用于使用光学相干断层成像进行高速和长深度范围成像的装置和方法与流程

用于使用光学相干断层成像进行高速和长深度范围成像的装置和方法
本技术是申请日为2017年2月13日、申请号为201780023073.4、名称为“用于使用光学相干断层成像进行高速和长深度范围成像的装置和方法”的中国专利申请(pct申请号为pct/us2017/017664)的分案申请。相关申请的交叉引用
1.本技术涉及2016年2月12日提交的美国专利申请序列第62/294,822号和2016年3月18日提交的美国专利申请序列第62/310,365号并要求它们的优先权，这些申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
2.本公开涉及光学成像系统，并且更具体地涉及与位于大成像体积内的样本的三维散射性质的高速成像有关的装置和方法，并且尤其涉及具有几何结构的样本的快速的深度分辨的成像，该几何结构引起样本的每个区域相对于成像系统的距离跨样本且随时间变化。


背景技术：

3.光学相干断层成像(oct)提供具有几微米至几十微米尺度的分辨率的生物样本的横截面图像。传统的oct(称为时域oct(“td-oct”))可以使用低相干干涉测量技术来实现深度测距。相反，傅里叶域oct(“fd-oct”)技术可以使用光谱雷达技术来实现深度测距。fd-oct技术已经被示出为通过改善的信噪比性能和消除机械扫描的干涉仪参考臂来促进较高的成像速度。
4.fd-oct系统通常通过将光源分离成样本束和参考束来操作。样本束可以被引导到要成像的样本，并且来自样本的反射光与来自参考束的光(即，从参考臂返回)重新组合，导致产生干涉信号，该干涉信号可以提供关于样本的例如结构、组分和状态的信息。在样本路径中的光和/或在参考路径中的光可以通过例如相位调制器或移频器来修改，该相位调制器或移频器改变干涉的特性并增强信号的信息内容或使信号更容易检测。fd-oct系统可以将干涉信号采样为波长的函数。
5.在fd-oct系统的一个示例性实施例中，作为波长的函数的干涉信号可以通过使用具有作为时间的函数扫掠、变化或步进的输出波长的光源来获得。由此，作为时间的函数的干涉信号的检测可以产生作为波长的函数的干涉信号。该示例性实施例可以称为光频域成像(“ofdi”)技术。
6.在fd-oct系统的另外的示例性实施例中，作为波长的函数的干涉信号可以通过使用宽带光源和光谱分散单元或光谱仪来获得，该光谱分散单元或光谱仪在空间上根据波长分离重新组合的样本光和参考光，使得一维或二维相机可以对作为波长的函数的信号进行采样。该示例性实施例可以称为谱域oct技术。在这两个示例性实施例中，作为波数k(k＝1/波长)的函数的所检测到的干涉信号可用于提供与浑浊或半浑浊样本或透明样本中的散射
深度分布有关的信息。这样的信息可以包括关于例如样本的结构、组分、状态、流动和双折射的信息。
7.给定深度处的散射体可以引起干涉信号的幅度或极化的调制。在波数空间中的这种调制的频率可以与散射的位置或相对于参考臂中的光的时间延迟的从该散射反射的光的时间延迟有关。位于引起反射信号相对于参考臂光没有净时间延迟的深度处的散射体可以引起可能不会用波数调制的干涉信号。随着散射体的位置从该零延迟点移动，频率的幅度可以增加。为了在大延迟窗口上成像，例如，在大时间延迟窗口内检测和局部化反射，通常可以在波数空间中以足够高的分辨率对干涉信号进行采样，以便促进清楚地检测与大延迟窗口相关的调制频率的范围。
8.为了适应在波数中的高分辨率的采样，可以在ofdi系统中使用越来越快的模数转换器(“adc”)，并且可以在sd-oct系统中使用越来越高的像素计数相机。在ofdi和sd-oct两者系统中，由在大范围上成像所得到的增加的数据量通常可以导致使用越来越高带宽的数据传输总线和数据存储单元。
9.光域二次采样可用于在不增加所执行的光谱测量的数量的情况下增加ofdi或sd-oct系统的深度范围。另外，光域二次采样可用于在不增加成像系统的电带宽的情况下增加成像速度。以这种方式，光域二次采样oct系统可以用给定数量的测量来询问比用相同数量的测量操作的fd-oct或sd-oct系统更大量的物理空间。
10.在高速光域二次采样oct系统中，可以以极高的速度跨大深度范围成像，导致样本的视频速率体积显微镜检查，该样本相对于成像系统没有被精确定位且包含至跨视野的成像系统的不同距离的表面。
11.因此，存在需要解决和/或克服上文所描述的缺陷中的至少一些缺陷。


技术实现要素：

12.特别地，传统系统和方法的缺陷中的至少一些缺陷可以用示例性装置来解决，该装置可以包括配置成提供激光辐射并且包括光学腔的激光布置。光学腔可以包括色散光波导第一布置，该色散光波导第一布置具有第一侧和第二侧，并且被配置为(i)在第一侧接收至少一个第一电磁辐射，以便提供至少一个第二电磁辐射，以及(ii)在第二侧接收至少一个第三电磁辐射，以便提供至少一个第四电磁辐射。第一侧和第二侧彼此不同，且第二辐射和第三辐射彼此相关。光学腔还可以包括有源光学调制器第二布置，该有源光学调制器第二布置可以被配置为接收和调制第四辐射，以便向第一布置提供第一电磁辐射。激光辐射可以与第一辐射、第二辐射、第三辐射或第四辐射中的至少一个相关联。
13.在一个示例性实施例中，第一布置可以是光纤布拉格光栅(fbg)、啁啾fbg和/或fbg阵列。fbg可以提供在偏振保持光纤和/或非偏振保持光纤中。第一布置还可以被配置为引起随第一辐射和/或第三辐射的光学频率线性变化的群延迟。根据另一示例性实施例，第一布置可包括(i)接收第一辐射并发送第二辐射的至少一个第一循环器，和/或(ii)接收第三辐射并发送第四辐射的至少一个第二循环器。光学腔可以包括至少一个光学放大器第三布置，该至少一个光学放大器第三布置可以被配置为放大第一辐射、第二辐射、第三辐射或第四辐射中的至少一个。光学放大器布置可包括半导体放大器、拉曼放大器、参量光学放大器和/或光纤放大器。光学腔还可以包括另外的有源光学调制器第四布置，该有源光学调制
器第四布置可以被配置为接收和调制第二辐射，以便向第一布置提供第三电磁辐射。例如，另外的有源光学调制器第四布置可以被配置为抑制行进通过第一布置的光辐射，该光辐射不同于第二辐射。附加地或替代地，另外的有源光学调制器第四布置可以是另外的有源光学放大器布置。
14.根据本公开的另外的示例性实施例，光学腔可包括至少一个光学偏振器第五布置，该至少一个光学偏振器第五布置被配置为阻挡透射通过第一布置的光辐射。光学腔还可以包括色散补偿布置和/或固定周期性光谱滤波器布置。固定周期性光谱滤波器布置可包括(i)法布里-珀罗标准具滤波器，其具有在3和25之间的精细度，和/或(ii)光学交织器(interleaver)。法布里-珀罗标准具滤波器可以是气隙标准具滤波器。
15.在本发明的又另外的示例性实施例中，激光辐射可具有例如连续地和/或离散地随时间变化的波长。例如，第一布置和第二布置的动作可以使波长以快于80nm/微秒的速率改变。
16.在另外的替代实施例中，第一布置可以包括光纤布拉格光栅(fbg)，其提供在偏振保持光波导中，第一辐射可以沿着光波导的第一双折射轴发射，并且第三辐射可以沿光波导的第二双折射轴发射，第一双折射轴和第二双折射轴彼此不同。第二电磁辐射可以是第一电磁辐射的反射，且第四电磁辐射可以是第三电磁辐射的反射。
17.根据本公开的又另外的示例性实施例，可以提供示例性装置，该示例性装置可以包括被配置为提供激光辐射并且包括光学腔的激光布置。光学腔可以包括：色散第一布置，其可以被配置为接收至少一个第一电磁辐射以便提供至少一个第二电磁辐射；以及色散第二布置，其被配置为接收至少一个第三电磁辐射以便提供至少一个第四电磁辐射，然而第二辐射和第三辐射彼此相关。光学腔还可以包括有源光学调制器第二布置，其可以被配置为接收和调制第四辐射，以便向第一布置提供电磁辐射，其中该激光辐射与第一辐射、第二辐射、第三辐射或第四辐射中的至少一个相关联。激光布置还可以包括干涉仪布置，该干涉仪布置被配置成生成(i)来自样本臂中的激光辐射的第五电磁辐射，(ii)来自参考臂中的激光辐射的第六电磁辐射，(iii)基于第五电磁辐射和第六电磁辐射之间的干涉的干涉信号。激光布置还可以包括光束扫描布置，该光束扫描布置被配置为跨至少一个样本的至少一个部分扫描第五电磁辐射。激光布置、干涉仪布置和光束扫描布置之间的相互作用提供了(多个)样本的(多个)部分的光学性质的三维测量。
18.例如，根据一个示例性实施例，激光布置还可包括：模拟至数字采集布置，被配置为基于电子时钟信号获得干涉信号；以及电子信号生成器，被配置为驱动第二布置，而电子时钟信号可以锁相到电子信号生成器。第一布置和第二布置可包括光纤布拉格光栅或相同光纤布拉格光栅的一部分。第二电磁辐射可以是第一电磁辐射的反射，且第四电磁辐射可以是第三电磁辐射的反射。激光辐射可以是光频梳。
19.根据本公开的又另外的示例性实施例，可以提供示例性装置，该示例性装置可以包括被配置为生成在特定数量(n)的离散光学频率下的激光辐射。示例性装置还可包括：干涉仪布置，被配置为从激光辐射生成干涉信号；以及光束扫描布置，被配置为跨至少一个样本的至少一个部分扫描激光辐射的至少一个部分。离散光学频率中的每个的线宽可以小于10ghz，并且在离散光学频率的每个之间的间隔可以大于20ghz。激光辐射可以以大于每秒2000万个离散光学频率步进的速率在离散光学频率之间步进。在本发明的另外的示例性实
施例中，激光布置可包括长度大于2米的连续光纤布拉格光栅，和/或长度大于2米的光纤布拉格光栅阵列。
20.根据本公开的又另外的示例性实施例，可以提供方法计算机可访问介质(例如，具有由计算机要执行的存储在介质的软件)，用于显示关于至少一个结构的视频流。例如，使用这种方法和计算机可访问介质，可以测量关于在不同时间点的至少一个结构的不同部分的四维干涉测量(interferometric)数据，其中四维数据描述至少一个结构的至少一个光学性质。此外，可以将四维干涉测量数据变换为二维视频数据，并使用二维视频数据显示结构的不同部分的视频流。执行测量和显示的等待时间小于1秒。
21.由这种示例性方法和计算机执行的示例性过程在医疗过程中完成，并且还可以使得使用视频流以交互方式引导该过程。附加地，可以使用频率梳状光源执行测量。替代地或附加地，可以使用如在上文的各种实施例中描述的激光布置来执行测量。
