敏捷成像系統的製作方法

2023-05-30 11:38:56 1

分案申請本申請是於2013年7月26日提交的申請號為cn201380048698.8，發明創造名稱為「敏捷成像系統」的分案申請。相關申請的交叉引用本申請要求2012年7月27日提交的目前未決的美國臨時專利申請no.61/676,876的權益。美國臨時專利申請61/676,876的公開和全部指導通過引用結合到本發明中。本發明涉及光學相干斷層掃描(opticalcoherencetomography，oct)成像領域。
背景技術：
：：光學相干斷層掃描(oct)是一種非侵入的幹涉光學成像技術，其能產生組織和其它散射或反射材料的微米解析度2d和3d圖像。oct常常用於生物醫學成像或材料檢驗。在1991年第一個示範用於人眼和冠狀動脈的成像，由此oct被確定為診斷和監控眼病治療的臨床標準。oct也用於血管內的血小板成像以評估心臟病，癌活組織檢查成像，發展生物學研究，藝術品保藏，工業檢查，度量衡學，和質量保證。通常地，oct可用於受益於表層下成像、表面輪廓形成、運動表徵、流體流動表徵、折射率測量、雙折射表徵、散射表徵或距離測量的應用。光學相干斷層掃描使用幹涉圖來確定樣品的空間相關的特性，所述幹涉圖是通過將來自樣品的光背面散射或背反射與來自基準臂的光結合而獲得的，如圖1a所示。時域oct(tdoct)成像原理用於第一種示範和oct的民用產品。然而，已經知道tdoct對於獲取oct數據是慢的技術。傅立葉域oct(fd-oct)使比tdoct快幾個數量級的成像速度成為可能並且已成為當前研究和商用的標準的。可用寬頻帶光源、幹涉計、分光計和線掃描相機來實現傅立葉域oct，被稱為頻域oct(sd-oct)，如圖1b所示。掃描光橫跨樣品(圖1c)允許收集完整的反射率對深度分布曲線，稱為a掃描(圖1d)，用於每一個檢查點。依次掃描和組合獲取的a-掃描允許形成2d圖像，稱為b-掃描(圖1e)。通過在兩個方向上橫跨樣品的掃描也形成了3d體積(圖1f)。還可以用席捲波長光源、幹涉計、檢測器和模擬數字轉換器(a/d)來實現傅立葉域oct，稱為掃頻光源oct(ss-oct)或光頻域成像(ofdi)，如圖2a和2b所示。對於本發明的目的，掃頻光源oct和ofdi是等效的。傅立葉域oct的這兩個變種，頻域oct和掃頻光源oct，代表了成像技術的現有狀態。頻域oct隨著成像深度的增加會遭受oct靈敏度的固有的和成問題的損耗，常常被稱為靈敏度滾降、靈敏度失落或靈敏度下降。oct靈敏度隨著深度增加的損耗是由，分光計解析度限制造成的幹涉條紋可見度減少、在像素寬度上集成多個波長，以及像素間的串擾等而導致的，如hu,pan,和rollins在應用光學vol.46，no.35,pp.8499-8505上發表的論文"analyticalmodelofspectrometer-basedtwo-beamspectralinterferometry,"和bajraszewski等人在光學快報vol.16,no.6,pp.4163-4176,2008上發表的論文"improvedspectralopticalcoherenceomographyusingopticalfrequencycomb,"所述的。hu和rollins在光學快報vol.32,no.24,pp.3525-3527,2007上發表的論文"fourierdomainopticalcoherencetomographywithalinear-in-wavenumberspectrometer"教導了使用特別設計的稜鏡使分光計的頻譜分散按波數線性化。按波數的頻譜線性化結果改善了信號隨成像範圍的衰落，其是譜域光學相干斷層掃描成像固有的。雖然有改善，但靈敏度隨成像深度的損耗仍是嚴重的，尤其當為了獲得精細的oct軸向解析度而使用寬的光譜帶寬源時。bajraszewski等人在光學快報vol.16,no.6,pp.4163-4176,2008上發表的論文"improvedspectralopticalcoherencetomographyusingopticalfrequencycomb"教導了在頻域oct系統中使用fabry-perot光頻梳來減少深度相關的靈敏度下降。該方法有若干嚴重的缺點。頻率梳的插入減小了光強度等級，其包括基線oct靈敏度。該方法也需要積極地調諧光頻梳並且對每一個a-掃描進行多個分光計測量以填充由fabry-perot濾波器過濾的頻譜數據內容中的間隙。實際上，示出了四個相機曝光來使oct成像，其導致了在oct成像速度方面的嚴重減少。各種所謂的「全範圍」或「復共軛的」方法已被建議來擴展成像範圍並幫助減緩與頻域oct相關的靈敏度滾降的問題。這些方法未完全抑制圖像中的復共軛的人工產物，需要大量的計算，並且常常需要多重採集來構造每一個a-掃描，因此不適合於高動態範圍和高速oct採集。另外，由於線掃描相機速度方面的限制，用頻域oct最大的成像速度局限於幾百千赫a-掃描速率。這些固有特性和不足結合起來說明頻域oct不是用於長射程的、高速和高動態範圍成像的技術選擇。掃頻光源oct使用波長掃頻雷射器作為光源並使用帶高速a/d轉換器的檢測器來採樣幹涉oct信號。掃頻光源oct的靈敏度滾降性能通常顯著地好於頻域oct。掃頻光源oct而且已經實現了比頻域oct更高的成像速度和更長的成像範圍。許多不同的掃頻雷射器配置和波長調諧機構已經實現用於包括波長選擇內腔濾波器或波長選擇雷射腔端部反射鏡的掃頻光源oct。示例包括：振鏡-光柵波長選擇端部反射鏡設計(chinn,swanson和fujimoto，光學快報,vol.22,no.5,pp.340-342,1997)、旋轉多邊形反射鏡光柵濾波器設計(yun等人,光學快報,vol.28,no.20,pp.1981-1983,2003)、具有內腔波長選擇性濾光器的光纖環形雷射器(huber等人,光學快報vol.13,no.9,pp.3513-3528,2005)和基於短腔微機電系統(mems)濾波器的可調諧雷射器(wo2010/111795al)。所有這些掃頻雷射器設計中，當濾波器被調諧時由放大式自發射(ase)建立雷射照射以致於光子往返時間是大的，並且與空腔效率和濾波器寬度，限定最大的掃頻速度，在些速度上雷射器可被掃頻同時仍保持光學增益介質的完全飽和度。用這些技術掃頻重複率通常有可能在幾十千赫至小的數百千赫之間，但由於相對較長的光子往返時間該掃頻速度仍基本上受限制的。美國專利申請號2006/0187537al教導了不同的掃頻源雷射器工藝，稱為傅立葉域模式鎖定的(fdml)雷射器。fdml雷射器的工作原理可以實現更高的掃頻速度。在fdml雷射器中，長光纖圈用於容置波長掃頻，並且在光放大之前或者之後濾波器與返回掃頻波長同步地被調諧。該fdml方法減少了由ase建造雷射照射以獲得高的基波掃頻重複率(高達約500khz軸向掃描速率)的需要。通過折轉、延遲和多路復用該掃頻，對於單個成像點可實現高達約5mhz軸向掃描速率的緩衝速度(wieser等人，光學快報,vol.18,no.14,2010)。典型的fdml雷射器的嚴重的缺陷是大約4-10mm的短相干長度，其顯著地限制oct成像範圍。在掃頻光源oct中，靈敏度滾降由該波長可調諧雷射器源的相干長度限制，其由該雷射器的瞬時的譜線寬度確定。在到此所描述的所有掃頻雷射器中，該雷射器中的濾波器被設計來調諧多個雷射器縱模。正如國際專利申請公開號wo2010/111795al和huber等人在光學快報vol.13,no.9,pp.3513-3528,2005上所教導的，按傳統的掃頻雷射器設計的波長選擇性濾光器跨越多個縱向的雷射模式，以便獲得高的掃描速度並防止由於跳模導致的雷射功率下降和雷射噪聲。在fdml雷射器情況下，設計相對寬的頻譜的濾波寬度的原因與光纖圈中的頻散有關，所述頻散波長相關的往返時間，要求該濾波器要足夠寬以在該光纖圈中由慢至最快波長全範圍發射。無論什麼原因需要使用跨越多個雷射器縱模的寬濾波器，結果是雷射器具有相對寬的瞬時譜線寬度，具有折衷的相干長度、oct成像範圍、和oct靈敏度滾降。adler等人在光學快報,vol.19,no.21,pp.20931-20939,2011上發表的論文"extendedcoherencelengthfourierdomainmodelockedlasersat1310nm"教導了通過增加啁啾光纖布拉格光柵頻散補償模塊來改善光纖圈的頻散特性而改善fdml雷射器的相干長度的方法。獲得了改進的雷射相干性長度至大約21mm以及使用向前和向後掃頻的能力。至今幾乎所有的實現方式中，頻域oct系統和掃頻光源oct系統均被設計成以固定的成像速度、固定的成像範圍和固定的oct軸向解析度工作。通常，針對特定應用程式對整個oct成像系統進行優化。