採用光纖光柵技術於時域/頻域光學同調斷層掃描之應用及誤差分析

Applications and Error Analysis of Time Domain/Fourier Domain Optical Coherence Tomography Using Fiber Grating Technology

吳銘家(Ming-Jia Wu)

指導教授 ： 鄭旭志

國立虎尾科技大學/電機資訊學院/光電與材料科技研究所/碩士(2013年)

摘要

採用光纖光柵技術於時域/頻域光學同調斷層掃描之應用及誤差分析

學生:吳銘家指導教授:鄭旭志教授

國立虎尾科技大學光電與材料科技研究所

摘要
科技不斷的進步之下，生物醫療科技也不斷的進步，逐漸走向精準、精確、快速、不傷害人體的方式進步，起初有超音波掃描技術，現在則是往光學量測的方式來進行掃描，使用光學打入生物體內做掃描，因為不同介質下光行進速度不同，因此可分辨出不同組織結構。
本論文使用光學同調斷層掃描技術(Optical Coherence Tomography,OCT)，此技術是使用低同調干涉的技術使用麥克森干涉儀當作基礎架構，常應用於工業量測以及生物醫學方面的顯影成像，OCT主要分成時域OCT(Time-Domain OCT)與頻域OCT(Frequency-Domain OCT)，主要差別在於TDOCT必須要手動或是使用電腦控制移動平台來改變光程差讓樣品端跟參考端光程差等於零，而FDOCT不需要去做連續性的移動，只要將由光譜儀所接收的數據經由電腦程式MATLAB做傅立葉轉換(Fourier Ttransform)就可以達到我們想要的樣品資料。
本篇論文在實驗方面會分成兩大部分第一部分為設計一組4X4光纖耦合器所組成的OCT系統，可以同時量測樣品厚度以及折射率，如同上面所說的OCT分為TDOCT和FDOCT，第一部份裡面都會分析兩種優缺點以及所量測出來的精準性、誤差比，在第二部分則是會討論到在正常的傅立葉轉換會由λ空間到K空間之後再轉換到T空間，如果直接從λ空間轉到T空間會發現因為不均勻取樣導致解析度降低，因此我們發現可以加入了一個啁啾光纖光柵可以用來改善此現象。

關鍵字: 光學同調斷層掃描;啁啾光纖光柵 ; 4X4光纖耦合器; 傅立葉轉換

關鍵字

光學同調斷層掃描 ； 啁啾光纖光柵 ； 4X4光纖耦合器 ； 傅立葉轉換

並列摘要

Applications and Error Analysis of Time Domain/Fourier Domain Optical Coherence Tomography Using Fiber Grating Technology

Student: Ming-Jia Wu Advisors: Hsu-Chih Cheng

Graduate Institute of Electro-Optical and Materials Science National Formosa University

Abstract

This paper mainly explores the application and improvement of Optical Coherence Tomography (OCT), with Low Coherence Interferometry (LCI) as major technique and Michelson interferometer as basic experimental framework. OCT is widely applied to industrial measurement and biomedicine for development imaging, divided into two scanning modes of time domain OCT and frequency domain OCT.

This paper is divided into two parts for experimental architecture: the first part is to design a improved OCT system by using 4×4 coupler. The improved OCT can measure the refractive index and thinkness of sample simultaneously.

The second part is that the expanded point spread function in time domain come from the FFT of OCT signal in non-uniformly distributed sampling space. In this thesis, we solve this problem by the MATLAB program and try to use chirped FBG to compensate this effect. The experimental results show the uniform distributed sampling by MATLAB program is better than compensation of chirped FBG.

Keywords: Optical coherence tomography ;Chirped gradient fiber grating; 4X4 fiber coupler ; Fourier transform.

並列關鍵字

Optical coherence tomography ； Chirped gradient fiber grating ； 4X4 fiber coupler ； Fourier transform.

參考文獻

[1] D. Huang, E.A. Swanson, C.P. Lin, J.S. Schuman, W.G. Stinson, W. Chang, M. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C.A. Puliafito, J.G. Fujimoto, 1991,"Optical coherence tomography", Science, Vol.254, No.5035, pp. 1178-1181

[2] P.A. Flournoy, R.W. McClure,G. Wyntjes, 1972,"White-Light Interferometric Thickness Gauge", Applied Optics, Vol.11, No.9, pp.1907-1915

[4] A. Dubois, L.Vabre, A.C. Boccara, E. Beaurepaire, 2002, "High-resolution full-field optical coherence tomography with a Linnik microscope", Applied Optics, Vol.41, No.4, pp.805-812

[5] M. Sato, K. Seino, K. Onodera, N. Tanno, 2000, "Phase-drift suppression using harmonics in heterodyne detection and its application to optical coherence tomography", Optics Communications, Vol.184, pp.95-104

[6] Y.L. Lo, C.I. Kuo, C.H. Chuang, Z.Z. Yan, 2004 , "Optical coherence tomography system with no high-precision scanning stage and stage controller", Applied Optics , Vol.43, No.21, pp.4142-4149