22.根据本公开的又另外的示例性实施例，可以提供方法计算机可访问介质(例如，具有由计算机执行的存储在介质的软件)以在至少一个解剖结构上的医疗过程中使用。使用这种示例性方法和计算机，可以以大于5兆赫兹的速率测量描述结构的至少一个光学性质的单维干涉测量数据。此外，可以从关于在不同时间点的至少一个结构的不同部分的一维干涉数据构建四维干涉测量数据，并且在医疗过程中利用四维干涉测量数据。例如，可以使用频率梳状光源执行测量。替代地或附加地，可以使用如在上文的各种实施例中描述的激光布置来执行测量。
23.根据本公开的又另外的示例性实施例，可以提供方法计算机可访问介质(例如，具有由计算机要执行的存储在介质的软件)，用于显示关于至少一个结构的视频流。例如，使用这种方法和计算机可访问介质，可以测量关于在不同时间点的至少一个结构的不同部分的四维干涉测量数据，然而该四维数据描述该结构的至少一个光学性质，并且四维干涉测量数据可以循环地包裹在特定的空间维度中。附加地，示例性方法和计算机可以通过压缩特定空间维度将四维干涉测量数据变换为二维视频数据，并使用二维视频数据显示结构的不同部分的视频流。
24.例如，压缩可以包括(i)将结构表面的位置定位在四维干涉测量数据内，以及(ii)使用该位置控制压缩。此外，可以使用频率梳状光源和/或如上文各种实施例中描述的激光布置来执行测量。
25.当结合附图和权利要求阅读本公开的示例性实施例的以下详细描述时，本公开的这些和其他目的、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
26.通过以下结合示出本公开的图示性实施例的附图的详细描述，本公开的其他目的、特征和优点将变得显而易见，在附图中：
27.图1是示例性波长步进激光器的频率内容与时间之间的关系的示例性图示；
28.图2是根据本公开示例性实施例的示例性光学二次采样(os-oct)成像系统的框图；
29.图3是图示根据本公开示例性实施例的示例性os-oct系统中的深度信号的混叠的图；
30.图4是根据本公开示例性实施例的示例性os-oct系统中的成像的环形包裹的一组示例性图示；
31.图5是根据本公开的示例性实施例的在示例性os-oct系统中使用的成像探针和针对倾斜样本获得的示例性图像的一组图示；
32.图6是根据本公开的示例性实施例的示例性高速波长步进源的一组图示，以及由此产生的示例性输出的图；
33.图7是根据本公开示例性实施例的示例性高速os-oct成像系统的图；
34.图8是根据本公开示例性实施例的示例性正交解调系统的图；
35.图9是根据本公开的示例性实施例的在没有和具有正交解调的情况下获得的一组示例性os-oct图像；
36.图10是根据本公开的示例性实施例的提供示例性正交解调和os-oct信号处理的方法的流程图，该信号处理包括校正光学解调器中的正交误差的技术；
37.图11是根据本公开的示例性实施例的为示例性os-oct成像系统中的控制电子设备提供示例性定时方案的系统的框图；
38.图12是根据本公开示例性实施例的示例性os-oct系统中使用的成像显微镜的图；
39.图13是根据本公开的示例性实施例的一组示例性的宽场os-oct图像；
40.图14是高速os-oct系统的一组示例性的图像；
41.图15是根据本公开示例性实施例的从示例性高速os-oct系统获取的视频序列的一组示例性的图像；
42.图16是根据本公开示例性实施例的由示出了偏振相关图像对比度的示例性高速os-oct系统生成的示例性视频序列提供的另一组示例性图像；
43.图17是根据本公开的示例性实施例的用于交织(interleave)来自相邻a线的激光输出脉冲以填充激光输出中的时间间隙的装置的框图，以及来自各种部件的示例性输出的图示；
44.图18是根据本公开的示例性实施例的光纤布拉格光栅阵列的示例性图示，以及从其部件之一提供的输出的示例性图；
45.图19是根据本公开示例性实施例的利用光纤布拉格光栅的示例性激光源的一组图；
46.图20是根据本公开示例性实施例的利用连续啁啾光纤布拉格光栅的示例性激光源的一组图；
47.图21是根据本公开示例性实施例的在激光源中使用的光纤布拉格光栅阵列中的示例性光栅设计布置的示例性图示；
48.图22是根据本公开的示例性实施例的利用有源偏振控制的示例性激光源的图；
49.图23是根据本公开的示例性实施例的包含移频器或移相器以限制特定路径中的光循环的示例性激光源的图；
50.图24是根据本公开的示例性实施例的示例性激光源的图，该激光源包括光学交织和解交织器以跨波长通道生成不同的群延迟(具有示例性功率图)；
51.图25是根据本公开的示例性实施例的在快速傅立叶变换(fft)之前的计算布置中非单调的波长信号及其重组的示例性时域检测方案的图示；
52.图26是根据本公开的示例性实施例的使用频移(以及波长的示例性图示)从频率的输入集生成附加光学频率的示例性系统的图；
53.图27是图示根据本公开示例性实施例的示例性偏振调制源输出的一组图；
54.图28是根据本公开的示例性实施例的通过组合一组连续啁啾光纤布拉格光栅而提供的色散元件的示例性图示；
55.图29是根据本公开的示例性实施例的使用相位调制来执行正交解调的示例性成像干涉仪的图；
56.图30是根据本公开的示例性实施例的一组示例性图，其提供用于作为时间和波数的函数的相移光以执行正交解调的示例性方案；
57.图31是根据本公开的示例性实施例的示例性系统和使用8位数字转换器和条纹求平均将信号示例性采集到具有更大的深度的寄存器的图；
58.图32是根据本公开的示例性实施例的在腔中提供调制的示例性激光源的图，该激光源被配置为抑制特定路径中的光循环(以及提供其输出的示例性图)；
59.图33是根据本公开的示例性实施例的示例性os-oct系统的图，该os-oct系统使用包括多个波长的梳状源和波长解复用器，以在检测之前在空间上分离每个波长信号；
60.图34是根据本公开示例性实施例的包括在反射色散元件内的光学增益的示例性os-oct激光器的图；
61.图35是根据本公开的示例性实施例的示例性os-oct激光器的图，该os-oct激光器包括偏振器并且由偏振控制器配置以抑制特定子腔中的光循环；
62.图36是根据本公开的示例性实施例的通过色散脉冲宽带激光源提供的示例性os-oct源的图；
63.图37是根据本公开示例性实施例的示例性os-oct源的示例性配置、操作/功能和定时的一组示例性图示；
64.图38是根据本公开的示例性实施例的提供示例性os-oct源的光谱输出的示例性测量的一组图；
65.图39是根据本公开的示例性实施例的提供示例性os-oct源的时间输出的示例性测量的一组图；
66.图40是根据本公开示例性实施例的提供示例性os-oct源的相干长度的示例性测量的一组图；以及
67.图41是根据本公开示例性实施例的提供示例性os-oct源的噪声的示例性测量的图。
68.贯穿附图，相同的附图标记和字符，除非另有声明，用来表示相同特征、元件、部件或图示实施例的部分。而且，虽然现在将参考附图具体描述本主题公开，但这一描述是结合说明性实施例来完成的。在不脱离本主题公开和所附权利要求的真实范围和精神的情况下，可以对所描述的示例性实施例进行改变和修改。
具体实施方式
69.光域二次采样的oct在下文中称为光学二次采样的oct(os-oct)。在本公开的一个示例性实施例中，可以提供基于光频域成像(ofdi)的成像系统。与利用波长扫掠源的其中
光源波长随时间大致上连续地变化的传统oct系统不同，os-oct可以使用波长步进源，该源具有以步进方式变化的波长，波长在其中波长大致上是恒定的波长分离周期中离散跳跃。
70.图1图示示例性波长步进激光器的频率内容与时间之间的关系的示例性图示。图1的这种示例性图示示出了作为示例性波长步进源100的时间的函数的输出波数。该源可以包括可以在波数中随时间变化的光输出110。在曲线130中提供了示例性波数132对时间131的迹线。示例性迹线可以以由在其期间源波数正快速切换135a-135f的时段分开的激光133a-133f的k中的稳定性周期为特征。波数空间中的步长大小可以给出为δk 134。替代地或附加地，波长可以不必在波数中等间隔，并且在源中可以存在一系列δk间隔。稳定周期133a-133f中的每个周期可以为源的特定通道定义波数值k_a至k_f(137a-137f)。稳定性周期可占据在相邻波数之间的时间间隔的可变百分比；例如，它可以填满整个时间间隙，且激光可以直接从一个波数跳到下一个，或者它可以是短脉冲，在其中激光功率被关闭直到下一个波数。示例性曲线130包括6个通道，其可以是源的总通道计数的子集，或者源可以包括较少的不同波数输出，诸如例如两个。源的输出功率被设计成在通道的每个中产生可观的功率。
71.功率迹线可以是平坦的(作为波长的函数)，和/或可以根据例如在源中使用的增益介质的光谱响应而变化，或者可以使其遵循特定的分布。在波长之间的时间135a-135f期间，可以调制和/或关闭示例性激光源的功率。虽然图1中所示的波数输出指示单调增加的波数，但是波数137a-137f可以遵循非单调顺序，诸如例如输出波数可以以降序单调顺序发生，或者以非单调顺序发生，诸如例如以如下顺序：137a、然后137d、然后137f、然后137e、然后137b、然后137c。在本公开的一个示例性实施例中，oct成像带中的源输出波长可以近似以800nm、1.0μm、1.3μm、1.5μm、1.6μm或1.7μm为中心。在另外的示例性实施例中，可以在任何光学范围操作，包括uv和可见光带中的那些光学范围。在本公开的另一示例性实施例中，源可以输出被分组为两个或更多个光谱区域的波长。例如，可以输出1.0μm-1.1μm内的波长，然后输出1.3-1.4μm的波长。替代地，根据本公开的示例性实施例，可以使用在红色、绿色和蓝色可见光谱中的每个内产生多个波数步进输出的示例性源。
72.在图2中所示的示例性光学二次采样(os-oct)成像系统的另一个示例性实施例中，波长步进源200可通过分光器205划分成样本臂220和参考臂210。参考臂210中的光或其他电磁辐射可以被引导到复合解调器240的第一端口240a。样本臂220中的光或其他电磁辐射可以被引导到样本并从样本收集。例如，这可以通过将样本臂光引导到光学循环器的第一端口230a来实现，该光学循环器可以优先地将该光或其他电磁辐射引导到端口230b。来自端口230b的光或其他电磁辐射可以通过光纤235朝向样本250引导。光纤235可以包括但不限于各种探针、导管、内窥镜和显微镜，其在本领域中是已知的，以用于控制样本臂光在样本上的位置和其他特性。来自样本250的反向散射光或其他电磁辐射可以由光纤235收集，并返回到循环器230的端口230b并且优先地被引导到端口230c。然后可以将该光或其他电磁辐射引导到复合解调器240的端口240b。复合解调器240可以包括例如光学部件、数字转换器和数字处理。对于每个波数通道，复合解调器可以用于测量与样本臂220和参考臂210之间的干涉相关联的信号。例如，复合解调器可以提供对应于每个波数通道的复信号s(由270和280的组合组成)，其与复合反射样本场成比例，