通過引入具有可編程的速度和可編程的有效象元計數的高速cmos線掃描相機技術，就可能權衡象元計數以增加頻域oct中的成像速度。potsaid等人在光學快報,vol.16,no.19,pp.15149-15169,2008上發表的論文"ultrahighspeedspectral/domainoctophthalmicimagingat70,000to312,500axialscanspersecond"教導了以不同的配置用可調整的有效的象元計數使用頻域oct系統來獲得：具有細緻的軸向解析度和平緩的oct成像速度的長的成像範圍、具有在更快成像速度上的細緻的軸向解析度的矮的成像範圍，和具有在超快成像速度上的折衷軸向解析度的短的成像範圍。每種配置都針對靈敏度成像性能進行優化。該方法的嚴重的缺陷是對於多種配置和運轉模式必須置換光源並且用不同的部件重建分光計。povazay等人在spie會議錄,vol.7139,pp.71390r-1-7,2008上發表的論文"high-speedhigh-resolutionopticalcoherencetomographyat800and1060nm"教導了使用具有固定光源的可編程的cmos相機的oct成像系統，其中在相機中使用的像素數量被減小以便通過縮短光譜獲得更高的成像速度。該方法的嚴重的缺點是分光計未針對不同的工作模式對光源頻帶寬度進行再優化，如此對於更高速度成像光落入在未使用的像素上，存在關聯的oct靈敏度損耗。gora等人在光學快報,vol.17,no.17,pp.14880-14894,2009上發表的論文"ultrahigh-speedsweptsourceoctimagingofanteriorsegmentofhumaneyeat200khzwithadjustableimagingrange"教導了使用fdml雷射器的掃頻光源oct成像系統，其權衡了oct軸向解析度與增益成像範圍。該方法的缺點是fdml雷射器必須運行在掃描頻率的諧波上，如此該oct成像系統的掃頻重複率在無顯著的重新配置情況下不能變化。已經開發出用於掃頻光源oct的新的掃頻光源，其可克服與先前的oct技術相關的許多上述限制。美國專利號7468997b2教導了一種掃頻源光學相干性斷層攝影術系統(ss-oct)，包括垂直腔表面發射雷射器(vcsel)，其具有通過靜電偏轉可移動的集成mems可調諧反射鏡。jayaraman等人在美國光學學會,cleoconference,pp.pdpb1-pdpb2，2011上發表的論文"octimagingupto760khzaxialscanrateusingsingle-mode1310nmmems-tunablevcselswith>100nmtuningrange"實驗式地演示了具有>100nm調諧範圍的第一個寬範圍可調諧的、單模1310nmmemsvcsels，以及這些vcsels首次以高達760khz的軸向掃描速率應用於超高速掃頻源oct成像。不象其它使用短腔和內腔濾波器的掃頻雷射器源，vcsels以真實單縱模工作，而不是一組模。該真實單縱模工作導致vcsel技術的長的相干長度。另外，與其它掃頻源相比，向前和向後掃描顯示出較好的性能，使得向前和向後掃頻兩者都可用於oct成像。先前的oct技術的受限的成像速度、受限的成像範圍、隨成像深度增加的靈敏度損耗、以及在基本固定的成像模式下工作導致oct成像性能的折衷並限制了oct技術的應用。技術實現要素：本發明的一個實施例是使用一個垂直腔雷射器(vcl)源的光學相干斷層掃描成像系統及其操作方法。本發明實施例的獨特的和有利的能力和功能是通過將新的可調諧vcl源技術與新穎的成像系統結構結合獲得的。本發明的一個實施例在現有技術上提供速度、成像範圍和尺寸的改進。另外，本發明的一個實施例使得能夠在由成像速度、成像範圍和成像解析度確定的不同的成像模式間切換，使得本發明在使用期間相對於現有方法更加敏捷和靈活。一個實施例提供增強的動態範圍成像能力用於適應明亮反射。一個實施例提供多尺度成像能力用於測量三維尺度數量級之上的測量。用於產生波形以驅動可調諧雷射器在靈活和敏捷模式下的運行的成像系統和方法也有所說明。使用的可能領域包括醫學成像，生物學成像，工業檢查，材料處理，材料檢查，次表面成像，表面輪廓測量，距離測距和測量，流體流動特徵和分析，以及材料偏振特性的研究和特徵化。一個實施例提供一種光學成像系統，包括：可調諧源，所述可調諧源包括波長可調諧垂直腔雷射器(vcl)和腔內調諧元件，所述腔內調諧元件產生單縱模輸出，該單縱模輸出在發射波長範圍內可調諧用於產生波長掃頻；調諧驅動器，該調諧驅動器能夠產生一個或多個波長調諧波形以影響所述調諧元件，所述調諧元件確定掃頻軌跡、掃頻速度、掃頻重複率、掃頻線性和發射波長範圍；在可調諧源內供應電流至增益材料以調節輸出光輻射功率的電流驅動器；以測量調諧響應的屬性並提供反饋以校正對可調諧源的幹擾或產生調諧波形的監控檢測器；具有參考臂和樣本臂由所述可調諧源照射的光學幹涉儀；一個或多個將自光學幹涉儀的光幹涉條紋信號轉換為電模擬信號的光檢測器；將從一個或多個檢測器輸出的電模擬信號轉換為數字數據的數據採集裝置。另一個實施例提供一種光學相干斷層掃描成像系統，包括：vcl源，具有能夠在可調節深度範圍、軸解析度內成像且以連續可調速度成像的特性，該光學相干斷層系統能夠在由vcl源的長的相干長度使能的延伸的成像範圍內成像。另一個實施例提供用於產生上述的光學成像系統調諧波形的方法，該方法包括：將所述調諧波形表述為可調節的輸入參數值的函數，以產生調諧波形表達式；將所述調諧波形應用到調諧元件或可調諧源動態性的數學模型以產生至少一個實驗測量或模擬的波長掃描；計算基於實驗測量或模擬的波長掃頻的性能度量或目標函數的值；調節輸入參數的值以優化性能度量的值或目標函數。附圖說明圖1示出oct系統布局和oct掃描的一組圖；圖2示出掃頻源oct系統布局的一組圖；圖3示出掃頻源oct條紋形成的一組圖和曲線圖；圖4示出對oct採集和點擴展函數形成有影響的掃頻軌跡和條紋包絡的一組曲線圖；圖5是成像系統的框圖；圖6示出mems可調諧垂直腔表面發射雷射器(memsvcsel)的一組圖、照片和曲線圖；圖7示出mems可調諧vcsel的波長掃頻範圍的一組曲線圖；圖8示出oct成像技術的多模和單模調諧原理和相干長度的一組附圖和曲線圖；圖9是一組示出mems致動器幾何形狀對於mems致動器的動態響應的影響的一組曲線圖和照片；圖10示出從100khz到400khz在不同掃頻重複率下的單個可調諧源的示波器屏幕圖像的集合；圖11示出從100khz到400khz在不同掃頻重複率下的單個可調諧源的光譜靈敏度的曲線圖；圖12示出單個可調諧源的可變的波長範圍調諧放入曲線圖；圖13是本發明可調諧源的實施例的一組示意框圖；圖14是包括光放大器的本發明可調諧源的實施例的一組示意框圖；圖15為波長調諧子系統的一組框圖；圖16示出使用由自定義波形驅動的線性化掃頻在100千赫驅動下的vcsel的調諧響應的一組示波器屏幕圖像；圖17示出線性化掃頻性能的曲線圖的集合；圖18示出由自定義波形在100khz驅動下的vcsel光譜的曲線圖；圖19示出雙向和線性化掃頻軌跡示波器屏幕捕捉圖；圖20示出可調諧源的調諧響應和人類手指在500khz掃頻重複率下獲得的相關圖像的曲線圖和圖像；圖21示出在兩個不同的成像範圍內的圖像集合；圖22是波形產生的閉合環路方法的框圖；圖23示出用於調諧驅動器波形合成的方法的流程圖；圖24是閉合環路波長調諧子系統的框圖；圖25是具有光放大器的閉合環路波長調諧子系統的框圖；圖26是具有光放大器和電流驅動器的閉合環路波長調諧子系統的框圖；圖27示出基於幹涉條紋的掃頻測量的方法的一組圖和曲線圖；圖28示出基於分光功率級檢測的掃頻測量方法的一組圖和曲線圖；圖29示出電流驅動器波形合成方法的流程圖；圖30示出具有反饋的波長掃頻測量用于波長掃頻和包絡控制的一組圖；圖31是顯示光學的和電互聯的oct成像系統的框圖；圖32是顯示使用光程延時參考臂、光學時鐘控制和光波長觸發器的成像系統的oct成像系統的框圖；圖33是顯示使用循環器、光波長觸發器和光學時鐘控制的成像系統的oct成像系統的框圖；圖34是具有可調節的光學時鐘控制模塊的可調諧源的框圖；圖35示出可調節路程長度幹涉儀和色散補償的一組圖；圖36示出具有回射器和循環器的可調節路程長度幹涉儀的一組圖；圖37是用於在幹涉儀的一個臂上選擇光程的方法的一組示意圖；圖38是用於在幹涉儀的一個臂上選擇光程或用於在幹涉儀中使用色散補償的方法的一組示意圖；圖39示出記數邏輯的一組電子圖表；圖40是在結合分頻與倍頻的幹涉儀臂上選擇路程長度的結合的示意圖；圖41是擴展的動態範圍成像的一組oct截面示意圖；圖42是使用至採集系統的觸發器的輸入的掃頻數據初始化的示意框圖；圖43是使用a/d轉換器的多個信道進行掃頻相位穩定化以執行同步的一組示意框圖；圖44是可調諧光觸發器的示意框圖；圖45示出使用法布裡-珀羅濾波器的掃頻相位穩定化的框圖和曲線圖；圖46示出使用具有快速和緩慢a/d轉換器的法布裡-珀羅濾波器的掃頻相位穩定化的框圖和曲線圖；圖47示出使用應用於不同oct系統運行模式的延時估計的相位穩定的曲線圖集合；圖48具有數據處理、數據存儲和數據顯示能力的成像系統的框圖；圖49示出在raid陣列上的數據壓縮和存儲的數據流的框圖；圖50是使用多個的vcl源的掃頻重複率乘法器的框圖；圖51是使用單個vcl源的掃頻重複率乘法器的框圖；圖52是閉合環路波長調諧子系統和具有可調諧濾波器的光放大器用以抑制邊模和放大式自發射的框圖；圖53是具有多個的光放大器和位於放大器間的可調諧濾波器的閉合環路波長調諧子系統用以抑制邊模和放大式自發射的框圖；圖54是具有溫控增益材料和噪聲吞噬器的閉合環路波長調諧子系統用以減小雷射噪聲的框圖。