作者:彩谱科技
光谱域OCT(SD-OCT)的工作原理,是将宽带光源发出的光分为参考臂与样品臂,两束光反射后发生干涉,干涉光信号进入光谱仪被分光并采集,再通过傅里叶变换将光谱信号转换为深度方向的结构信息。在这个过程中,光谱仪的光学设计与性能参数直接影响干涉信号的解析质量,进而关系到整套OCT系统的成像能力。彩谱CP800-840C系列OCT光谱仪围绕840nm中心波段进行光学设计,通过核心分光元件、探测器与光路架构的优化,实现了性能与可靠性的平衡。
分光元件是光谱仪的核心组成部分,负责将复合波长的干涉光按波长分开,投射到探测器的不同像素上。CP800-840C系列采用体相位全息(VPH)光栅作为分光元件,这是一种基于全息技术制作的光栅,与传统的刻划光栅、平面光栅相比,VPH光栅具备更优的衍射效率,能够减少光在分光过程中的能量损耗。更优的光学效率意味着更多的光信号能够到达探测器,这不仅可以提升OCT系统的探测灵敏度,让系统能够捕捉到十分微弱的样品反射信号,还能够扩大系统的动态范围,同时适配强反射与弱反射的样品检测需求。此外,VPH光栅的杂散光水平更低,能够减少背景噪声,提升光谱采集的信噪比,让最终的OCT图像更清晰,细节更丰富。
探测器是光谱仪的信号采集终端,负责将光信号转换为电信号供后续处理。该系列全型号均采用2048像素的线阵CMOS探测器,单个像元尺寸为10μm×200μm,整体感光宽度为20.48mm。充足的像素数量能够保障光谱采样的密度,为实现高光谱分辨率提供基础;而较大的像元感光面积则能够提升光通量,在弱光环境下依然保持良好的信号强度。CMOS探测器本身具备响应速度快、读出噪声低的特点,配合相关的电路设计,能够支持线扫速率上限达250kHz,满足高速OCT成像的需求。
很多用户会疑惑为什么OCT光谱仪要做多种带宽配置,这其实是由OCT技术的物理原理决定的。对于SD-OCT系统而言,有两个核心的性能指标:轴向分辨率与成像深度上限,两者分别与光谱仪的不同参数相关,且存在一定的制约关系。轴向分辨率指的是系统在深度方向上可分辨的微小距离尺度,它主要由系统的光谱带宽决定,在中心波长固定的情况下,光谱带宽越宽,轴向分辨率越高,能够看清的细节越细微。而成像深度上限指的是系统能够探测到的样品深度范围,它主要由光谱仪的光谱分辨率决定,光谱分辨率指的是光谱仪可分辨的细微波长差值,光谱分辨率越高,可支持的成像深度越大。
由于光学设计的限制,在相同的探测器像素数下,光谱带宽越宽,单个像素对应的波长间隔就越大,光谱分辨率就会越低,对应的成像深度也就越小。因此,轴向分辨率与成像深度无法同时达到很高的水平,必须根据应用需求进行权衡。彩谱CP800-840C系列的四款型号正是基于这一原理设计的。其中带宽145nm的型号,拥有较宽的光谱范围,因此轴向分辨率表现突出,约为2.14μm(空气中理论值),但对应的光谱分辨率为0.1nm,成像深度为2.5mm,适合对分辨率要求高、检测深度浅的场景;而带宽31nm的型号,光谱范围窄,光谱分辨率可达0.02nm,因此成像深度可达11.7mm,但轴向分辨率约为10.02μm,适合对深度要求高、对分辨率要求适中的场景。中间两款型号则分别对应不同的平衡档位,用户可以根据自身的检测对象与需求,选择适配的配置。
在光路接口方面,该系列采用标准的FC/PC光纤接口,能够直接与市面上的宽带光源、干涉仪等OCT系统组件对接,即插即用,降低了系统集成的难度。标准化的光纤接口也便于用户对系统进行维护与部件更换,提升了设备的易用性。整体来看,彩谱CP800-840C系列的光学设计遵循OCT技术的物理规律,通过核心元件的选型优化与多档位的配置划分,为不同需求的用户提供了清晰的选型逻辑,既保障了产品的性能可靠性,也让用户能够根据自身场景精准选择适配的产品。