其中p(ki)是对应于波数ki的反射信号功率，且θ(ki)是参考臂光和对应于波数ki的反射样本光之间的相位差。复信号s(包括例如270和280的组合)可以被转发到数据处理和记录单元260(其可以包括一个或多个计算机或一个或多个处理器)。
73.在本公开的示例性实施例中，复合解调器240可以基于基于偏振的解调装置，例如，如vakoc，optics letters 31(3)362-364(2006)美国专利公开第2007/0035743号中所描述的。在本公开的另一示例性实施例中，相位调制器可以放置在参考臂210或样本臂220中。可以提供、配置和/或构建示例性相位调制器以引起例如π/2弧度或0弧度的相移，使得可以在每个波数通道的这些相移中的每个处进行两次测量，从而提供构造复信号s所需的时间复用的同相和正交信号。在本公开的另一示例性实施例中，复合解调器可以基于3
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3对的使用，如在例如choma,optics letters 28(22)2162-2164中所描述的。
74.图3描绘了图示根据本公开示例性实施例的示例性os-oct系统中的深度信号的混叠的图。如图3所示，频率转换可以通过对在离散波数ki处的干涉进行二次采样而发生。图3的示例性图提供作为样本臂和参考臂之间的延迟的函数的复信号s的频率。实线曲线300示出了连续地扫掠波长源的示例性频率，而虚线曲线310示出了使用波数ki处的光学二次采样的测量到的频率。在以零延迟340为中心的频率范围内，不可能引起转换。在对应于较大幅度的延迟的频率范围处，可以将频率向下转换为基带信号。例如，当使用波长扫掠源时出现在 f/5和 3*f/5之间的延迟范围320中的频率可以使用光学二次采样被向下采样到-f/5到f/5的范围。通过仅检测例如从-f/5到f/5的有限频率范围，可以用降低的数据量获取在由到表征的整个深度上的信号。
75.在上述示例性实施例中，数据处理和数据存储单元260(参见图2)可以根据利用离散傅立叶变换的方法从所获取的复信号阵列si中的每个生成深度散射分布，这是本领域已知的。可以连结这些示例性分布以生成图像。图4图示根据本公开示例性实施例的示例性os-oct系统中的成像的圆形包裹的一组示例性图示。如图4所示，生成从跨越比二次采样图像的深度范围大的程度的样本得到的二次采样图像。可以利用以在示例性图像400中描绘的角度布置的示例性样本，其可以用提供复解调并且例如没有二次采样的示例性ofdi系统来获取。通过例如丢弃每个a线内的采样的数据点中的一些数据点，可以生成二次采样的图像并且在示例性图像410中示出。图像深度范围可以被显著地降低，并且在基带外部发生的信号可以被向下转换以出现在该降低的深度范围内。通过平铺该图像，即垂直地连结图像的副本，可以识别初始结构420。使用表面查找例程，可以从复制的表示430中隔离物体的单个表示，从而恢复样本的图像。注意到在足以包围倾斜样本的范围内有效地实现成像，但是以对应于410中描绘的深度范围的降低的数据量。
76.使用二次采样光学成像来增加有效深度范围在图5中被图示，图5示出了根据本公开的示例性实施例的在示例性os-oct系统中使用的成像探针以及针对倾斜样本获得的示例性图像的一组图示。成像仪器500可以包括内窥镜501，内窥镜501可以将成像光或其他电磁辐射从系统502传送到样本510，并且将反向散射的光或其他电磁辐射返回到系统502。内窥镜501可以由诸如光纤的单个双向波导提供或者包括使用诸如光纤的单个双向波导，或者替代地可以通过使用两个或更多个波导来提供。波导之一可以将光或其他电磁辐射从系统502传播到样本510，并且波导中的另一个可以将来自样本510的散射或反射光或其他电磁辐射返回到系统502。内窥镜501可以包括例如在其远侧末端附近的光束扫描器540，其能
够扫描离开内窥镜501的光的角度530。光束扫描器540可以基于微机电扫描器，如kim等人,opt.express 15,18130-18140(2007)中所描述的。对于与内窥镜成一定角度取向的样本，针对一个角度的从光束扫描器540到样本表面的距离可以相对较短，例如d1 520a，而针对另一个角度相对较长，例如d2 520b。
77.使用常规oct或ofdi技术，成像系统500可以在整个深度范围(d2-d1 δ)上获取数据，其中参数δ522描述进入样本的成像深度。常规的oct或ofdi图像550提供作为深度521和角度523的函数的图像。示例性图像占据由d2-d1 δ给出的深度范围。在短时间内获取在这个大区域上的数据需要快速的数字化和数据传输能力。这样的示例性图像还可以指示获取可能是低效的。这可能是因为，在获取的图像的大区域中，在组织表面上方533a或在组织表面下方533b的大于δ的深度处存在很少或没有信息内容。二次采样的光学频域成像或二次采样的sd-oct的使用可以促进相同信息内容的获取，并且具有更高的效率。示例性的二次采样ofdi图像560被提供作为深度561和角度564的函数。示例性成像系统500可以被配置为提供δ562的成像范围。该示例性成像范围不必大于进入样本的成像穿透深度，并且如果在更浅的区域上期望信息，则成像范围可以替代地更小。示例性的二次采样成像程序的包裹性质可以促进捕获来自在所有角度的样本的表面深度δ的信息。此外，示例性成像采集带宽可能不专用于在组织表面上方的，或者在穿透到组织中的成像之下的空的空间。
78.可以使用表面寻找程序(包括例如迂回(snake)程序(如yezzi等人，ieee tran med imag 16,2 99-209(1997)中所描述的))定位或以其他方式确定组织表面570，以及展开示例性图像以生成图像590，其中组织被示出具有近似恒定的深度的表面。高速os-oct成像系统的示例性实施例
79.根据本公开的高速光学二次采样成像系统和图像显示装置和方法的示例性实施例在下文中描述，并在图6-16中图示。
80.例如，图6示出了根据本公开的高速激光源和由其一个或多个部件提供的示例性输出的示例性实施例。如图6中所示，示例性激光装置600包括环形腔，该环形腔包括强度调制器610、一组半导体光学放大器(611和614)、第一色散光纤615、基于固定的法布里珀罗标准具613的一组波长选择滤波器、输出耦合器616和第二色散光纤612。激光或其他电磁辐射可以在激光腔中以顺时针方向循环。负色散元件可以由例如在1550nm处提供近似-700ps/nm的总色散的色散补偿光纤生成或以其他方式制成。正色散元件可以由例如在1550nm处提供 700ps/nm的总色散的标准单模光纤生成或以其他方式制成。这种示例性标准光纤可以使用法拉第旋转镜以双通配置操作，以降低偏振模式色散的影响。示例性激光器可以以中心波长o(例如，近似1550nm)和从1522nm至1590nm的激光带宽632a操作。应该理解激光器可以在附加的波长和带宽下操作。
81.来自色散补偿光纤的光或其它电磁辐射可以通过例如宽带半导体光学放大器(614、611)放大，该光学放大器可以包括光学隔离器以防止逆时针方向上的光/辐射通过。该放大的光通过一组具有200ghz fsr的两个相同的fp标准具613。激光器可以用一个标准具或多个标准具操作。(多个)示例性标准具可以以近似等间隔的波数发送光或其他电磁辐射。例如，在一个示例性实施例中可以使用两个fp标准具来使组合滤波器的光透射频谱变窄并改善噪声性能以及降低放大器和光纤中的非线性相互作用。输出耦合器616可以放置在滤波器613之后，并且将光的大约20％引导出腔。输出耦合器616的示例性耦合比可以在
大范围内设置。在本公开的这种示例性实施例中，每个色散元件的长度可以被选择以在幅度上大体匹配，并且也具有跨操作带宽的相反的符号。
82.强度调制器610可以由脉冲生成器622驱动，该脉冲生成器产生可调谐长度和可调谐重复率的脉冲。在一个示例性实施例中，脉冲长度可以在0.05ns和5ns之间，尽管脉冲长度的其他范围也是可能的。这样的示例性脉冲长度可以提供具有通过调制器610的高光透射的时间窗口。强度调制器610还可以通过优化锂铌酸盐波导性质来提供高开关延伸比(近似30db)，可以用于当处于“关闭”状态时限制透射光。替代地或附加地，可以使用电光强度调制器，或者可以对半导体增益元件进行电流调制以提供该强度调制功能。可以在调制器610之前包括偏振器以补偿具有偏振相关操作的调制器，并且可以在偏振器和调制器之间放置偏振控制器以将返回的光偏振态与调制器的最佳轴对准。例如，偏振控制器可以被包括为贯穿整个激光腔，以对准在每个元件处的光偏振态。
83.在本公开的一个示例性实施例中，脉冲生成器622可以在例如大约18.9mhz处被驱动，其可以是由腔往返时间的倒数给出的基本腔频率的第4336次谐波。通过在该示例性谐波下操作，返回到强度调制器的脉冲可以与透射窗口匹配并通过示例性调制器。在调制器处，大多数或所有激光波长脉冲可以在单个多波长脉冲内暂时重叠。在通过色散光纤之后，这些脉冲可以在时间上被分离。然后，第二色散光纤可以重新压缩这些脉冲。可以拉伸在调制器处的每个脉冲以产生脉冲序列(pulse train)，脉冲序列中的每个脉冲具有单独的波长。在任何给定时间，腔中存在多个脉冲序列。
84.可以从输出耦合器616提供激光输出。该输出可以通过另外的光学放大器以增加功率，和/或它可以通过一个或若干个波长选择滤波器(诸如例如fp标准具619)被进一步滤波，以用于改善线宽和/或降低ase光透射。输出脉冲序列可以使用色散补偿元件(或正色散元件)618及时地被拉伸或压缩，色散补偿元件618可以是或包括例如在反射模式中操作的色散补偿光纤或光纤布拉格光栅阵列，或者在反射模式中操作的啁啾光纤布拉格光栅。外部色散元件618可用于在不修改激光腔的情况下在外部修改a线持续时间和相关联的所需数字化速度。
85.可以包括附加放大器617、620以增加功率并改善线宽。这些放大器可以基于半导体光学放大器，但可以例如由掺杂光纤构成或利用拉曼增益。使用在激光腔619外部的滤波器可以去除背景放大的自发发射光并且使每个波长脉冲的线宽变窄。可以在多个阶段中重复放大和滤波，以进一步增加功率并优化线宽。