具體實施方式根據本發明原理的說明性實施例的描述旨在參考附圖進行閱讀，這是整個書面說明將要考慮的部分。在本文所公開的發明的實施例的描述中，任何參考方向或定向僅僅是為了描述的方便，而不是旨在以任何方式限制本發明的範圍。相對術語如「下」、「上」、「水平」、「垂直」、「以上」、「以下」、「向上」、「向下」、「頂部」和「底部」以及其變型(例如，「水平地」、「向下地」、「向上地」等)應被解釋為表示定向，正如下面討論所描述的或如下面討論的附圖中所示出的。這些相對的術語只是為了描述，而不要求在一個特定的定向構造或操作所述裝置，除非明確指明。術語如「附著」、「粘附」、「連接」、「耦合」、「相互連接」以及類似的指代關係，其中結構穿過插入結構和可移動的或剛性的附件或關係，直接地或間接地固定或附著於彼此，除非另有明確描述。此外，本發明的特徵和益處通過參照示例性實施例示出。因此，本發明明確地不應該限於這樣的示例性實施例，所述實施例示出了一些可能的非限制性的特徵的結合，所述特徵的結合可單獨存在或與其他特徵結合；本發明的範圍由所附的權利要求限定。本發明描述了目前預期實踐本發明的最佳一種或多種模式。這種描述並不旨在理解為限制，而是提供通過參考所述附圖僅僅為了說明性目的而呈現的本發明的示例，以建議本領域普通技術人員本發明的優點和構造。在各個附圖中，類似的參考符號表示相同的或相似的部分。此具體實施方式描述了本發明的實施例，並且為清晰起見，分為與本發明的不同方面相關的部分。優選實施例的oct成像應用當用於許多現有oct應用中時，如本發明
背景技術：
：中所描述的應用以及包括眼科成像、血管內成像、癌活檢成像、發展生物學研究、醫學診斷、手術引導、藝術保存、工業檢測、計量和質量保證，本發明的優選實施例提供優於之前所證實的oct技術的常規oct成像性能。更為通常地，本發明可實施為受益於次表面成像、表面輪廓測量、運動表徵、流體流動表徵、折射率測量、雙折射表徵、散射表徵或距離測量的應用。優選實施例可在所有考慮oct成像的領域中實施。優選實施例提供之前未達到的成像能力，包括：極長的成像範圍、極高的基本成像速度以及改變成像速度、成像掃描軌跡、成像解析度、在飛行中成像範圍的能力，以支持oct成像的多種模式。優選實施例還提供新的增強的動態範圍成像能力以適應明亮反射，以及用於測量三維尺度數量級之上的多尺度成像能力。優選實施例的新的能力使得本發明能夠用於oct的新應用。例如，本發明使得製造、診斷、醫療或研究環境中的大物體或樣本能夠成像、分析和測量。新的應用示例包括在用於通過表面輪廓測量和距離測量檢查製造物品的機器人手臂或託架上設置樣本傳送光學器件或掃描儀，在組裝期間測量部件放置，檢查磨損或損傷的部分，研究材料中的應用級，以及其它應用。oct系統的不同成像模式可被用戶視手頭的成像應用需要而選擇，可被預編以根據時間表或計劃進行切換，如在製造環境中將是有用的，或可被基於實時執行的oct測量的算法修改。從原始設備製造商(oem)的角度來看，本發明優選實施例的靈活操作允許單芯oct模塊或引擎用於多個或單個產品中以對應多種應用，從而除了提供給客戶更高的價值外，簡化了系統設計、庫存以及存貨控制。oct檢測方法和原理優選實施例使用oct檢測方法，其通過幹涉儀測量檢測樣本的背向散射光和反射光而運行。所有的oct系統包括至少一個光源110，具有樣本臂120和參考臂130的幹涉儀，以及獲取幹涉信號的檢測器140，如圖1a所示。優選實施例使用掃描儀用於掃描穿過樣本的樣本光。一個實施例中的掃描儀為眼科oct中常用的旋轉鏡，血管內oct常用的側視旋轉探頭，具有橫向掃描能力的向前的觀看探頭，或用於掃描穿過樣本的光的任何其它的方法。一個實施例中的掃描儀為移動臺或傳送帶，允許oct光學器件保持靜止或未致動。另一實施例中的掃描儀為運動機器人、機器人手臂、構臺或其它促使運動產生的平臺，具有未致動樣本臂光學器件或具有集成掃描能力的樣本臂光學器件的一種。oct數據採集接下來描述，使用振鏡和oct中常用的圖1c所示的基於掃描儀的反射鏡150。oct系統通常在樣本上聚焦光斑，並且收集在樣本上單一橫向位置的反射率-深度輪廓，稱為a-掃描(圖id)。在樣本上的光斑可橫跨樣本被掃描並執行多個深度查詢，每一個深度查詢成為一個a-掃描。將這種獲得的連續的a-掃描組合作為橫跨樣本掃描的光束，產生樣本的2d圖像，稱為b掃描(圖ie)或稱為oct截面圖像。可通過使用光柵掃描圖案收集三維體積數據集(圖if)獲取多個b掃描。其它的掃描圖案是可能的，如圓、同心圓，螺旋或將掃描儀停留在一個位置以從相同的位置得到多個a-掃描，稱為m-模式成像。m-模式成像有益於成像動態處理，可獲得高的瞬時樣本速率而捕獲快速的動態。然而，在獲得位於樣本中與a-掃描位置對應的線的信息方面，m-模式成像是有限的，因為沒有執行掃描。在樣本上從相同的位置獲取多個三維數據集能夠產生四維oct數據以形成樣本的體積隨時間變化的影像，但與m-模式成像相比幀速率降低了。可獲得低階時間相關獲取，如在相同的位置重複b掃描以產生二維影像。重複b掃描也被用於檢測樣本中隨時間的小變化，樣本內的動作或運動的指示。重複b掃描作為三維體積收集的部分可產生三維體積，其特徵為，在時間標度上的移動比重複完全的三維體積更快。迄今描述的掃描圖案通常涉及點採樣或點掃描oct方法。也可以通過實施行掃描oct或全視場oct，分別使用id數組相機或2d陣列或多點成像執行並行的檢測，這也包括在本發明的一些實施例中。本發明的優選實施例實現掃頻源oct。許多光學設計可用於構建根據特定應用和成本而優選設計的oct幹涉儀。兩種可能的幹涉儀設計在圖2a和2b中示出。圖中顯示不同的取樣臂光傳遞器件，一個設計用於與人眼中的光學器件的兼容性(圖2a)，一個用於無集成光學器件的更標準樣本的成像。樣本臂傳遞光學器件和幹涉儀設計可根據成像應用而適當交換。與所示不同的幹涉儀設計和取樣光學器件是可能的，並且包括在本發明的一個實施例中。一般情況下，該幹涉儀和取樣臂光學器件將針對特定的應用或應用類型而優化。幹涉儀中使用的光纖部件能夠簡化對準和改善穩定性，雖然大體積光學器件幹涉儀也能使用。本發明的一個實施例使用包括大體積光學器件的幹涉儀。本發明的另一個實施例使用包括光纖部件的幹涉計。oct系統可以大體積光學器件幹涉儀或光纖幹涉儀或兩者的結合而構建。圖2a所示的幹涉儀設計工作在用於oct成像的全部波長，但由樣本收集的光的一部分通過第一光纖耦合器210重新定位到源，並且從不到達檢測器，導致幹涉儀效率的損失。圖2b所示的設計包括循環器220，230。高效率循環器是在1310納米和其它波長處可用，而在850納米和1050納米波長時效率較低。本發明的一個實施例使用循環器提高幹涉儀的效率。掃頻源oct系統的運行通過適時掃描發射波長，使用該發射作為至oct幹涉儀的輸入，從幹涉儀檢測相干信號，和數位化該信號用於分析，如圖3a所示。為了解釋說明，圖3a所示的示例條紋310是通過掃頻源oct系統記錄的從單個鏡面反射預期的大致的幹涉圖案。為了理解掃頻源oct成像原理和系統限制，考慮在不同成像配置下的來自鏡面反射的oct信號是有幫助的。參考下列等式1，其中km為採樣點m時的波數，i[km]為採樣點m時的瞬時光電流，p[km]為採樣點m時響應的檢測器，s[km]為採樣點m時樣本上的瞬時功率，rr為參考鏡像的反射率，rs為樣本鏡像的反射率，zr為參考鏡像的深度，以及zs為樣本臂鏡像的深度。等式1改編自j.a.izatt和m.a.choma，2.7部分，w.drexlerandj.g.fujimoto編，「光學相干斷層掃描：技術與應用」，2008。實際上，光電流i通常在a/d數位化前通過互阻抗放大器變換為電壓。餘弦函數內的項表示oct條紋相。當相位增加(或降低)，所述oct條紋以完整的振蕩周期(以每2*π弧度發生)振蕩。波長掃頻具有開始波數kstart和結束波數kend。