光學(xué)斷層掃描方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過相干光和數(shù)字全息術(shù)來檢測空間構(gòu)成的樣品體的方法。本發(fā)明還涉及一種根據(jù)光學(xué)相干斷層掃描分析樣品深度結(jié)構(gòu)的方法。
【專利說明】光學(xué)斷層掃描方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過相干光和數(shù)字全息術(shù)(DH)檢測空間構(gòu)成的樣品體的方法。本發(fā)明還涉及一種根據(jù)光學(xué)相干斷層掃描(OTC)分析樣品深度結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全息技術(shù)涉及使用相干光(特別是激光)的物體三維成像。其中光線被分束器分到樣品和參考分支里，其中樣品光束照亮樣品。被樣品以不同距離反射或反向散射的光線被引導(dǎo)到一個光敏表面上(如相機膠卷)，并且在那里與參考光線疊加。通過干涉，空間光強分布，即全息圖，在圖像平面中生成。
[0003]在傳統(tǒng)的全息技術(shù)中，全息圖在光學(xué)上重建，其中改進的全息圖被參考光束再一次照亮。此過程中生成的衍射波場具有對應(yīng)原始物體波場的一個分量。另外的分量代表共軛圖像和參考波，其分數(shù)與參考和對象波的原始強度成正比。
[0004]在數(shù)字全息術(shù)中，光敏表面由電子傳感器(如CCD或CMOS相機)構(gòu)成。數(shù)字存儲的全息圖可以在沒有迂回的情況下饋入一個計算單元中進行供進一步評估的光學(xué)再現(xiàn)。例如，參考光束的光波場已知時，則可在與相機平面平行的任意平面內(nèi)計算從樣品返回的光線的光波場。如果相機平面的光波場已知，它就可以用于數(shù)字傳播，例如通過使用“角譜”法、菲涅爾變換或者另外的積分變換。
[0005]在重建平面中計算波場的時，多種情況下使用的“角譜”法或“平行波傳播”法均基于將全息圖平面f (X，y.Z=O)中的物體波場發(fā)展成平面波exp (i (kxx+kyy))，也就是說，計算波場的二維傅立葉變換。因此知道波場的單個平面波的波數(shù)的橫向分量，也就是說知道
了函數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種散射樣品的3D成像方法，尤其適用于確定樣品的空間散射率分布S (χ,r,ζ),包括以下步驟: a.將激光分成樣品和參考光束，所述激光具有在預(yù)定的頻帶寬度中選擇的波長； b.在N個不同的波段λη(η=1,……，N)上照射樣品，并將在樣品里散射的光線以及參考光線返回到2D光探測器陣列上； c.在2D光探測器陣列上疊加散射的樣品光線和參考光線，并且在不同情況下記錄N個波長中每一個的一個全息圖； d.在2D光探測陣列平面內(nèi)計算N個波長中的每一個在樣品內(nèi)散射的電子波場； e.將所有計算得出的波場傳播到預(yù)定的重建平面，所述重建平面與樣品光束的光軸垂直對齊； f.計算N個波長中每一個在樣品中散射并在重建平面中傳播的電子波場的橫向空間-頻率譜 En (kx，ky，kn)，其中 kn=2 π / λ n ; 其特征在于，進一步包括以下步驟: g.對N個波長中每一個的橫向空間-頻率譜進行相位匹配以補償傳播的波場和參考光線之間由步驟d)和/或e)產(chǎn)生的傳播時間差； h.沿著樣品光束的光軸對每一橫向空間頻率(kx，ky)進行空間-頻率譜的一維傅立葉變換，以計算出與深度相關(guān)的散射率頻譜S (kx，ky, z)； 1.計算樣品在重建平面周圍區(qū)域內(nèi)至少一層的散射率S(x，y，z)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述重建平面預(yù)設(shè)在樣品內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，對沿著樣品光束的光軸間隔排列的多個重建平面或者樣品層的散射率S (X，y, z)進行計算，并在計算機中將計算結(jié)果合成整個樣品的散射率分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述重建平面是通過以下方式確定的:使得在重建平面中散射并返回到2D光探測陣列的光與參考光束之間沒有傳播時間差巳
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，通過將每個橫向空間-頻率譜乘以基于kn的相位因子來進行相位匹配，這樣所有N個空間-頻率譜在重建平面中的分量En (kx0, ky0, kn)對于預(yù)定的橫向空間頻率(kxCI，ky0)具有相同的值。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，在進行一維傅立葉變換之前，通過將所有的橫向空間-頻率譜乘以在不同情況下均依賴于各自匕的相位因子以實現(xiàn)對由樣品運動和/或群速率色散所產(chǎn)生的噪聲的數(shù)學(xué)補償。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，一維傅立葉變換作為整個非等距插值點集上的快速傅立葉變換(FFT)進行，所述非等距插值點集取決于各自的空間頻率(kx，ky)，所述空間-頻率譜被事先插入到這些插值點上。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，參考臂中設(shè)有光束發(fā)散元件，以在參考光到達2D光探測器陣列之前球形發(fā)散所述參考光。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在樣品外部，參考光在待分析的樣品區(qū)域附近具有焦點。`
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，使用不少于N=IOO個的不同波長。
【文檔編號】G03H1/04GK103733144SQ201280030736
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月21日
【發(fā)明者】D·希爾曼, G·許特曼, P·科赫, C·呂爾斯, A·福格爾 申請人:呂貝克大學(xué), 呂貝克醫(yī)學(xué)激光中心有限公司, 統(tǒng)雷有限公司