86.在本公开的一个示例性实施例中，激光输出可以包括脉冲序列640，每个脉冲具有与滤波器613、619的透射通带相对应的不同波长。这可以通过高速光电接收器被可视化并在高速示波器上被捕获。根据本公开的示例性实施例中的这种示例性脉冲序列641的长度可以被设置为近似50ns，尽管在本公开的范围内可以构想到其他设置。每个脉冲序列表示oct成像中的“a线”，并且可以包含不同的脉冲，该脉冲中的每个可以具有在波数中近似等间隔的独特波长并且匹配波长选择滤波器透射峰值。输出激光器630的光谱可以是具有大体上不同的输出波长带631的梳状结构。
87.示例性光谱输出630在图6中图示为作为波长632a、631a的函数的光功率632b、631b的曲线。在图631中示出了较小波长范围的缩放图像，而在图632中示出了较大范围。时间输出640绘制作为时间640a的函数的接收到的电压640b。
88.可以通过在基本腔往返频率的不同谐波下(或等效地在为腔往返时间的分谐波的不同脉冲重复次数下)操作强度调制器来改变激光器的有效a线速率。这可以促进a线重复率被电子地改变。可以通过调整每个波长脉冲之间的时间间隔来调整色散的幅度以修改a线长度。虽然这些元件以图6中的特定组织和/或顺序示出，但是本领域技术人员应该清楚存在可以使用的并且在本公开的范围内的替代排序和/或组织。
89.在本公开的示例性实施例中，高速激光源700的输出可以被引导到干涉仪701的输入(如图7的框图所示)。该干涉仪701可以将激光源700的输出分裂或分离成样本臂703和参考臂704。样本臂703可以包括用于偏振调制的电光调制器(eom)710，该电光调制器可以用于改善偏振敏感成像。eom 710可以被配置为调制每个波长脉冲、每个a线、每个成像帧、每个成像体积或数据的任意时间块的偏振态。eom 710可以在样本臂703中被放置在光学循环器711之前并在光学循环器711的光路中，光学循环器711可以将光或其他电磁辐射引导到双通光纤717，双通光纤717向样本714提供光或其他电磁辐射。替代地或附加地，调制器(例如，eom 710)可以被放置在耦合器702之前并在耦合器702的光路中，以调制样本臂光和参考臂光或其他电磁辐射。替代地或附加地，这种示例性调制器可以位于双通光纤717中。该双通光纤可以包含分光器712，其将一部分光引导到诸如镜子713之类的被用于校准系统的结构。样本臂703还可以向样本714提供光或其他电磁辐射。参考臂光可以通过循环器705到达通往镜子706的双通光纤718。该镜子76的位置可以被调整以修改参考臂的光学延迟。可以在参考臂704和/或样本臂703内提供偏振控制器707、708、715。可以在eom 710之前并在eom 710的光路中提供偏振器709，以将输入偏振态设置到调制器中。从参考臂703和样本臂704提供的光或其他电磁辐射可以在光学解调器716处组合。
90.图8更详细地示出了根据本公开的示例性实施例的图7的光学解调器716的图。例如，来自样本801和参考802的(多个)光或其他电磁辐射被提供给偏振光束组合器(pbc)804，其将接收到的光或其他电磁辐射分裂或以其它方式分离为两个正交偏振态。来自参考臂802的光或其他电磁辐射的偏振态可以用偏振控制器803控制，该偏振控制器803可以被配置为将参考臂光例如近似相等地分裂到pbc 804的每个输出端口以用于偏振多样检测，或者如果不使用偏振多样检测则主要分开在一个输出端口中。在pbc 804的每个输出端口中，光学部件的系统可以被配置为生成例如相对于在信号809b上检测到的另一个正交通道(mq)的在信号809a上检测到的一个同相通道(mi)中的移位。在该示例性实施例中，偏振控制器806a、806b、806c、806d可以提供相对于来自参考臂802的光或其他电磁辐射的来自样本臂801的光或其他电磁辐射中的不同的相位延迟，并且因此引起由偏振分束器807a、807b、807、807d生成的干涉条纹中的可控的相移。
91.替代地或附加地，可以使用体光分光器和偏振旋转器在自由空间中构建这种示例性光学电路。每个偏振分束器的输出可以传递到平衡接收器808a、808b、808c、808d的相反符号的输入以用于降低强度噪声。可以使用滤波器809a、809b、809c、809d对信号进行低通滤波。这些低通滤波器的截止频率可以设置为与结果用于激光器的光学二次采样的基带窗口的频率带宽相匹配，该频率可以近似为1/(2*dt)，其中dt是来自激光器的波长脉冲的时间间隔，和/或如果时间间隔跨a线不相等则可以近似为来自激光器的波长脉冲的最小时间间隔。例如，50/50光学耦合器805a、805b可以被包括在示例性系统中。
92.当以正交方式添加mi和mq信号时，可以存在从一个信号测量中的共轭模糊得到的
express 23,5 5508-5520(2015)中所描述的，接着在程序1060中进行光谱误差校正，再次如siddiqui等人,optics express 23,5 5508-5520(2015)中描述的。在通过优化回路(黑色虚线框)的若干次迭代之后，在过程1070中误差函数可用于更新和优化校正因子h(δ)和α(k)和β(k)。
96.高速光学二次采样oct系统的示例性实施例可以跨许多系统模块利用相位同步时钟系统，如图11所图示，图11示出了根据本公开的示例性实施例的为示例性os-oct成像系统中的控制电子器件提供示例性定时方案的系统的框图。如图11所提供，信号生成器1108可用作模式/脉冲生成器1105的时钟以驱动强度调制器1104。该信号生成器1108的内部时钟可跨若干个电子子系统共享以同步和锁相示例性系统，包括控制eom 1100的第一信号生成器1101、控制快轴光束扫描器1103的第二信号生成器1102、控制慢轴光束扫描器1106的第三信号生成器1107、以及控制高速数字转换器1112、1113的采集时钟以获取干涉仪条纹数据的第四信号生成器1111。模式/脉冲生成器1105可以利用可由计算机布置1109设置的二进制数据模式。来自信号生成器1108的触发输出信号可以被传递到延迟生成器1110以生成用于高速数字转换器1112、1113的触发信号。应当理解，上述示例性实施例仅仅是示例性的，并且本领域技术人员可以理解时钟电子器件和信号路径的多个组织，以在本公开的范围内实现类似的效果。该示例性定时配置已被配置为促进具有短时间或长时间分离的跨a线的高相位稳定测量。
97.用于示例性数字转换器1112、1113的时钟频率可以被配置为激光器a线速率的整数倍，其产生对于每个a线的整数个数字化样本。这可以促进多个a线被直接地求平均(即在测量的条纹域中或在fft之后作为复合a线)，而不需要考虑a线相移。例如，在该示例性系统中，模式/脉冲生成器1105可以通过例如由信号生成器1108的3.64437734ghz信号来驱动；模式生成器1105由计算机1109设置以在该频率处产生192位并且对于该192位序列中的一位保持“开”，从而产生3.64437734ghz/192＝18.9811319791667mhz的a线速率。通过外部时钟1111将数字转换器时钟设置为例如1.23377357865ghz，以提供例如每个a线正好65个测量。例如，可以组合一组连续采集以生成具有改善的snr和附加的条纹信号的相干平均的a线。可以使用位于数字转换器板上的处理器(诸如现场可编程门阵列(fpga))或使用计算机布置来执行a线的示例性的相干平均。
98.图12示出了根据本公开示例性实施例的示例性os-oct系统中使用的成像显微镜的图。在该示例性实施例中，图12的成像系统可以包括扫描光束探针，该扫描光束探针包括大角度检流计镜1202、1203，该大角度检流计镜可以分别扫描跨x和y维度的光束。准直器1200可以创建准直的光束1208，其可以被引导到光束扫描器1202、1203(例如，近似7mm的光束尺寸)和具有例如250mm焦距的聚焦透镜1201，该聚焦透镜可以被放置在扫描器1202、1203之前并在扫描器1202、1203的光路中以创建扇形光束成像几何形状。示例性系统可以促进例如在视场1204、1205、1206处的人脸的样本的宽场深度分辨的图像，视场1204、1205、1206随着样本1207离开示例性探针移动而扩展。
99.图13图示了根据本公开的示例性实施例的一组示例性的宽场os-oct图像。例如，可以通过检查示例性图像1301的单个深度平面、跨示例性图像1300的深度的平均强度投影、或单个横截面图像等其他显示模式来可视化三维数据集。示例性图像1300和1301展示了示例性系统的大深度场和宽场能力。在这些示例性图像1300、1301中，可以获得大于3厘
米的景深。在获取该图像时，示例性激光器以近似18.9mhz的a线速率来操作，图像显示2000
×
2000横向像素(跨越9cm
×
9cm区域)，使用以16.5925hz操作的快轴扫描仪和以0.008296hz操作的慢轴扫描仪并使用250mm聚焦透镜来测量。由于这种示例性激光器的速度远远超过扫描速度，因此可能对在单个帧中的、在两个帧之间的或在体积之间的相邻的a线求平均以便改善示例性图像的snr。
100.还可以通过使用例如3.9khz的共振光束扫描器以及较慢的检流计扫描器来提供另外的示例性成像显微镜。可以使用250mm聚焦透镜。利用示例性的3.9khz共振快速扫描器，可以每秒获得近似8个体积同时在快速帧中测量～2428个像素并且在慢速帧中测量1000个像素。该程序和布置便于样本的体积成像，每个体积以视频速率(例如以每秒8个体积)获得。通过降低快速帧方向、慢速帧方向上的a线的数量，以及通过增加扫描器的速度，可以显著地增加示例性的体积获取率。使用18.9mhz a线速率源执行该成像。由于共振扫描器的正弦性质，如图14所示，可能在处理中执行正弦插值以在水平方向上从原始图像1400中去除该空间的破裂，以创建未失真的图像1401。在图14中示出了示例性未失真图像1401中的位置1404处的第一体积的第219个横截面图像1403，并且该图像展示了子表面特征如何出现在所记录的基带窗口中。例如，可以通过改变内腔/外腔滤波器的fsr来改变基带窗口尺寸。图像1400和1401是跨深度轴的示例性平均强度投影图像。