oct條紋中的震蕩次數與總相位差δφ的大小成比例，在掃頻期間，其由等式2給出δφ＝2(kend-kstart)(zr-rs).等式2等式2示出了隨著成像深度的增加，條紋頻率增加(即掃頻期間存在較大的振蕩次數)，因為餘弦函數內的(zr-zs)乘數項增加總條紋相位，如圖3b所示。所有其它的掃頻特性都相同時，對於給定的反射鏡位置，條紋頻率隨掃描重複率的增大而增大，如圖3c所示，因為相同數量的條紋震蕩發生在較短的時間內。類似地，所有其它掃頻特性都相同時，給定的反射鏡位置，條紋頻率隨波長掃頻範圍的增大而增大，如圖3d所示，因為由於較大的(kend-kstart)項，總相位差增大。圖4a示出了條紋頻率上的額外的影響，其中條紋頻率還取決於掃頻軌跡。掃頻具有慢速和快速的部分，例如以正弦波軌跡410產生的，例如，具有峰值條紋頻率，波數(k)相對於時間的變化率最大。對於oct成像系統的設計者，由於與檢測和數位化條紋相關的限制和挑戰，條紋頻率上影響的結果是顯著的。為了防止條紋信號失真，根據尼奎斯特採樣標準，模數轉換器(a/d)320的採樣頻率必須至少為條紋頻率的兩倍。因此優先的是線性化該掃頻頻率，從而使該掃頻在k空間(波數)對時間方面是線性的420，如圖4a底部所示，或更一般地最小化條紋頻率的峰值以對於給定的最大數位化速率，最大化oct成像範圍。a/d轉換器的採樣速率增加時，a/d本身的成本隨著相關支持電子設備、數據流機構及數據存儲的成本、複雜性及時間的要求增加。因此簡單地選擇快速a/d轉換器經常是不可行的，根據市場將支持什麼成像應用，在最大可獲得的數據帶寬(模擬檢測帶寬，a/d速率、數據流以及存儲設備)中必須作出折衷。對於給定的最大採集帶寬和a/d轉換速率，必須在oct系統設計中的儀器成像範圍、掃頻重複率(與相關的儀器靈敏度)及軸向解析度間進行權衡。進一步考慮影響oct的軸向點擴展函數和解析度的是條紋包絡的形狀。具有寬頻譜包絡的條紋(圖4d-1)產生具有高軸向解析度的oct軸向點擴展函數，但具有較大的旁瓣(圖4e-1)。旁瓣在oct數據中產生重影。對於相同的總掃頻範圍，形成頻譜包絡以更近似高斯分布(圖4d-2)，減少了旁瓣，但稍微損害了oct的軸向解析度。形成頻譜包絡(圖4d-3)進一步產生改善的旁瓣性能，但代價是oct的軸向解析度(圖4e-3)。oct軸向點擴展函數的對於情況1-3的比較示於圖4f中。通常，掃頻源oct系統被設計用於單個運行模式，其是針對具體應用優化，同時考慮採集帶寬限制和相關成像性能的權衡。在oct儀器的設計更加複雜並由掃頻源技術本身的限制所約束，在運行速度和掃描帶寬中包括界限，在許多掃頻源雷射技術中極大地受到限制。許多oct成像系統發展到現在，掃頻源技術的短的相干長度也是重要的考慮，在現有掃頻源技術中這從根本上排除了長的oct成像範圍。本發明的優選實施例解決了影響oct成像能力和性能的這些設計考慮，並克服了現有技術的許多缺點。敏捷成像系統優選實施例在oct成像系統中使用ss-oct檢測方法，並且利用基於可調諧源技術的新的垂直腔雷射器(verticalcavitylaser，vcl)。vcl可調諧源技術實現超高的掃頻速度、寬泛的光譜調諧範圍、掃頻軌跡的可調節性和極長的相干長度的結合，而任何現有oct光源技術都不能同時實現。為了引入本發明實施例的目的，圖5提供了該敏捷成像系統的概述。在本發明的優選實施例中，oct成像系統中的光源包括可調諧源500，其包括波長可調諧vcl源510和腔內調諧元件520，產生單縱模輸出，在發射波長範圍內可調諧以產生波長掃頻。該單縱模輸出發射允許vcl源510的相干長度顯著長於現有oct技術的其它可調諧源。該源的長的相干長度使得本發明實施例的成像範圍延伸。光發射的波長或頻率通過腔內調諧元件確定。本發明優選實施例還包括調諧驅動器540，該調諧驅動器能夠產生一個或多個波長調諧波形以影響雷射器中的調諧元件520，其確定掃頻軌跡、掃頻速度、掃頻重複率、掃頻線性和發射波長範圍。由調諧驅動器540提供至調諧元件520的輸入信號影響調諧元件520的調諧。應用於調諧元件520的不同的輸入信號產生不同的波長調諧響應作為時間的函數。調諧機構的動態性限定了針對調諧元件的輸入-輸出關係。輸出波長調諧將是時間的函數，並遵循一掃頻軌跡，其往往是重複的。該軌跡將與掃頻速度、掃頻重複率、掃頻線性和發射波長範圍相關聯。通過經由調諧驅動器使用不同的驅動波形應用於調諧元件，實現不同的調諧響應。調諧響應為發射波長與時間的函數。該優選實施例包括至少一個電流驅動器550，其在可調諧源內供應電流至增益材料530以調節輸出光輻射功率。增益材料530可置於vcl510的內部，例如在電泵浦vcl的情況下。增益材料530可置於vcl510的外部，例如在光放大器的情況下。增益材料530可置於vcl510的外部，例如在泵浦雷射器中，如使用光學泵浦vcl的情況下。為了解釋說明，增益材料510在方框圖中作為部件示出，然可調諧源500的實際設計和製造定義了該增益材料的相對的幾何形狀和精確位置。在期望形成增益或輸出光譜的情況下，到增益材料的電流可作為時間的函數而變化。本發明的優選實施例包括監控檢測器(監控器)560以測量調諧響應的屬性並提供反饋以校正對於可調諧源的幹擾或產生調諧波形以支持oct成像的多種模式。圖5中，連接監控器560至調諧驅動器540和電流驅動器550的線表示信息的反饋。用於使用信息的反饋機構的詳細描述和實施例稍後描述。該優選實施例還包括光學幹涉儀570，其具有由可調諧源照明的參考臂和樣本臂；一個或多個將自光學幹涉儀的光幹涉條紋信號轉換為電模擬信號的光檢測器580；以及將從一個或多個檢測器輸出的電模擬信號轉換為數字數據的數據採集裝置590。本發明的該實施例應用於使用波長掃頻可調諧源的所有形式的oct。可調諧源可調諧源產生被引導到監控檢測器和幹涉儀的輸入。在優選實施例中，可調諧源包括vcl。在一個優選實施例中，vcl為垂直腔表面發射雷射器(vertical-cavitysurface-emittinglaser，vcsel)，或替代地稱為mems可調vcsel，如圖6a所示。vcsel採用晶片製造技術製造，如圖6b所示。圖6c中放大的圖象顯示由晶片製造的單個vcsel裝置。利用來自適宜波長的外部泵浦雷射器的光對本優選實施例中的增益材料610進行光學泵浦，用於激發該增益材料。vcsel雷射器腔通過在兩個反射鏡間定位增益材料而形成。底部反射鏡是固定的620。頂部反射鏡630作為輸出耦合器並通過柔性結構懸掛。反射鏡形成法布裡-珀羅濾光器，使得調諧發射波長與反射鏡的間距成正比。橫跨致動器觸墊施加電壓在mems致動器產生靜電引力，拉動頂部鏡向下，從而降低了諧振腔長度和調諧了較短的發射波長。圖6d顯示了通過橫跨致動器施加直流電壓而得到的vcsel裝置的靜態波長調諧。引力fa相對於電壓v和偏轉δ為非線性的，其中g為非偏轉的致動器間隙距離，ε為介電常數，以及a為面積，示於等式3中。致動器的回覆力fs，通常線性正比於偏轉，以下的等式用於彈力，fs＝kss，其中ks為致動器的彈簧常數。在特定的臨界直流電壓和響應的偏轉，靜電引力超過mems柔性結構的回覆力，致動器變得不穩定。致動器的快速加速使致動器的上半部分與致動器的底部部件碰撞，在mems靜電致動器領域稱為「拉入(pull-in)」或「急劇降低(snap-down)」事件。對於許多的mems致動器的幾何形狀，急劇降低發生在靜態調諧總間隙距離的大約三分之一的偏轉處。對於在圖6d中描述的裝置，當偏轉-電壓曲線變為垂直，將稍微高於52伏特，急劇降低發生。直流急劇降低和靜態調諧響應曲線對不同的mems致動器設計是特定的，並取決於材料的選擇和幾何形狀。mems裝置動態調諧期間的偏轉可超過靜態急劇降低偏轉，因為電壓可在更高的偏轉處降低，mems致動器的動力學用於使用致動器的動量攜帶致動器通過急劇降低位置。適於oct成像的掃頻可通過施加隨時間變化的電壓波形至致動器而獲得，如圖6e所示。通常，vcl按一掃頻重複率產生波長掃頻。更快的掃頻重複率允許更快的成像速度。優選調諧波形的詳細說明和用於它們的合成方法在本文件中稍後描述。圖7a顯示vcsel的中心約1310納米的靜態波長調諧，圖7b顯示vcsel的中心約1060納米的動態調諧。oct的不同應用需要不同的波長以獲得最佳的性能。眾所周知，在紗織品和其它材料中較長的波長比較短的波長展現出較少的散射。選擇用於oct成像的適當的波長時，散射不是唯一的考慮因素。吸水率在樣本中削弱光信號，調節的安全標準限制允許在用於體內成像的樣本上的最大曝光。常選擇大約850納米和1065納米的吸水率窗，用於人視網膜的oct成像，其中光束必須在玻璃體內的水中經過大約20-25毫米的來回的行程。大於約1100納米的波長通常不用於視網膜的成像，因為水吸收太多的光功率。