立方米量級光學相干層析（OCT）

光學相干層析(OCT)技術在微米解析度、亞表面成像的應用已日臻完善，不僅成功應用在眼科學和醫學中，還不斷向新的領域擴展。

OCT成像通常限制在幾厘米的範圍之內，這就不可避免地限制了研究人員設想的某些潛在應用。現在，來自MIT和Thorlabs等的合作團隊極大程度地突破了這個限制，並在實驗上成功證明了立方米體積3D成像能力。這一成果發表在2016年12期optica雜誌上，下方所示為系統結構圖。

領導此項研究的James Fujimoto是OCT技術的先驅，他說：我們創造了立方米體積成像的世界紀錄，相比過去的3D OCT技術，我們的成像深度和體積提升了最少一個量級，而且在原理上證明了在這個新範圍內使用OCT的可能。

該OCT系統的一個關鍵組件是MEMS調諧的垂直腔面發射(VCSEL)激光器，它由Thorlabs和Praevium專門研發，中心波長是1310 nm，具有實驗要求的長相干長度。Thorlabs對先進VCSEL結構的研究指出了一些方法，可以抵消掃頻OCT對相干長度的不良影響。VCSEL的相干長度比其它掃頻激光技術高几個數量級，說明長距離OCT成像的可能。下圖所示為VCSEL的結構和實物以及放大後的測量光譜。

同樣重要的是光探測和數據採集的最新發展，研究中首次使用了一種工作在1310 nm的硅光子學集成電路(PIC)系統，PIC集成光波導、偏振分束器、90度移相器和波導耦合器，可進行偏振及同相和正交(I/Q)雙平衡探測，其光帶寬達370 nm，電帶寬高達25 GHz。下圖所示為PIC結構和實物。

Fujimoto表示，1990年代初的OCT研發極大地受益於光纖通信組件和方法，而25年後，光通信行業仍然持續推動OCT的發展。

研究人員通過對0.98和1.8立方米的人體模型和自行車成像(下圖所示)，測試了OCT系統在長範圍成像的潛力；通過對人類頭骨和大腦成像，表明在宏觀解剖成像的應用前景。

研究人員表示，隨著PIC技術的不斷發展，五年內有望在單個晶元上實現完整的OCT系統，這將讓全世界更多的人因OCT受益，發掘新的應用空間。

參考

Cubic meter volume optical coherence tomography, Optica 3, 1496-1503 (2016)

Thorlabs OCT系統

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