101.在根据本公开的系统的另一示例性实施例中，使用偏振不同的体积组织成像来测量组织场内光学双折射和该双折射的光轴，并且利用视频速率显微镜获取这些体积测量值，以便允许手术场的视频速率双折射成像。在这样的示例性实施例中，使用四个数字转换器通道(例如，图8的数字转换器通道810a、810b)，提供x和y偏振多样检测通道中的每个的i/q测量。第一数字转换器板810a的触发输出可用于触发第二数字转换板810b上的采集的开始。在干涉pbc 804之后的光路和电缆的长度被最大程度地均衡，以避免可以引起调制或ps误差的差分延迟。对于偏振敏感(ps)测量，例如，x和y通道之间的频率相关的相移可以通过使y通道相位相对于具有深度的x通道明显地增加来产生人为双折射测量。通过在计算机布置810a、810b中执行的后处理中相对于y通道信号延迟x通道信号，进一步去除这种伪像。
102.图15示出了根据本公开示例性实施例的来自从示例性高速os-oct系统获取的视频序列的一组示例性图像，包括利用根据本系统的示例性实施例获取的视频的快照。图15中提供的示例性图像图示了使用跨深度的平均强度投影在三个时间点(1500、1501、1502)上的搁置在硅体模上的小鼠坐骨神经。在该示例性时间期间，用一对镊子压碎神经。使用已知的程序提取光学双折射轴，并且执行中值光轴投影以生成光轴图像1503、1504、1505。光轴数据的横截面图像1506和1507分别呈现在线1508和1509处。光轴数据被显示，其中光轴的角度被映射到图像1503、1504、1505、1506、1507中的颜色。在该示例性数据集中，记录持续近似9秒且包含54个完整的体积。
103.在该示例中，快速扫描器在3.945khz下操作，并且在在前向扫描期间的输入偏振1和在后向扫描期间的输入偏振2(例如，eom调制速度为3.945khz)之间执行调制。慢轴扫描器具有6.514083hz的速度，且以斜坡波形驱动，因此在一个体积中提供600次横向前向(快轴)扫描和600次后向(快轴)扫描。测量1.2cm
×
1cm的横向场。示例性的二次采样oct系统的深度范围近似为5厘米。利用200ghz输出波数间隔获取这样的示例性数据，从而产生在组织中近似500μm的基带成像窗口深度。
104.在示例性实施例中，可以通过将偏振的斯托克斯(stokes)表示的三个光轴参数映射到红、绿、和蓝色度，然后跨深度对这些颜色体积图像进行中值投影以生成组织光学双折射的二维映射1503、1504、1505、1506、1507来显示偏振数据。
105.替代地，如图16所示，可以利用根据本公开的系统和方法的示例性实施例来显示平均结构(强度)投影1600，或具有光轴、延迟和/或去偏振信息的加权投影1601。该示例性图像图示了手术暴露的大鼠坐骨神经1603，其由镊子1604在周围肌肉1605a、1605b、1605c的现场中操纵。示例性双折射投影图像1601示出了映射到圆形颜色图1602上的光轴角度，其中颜色/色调表示与成像光束传播方向1606正交的线性平面中的光轴角度。此处，色调/颜色的值由跨深度的强度和延迟值加权。该单个面上投影是视频采集内的单个捕获，具有与图15中所示的小鼠坐骨神经图像所描述的类似的采集参数。具有低双折射的样本用低值显示(诸如例如，钳子1607)并且具有高双折射的那些样本可以用高值颜色显示。嵌入的神经/组织特征(诸如1608)可以在这种3d到2d投影中被可视化。应当理解，存在多种方法用于显示三维数据，以及用于将这种示例性三维数据转换/转移到二维图像。附加的光源实施例
106.图6中示出并在上文中描述的示例性激光源涉及本公开的一个示例性实施例。在另外的示例性实施例中，激光源可以包括基于光纤放大器、参量放大器、非线性放大器和/或拉曼放大器等的光学增益。
107.图17示出根据本公开的示例性实施例的用于交织来自相邻a线的激光输出脉冲以填充激光输出中的时间间隙的装置的框图，以及来自各种部件的示例性输出的图示。在包括激光源的该示例性实施例中，每个波长脉冲1717的时间持续时间可以通过将到强度调制器的信号控制为小于由腔中的色散元件拉伸之后的脉冲的时间间隔来配置。这可以被执行以限制放大器或其他激光腔元件中的不同波长脉冲的重叠，这也可以通过在脉冲之间创建关闭时间1718来引起较低的激光占空比。由于这些关闭时间，激光器的功率可以集中在短脉冲1715中，创建较高的瞬时功率，这通过生成非线性效应或饱和升压放大器而可能是不利的。在一个示例性实施例中，这种示例性低占空比脉冲序列可以通过多路径光学电路，该多路径光学电路包括耦合器1710、第一臂1718、包括延迟光纤的延迟器1711和偏振控制器1712，并且可以使用例如耦合器1713被重新组合。延迟器1711可以被配置为例如近似等于a线重复率加上脉冲之间的时间间隔的一半。该示例性配置可以将相邻的a线交织在一起而不在时间上重叠脉冲1716。
108.替代地或附加地，重复的色散元件可用于在时间上分散波长脉冲中的每个而不影响脉冲的时间分离。例如，具有与波长选择滤波器的fsr匹配的fsr或者在激光器的波长选择滤波器的整数倍处的fsr的gires-tournois标准具可以在激光输出处被利用以在每个脉冲的有限带宽内创建大色散，从而导致脉冲拉伸。该滤波器的示例性群延迟响应可以是周期性的1715，使得每个脉冲在时间上被加宽(或者如果以这种示例性方式被配置，则被压缩)，而不会引起脉冲到脉冲间隔的显著修改。如图6所示的示例性激光器可包括图17中所图示的放大器1700、1703、1706、1709，色散元件1705、1702、1707，光谱滤波器1704、1708和强度调制器1701。
109.在本公开的另一示例性实施例中，波长选择滤波器可以由气腔法布里-珀罗标准具构成，其具有不在标准具中使用色散介质并且维持跨大带宽的恒定的自由光谱范围的优
点。替代波长滤波器配置可以包括基于光纤的法布里-珀罗标准具、虚拟成像相位阵列光栅、光纤布拉格光栅或其他波导布拉格光栅、阵列波导光栅、循环阵列波导光栅、或光学交织器和解交织器等。
110.根据又另一示例性实施例，激光腔内的色散元件(图6中示为部件612、615)可以基于光纤布拉格光栅(fbg)阵列或长啁啾光纤布拉格光栅。例如，通过每个波长的反射的不同空间位置创建色散。图18图示了根据本公开的示例性实施例的光纤布拉格光栅阵列的示例性图示，以及从其部件之一提供的输出的示例性图。在图18所示的示例性fbg阵列配置中，一组单独的fbg1800a-1800h可定位成沿光纤分开距离δx 1806，使得来自每个连续光栅的反射脉冲在时间上被分开(c/(2nδx))^-1，其中c是光速，n是光纤的折射率。例如，各个fbg 1800a-h可以用作波长选择性滤波器，使得不需要fp标准具或类似的周期性滤波器，并且fbg反射波长限定激光发射波长。替代地或附加地，fbg反射率的光谱位置可以与波长选择滤波器(诸如内腔fp标准具)所经过的波长对齐。
111.fbg的示例性反射带宽可以是宽的，使得激光线宽由标准具线宽确定。可变光衰减器1805可以包括在阵列中，以例如限制反射脉冲的数量以降低激光发射波长的数量。来自一侧1801a的输入光可以被反射，从而创建输出光1801b，其中每个波长基于fbg的位置提供不同的群延迟，该fbg与其波长对齐或者与匹配到其波长的光所遇到的第一个fbg对齐。示例性fbg阵列配置也可以从两侧使用，其中从另一端1802c发射的光反射离开相同的光栅并返回1802d，并且由于输入光1802a以反转的顺序看到fbg可以具有与在反射光1801b中实现的相反的色散。替代地或附加地，可以使用第二fbg阵列来创建相反的色散，其中该阵列中的光栅的顺序反转。fbg反射率1804对波长1803可以通过光栅写入过程来定制以配置其线宽、反射率、相位响应和中心波长，如图18的图所示。
112.在另外的示例性实施例中，可以使用啁啾fbg，其沿着光纤长度提供连续的波长反射率。例如，腔中的波长选择滤波器可以定义激光发射波长，并且啁啾fbg可以创建(多个)正色散和负色散。正如示例性fbg阵列，相同的啁啾fbg可用于通过从相反侧发射来创建(多个)正色散和负色散。啁啾fbg的反射率可以设计成引起特定的激光输出分布和/或补偿腔中与波长相关的损耗或增益。可以在腔中没有波长选择滤波器的情况下配置示例性激光器，以便例如生成连续波长扫掠输出，从而为高速常规fd-oct提供激光源。
113.fbg阵列中的示例性fbg的间隔可以是例如光纤中的约5cm(δx＝5cm)，从而在对应于相邻fbg的波长处的光反射之间产生0.5ns的时间位移。例如，fbg可以放置得更接近以缩短该时间间隔，并且放置得更远以拉长它。可以提供数十厘米到数百米的fbg阵列。
114.为了降低或以其他方式最小化通过fbg阵列或连续啁啾fbg色散元件的光透射，可以使光栅的反射率接近100％，从而显著地限制透射。例如，这可以被完成以防止激光腔内的绕过强度调制器的激光发射路径。
115.图19示出根据本公开示例性实施例的利用光纤布拉格光栅的示例性激光源的一组图。特别地，图19中示出了包含单个fbg阵列或连续啁啾fbg的激光器的示例性实施例以及提供一对fbg阵列或连续啁啾fbg的示例性实施例。例如，在单个fbg阵列/连续啁啾fbg配置1900中，强度调制器1902、循环器1906、1907、可选的波长选择滤波器1903、1905，以及光学放大器1904和输出耦合器1910在图19中示出。例如，在端口1911输出光或其他电磁辐射。波长选择滤波器可以是或包括例如法布里-珀罗标准具或其他周期性光谱滤波器。通过从
左侧进入fbg阵列和/或连续啁啾fbg 1908的光可以生成正色散，并且通过从右侧进入fbg阵列或连续啁啾fbg 1908的光创建补偿负色散。替代地或附加地，示例性fbg设备/配置1900可以被配置为对从左侧进入的光生成负色散，对从右侧进入的光生成正色散。示例性单个fbg 1909被提供在fbg阵列内，并提供从左侧和右侧的光反射路径。应该理解，这可以是可以位于光纤1908中的许多fbg中的一个fbg，如图18所示。
116.在图19中所示的示例性配置1901的本公开的替代示例性实施例中，示例性激光器可包括相同的强度调制器1950，循环器1951、1952，波长选择滤波器(可选)1953、1955，光学放大器1954，以及输出耦合器1956，其中光或其他电磁辐射在光纤1957上离开。例如，可以使用光栅1958、1959，并且可能没有从光栅1958到光栅1959的透射路径。光栅1958可以被配置或构造成创建正色散，光栅1959可以被配置或构造成创建负色散，例如该负色散在幅度上匹配正色散光栅1958，反之亦然。驱动信号1912、1960可用于分别致动强度调制器1902、1950。这些驱动信号可以从脉冲生成器或计算布置生成。根据本公开的激光系统的这种示例性实施例和进一步描述的示例性实施例可以包括更多或更少的波长选择滤波器和增益介质，并且示例性部件可以在这种示例性腔内以不同的配置或方式被组织。