傳統上，小於750納米波長已很少用於眼科oct成像，因為ansi標準限制允許在這些波長處在眼睛上的小功率級的曝光，光在這些波長處大量散射，oct光束對患者可見使得患者被掃描時常常追蹤光束，在圖像數據中引入運動偽影。不過，可見光波長oct已實現並由於在這些較短波長處獲得的不同的對比而致力於醫學診斷。因此，在可見光譜中運行的oct系統是有用的。本發明的一個優選實施例使用發射波長範圍的中心波長在380納米和750納米之間。由於在較長波長處減小的散射，可見光之外的紅外光尤其對oct成像有用。紅外光也是對患者較少可見或不可見的，因此患者不太可能無意中遵循或追隨在眼睛或視網膜上突起的紅外光束。因為吸水率在約900納米處開始增加，在約970納米處呈現峰值，接近吸收峰值的紅外光的低吸收窗特別有利於oct成像。本發明的一個優選實施例以發射波長範圍的中心波長在750納米和970納米之間運行。幾乎所有的商用視網膜oct成像儀器在800納米範圍波長運行。第二水吸收窗存在約1065納米處。1065納米處的oct成像已證實增加進入視網膜的脈絡膜和視神經頭的滲透，以及當為老年患者成像時，較少受到白內障的影響。調節的標準允許在1065納米處比在800納米波長處以較大的功率進入眼睛。在皮膚樣本和視網膜樣本成像時，可在1065納米和800納米之間觀察到不同的對比。使用約1065納米中心波長和跨越水吸收窗寬度的oct成像系統對於oct成像是有用的。本發明的一個優選實施例以發射波長範圍的中心波長在970納米和1100納米之間運行。皮膚和其它散射組織和材料樣本的oct成像通常使用1310納米波長實現。oct也已在1550納米處實現。本發明的一個優選實施例以發射波長範圍的中心波長在1200納米和1600納米之間運行。近期的研究結果表明較長波長的oct有益於oct。本發明的一個優選實施例以發射波長範圍的中心波長在1800納米和2100納米之間運行。隨著波長增加，需要較大的波長掃頻以獲取可比較的oct軸向解析度。因此，較短的波長常用於和優選於高解析度oct成像，較長的波長常用於和優選於經由散射組織和材料的深度滲透oct成像。vcl可設計為在所有這些波長處運行。優選實施例中的可調諧vcl技術的一大優點是長的相干長度。源的長相干長度使得能夠在長的光程長度延遲產生清晰的幹涉條紋周期，比現有技術中的時間長。圖8a示出用於掃頻源oct的現有光源技術的調諧。現有技術中的相對比較長的釐米至米的腔長度在腔內產生多種縱向雷射器模式。調諧機構由腔內濾波器或可調諧波長選擇端反射鏡中的一個組成，濾出一組縱調諧模式以形成雷射器輸出發射，如圖8a所示。優選實施例中使用的vcl在不同的體系下運行，其中幾微米長的法布裡-珀羅腔包括整個雷射腔，推動自由光譜範圍(freespectralrange，fsr)超出雷射器的調諧範圍和在整個fsr啟用無跳模單模調諧，如圖8b所示。圖8c示出了現有oct技術使用頻譜和掃頻源oct時相對於單個經過幹涉儀的延遲的oct靈敏度損耗。應注意的是掃頻源技術在24毫米(fdml)和10毫米(mems可調諧短腔雷射器)處有至少10db的下降，頻譜域oct僅在4-12毫米的光路延遲上有大於20db的下降。顯著相反的是，圖8d示出了用於優選實施例中的vcsel的oct靈敏度下降，其在100毫米以上的幹涉儀光學延遲上的下降小於2db，比任何以往的oct成像技術有至少一個數量級幅度的更好的性能。vcl的長的相干長度使能本發明一個實施例的長的成像圖像。長的相干長度也簡化了條紋校正和光學時鐘，將在本文中稍後描述。在本發明的優選實施例中，vcl雷射器在成像速度的寬範圍之外運行，並且能夠產生優先用於oct成像的波長調諧分布。vcl中的致動器的設計對於獲得寬範圍的調諧分布、掃頻重複率和波長掃頻範圍是重要的。圖9示出了vcsel中改變致動器幾何形狀時對調諧機構的頻率響應的影響。對於大約30μm的小盤直徑，設備在約290khz顯示出小阻尼(高q值)諧振峰值。該設備具有用於在約290khz以正弦波掃頻軌跡運行的較強偏好，具有與二階彈簧-質量-阻尼系統一致的動態響應，mx(t)+bx(t)+ksx(t)＝f(t)，其中m為致動器的集中(lumped)質量，b為集中粘性阻尼，ks為集中彈簧常數，以及f(t)力作為時間t的函數。增加盤直徑增加阻尼因數b，但它也開始添加擠壓膜阻尼效應。與擠壓膜阻尼相關的動態實際穩定極點和動態實際穩定零點在動態響應中變得明顯。因此，在具有30μm盤直徑的vcsel中觀察到的強的諧振峰值變寬，如在對於87μm和103μm設計的頻率響應曲線中所見。同時，由於與較短撓曲臂相關的致動器，較大的87μm和103μm設計具有更高的約400khz-500khz的共振頻率。較大致動器盤設備的較高的共振頻率和寬的諧振峰值(低q值)使得它們更優選用於寬範圍的掃描重複率和用於形成針對多操作模式的掃頻軌跡。本發明的一個優選實施例使用具有寬的諧振峰值的致動器設計，該諧振峰值具有低q值和高的固有共振頻率。vcl源獲得的寬範圍的掃頻重複率和掃頻範圍使單個設備具備在多個維度量級上的多尺度成像能力。對於需要很長成像範圍的應用，致動器的質量可被構建得較大而剛度較小以實現若干khz的低重複率的穩定掃頻。本發明的一個優選實施例使用較大質量致動器和較低硬度以在<20千赫掃頻重複率下獲得穩定的掃頻性能。顯示單個的vcsel設備從100khz到400khz的掃頻重複頻率的範圍內運行的試驗數據示於圖10中。如圖所示，該輸入驅動波形為正弦波驅動波形。雷射腔強度顯示了掃頻軌跡，也在圖中示出。從100khz到400khz工作點的對應的譜頻在圖11中示出。頻譜除了微小的變化幾乎是一樣的，這些微小的變化源於在長波長附近的對不同量時間的不同的掃頻分析，表明單個vcsel在掃頻重複率的寬範圍內運行的能力，以及用於優選實施例中以獲得可變的運行速度的掃頻光源的重要特徵。顯示單個vcsel設備在不同掃頻範圍內運行的試驗數據示於圖12中。頻譜顯示在許多不同掃頻範圍上的均勻功率分布，表明單個vcsel在跨越寬範圍掃頻範圍運行的能力，以及用於優選實施例中以獲得可變的掃頻範圍和解析度成像的掃頻光源的重要特徵。優選實施例的可調諧源包括雷射器腔內的至少一種增益材料。該增益材料可受光學泵浦或電泵浦。光學泵浦的情況下，來自泵浦雷射器的光激發該增益材料。本發明的一個優選實施例在vcl中使用增益材料的光泵激。圖13a示出了在敏捷成像系統中的光學泵浦的vcl1370的示例。光學泵浦雷射器1310自身具有由電流驅動器1330激發的增益材料1320。電泵浦的情況下，電流直接激發增益材料1360。光學泵浦vcl更容易製造，但需要外部的泵浦雷射器和支撐的光學器件和電子設備。泵浦波長的選擇影響腔內增益材料的頻譜增益響應。980nm的泵浦波長適於約1310nm中心波長的vcl以及使用磷化銦增益材料。780nm-850nm的泵浦波長適於約1065nm中心波長的vcl以及適用砷化銦鎵增益材料。電泵浦vcl的設計和製造比光學泵浦vcl更有挑戰，但最終通過消除泵浦雷射器和相關聯的光學器件和電子設備，具有潛在的成本節約和尺寸的優點。本發明的一個優選實施例在vcl內使用增益材料1360的電泵浦。圖13b示出了在敏捷成像系統中的電泵浦vcl1340的示例，其中增益材料1360通過電流驅動器1350電泵浦。oct系統的信噪比和靈敏度取決於若干因素，包括從樣本導向檢測器的光的收集效率和樣本照明的發射功率。在入射到樣品上的功率是有上界的情況下，高集光效率幹涉儀設計使用的分束比將更高百分比的光從樣品導向到檢測器，但是需要更高的光源功率，以達到合適的功率水平的樣本照射，因為分光比起作用以減少來自光源的光在樣本上。vcl的輸出功率可以也可以不必足夠高而用於oct成像應用。為了增加輸出發射功率，一個優選實施例中的可調諧源包括一個或多個光放大器。在一個優選實施例中，可調諧源包括至少一個光放大器，用於更高的輸出功率，以增加樣本上的功率而獲得高的oct靈敏度。在一個優選實施例中，可調諧源包括至少一個光放大器用於更高的輸出功率，以允許幹涉儀設計中的高集光效率以改進系統靈敏度性能。光放大器的示例為助推光學放大器(boosteropticalamplifiers，boa)，半導體光放大器(semiconductoropticalamplifiers，soa)，垂直腔半導體光放大器(verticalcavitysemiconductoropticalamplifiers，vcsoa)和摻雜光纖，而任何光放大器可用於提高可調諧源的發射功率輸出。在一個優選實施例中，可調諧源包括泵浦雷射器，光學泵浦vcl和一個或多個光放大器。圖14a示出了包括光學泵浦vcl1410和光放大器1420的示例系統。在一個優選實施例中，可調諧源還包括電泵浦vcl和一個或多個光放大器。圖14b示出了包括電泵浦vcl1430和光放大器1440的示例系統。光放大器放大射入其輸入口的光。而如果增益材料是不飽和的，增益材料本身的自發發射也將被放大。