基于孤子微梳的谱域光学相干层析成像

光学相干断层成像(OCT)于1991年演示以来，已成为一种重要的生物组织非侵入性成像技术。今天，OCT是眼科的标准诊断工具，并已扩展到血管内成像和脑成像。在过去的十年中，频域方法(FD-OCT)，即谱域OCt(SD-OCT)和扫描源OCt(SSOCT)，通过其较高的灵敏度取代了时域OCT。此后，用于FD-OCt (SD和SS-OCT)的光源和探测器都得到了改进，提供了低噪声、更大的带宽和更快的采集速率。最近，一组由离散频率组成的源被提议用于FD-OCT，因为它们提供了更高的深度灵敏度，降低了曝光功率，同时保持了较高的轴向分辨率。最重要的是，这种新型采集源提供的层析成像的周期性通过所谓的光域子采样提供了一个扩展的成像范围，并以数据高效的方式显著扩展了OCT成像范围。总的来说，这种梳状照明在非平面样品成像方面有很大的前景，这在手术中很常见。

       这种梳状源在SDOCT中的一个有前景的实现是孤子微梳。这种微梳是在2007年首次发现的，它是通过微谐振器内部的非线性转换过程产生的。通过调整激光功率和失谐，可以激发耗散克尔孤子(DKS)态，提供相干长度和带宽分别与连续波激光器和飞秒激光器相当。DKS态的光谱由完全相干的激光线组成，线宽等于连续波泵浦激光线宽(通常是~100 kHz)，从而产生千米尺度相干长度。它的整体频谱带宽可以通过色散工程进行调整，可以达到跨越八度的覆盖范围。除了它们的光谱特性，最近的制造技术的进步已经大大降低了DKS产生的功率要求，从而允许直接与半导体泵浦激光器集成。总的来说，由于其优异的光学特性和晶片尺度的制造，DKS微梳是很有前途的成像源。

       近日，来自瑞士联邦技术研究所的Paul J. Marchand等人探索了耗散Kerr孤子微康在谱域OCT中的应用，并表明，通过使用光子芯片尺度的Si3N4谐振器与1300nm泵浦激光器结合，光谱带宽超过商业OCT源的带宽是可能的。此外，他们还证明了所有孤子梳齿的经典振幅噪声都是相关的，即共模，而不是超致发光二极管或非相干微梳态，这为提高成像速度和性能超过热噪声极限开辟了一条新的途径。相关工作发表在《Nature communications》上。（郑江坡）

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-020-20404-9