117.在图20中所示的激光系统的示例性实施例中，示例性激光器可以利用连续啁啾fbg 2008，以及由驱动信号2010驱动的强度调制器2000，循环器2001、2007，(可选的)波长选择滤波器2002、2004，光学放大器2003，和输出耦合器2005。可以在光纤2006上输出光或其他电磁辐射。可以提供色散补偿元件/配置2009以校正由示例性fbg系统2008创建的不匹配的色散。
118.在另外的示例性实施例中，可以从偏振维持光纤提供fbg阵列或连续啁啾fbg，以确保来自所有波长的反射光或其他电磁辐射处于近似相同的偏振态。可以在降低的包层模式光纤中附加地提供示例性fbg阵列或连续啁啾fbg，以去除fbg反射率中的侧模式。
119.在另外的示例性配置中，fbg阵列或连续啁啾fbg可以基于偏振维持(pm)光纤，并且从一侧进入的光或其他电磁辐射可以沿着快轴发射，并且从另一侧发射的光可以沿着慢轴发射。在使用fbg阵列的该示例性配置中，快轴和慢轴中的每个光栅的反射率的偏移可以被配置为匹配激光器的波长间隔。使用这样的示例性实施例，可以通过例如在光栅2011的一侧或两侧放置偏振器来防止由于光透射通过光栅的激光发射。例如，偏振器2012a、2012b可以与偏振控制器2013a、2013b一起使用。在快轴中从左侧通过偏振器2012a发射并且传输通过光栅2014的光或其他电磁辐射可以被偏振器2012b阻挡。fbg的反射率可以配置成引起特定的激光输出分布和/或补偿腔中与波长相关的损耗或增益。
120.在又另外的示例性实施例中，可以从腔中省略wsf元件，并且fbg阵列可以限定激光发射波长，并且每个激光发射波长的线宽取决于每个fbg的反射率的带宽。替代地或附加地，连续啁啾fbg阵列在没有附加的波长选择元件的情况下可以用作色散元件并且创建连续扫掠波长源。
121.在另一示例性实施例中，可以使用fbg阵列并将其配置为限制通过阵列的传输，该阵列可用于防止在非预期路径中的光循环。例如，图21示出了根据本公开示例性实施例的在激光源中使用的光纤布拉格光栅阵列中的示例性光栅设计布置的示例性图示。如图21所示，各个fbg 2106a-2106j可以根据它们的反射波长2100沿着位置轴2102定位，使得每个光栅反射分布可以占据两个激光波长λ1-λ10。例如，光栅2106b反射λ2和λ1的光。然而，左边的
λ1的光大部分被先前的光栅2106a反射。因此，光栅2106b可以为λ2的光提供主反射点，并且用于降低透射通过光栅2106a的λ1的光的透射。从右侧，2106b可以提供λ1的光的主要反射，并且2106a降低λ1的光的透射。因为来自左侧和右侧的光主要从不同的光栅反射，所以光栅位置可以以一致的间隔δx 2104被间隔开，使得每个波长所经历的总腔群延迟近似相同。
122.在替代的示例性实施例中，用于创建色散的fbg阵列可包括在每个波长2101和位置2103处的两个或更多个光栅，如图21的面板2190中所示。例如，第一光栅2166a反射来自左侧的λ1的光，且第二光栅2166b通过反射透射通过2166a的小光来抑制透射。光栅对2166a、2166b和2166c、2166d等的间隔可以是例如光栅2166a、2166c的间距的一半，例如，相较于δx 2105的δx/2 2170。例如，δx可以是5厘米。在这些示例中，如果每个光栅具有90％的反射率，则透射近似10％的光。因此，第二光栅2166b进一步降低透射率至约10％，产生近似1％的透射率。
123.图22图示了根据本公开的示例性实施例的利用有源偏振控制的示例性激光源的示图。在该示例性实施例中，提供示例性配置以最小化fbg配置中的每个波长的偏振旋转的影响。如图22中所示，激光腔包括强度调制器2230，循环器2231、2232，fbg色散元件2233，波长选择滤波器(可选的)2235、2236，光学放大器2234，还包括有源偏振调制器2210a、2210b。这些调制器2210a、2210b可用于分别使用控制信号2203、2202将每个波长脉冲的偏振状态对准到预定状态。来自耦合器2237的激光输出可以被引导到计算/控制器布置2200，计算/控制器布置2200可以包括抽头耦合器2204以将激光输出功率引导到检测器2205和另外的光输出2206，并且可以通过例如最大化输出功率来调整对于每个脉冲的偏振驱动信号。可以在逐个脉冲的基础上执行该示例性优化，从而提供可以被传送到偏振调制器2210a、2210b的示例性校正波形。例如，这种示例性计算布置2200可以是用于生成用于强度调制器2230的驱动信号2201的相同布置。
124.图23示出根据本公开的示例性实施例的包含移频器或移相器以限制特定路径中的光循环的又另一个示例性激光源的图。如图23中所示，提供激光腔，其包括强度调制器2300(由来自计算布置或脉冲生成器的信号2301驱动)，循环器2302a、2302b，波长选择滤波器2304a、2304b，光学放大器2305，输出耦合器2307和双向色散元件2303(诸如例如fbg阵列或连续啁啾fbg)，并且该激光腔还可以包括光学移频器2306、2307，其可用于抑制在从2302b通过双向色散元件2303到循环器2302a到光学放大器2305并返回到循环器2302b(绕过调制器2300)的路径上的光或辐射传播。第一移频器2306可以引起 f的频移，且第二移频器可以引起-f的频移。
125.因此，通过该第一移频器2306和第二移频器2307的光/辐射可能不具有净频移。然而，在没有看到强度调制器的情况下循环的光/辐射每次往返连续地向上移位 f. f可以是例如1ghz，并且波长选择滤波器2304a、2304b的线宽可以是例如1ghz。这可以使光/辐射从波长选择滤光器的通带走离并抑制该路径中的光循环。在fbg阵列的示例性情况下，双向色散元件2303的线宽可以被配置为足够地宽带以反射由移频器2306向上移位一次 f的光。移频器2306、2307可以例如使用声光移频器或电光调制器来构建，并且可以附加地是或包括相位调制器。在被配置为使用相位调制器的另一示例性实施例中，第二相位调制器2307可以引起与由第一相位调制器2306引起的相位调制相反的相位调制。在该示例性方式中，第一相位调制器可以在光谱上加宽光，而第二相位调制器补偿这种加宽并允许光通过波长选
择滤波器通带。激光输出2308由输出耦合器2309提供。
126.在图34所图示的类似示例性实施例中，可以将移频器放置在循环器3402a的路径中，其不放置在另一个循环器3402b的路径中。移频器3409可以在每次通过它的期间引起 f的移位。当光通过优选的腔(经强度调制器3400)时，双通移频器3409可引起 2f的移位，其将与波长选择滤波器3404a、b的通带对齐。双向色散元件将具有与波长选择滤波器3404a、3404b的通带加上 f对准的反射。第二移频器3410可以引起-2f的移位，因此朝向强度调制器3400引导的光/辐射可以具有零净频移。然而，从循环器3402b通过双向色散元件3403到循环器3402a到光学放大器3405并返回到循环器3402b的路径可以具有通过该路径的每个往返的 f移位，并且可以引起从波长选择滤波器3404a、2404b通带的走离。如图34中所示，该示例性系统可包括光学放大器3405，提供光输出3408的输出耦合器3407，并且调制器3400可由驱动信号3401驱动。
127.图35示出根据本公开的示例性实施例的示例性os-oct激光器的图，该os-oct激光器包括偏振器并且由偏振控制器配置以抑制特定子腔中的光循环。例如，这种示例性系统可以被配置为限制非预期路径中的光循环，部件3509被放置在循环器3502a的路径中，其未被放置在3502b的路径中(图35)。行进通过强度调制器3500的优选腔将行进两次通过该部件，同时光/辐射行进通过非预期的路径(绕过强度调制器3500)并且经由单次通过。例如，图35中所示的示例性激光腔包括强度调制器3500(由来自计算布置或脉冲生成器的信号3501驱动)，循环器3502a、3502b，波长选择滤波器3504a、3504b，光学放大器3505，输出耦合器3507和双向色散元件3503，诸如fbg阵列或连续啁啾fbg，还可以包括放置在循环器3502a的双通路径中的非隔离增益介质3509。行进通过腔路径3500中的强度调制器3500的腔的增益可以超过从循环器3502b通过双向色散元件3503到循环器3502a到光学放大器3505并返回到循环器3502b的路径的增益，该路径通过增益介质3509例如一次而不是两次。偏振控制器3510a-3510d可以放置在腔内的各种位置，以便最大化/最小化通过腔内的部件的传输或增益。
128.在另一个示例性实施例中，可以提供示例性系统以限制在非预期路径中的光/辐射循环，因此部件3509可以是偏振器。在该路径中行进的光/辐射可以通过偏振控制器3510b设置为x偏振态，并且偏振器3509可以设置为通过该偏振态。从双向色散元件3503反射的光/辐射可以使用偏振控制器被配置为以在x偏振态下返回，并且通过偏振器3509。特别地，正传输通过双向色散元件的光/辐射3503可以使用偏振控制器配置为具有正交y偏振态(如由偏振控制器3510d设置)并且可以由偏振器3509衰减。该偏振器3509可以放置在连接部件3502a、3505、3502b和3503的路径中的任何位置。例如，光学放大器3505可以用作偏振器，因为其与偏振相关的增益。
129.在另外的示例性实施例中，使用光学交织器/解交织器生成附加色散。特别地，图24图示根据本公开的示例性实施例的示例性激光源的图，该激光源包括光学交织和解交织器以跨波长通道生成不同的群延迟(具有示例性功率图)。特别地，如图24所示，可以提供示例性激光腔，其包括由驱动信号2401驱动的强度调制器2400，循环器2402a、2402b，色散元件2404，波长选择滤光器2417a、2417b，光学放大器2408，和输出光纤2409。激光器附加地包括循环器2403a、2403b和光学交织器2405a、2405b。交织2403a、2405b可以将在i上输入的偶数通道和奇数通道分离到端口a(奇数)和端口b(偶数)上。例如，如果滤波器2417a、2417b创
