所述经环形相位片(5)的光束会产生相位延迟，光束经光学相干层析成像内窥探头入射到样品时会产生相位延迟，光束从样品反射后再返回到光学相干层析成像内窥探头，会产生第二次相位延迟；返回光束可存在三种相位状态，分别对应于直接从环形相位片中空区域会聚后，再经该中空区域返回到内窥探头的光束；直接从环形相位片中空区域会聚，但经环形区域返回的光束；经环形区域会聚和返回的光束。

8.根据权利要求7所述的大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：所述返回光束具有三种相位延迟，使得单次光学相干层析成像获取了三个具有不同相位延迟的干涉信号，可以表达为

其中，k_i为入射到i像元上光束的波数，s指像元面积，△k表示像元所接收光束对应的带宽，(x,y)和(x',y')分别是像元面和物面，z是深度方向的坐标，S(k)为光源的光功率谱密度，而r_R和r_S(x',y',z)分别为参考镜反射率和样品某一位置的反射率，n(x',y'；k)是样品折射率，φ₀是初始相位差。

9.根据权利要求8所述的大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：所述单次成像可以获得三个干涉信号，重建这三个干涉信号就可以获得同一待测样品的三幅重建图像；通过调节参考臂使得参考光程向样品深度方向位移，直到三幅重建图像中任意两幅对应的干涉信号的线性相位共轭，将共轭相位相加后，再减去由环形相位片引入的相移量即可得到色散相位；共轭相位表示为：

其中，为初始相位，为系统色散相位，为样品引入相位，Δd是环形相位片厚度。

10.根据权利要求1所述的大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：还包括有安装套管(6)，所述多模光纤段(2)、玻璃或空气间隔段(3)、渐变折射率透镜(4)和环形相位片(5)位于所述安装套管(6)内，所述单模光纤段(1)从所述安装套管(6)的一端穿出。