光的放大式自發射(amplifiedspontaneousemission，ase)貢獻計入在樣本上的曝光，但是對有用的oct條紋構造沒有幫助。當調節的曝光限制在樣本應用上時，未調諧的光因此降低儀器的靈敏度。這種光的未調諧的貢獻還增加測量的噪聲。因此，優選實施例使用可調諧源，其包括在基本飽和的運行狀態中使用的至少一個放大器。當對光放大器沒有輸入時，它將產生單獨的放大式自發射(ase)的光。此ase可被測量，例如，通過去除至放大器的輸入並使用光譜分析儀來測量ase頻譜。ase頻譜常用於表徵光放大器，並且常示於商用放大器的數據表中。而ase頻譜不一定代表放大器的增益分布。為此，ase的中心波長從調諧的中心波長偏移是有益的。為從boa獲得平衡的輸出頻譜，例如，期望ase的中心波長為相對於vcl的中心波長偏移的短波長。本發明的一個實施例包括ase的光放大器中心波長從調諧波長的中心偏置以在調諧波長上改進增益響應。在一個優選實施例中，ase的中心波長為相對於vcl源的中心波長偏移的短波長。大的調諧範圍需要大的帶寬增益響應。大的帶寬增益響應可用多量子狀態放大器獲得。一個優選實施例使用一個或多個光放大器，其結合了具有至少兩個受限量子態的量子阱增益區域。在優選實施例中，電流驅動器給可調諧源內的增益材料供應電流，並且該電流可被調節以改變輸出光輻射功率。調節電流至增益材料的詳細描述和用於合成優選波形的方法在本文中稍後描述。本發明的優選實施例使用在輸出發射的波長內可調諧的vcl源。由於vcl源中的光腔的光程長度改變，源調諧不同的波長。在一個優選實施例中，光程長度通過改變限定腔的兩個雷射反射鏡間的物理距離而改變。圖15a示出了具有通過改變兩個雷射反射鏡1510，1520間的物理距離而獲得的可調節的路程長度的示例vcl。在另一個優選實施例中，該光程長度通過改變限定光腔的兩個雷射反射鏡間的任何一個或多個材料的折射率n而改變。圖15b示出了具有通過改變限定光腔的兩個雷射反射鏡間的任何一個或多個材料1530的折射率n而獲得的可調節路程長度的示例vcl。在許多實施中可獲得在vcl的光腔的光程長度的改變。一個優選實施例包括調諧元件，其為靜電致動mems結構或機構，並且移動限定vcl源的光腔長度的至少一個雷射反射鏡。另一優選實施例包括調諧元件，其為壓電換能器致動結構或機構，並且移動限定vcl源的光腔長度的至少一個雷射反射鏡。另一個優選實施例調諧元件，其為換能器致動結構或機構，並且移動限定vcl源的光腔長度的至少一個雷射反射鏡，該換能器能夠微米級運動。調諧元件可物理調節限定雷射腔的兩個反射鏡間的間隔，如前所述，或該協調元件改變限定光腔的兩個雷射反射鏡間的任何一個或多個材料的折射率，同時使得兩個反射鏡之間的物理間隔相同。一個優選實施例包括調諧元件，其為液晶設備，能夠調節vcl源的光腔的光程長度。另一個優選實施例包括調諧元件，其為半導體材料，能夠調節vcl源的光腔的光程長度。本發明的另一個優選實施例包括調諧元件，其為設備或材料，能夠通過改變折射率調節vcl源的光腔的光程長度。在一個優選實施例中，多種機構相結合用於調節雷射器的光腔長度。例如，一個優選實施例包括與靜電致動mems結構結合的壓電換能器，以調節反射鏡間的間隔，並可進一步與經受折射率改變的材料結合。應理解，所有影響vcl雷射器腔的光程長度的設備和材料都併入本發明。vcl源優於先前可調諧源技術的一個顯著的優點是微米級vcl源的腔長使得在短時間內通過光學增益材料發生多次往返。過去所示的大多數傳統的整體光學器件和短腔雷射器設計在速度上受到限制，這是由於相對長的時間用於建立ase來以調諧雷射發射。而較長的空腔雷射器被限制在其最高掃頻，vcl源能快速實現增益材料飽和以使得更快速率下的掃頻。本發明的一個優選實施方案可以在調諧元件的動態性允許的所有速度下操作。vcl源的快速光子動態性也使能高質量的雙向波長調諧。本發明的一個實施例使用波長掃頻的兩個方向執行oct成像。在某些應用中，比如長距離成像或都卜勒oct中，優選的是僅用一個方向的掃描成像。本發明的一個實施例使用波長掃頻的正向或反向執行oct成像。正向掃頻是從短波長到長波長的掃頻，反向掃頻是由長波長到短波長的掃頻。本發明一個實施例的敏捷成像系統可以兩個方向的波長掃頻或一個方向的波長掃頻成像，運行期間可能採用混合模式，運行模式的選擇基於手頭的成像應用要求。可調諧源的設計也影響成像系統的性能。邊模分離取決於雷射腔在哪種模式中運行。本發明的優選實施例中，雷射腔在約m＝1處運行，使得邊模從主雷射器線路中分離來幫助抑制或除去不需要的邊模。一般情況下，理想的是抑制邊模以減少成像偽影(artifact)。當雷射器輸出頻率由調諧控制信號靜態調諧時，本發明的一個優選實施例具有高於20db的邊模抑制比。vcl雷射器能夠調諧單縱模，這能夠實現一種非常長的相干長度。當雷射器輸出頻率由調諧控制信號連續調諧時，優選實施例具有可調諧源，其具有長於30mm的相干長度。較長的相干長度對於許多成像應用是可能的和期望的。調諧軌跡和驅動波形合成如果調諧波形從調諧元件的固有動態特性改變該調諧元件的調諧響應，本發明一個實施例中的oct成像性能可被改善。在掃頻源oct中，因為尼奎斯特(nyquist)採樣的要求以及a/d數據採集採樣速率和帶寬上的上限，最大峰oct條紋頻率限定設備的最大成像範圍。優選實施例執行掃頻軌跡用於最小化峰值oct條紋頻率。峰值條紋頻率通過延伸波長掃頻發生的時間而被降低。因此，成像掃頻時間對非掃頻時間的高佔空比對於oct是有益的。峰值條紋頻率也可通過在連接開始和結束波長的軌跡內最小化峰值波數內的變化率被降低，最優的解決方案是波數位置的直線(斜率)和波數速度的恆定。理想的掃頻軌跡將是高佔空比和線性的k空間(波數)。在實踐中，致動器的動力學在可獲得的加速度方面有限制，並且存在多種能夠被激發的諧振模式。因此，考慮傳動裝置動力學的最佳的掃頻軌跡可能不是完全線性的，以最小化峰值條紋頻率。本發明的優選實施例用於產生在致動器動力學內的使峰值條紋頻率最小化或者減少的掃頻軌跡。有時需要強調線性掃頻和折衷峰值條紋頻率目標。例如，當由oct系統光學時鐘控制時，某些a/d轉換器工作最好在恆定的時鐘頻率下工作。一個優選實施例產生掃頻軌跡，其作用以在折衷峰值條紋頻率的潛在成本下線性化該掃頻。本發明實施例中幹涉條紋的實驗例示於圖16和17，已經以波形驅動作用以相對于波數線性化該掃頻軌跡，以便減少峰值條紋頻率和在掃頻期間保持條紋頻率恆定。圖16a和16b分別示出了在多個周期的驅動波形和條紋響應和一個周期上的變焦。掃頻主要是k線性，佔空比很大，其中以長的成像掃頻和短的回掃掃頻執行單向掃頻成像。圖17a示出了條紋的詳細變焦，圖17b示出了條紋相位隨時間的演變，圖17c顯示了試驗條紋間距相比於最優條紋間隔，而圖18示出了相應的放大頻譜。在該示例中，可調諧光源具有在時間上線性化的輸出頻率，線性比優於約1.2。該波形對於給定的a/d轉換器速率在致動器的正弦波響應內改善了oct成像範圍。本發明的一個優選的實施例使用調諧波形以提高掃頻線性以對於給定的最大a/d採樣時鐘速率實現較長的oct成像範圍。oct的高速應用通常受益於使用雙向掃頻，這是因為調諧元件，不必執行完整回掃並返回至起始波長，從而提高佔空比。圖19示出了線性化、高佔空比、雙向掃頻的馬赫-曾德爾幹涉儀的實驗oct條紋數據。本發明的一個優選實施例使用正向和反向掃頻獲取數據。接近致動器的諧振頻率，並不總能線性化掃頻。圖20a示出了在500khz，接近諧振下工作的vcsel器件的驅動波形和掃頻軌跡，而圖20b示出了使用雙向掃頻的兩個掃頻方向的以1mhz軸向掃頻速度獲得的人指甲(humanfingerpad)相應的oct圖像。然而，長的成像範圍oct應用可以受益於單向掃頻，其對於給定的vcl重複率降低波長調諧與時間的比率。圖21a和21b示出了卷帶的長範圍oct圖像。某些oct成像模態，例如都卜勒oct，也可得益於單向掃頻，因為這種方法依賴于波長間的精確的和固定的時間差，其使用相鄰的雙向掃頻不能獲得。一個優選實施例只使用正向或反向的掃頻用於oct成像。本發明的另一優選實施例可以在使用正向和反向的掃頻用於雙向成像和僅使用正向或反向掃頻用於單向成像之間切換，正如oct成像應用所要求的那樣。在oct中，波長掃頻的長度、波長掃頻的軌跡以及掃頻重複率都對峰值條紋頻率有所貢獻，峰值條紋頻率對於給定的a/d採集速率確定了最大成像範圍。因此在掃頻源oct成像中，掃描範圍(與oct的軸向解析度相關)、掃描重複率，以及成像範圍間存在固有的折衷。oct系統靈敏度和軸向掃描速率之間也存在固有的折衷。由於這些原因，期望能夠改變雷射器的掃頻重複速率以適應和優化於不同的成像應用。在一個優選的實施例中，vcl使用靜電mems調諧元件，有可能在當掃頻重複率在1's，10's，或100's的赫茲範圍內的大約一個掃頻周期內改變軌跡。