2800b的拼接布置2801a，并且可以包括在啁啾fbg之间的无光栅光纤。第三啁啾fbg 2800c可以将拼接布置2802b拼接到第二光栅2800b。光栅2800a-2800c中的每个光栅可以配置为反射有限的带宽。例如，第一光栅2800a可以具有反射率分布2805a，第二光栅2800b可以具有反射率分布2805b，第三光栅2800c可以具有反射率分布2805c。光栅2800a-2800c的示例性反射率分布可以重叠。由光栅2800a-2800c分布的群延迟可以分别由延迟分布2806a-2806c给出。
136.图32示出了根据本公开的示例性实施例的在腔中提供调制的示例性激光源的图，该激光源被配置为抑制特定路径中的光循环(以及提供其输出的示例性图)，其中示例性激光器可以被配置为通过使用调制器来避免光在不想要的路径中循环。特别地，示例性激光器可以被配置为包括调制器3230，循环器3231、3232，反射色散布置3233，附加可调制损耗或增益元件3251，波长选择滤波器3235、3236的光学组，光学放大器3234，以及创建光输出3238的输出耦合器3237。例如，示例性激光器可以被配置成优先地在由以以下顺序通过部件的光限定的腔路径a中发射激光：3230-3231-3233-3231-3250-3235-3234-3236-3237-3232-3233-3230，并且进一步配置成不在由以以下顺序通过部件的光限定的腔路径b中发射激光：3234-3236-3237-3232-3233-3231-3250-3235-3234。
137.图32中所示的示例性系统可以被配置为通过例如使用例如调制器3250调制该腔路径b中的损耗，或者通过使用驱动信号3240调制光学放大器3234的增益来提供该路径b中的较低增益。该损耗/增益的调制可以在具有定时频率(t1 t2)的图3260中是周期性的。通过路径b的光的循环可以被配置为(n 0.5)*(t1 t2)，其中n是整数。如图3260所示，在路径b中循环的光/辐射可以接连地遇到具有低损耗(或高增益)3262a、3262b的时间，接着是具有高损耗(或低增益)3261a、3261b的时间。这可以增加跨多个循环的路径的整体损耗并减少光的积聚。通过例如将光纤添加到调制器3230，可以将路径a的循环时间与路径b的循环时间分离地设置。该示例性定时可以被配置为n*(t1 t2)，其中n是整数。例如，在路径b中循环的光/辐射可以提供产生激光发射的低损耗(或高增益)的一致状态，或者可以用抑制激光发射来经历高损耗(或低增益)的状态。到调制器的驱动信号3241可以被配置为提供50％或小于50％的激光占空比并且与低损耗(或高增益)循环的定时对准。在该示例性方式中，示例性激光器可以被配置为输出光/辐射3238，该输出光/辐射3238具有由有限光/辐射输出(3272a、3272b)的周期分离的激光输出(3271a，3271b)的周期，如图3270所示。
138.在该示例性配置中，可以抑制来自路径b的光/辐射。时间t2可以例如等于t1，或者可以小于t1。可以理解，3260中的调制模式例如可以是平滑调制，诸如正弦调制。色散元件3233可以被配置为在当腔路径a具有最低总增益(诸如在时间窗口3262a，3262b的边缘)的时间期间产生在增益峰处的波长，并且在当增益为最高(诸如在时间窗口3262a、3262b的中心区域)的时间期间产生在增益峰的边缘处的波长。损耗和增益的调制可以例如通过调制半导体光学放大器3234中使用的电流3240，和/或通过插入由信号3251控制的附加调制器或增益元件3250来执行。例如，控制信号3240和3251可以例如与驱动信号3241同步。输出光3238的占空比可以通过将光分裂为两个路径并将一个路径相对于另一个路径延迟近似一个a线的长度并重新组合来增加。在该第二路径中，光/辐射可以例如偏振旋转以创建具有不同偏振的相邻a线，如图27中所示。
139.图36示出根据本公开的示例性实施例的通过色散脉冲宽带激光源提供的示例性os-oct源的图。除了激光腔之外，示例性源可以具有非腔配置。在该示例性实施例中，来自宽带光源3600的光/辐射可以由强度调制器3601及时地脉动(例如，由来自计算布置或脉冲生成器的信号3605驱动)。光/辐射可以进入循环器3602，循环器3602将这种光/辐射朝向色散元件3603(诸如fbg阵列或连续啁啾fbg)引导。色散的光/辐射从色散元件3603返回，并且行进通过波长选择滤波器3604(例如，范围从零到多个的该路径中的滤波器的数量)。光/辐射可以通过光学放大器3606a、3606b在若干个阶段被放大。如果使用波长选择性梳状滤波器3604，或者如果fbg阵列被用作色散元件3603，则示例性激光器的输出可以是波长步进的。如果在没有波长选择滤波器3604的情况下使用连续啁啾fbg 3603，则激光器的输出可以是波长扫掠的。这些示例性部件可以以不同的顺序排列以实现相同的输出。附加的干涉仪实施例
140.图29图示了根据本公开的示例性实施例的使用相位调制来执行正交解调的示例性成像干涉仪的图。在该示例性实施例中，示例性os-oct系统可以被配置为通过对参考臂或样本臂中的光进行相位调制来执行条纹的复解调。如图29中所示，激光源2900可以将光/辐射发送到干涉仪2901，该干涉仪2901包括由光耦合器2902创建的样本臂2903和参考臂2904。参考臂2904中的光/辐射可以通过相位调制器2950，该相位调制器2950可由计算机布置与激光器2900同步生成的信号2951驱动。该相位调制器2950可以使用电光调制器、声光移频器和/或用于调制光束的相位的其他布置来构建。来自参考臂2904和样本臂2903的光/辐射可以在干涉耦合器2930处组合，并且输出信号可以由数字转换器2931和计算机布置2932检测。参考臂相移可以被配置为便于检测干涉条纹的同相(i)和正交(q)分量，并允许复共轭模糊度去除。参考可以包含循环器2905，其通过光纤路径2918引导和接收来自参考镜2906的光。样本臂2903可以包括用于控制光偏振的电光调制器2910和偏振器2909。循环器2911可以引导光/辐射通过光耦合器2912到样本校准镜2913和样本2914，并沿光纤2917接收来自这些路径的反射光/辐射。可以提供偏振控制器2907、2915、2908来控制光/辐射的偏振态。
141.可以由调制器2950执行的相移可以被配置为使来自示例性源的相邻光脉冲相移，如图30的图3000所示，例如将相位1应用于波数k1的第一脉冲，且将第二相位2用于波数k1的第二脉冲，并且对于随后的脉冲重复该操作。替代地或附加地，可以在a线(3010)之间调制相位状态。替代地，相位调制器可以在脉冲内操作以在脉冲的前部生成一个相移并在后半个生成第二个相移(3020)。虽然描述了双状态相移设备，该双状态相移设备名义上提供0度和90度相位状态，但是可以通过相位调制器生成多个相位状态，使得例如使用三状态配置来提供0度、 60度、 120度的相位。替代地或另外地，可以使用基于声光移频器或n
×
n干涉耦合器(其中，例如n不等于2)的已建立的技术来创建用于复共轭去除的正交或相移信号。
142.图33图示根据本公开的另一个示例性实施例的示例性os-oct系统的图，该os-oct系统使用包括多个波长的梳状源和波长解复用器，以在检测之前在空间上分离每个波长信号。如图33中所示，可以使用梳状光源3300，该梳状光源可以提供一组波长λ1至λn的连续或几乎连续的光/辐射输出。这样的示例性源3300可以输入到干涉仪中，该干涉仪包括分裂耦合器3301，其将光/辐射分离成参考臂3370a和样本臂3370b。参考臂3370b可以使用耦合器
3303来将光引导到光纤3307，该光纤3307可以耦合到镜子3306。反射光/辐射返回到耦合器3303，并且可以传输到相位调制器或声光移频器3304。样本臂光/辐射可以被引导到耦合器3302，该耦合器3302进一步将光/辐射引导到光纤3308，该光纤3308将光/辐射转送到样本，并且反射光/辐射可以返回到干涉耦合器3305。干涉条纹出现在输出端口3309a和3309b上。可以使用解复用器3310a和3310b来隔离波长λ1的干涉条纹，该解复用器可以是或包括例如光栅或阵列波导光栅(awg)。λ1的光信号可以被引导到输出3311a。用于解复用器3310b的类似输出可以被引导到输出3311b，并且信号3311a、3311b可以输入到平衡光接收器以执行强度噪声减法。
143.然后可以将检测到的信号3311d发送或以其他方式提供给计算布置3311e，计算装置3311e详细示出为计算机布置3340。例如，信号3341可以由计算机布置3340中提供的模数转换器3342来数字化，并且这样的信号信息3343可以使用例如解调器3344被分离成i 3345和q 3346分量。当设备3304是例如移频器(诸如声光移频器)时，这种示例性解调器3344可以是或包括基于使用已知技术的混频的i/q解调器。信号3345、3346可以定义λ1的复合干涉信号，并且可以是到傅立叶变换引擎3347的输入的一部分，输入的一部分(连同来自其他波长的信息)可以使用已知的傅里叶域oct处理被用于计算或以其他方式确定深度分辨的散射信号3348。可以使用本文描述的针对λ1系统和方法的类似示例性实施例，使用解复用器3310a、3310b的附加输出端口以类似的方式分析附加的波长信号。光学接收器、数字转换器和计算机实施例
144.图31示出了根据本公开的示例性实施例的示例性系统和使用8位数字转换器和条纹求平均将信号示例性采集到具有更大的深度的寄存器的图。例如，os-oct系统可以包括用于获取干涉测量条纹信号的数字转换器3100，其可以被配置为执行条纹的板载求平均。如图31所示，数字转换器3100可以使用8位模数转换器3102将模拟信号3101数字化。然后可以将来自样本1的8位数字字传递到求平均引擎3107，该求平均引擎3107可以首先将该字转换到16位3103，并且然后用寄存器3104中的现有值添加该字3105。可以在分离的求平均引擎3108中对样本2重复这样的示例性程序。
