Una colaboración industria-académica ha logrado las primeras imágenes de tomografía de coherencia óptica OCT de volúmenes de metros cúbicos. Con la capacidad de OCT de proporcionar información difícil de obtener sobre la composición del material, estructura del subsuelo, recubrimientos, rugosidad de la superficie y otras propiedades, estoEl avance podría abrir muchos nuevos usos para OCT en la industria, la fabricación y la medicina. El logro también representa un progreso importante hacia el desarrollo de un sistema OCT de alta velocidad y bajo costo en un solo chip de circuito integrado.
"Nuestro estudio demuestra resultados de récord mundial en imágenes de volumen de metros cúbicos, con al menos un orden de magnitud mayor rango de profundidad y volumen en comparación con demostraciones anteriores de OCT tridimensional", dijo James G. Fujimoto del Instituto de Tecnología de MassachusettsMIT, Massachusetts. "Estos resultados proporcionan una demostración de prueba de principio para utilizar OCT en este nuevo régimen".
OCT, inventado por primera vez por el grupo de Fujimoto y sus colaboradores en la década de 1990, ahora es el estándar de atención en oftalmología y se usa cada vez más en cardiología y gastroenterología. Aunque OCT proporciona imágenes útiles en 3-D con resolución a escala de micras, ha sido limitadoa profundidades de imagen de solo milímetros a unos pocos centímetros.
En el diario de The Optical Society para investigación de alto impacto óptica , los investigadores informan imágenes OCT tridimensionales de alta velocidad con una resolución de 15 micras en un área de 1,5 metros. Demostraron el nuevo enfoque OCT al obtener imágenes de un maniquí, una bicicleta y modelos de cerebro y cráneo humanos. Tambiénmediciones realizadas de objetos que varían en escala desde metros a micras.
Escalas múltiples en rangos largos
Además de las ventajas de las altas velocidades y la resolución fina, OCT permite imágenes, perfiles y mediciones de distancia a múltiples profundidades simultáneamente mientras rechaza la luz parásita.
"OCT de largo alcance es un nuevo rango de operación que requiere fuentes de luz de rendimiento extremadamente alto, receptores ópticos integrados y procesamiento de señal", dijo Fujimoto. El rango en OCT se refiere al rango de profundidad sobre el cual se pueden tomar mediciones simultáneamente.es posible colocar el centro del rango OCT muy cerca o muy lejos del instrumento de imagen.
La nueva técnica podría ser particularmente útil para entornos industriales y de fabricación, donde podría utilizarse para monitorear procesos, tomar medidas técnicas y evaluar materiales de forma no destructiva. La OCT a escala macro también podría mejorar las imágenes médicas, por ejemplo, al proporcionar tresmediciones dimensionales en estructuras laparoscópicas o cartográficas, como la vía aérea superior.
Los avances de telecomunicaciones traen mejoras OCT
La fuente de luz que permite OCT de rango de medidor es un láser emisor de superficie de cavidad vertical sintonizable VCSEL desarrollado por Thorlabs Inc. y Praevium Research. Utiliza un dispositivo MEMS para cambiar o barrer rápidamente la longitud de onda del láser a lo largo del tiempo pararealice lo que se llama OCT de fuente barrida.
"La investigación realizada por nuestro grupo en el MIT y nuestros colaboradores en Praevium Research y Thorlabs indicó que la longitud de coherencia de la fuente VCSEL fue de órdenes de magnitud más larga que otras tecnologías láser barridas adecuadas para OCT, lo que sugirió la posibilidad de imágenes OCT de largo alcance", dijo Ben Potsaid de MIT y Thorlabs Inc., coautor del artículo.
Aunque los investigadores del MIT han experimentado con la fuente de luz VCSEL durante varios años, la detección de luz y la adquisición de datos siguieron siendo un desafío. Estos obstáculos fueron superados por componentes ópticos avanzados diseñados para aplicaciones de telecomunicaciones.
En el nuevo trabajo, los investigadores utilizaron un nuevo receptor óptico coherente de fotónica de silicio desarrollado por Acacia Communications que reemplazó varios componentes OCT voluminosos con ópticas integradas en un circuito integrado fotónico PIC pequeño, de bajo costo y un solo chip.el receptor PIC admite las frecuencias eléctricas muy altas y el amplio rango de longitudes de onda ópticas requeridas para OCT de fuente barrida, al tiempo que habilita lo que se conoce como detección de cuadratura, que duplica el rango de imágenes OCT para una velocidad de adquisición de datos dada.
"El desarrollo de OCT a principios de la década de 1990 se benefició enormemente de los componentes y métodos utilizados en las comunicaciones de fibra óptica", dijo Fujimoto. "Y aún así, 25 años después, los avances en la industria de las comunicaciones ópticas continúan beneficiando en gran medida a OCT".
En el documento, los investigadores demostraron que el OCT de rango de medidor puede obtener una señal fuerte de superficies de geometría y materiales variables. Sus pruebas también indicaron que el rendimiento de la técnica no ha alcanzado los límites fundamentales para la fuente láser VCSEL o el receptor PIC.
OCT-en-un-chip
Los investigadores están trabajando para desarrollar y utilizar aún más componentes de alta velocidad y bajo costo con el objetivo de acelerar los pasos de adquisición y procesamiento de datos. Esto eventualmente podría permitir la obtención de imágenes OCT en tiempo real utilizando chips de circuito integrado personalizados.
"A medida que la tecnología PIC continúa avanzando, uno puede esperar de manera realista sistemas OCT completos en un solo chip en los próximos cinco años, reduciendo drásticamente el tamaño y el costo", dijo Chris Doerr de Acacia Communications, coautor del documento. "Esto seríapermitir que más personas en todo el mundo se beneficien de OCT y abran nuevas aplicaciones "
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Materiales proporcionados por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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