至所述驅動元件的波形可在數據集獲取期間改變，但也可在一數據採集期間改變。本發明的一個實施例允許在單個數據集內的運行模式混合的採集。例如，體積3d採集可以重複b-掃描，以及在長的成像範圍、鬆弛軸向解析度和短的成像範圍、高解析度之間替換以獲取所述樣本的附加信息。通過權衡掃描速度或掃描範圍，成像範圍可被調節，同時停留在採集帶寬內。在採集期間將關於改變掃頻範圍和掃頻重複率的成像模式混合在一起，顯示出了本發明靈活性和靈敏性的高度。然而，本發明一個優選實施例運行，使得調諧波形在基本固定的重複率下掃描vcl源。本發明另一優選實施例運行，使得調諧波形在基本固定波長的調諧範圍內掃描vcl源，保持軸向解析度。本發明一個優選實施例以固定重複率，固定波長掃頻和固定軌跡運行。這種運行模式有益於oem供應商在多種產品中使用標準的oct引擎。在更一般的情況下，一個實施例包括可調諧源，其以可變的驅動波形驅動以獲得關於掃頻重複率的不同的運行模式。也在更一般的情況下，一個實施例包括可調諧源，其以可變的驅動波形驅動以獲得關於掃頻範圍的不同的運行模式。驅動調諧元件的波形可從模擬源或數字源合成。產生波形的電子產品的關鍵特徵是能夠通過改變輸入參數調節波形形狀。本發明的一個優選實施例使用d/a轉換器以從數據的數字流產生波形，該數據可以從其存儲形式中讀取或在運行中合成。微處理器、微控制器、fpga、dsp、具有存儲和計數(尋址)能力的電路，或類似的數字處理單元可連接到d/a，用於控制數據流和負載波形數據。該驅動波形可以表示為一數學函數，也可以是一系列任意波形值。可單獨控制的一系列任意波形值，例如可以表示為存儲器陣列，在其中能單獨調節每個值，可以被表示為一系列的δ函數。本發明的另一個優選實施例使用一系列模擬振蕩器，其中幅度和相位可調節，並通過加合振蕩器和直流偏置電壓的輸出生成波形。包括適當的驅動電子器件以將波形信號連接到調諧換能器或調諧材料。本發明的優選實施例使用了調諧波形，該調諧響應波形從調諧元件的固有動態性改變該調諧元件以獲得調諧響應，該響應優選通過改善以下至少一種以用於成像：掃頻重複率、掃頻速度、掃頻加速度、掃頻範圍、掃描的線性和掃頻佔空比。在最一般的情況下，優選實施例確定了調諧響應以提高oct成像性能。可以使用許多不同的驅動波形來驅動本發明的可調諧源。在一個優選實施例中，數學模型的調諧軌跡可被優化，產生的優化模型的驅動波形施加到實驗裝置。本方法也適用於某些調諧元件動態特性並且當該模型接近地匹配實驗動態特性。還可以在優化迴路中實驗性地以可調諧源優化波形。在任一情況下，對波形進行參數化並應用於模型或實驗硬體。可以手動調節波形的參數。而在優選實施例中，波形的參數通過優化算法調節。本發明的一個實施例通過利用監控器2230測量自vcl的輸出發射的光學性能，以及調節到達用於驅動vlc2240的調諧驅動器2220的軌跡，來自動操作波形合成，如圖22所示。調節步驟可以通過一個控制器2210進行，該控制器將監測信號作為輸入，並使用監測信號中的信息來調節波形。所述控制器可以是能夠計算出正確的修正的處理器、fpga、微控制器、模擬電路或其它電子電路。該控制器可被嵌在調諧驅動器中或可以是外部的計算單元。該控制器也可以是計算機，連接到或者與oct成像系統通信。圖23示出了合成圖22中的反饋裝置給定波形的一種方法的流程圖。本發明的一個實施例使用一種方法合成驅動波形，該方法包括：將所述調諧波形表達為可調節輸入參數的值的函數以創建調諧波形表達式2310，將所述調諧波形應用到調諧元件或可調諧源動態性的數學模型以產生至少一個實驗測量或模擬的波長掃描2320，計算基於實驗測量或模擬的波長掃描的性能度量或目標函數的值2330，以及調節輸入參數的值以優化性能度量的值或目標函數2340。一般情況下，該方法重複該步驟多次作為具有一個調節或校正的優化過程的一部分，對於每一次迭代應用於輸入參數，直到滿足終止標準2350。在優選實施例中，設計目標是最通常地示為要優化的目標函數或性能度量。約束還可以被應用到系統的輸入和輸出上並包括在目標函數或作為對優化過程的約束。另外，還可以結合多個性能度量以形成多目標的性能度量。波形可以用數學等式，或僅僅是以數據陣列，或以可調節數據點的組來表示，其中在數據陣列中的每一個數據點為可調節的。一個實施例使用包括基本函數的組合的調諧波形，所述調諧波形改變自調諧元件的固有動態性的調諧元件的調諧響應。等式4示出一種通用的電壓波形v的表示，作為時間t的函數，即n基函數的組合bt(t)，其中，每個ai是第i個基礎函數的基礎係數並作為調節輸入參數定義所述驅動波形。v(t)＝a1b1(t)+a2b2(t)+a3b3(t)+…+anbn(t)等式4用於合成驅動波形的方法可以包括表達式，該表達式包括一dc偏移值作為可調節的輸入參數。用於合成驅動波形的方法可包括表達式，該表達式包括具有不同頻率的正弦函數的求和，所述正弦函數具有可調節振幅和相位作為可調節輸入參數，或者等效地包括正弦和餘弦函數，該正弦和餘弦函數具有固定相，以通過平衡正弦和餘弦的相對貢獻來提供相位可調節性。用於合成驅動波形的方法可以包括表達式，該表達式包括具有可調節的輸入參數的啁啾餘弦函數。用於合成驅動波形的方法可以包括表達式，該表達式包括以控制點作為可調節的輸入參數的樣條函數。在更一般的情況下，合成驅動波形的方法可包括表達式，該表達式包括以輸入值作為可調節輸入參數的數學函數，包括但不限於所選擇的一個或多個：平方根函數、第n級方根函數(其中n是整數、小數、或分數值)、指數函數、對數函數、平方函數、第n功率函數(其中n是整數、小數、或分數值)、三角函數、階梯函數、脈衝函數、伽馬函數，高斯函數，線性函數、三角函數、分段函數，以及信號表示領域已知的其它函數。在最一般的情況下，合成驅動波形的方法包括表達式，該表達式包括以輸入值作為可調節的輸入參數的數學函數。可以實施許多可能的數學函數。接下來是一些實際的例子。等式5示出了與正弦函數的和結合的dc值。正弦函數的頻率是掃頻重複率ω和諧波的基頻：v(t)＝a1+a2sin(ωt+a3)+a4sin(2ωt+a5)+a6sin(3ωt+a7)+...+an-1sin((n/2-1)ωt+an)等式5補償該致動力的電壓平方項(參見圖3)，這將有益於計算電壓作為平方根的數學函數，如等式6所示，為了改善收斂速率。另一有用的波形包含分段級聯的啁啾餘弦函數，如等式7所示，用於產生在圖16a、16b、19和20所示的驅動信號。m個分段中的每個波形由啁啾餘弦函數和選擇的參數an,sn,pn,ln,dn和en定義，使得函數曲線平滑，以及使得其在邊界具有更高階導數。其中an是第n個組合波形的相對幅度，sn是用於第n個組合波形的功率方面(powerterm)的相移因子，ln是第n個組合波形持續的比例因子，dn是第n個組合波形的相對的相位延遲因子，pn為第n個組合波形的功率因子，en為第n個組合波形的相對偏置，tn為m個啁啾餘弦函數中每一個的分段切換時間，t表示時間：v(t)＝vdc+vac·vp(t)等式7其中在由等式7所描述的上述方法中，tm通常等於驅動波形的周期，當t≥tm時，t復位到零以重複波形。vdc為直流偏置術語，且vac為重複波形(repetitivewaveform)分量vp(t)的比例因子。如圖16和19所示，可包括對波形的微擾(smallperturbation)以抵消在mems致動器中的諧振以獲得優選的掃頻行為。可確定一調諧元件的動態性的數學模型，使得該數學模型和實驗表現基本相同。數學模型可以來源於第一原理與建模參數進行調節以匹配實驗數據。該數學模型也可通過使用系統識別的方法獲得。一種有用的建模方法從運動控制領域使用子空間識別方法，在不同的偏轉位置識別線性近似模型，以及內插該線性模型作為調諧位置的函數。作為用於合成波形方法的一部分，該波形可應用於該實驗裝置或模型以確定或預測所述波長調諧響應。本發明的優選實施例中，性能度量與波長調諧響應相關聯。例如，在oct中，期望將最大峰值條紋頻率最小化，以對於採集系統帶寬上給定的約束條件實現長距離成像。在一個優選實施例中，在調諧元件掃頻時，來自監視器的實驗測量是來自所述可調諧光源發射的幹涉條紋。條紋的過零點表示相等波數間隔的位置。一個優選實施例定義了性能度量為時間上的最小的光學幹涉條紋過零點間隔或其等同物，其最大程度地減少條紋速度。條紋速率也可以從應用到條紋數據的希爾伯特變換來確定。類似地，本發明的一個優選實施例使用最大峰值條紋頻率作為被最小化的度量。給定估計的條紋頻率向量(其中，該估計是從實驗裝置的實驗測量或從掃頻的成像部分中的模擬模型中計算出的)，以及可調節的輸入參數的向量，待最小化的性能度量g由給出。最小化幹涉條紋頻率本身不足以定義優化目標，因為優化器將驅使波長掃描範圍降低到零以最小化條紋頻率。因此需要要求優化器在優化期間最低程度地覆蓋期望的掃頻範圍。