145.在a线/条纹中的n个点的一个示例性配置中，可以存在n个求平均引擎。然后可以将n 1样本返回到第一求平均引擎3107。可以针对i次迭代重复这样的示例性程序，并且可以将i次迭代之后的值作为16位字从求平均引擎3107输出3107a。该组16位字3107a、3108a、3109a等可以定义平均条纹，其中3108a可以由求平均引擎3108生成，且3109a由求平均引擎3109生成。此处我们注意到数字转换器3102可以在更高的位深度处操作。该数字转换器布置3100允许使用较低位深度数字转换器，同时通过条纹求平均来改善动态范围和信号保真度。该示例性数字转换器系统可以部分地在计算机或现场可编程门阵列上执行。例如，数字转换器时钟输入3180可以与激光器同步，使得数字转换器时钟、激光器a线和所得到的条纹保持高度同步。该板载处理器还可以执行核心信号处理，诸如fft。这可以促进光学二次采样系统执行实时处理和图像显示。附加地，数字转换器可以被配置为将所获取的数据连续地流送到计算布置从而允许连续成像或实时连续成像。信号可以在除了8位以外(诸如10位)的位深度处进行数字化，并且可以转换为16位以外的另一位深度(诸如12位或14位)。
146.在本公开的另一示例性实施例中，数字转换器可以利用样本，并保持集成和保持功能，该功能在脉冲持续时间内累积信号并返回累积的测量值，作为与低通滤波器一起使
用的常规数字转换器的替代方案。在另一个示例性实施例中，作为二次采样基带图像的奈奎斯特(nyquist)边缘附近的频率发生的信号滚降可以通过放大作为深度的函数的信号并选择这样的放大以匹配os-oct系统的滚降来偏移。成像探针的替代实施例
147.在本公开的另外的示例性实施例中，光学二次采样成像系统可以用小扫描光束探针操作，该小扫描光束探针可以用于对内部部位成像。该示例性扫描探针可以基于光纤扫描架构，基于小的基于mem的镜子，基于旋转棱镜或旋转探针设计。此外，该探针可以配置为提供前向和侧向成像。例如，显微镜可以被配置为包括将焦平面动态调整到样本位置所需的光学元件。这可以通过例如机械地移动透镜位置和/或通过使用可变光学透镜(诸如电压控制液体透镜技术)来执行。另外地或替代地，这种示例性探针或显微镜系统可以包括特征为扩展的聚焦深度的非高斯成像光束轮廓。这种示例性光束轮廓可以例如是贝塞尔光束，其可以例如通过使用圈形孔径或通过轴锥透镜来生成。另外的光源的设计和展示的示例性实施例
148.图37图示根据本公开示例性实施例的示例性os-oct源3700的示例性配置、操作/功能和定时的一组示例性图示。例如，来自模式生成器3712的近似525ps的电脉冲3701可以驱动电光铌酸锂强度调制器3713，并且以腔往返时间的共振来重复。增益介质可以是或包括具有102nm的3db带宽的半导体光学放大器(soa)3721。连续啁啾光纤布拉格光栅3714可以放置在两个循环器3715a、371b之间，以便于进入正色散和负色散两者。光栅的长度可以是例如8.3米，具有1522nm至1605nm的连续反射带宽。光栅可以设计成相对于光频率产生线性群延迟，例如，在1550nm处产生 /-930ps/nm的色散。相同的光栅可用于正色散和负色散两者。在反射模式中使用的光栅的插入损耗对于近侧反射波长是1.36db，对于从光栅的远端反射的波长是1.71db。为了获得更高的稳定性和更低的噪声水平，可以通过插入在λ＝1550nm处色散参数为-38.5ps/nm/km的9m色散补偿光纤(dcf)3720来匹配由单模光纤引起的激光器腔中的色散。此外，激光器腔中20％的光可以经由80/20输出光耦合器3718分出，以生成光输出3719。数字延迟生成器3711可用于调制soa电流驱动3710。延迟生成器可以由模式生成器3712驱动。
149.因为光纤布拉格光栅可以是部分透射的，所以激光器中可以存在三个分离的腔。这些腔可以按照循环光通过点a 3717a和b 3717b的顺序进行标记。提供期望的激光发射的最长腔可以通过两个点(腔ababa)。cfbg的非零透射也创建两个短腔(腔aaaaa、腔bbbbb)。在cfbg通带内，近似30％的光可以被反射。另外，光栅反射带宽之外的波长以近似100％的效率被透射通过光栅。因为腔bbbbb没有光学增益，所以它可能不是激光发射腔但可以创建反射。腔aaaaa可以包含soa，并且可以发射激光，这可以影响腔ababa中的激光发射。
150.可以通过调制soa并控制腔ababa、aaaaa和bbbbb中的每个的往返时间来抑制腔aaaaa中的激光发射。在该示例性配置中，腔ababa的往返时间可以是腔aaaaa和腔bbbbb的往返时间的近似两倍(参见3702)。soa 3731和eom 3730的示例性调制可以是这些短腔中的抑制的光循环，如图3703所示。腔aaaaa中循环的光/辐射可以被eom 3732阻挡。腔bbbbb中循环的光/辐射可以通过soa调制3733阻挡cfbg的所有波长。在腔ababa中循环的光/辐射可以当电流为高时通过eom到达soa，且然后返回以便通过eom 3734。
151.为了生成波长步进(频率梳)的输出，可以提供具有80ghz fsr(～0.64nm)和低精
细度(～5)的固定熔融硅石fp标准具3716。在一个示例性实施例中，可以使用fsr在25ghz和400ghz之间的标准具。当去除该fp时，可以实现连续波长扫掠操作。在系统3700的示例性实施例中，soa可以用例如61ns的电流脉冲驱动。长腔(ababa)的往返为244.75ns(近似50.1m)，例如几乎比soa电流脉冲大4倍。这可以在激光输出处产生近似25％的占空比。为了增加a线速率，可以使用4x复制和粘贴缓冲延迟线3704来创建16.3mhz的a线速率。在复制和粘贴延迟线之后使用增强器soa 3742。延迟线包括一组50/50耦合器(3741a、3741b、3741c)和延迟光纤(3743a、3743b)。偏振控制器被包括在路径中以将偏振态与增强器soa 3742对齐。
152.在该示例性实施例中，使用具有3至25之间的精细值的fp标准具来提供低噪声操作。在该激光器实施例中，使用具有比期望的激光发射线宽度宽的线宽的fp标准具。激光发射提供线宽变窄，而更宽的fp通带可以产生更低的噪声性能。例如，fp可以是实心标准具，或者可以由两个部分镜子构成，在镜子之间有空气空间。使用空气间隔的镜子可以促进标准具的fsr被动态地改变。
153.本领域技术人员应该理解，激光器设计中的输出耦合器(例如图37中所示的输出耦合器3718)可以位于激光器腔内的任何位置以提供激光器输出光。在另外的示例性实施例中，光学频率梳状源可以提供间隔大于20ghz的离散光学频率下的光/辐射以及对于每个光学频率的小于10ghz的瞬时线宽。
154.图38示出了根据本公开的示例性实施例的提供示例性os-oct源的光谱输出的示例性测量的一组图。例如，对于连续(3800a、3801a)和频率梳(3800b、3801b)配置，在图38中图示了在4x复制和粘贴(图37的)延迟线3704之后的激光器的输出光谱3800、3801。在每个这样的示例性配置中，61ns的soa驱动电流脉冲将激光发射带宽设置为～62nm(1525-1587)。在示例性频率梳配置中，观察到间隔80ghz的输出线，其fwhm线宽低于光谱分析仪的0.02nm分辨率。对于连续扫掠和频率梳配置，4x复制和粘贴缓冲之前的激光输出功率分别为1.7mw和1.5mw。这些功率测量值是低的，部分由于输出的占空比为25％。在复制和粘贴缓冲和增强放大之后，对于连续和频率梳配置两者，输出功率被测量为35mw。
155.图39示出根据本公开的示例性实施例的提供示例性os-oct源的时间输出的示例性测量的一组图。特别地，如图39所图示，提供了用8ghz光接收器和2ghz示波器测量的针对连续(3900)和频率梳(3901)配置的激光器的输出迹线。在示例性频率梳配置中，eom可以用525ps电脉冲驱动，并且在1550nm处的cfbg色散是930ps/nm，从而产生在80ghz间隔脉冲之间近似600ps的间隔。这种脉冲结构很难被检测，部分由于2ghz的示波器带宽。可以提供第二cfbg以拉伸激光输出后腔(没有复制和粘贴缓冲)以便进一步分离时域中的光脉冲3902。
156.图40图示根据本公开示例性实施例的提供示例性os-oct源的相干长度的示例性测量的一组图，包括连续扫掠配置和频率梳配置的相干性质。对于每个这样的示例性配置，将激光输出到mach-zehnder(马赫曾德尔)干涉仪以生成干涉条纹。对于连续波长扫掠配置4000，使用8ghz光接收器检测该条纹信号，并使用rf频谱分析器测量条纹幅度。测量作为相对于零延迟点的镜子位置的函数的条纹幅度。由于频率梳配置在受限制的基带内生成rf频率，因此800mhz光接收器和高速数字转换器可以用于以高于1gs/秒的速度运行以便捕获作为镜子位置的函数的条纹。从这些条纹中减去参考臂测量值，并计算作为镜子位置的函数的条纹的幅度。如4001中所示，频率梳配置提供了长得多的相干长度。
157.图41示出了根据本公开示例性实施例的提供示例性os-oct源的噪声的示例性测量的图，包括激光源的相对强度噪声(rin)。使用800mhz光接收器和大于2gs/秒的数字转换器测量rin。获得针对连续扫掠激光器和频率梳状激光器的-140db/hz和-145db/hz的rin水平。
158.前述仅说明了本公开的原理。鉴于本文的教导，对所描述的实施例的各种修改和替代对于本领域技术人员将显而易见。实际上，根据本公开的示例性实施例的布置、系统和方法可以与任何oct系统、ofdi系统、sd-oct系统、secm系统、obm系统或能够在体内或新鲜组织中成像的其他成像系统一起使用和/或实现这些系统，例如与以下专利申请中所描述的那些系统一起使用：2004年9月8日提交的国际专利申请pct/us2004/029148(其在2005年5月26日作为国际专利公开第wo 2005/047813号公开)，2005年11月2日提交的美国专利申请第11/266,779号(其在2006年5月4日作为美国专利公开第2006/0093276号公开)，以及2004年7月9日提交的美国专利申请第10/501,276号(其在2005年1月27日作为美国专利公开第2005/0018201号公开)，2002年5月9日公开的美国专利公开第2002/0122246号，美国专利申请第61/649,546号，美国专利申请11/625,135，美国专利申请第61/589,083号，和国际申请号pct/us2014/048256，这些文献的公开内容通过引用整体并入本文。因此将理解，本领域内技术人员将能构思出许多系统、布置和方法，它们尽管未在本文中明确示出或描述，但仍然体现了本发明的原理并因此在本公开的精神和范围内。此外，如本领域普通技术人员应当理解的，本文描述的各种示例性实施例可与所有其他示例性描述的实施例互换使用。另外，在现有技术知识在上文中没有通过引用被明确地并入文中的程度上，其明确地以其整体被并入本文。上文引用的所有出版物均通过引用整体并入本文。