Ett bransch-akademiskt samarbete har uppnått de första optiska koherens tomografi (OCT) -bilderna av kubikmeter volymer. Med OCT:s förmåga att tillhandahålla svåråtkomlig information om materialkomposition, underjordisk struktur, beläggningar, ytjämnhet och andra egenskaper, detta framsteg kan öppna upp många nya användningsområden för ULT inom industrin, tillverkning och medicin. Prestationen representerar också viktiga framsteg mot att utveckla en höghastighets, billigt OCT-system på ett enda integrerat kretschip.

"Vår studie visar världsrekordresultat i kubikmeter volymavbildning, med åtminstone en storleksordning större djupområde och volym jämfört med tidigare demonstrationer av tredimensionell ULT, "sade James G. Fujimoto från Massachusetts Institute of Technology (MIT), Massachusetts. "Dessa resultat ger en bevisning på principen för användning av ULT i denna nya regim."

OKT, uppfanns först av Fujimotos grupp och samarbetspartners på 1990 -talet, är nu standard för vård inom oftalmologi och används alltmer inom kardiologi och gastroenterologi. Även om OCT tillhandahåller användbara 3-D-bilder med mikronskalaupplösning, den har begränsats till avbildningsdjup på bara millimeter till några centimeter.

I The Optical Society's journal for high impact research, Optica , forskarna rapporterar om hög hastighet, 3-D OCT-avbildning med 15 mikron upplösning över ett 1,5 meter stort område. De demonstrerade den nya ULT -metoden genom att avbilda en skyltdocka, en cykel och modeller av en mänsklig hjärna och skalle. De utförde också mätningar av objekt i skala från meter till mikron.

Flera skalor över långa sträckor

Förutom fördelarna med höga hastigheter och fin upplösning, OCT möjliggör avbildning, profilering och avståndsmätning på flera djup samtidigt samtidigt som strålande ljus avvisas.

"Long-range OCT är ett nytt sortiment som kräver extremt högpresterande ljuskällor, integrerade optiska mottagare och signalbehandling, "Sa Fujimoto. Område i ULT hänvisar till det djupintervall över vilket mätningar kan göras samtidigt. Det är möjligt att placera mitten av ULT -området mycket nära eller långt bort från avbildningsinstrumentet.

Den nya tekniken kan vara särskilt användbar för industri- och tillverkningsinställningar, där det potentiellt kan användas för att övervaka processer, ta tekniska mätningar och utvärdera icke -destruktivt material. Makroskala OCT kan också förbättra medicinsk bildbehandling, till exempel, genom att tillhandahålla tredimensionella mätningar i laparoskopi eller kartläggningsstrukturer som den övre luftvägen.

Telecom -framsteg ger OCT -förbättringar

Ljuskällan som möjliggör mätar-OCT är en avstämbar ytemitterande laser för vertikal kavitet (VCSEL) utvecklad av Thorlabs Inc. och Praevium Research. Den använder en MEMS -enhet för att snabbt ändra, eller svep, laserns våglängd över tid för att utföra det som kallas svept-källa OCT.

"Forskning från vår grupp vid MIT och våra samarbetspartners vid Praevium Research och Thorlabs indikerade att VCSEL -källans koherenslängd var storleksordningar längre än andra svepade lasertekniker som är lämpliga för ULT, vilket föreslog möjligheten till långdistans-OCT-avbildning, "säger Ben Potsaid från MIT och Thorlabs Inc., medförfattare till tidningen.

Även om MIT -forskarna har experimenterat med VCSEL -ljuskällan i flera år, ljusdetektering och datainsamling förblev en utmaning. Dessa hinder övervinns av avancerade optiska komponenter avsedda för telekommunikationsapplikationer.

I det nya arbetet, forskarna använde en ny koherent optisk mottagare av kiselfoton utvecklad av Acacia Communications som ersatte flera skrymmande OCT -komponenter med integrerad optik på en liten, låg kostnad, enkel-chip fotonisk integrerad krets (PIC). Viktigt, PIC-mottagaren stöder mycket höga elektriska frekvenser och ett brett spektrum av optiska våglängder som krävs för svept-källor-OCT samtidigt som det möjliggör så kallad kvadraturdetektering, vilket fördubblar OCT -avbildningsområdet för en given datainsamlingshastighet.

"Utvecklingen av ULT i början av 1990 -talet gynnades mycket av komponenter och metoder som används inom fiberoptisk kommunikation, "sa Fujimoto." Och fortfarande, 25 år senare, framsteg inom den optiska kommunikationsindustrin fortsätter att gynna OCT mycket. "

I tidningen, forskarna visade att mätområdet OCT kan få en stark signal från ytor av varierande geometri och material. Deras test indikerade också att teknikens prestanda inte har nått de grundläggande gränserna för VCSEL -laserkällan eller PIC -mottagaren.

OCT-on-a-chip

Forskarna arbetar med att utveckla och utnyttja ännu billigare, höghastighetskomponenter med målet att påskynda datainsamlingen och bearbetningsstegen. Detta kan så småningom tillåta realtids-OCT-avbildning med anpassade integrerade kretschips.

"När PIC -tekniken fortsätter att utvecklas, man kan realistiskt förvänta sig fulla OCT -system på ett enda chip inom de närmaste fem åren, dramatiskt sänka storlek och kostnad, "sa Chris Doerr från Acacia Communications, medförfattare till tidningen. "Detta skulle göra det möjligt för fler människor över hela världen att dra nytta av ULT och öppna nya applikationer."