理想的開始(短的)和結束(長的)波長可以分別定義為和並且包括在優化中作為約束。例如，可採用約束數值優化的外罰方法，其中和且其中和由實驗測量或由開始和結束波長的估計決定。將性能度量與補償函數和可調節的懲罰參數c結合，目標函數變為當可調節懲罰參數c的值增大，外罰函數的效果變得越顯著。在最小化峰值條紋頻率和獲得如公式表示的理想掃頻範圍之間存在平衡。通常，c值逐步增大直到實現足夠的波長調諧範圍。在實踐中，設置和略微超過所需的波長調諧範圍，從而可以使用中等的c值調諧範圍而仍然達到調諧範圍目標。外罰函數方法的通常的形成已進行了描述。其它優化方法，包括用於實現設計目標的外部補償方法的其它形成，內部補償方法，及其它方法也屬於本發明的範圍。替代地，可確定預定軌跡，且可將模型或實驗的跟蹤誤差最小化作為性能量度。本發明的一個優選實施例定義所需的響應軌跡，並且作用以在實驗響應軌跡和所需的響應軌跡之間最大程度減少跟蹤誤差。軌跡可以相對于波長或波數來定義。由於mems可調諧vcsel調諧波長與致動器位移成比例，為方便起見，波長被用於此實例中，然而相對于波數存在等同的公式化，且這兩種方法可互換使用。所需軌跡應該考慮致動器動力學中相對於最大速度、最大加速度和驅動電子設備的最大轉換速率限制。所需軌跡相對於位置也應該是平滑的(連續導數)。為避免在mems致動器中引起諧振，所需軌跡在例如速度和加速度位置的高階導數也應是平滑的。已經在運動控制領域開發了許多方法用於產生有效的軌跡，以在靈活致動系統中達到位置快速收斂或速度目標。這些軌跡通過分段級聯以及考慮轉變點平滑及遵循速度和加速度的約束，例如，梯形輪廓，s-曲線、擺線、半餘弦、多項式、和其它參數化曲線，獲得平滑性目標。用於單向掃描的所需軌跡的示例將開始和結束的波長與波數中的恆定速度段聯合來實現掃頻的線性部分。在掃頻結束時，軌跡反轉方向，而不超過致動器加速度極限。掃頻的回掃部分返回所述mems調諧元件到略超過起始波長位置的位置上，使得mems調諧元件可以再次反向並加速至下一個恆定速度波數掃頻開始所需要的速度和位置。給出實驗波長軌跡理想的波長的軌跡跟蹤誤差向量可以形成為優化的性能度量即跟蹤誤差向量尺寸的測量被定義。一個可能的度量是平方差之和(ssd)，它是在l2模的平方形式。用於將ssd測量應用到誤差向量的最優化度量將是：較高功率的模(norm)，包括無窮模，也可以用來增加與高的跟蹤誤差相關的跟蹤處罰。對理想軌跡的任意接近度的量度可以作為度量，包括但不限於最大跟蹤誤差，跟蹤誤平方差之和，以及跟蹤誤差上的任何模。也可以應用不同的加權到掃頻的不同部分。例如，使用加權係數或加權函數可以加重掃頻的成像部分的區域使其權重高於周轉和回掃的區域，由此強調掃頻的成像部分的跟蹤質量。如果波形的解析產生超過所述驅動電子設備容量的電壓，則對於微擾的靈敏度，例如與許多優化算法相關聯的有限差擾動，將會削弱，這會減小優化處理的有效性。在優化期間，限制由驅動波形表達式所產生的輸出電壓有利於避免飽和電壓放大器的飽和和避免產生負電壓。分別給出最大和最小電壓vmax和vmin和波形中的電壓的向量，額外的約束可包括在優化目標函數中。最大和最小約束函數和可被定義和包括在目標函數中：性能度量的計算需要掃頻軌跡的估計，或者掃頻軌跡特性的測量。當調諧元件掃頻時，該測量通常可關聯於來自可調諧光源發射的或模擬輸出的波長-時間響應。監控器包括在本發明中用於測量掃頻響應。圖24示出了具有光學監控器2410來測量vcl輸出的可調諧源的框圖。光學監控器被稱為監控檢測器，監視模塊、或監視器，在本申請中其全部等同。該監控器使用從vcl輸出的一小部分光用於測量目的，並將光的大部分傳遞到oct幹涉儀，用於成像目的。來自監控器的關於掃頻的信息用於輸入到控制器2420，這反過來又產生了一個波形軌跡2430被施加到實驗裝置。圖24示出了直接監控vcl的輸出。圖25示出了在放大2520前監控2510vcl的輸出。直接監控vcl的輸出或在放大之前，可提高測量，沒有來自放大器的ase的潛在影響。圖26示出了後放大2670後監控2610vcl的輸出，其是理想的，如果來自放大器的ase沒有損害測量。圖26示出了監控器2610和控制器2620，連接至波形發生器2630，調諧驅動器2640和電流驅動器2650，用於vcl2660和光學放大器2670。該圖中所述波形發生器可以是d/a轉換器，而電流驅動器2650可以從控制器被打開或關閉，例如取消掃描。一般情況下，d/a轉換器和控制器可以被集成到調諧驅動器。d/a轉換器和控制器還可以從電流驅動器分離出來。d/a轉換器也可以包括在前或作為電流驅動器的部件以為電流驅動器提供波形產生能力。通常情況下，d/a轉換器和控制器可集成在電流驅動器中或存在於電流驅動器前面。圖27示出了用於測量作為監控器部件的vcl源的調諧響應的方法。波長掃頻時，馬赫-曾德耳幹涉儀產生幹涉條紋，如圖27a所示。如果馬赫-曾德耳幹涉儀是色散平衡的，則條紋過零點(或相位)表示相等的k(波數)間隔。如果mzi的光路長度是已知的或者已經通過實驗校準，則k間隔的尺寸也是已知的。如果mzi不是色散平衡的，如全光纖mzi，則該色散可被計算出或通過實驗確定，並且被用於估計k間隔。校準信號可來自光纖布拉格光柵，如圖27b所示。用於此目的的fbg3340示於圖33中。對波長校準信號的同時採集，允許通過從校準的波長計算波數增量來實現波長掃頻相對於時間的絕對校準。光纖布拉格光柵、法布裡-珀羅濾波器、光柵和檢測器，或任何其它濾光器也可以用於產生波長選擇信號。所述校準信號也可以來自由光譜分析儀或其他頻譜分析裝置所獲得的掃頻頻譜的測量，如圖27c所示。如果該條紋不具有任何固定點(方向反轉)，則最大和最小極限頻譜信號表示掃頻的開始和結束波長，波數單調地增加或減小以允許k間隔的直接計數從而校準掃描軌跡。波長校準信號可以用a/d變換器獲得，即當a/d轉換器獲取mzi幹涉條紋時定時測出(clockedoff)該信號。該校準信號也可以來自計數電路，其相對於馬赫-曾德耳幹涉條紋定位在時間上的信號。所獲取的數據可在處理或電子裝置中被過濾，以提高解決頻譜峰值的能力。不同的波長測量法和實驗裝置示於圖28中。光纖耦合器2810接收輸入光，並將光分成兩個路徑，每個路徑都由光電檢測器2820檢測，如圖28a所示。光纖耦合器的分光比與波長相關。圖28b示出了光纖耦合器在1050nm附近運行的傳輸的實驗測量。通過耦合器的功率保存，使得隨著輸出1傳輸的功率降低，輸出2傳送的功率相應地增加。從連接到光纖耦合器輸出的兩個檢測器d1，d2的輸出，規範化的傳感器測量sest以及功率估計pest可以作為時間t的函數被算出，其中光纖耦合器輸出對功率水平和檢測器g(sest)的波長依賴性是不變的，如和pest(t)＝g(sest(t))*(d1(t)+d2(t)).傳感器測量sest和測量光的波長間存在一對一關係，這可以通過所述傳感器和一組校準點的波長測量儀器的輸出的實驗測量來確定，如圖28c所示。給定傳感器測量時，則相應的光的波長可以通過圖28c中內插數據確定，從而確定輸入光的波長。知道光的波長，使得檢測器增益相關的的波長g(sest)，被計算出來。取得來自兩個檢測器和一個a/d轉換器的數據，對於每個檢測器信道允許記錄光的波長的時間歷程。校準傳感器測量的時間歷程中的點，使得能夠估計光波長-時間，如圖28d實驗性地所示。功率也可以類似地估計。本發明的一個優選實施例在監控器的波長傳感器中使用光纖耦合器。其它使用波長敏感分光器或濾波器實施波長傳感器的方法也是可能的。波長相關的濾波器可以將光的一部分傳輸到第一檢測器和將其它部分的光反射到第二檢測器。本發明的一個優選實施例在波長傳感器中使用由介電或多層塗層製成的濾波器。一個優選實施例包括監控檢測器，其包括波長相關組件，用於將光分離作為進入多個信道的波長和所測量光的不同信道的相對功率的函數。一個優選實施例包括監控檢測器，其包括波長相關組件，用於將光分離作為進入多個信道的波長和所測量光的不同信道的相對功率的函數，以估計掃頻的波長-時間。一個優選實施例包括監控檢測器，其包括波長相關耦合器、分束器或濾波器，用於將光分離作為進入多個信道和兩個二極體檢波器的波長的函數，以測量光的不同信道的相對功率，從而估計掃頻的波長-時間。優選實施例合成基於一組波形參數的波形，應用該波形，計算出響應上的性能度量，以及更新波形參數，其目標是提高掃頻性能。在一個優選實施例中，該步驟被重複多次，並且輸入參數由優化算法調節。在一個優選實施例中，該步驟被重複多次，並且對於每一次迭代，對輸入參考進行修正。適當的優化算法可以選自任何值優化領域中已知的許多優化算法。在優選實施例中，優化算法可從以下的一個或多個中選擇：牛頓法、擬牛頓法、梯度下降、平行的隨機梯度下降、共軛梯度、遺傳算法、模擬退火算法、爬山算法、或數值優化領域中已知的任何其它優化算法。許多優化算法在確定搜索方向向量和沿著該搜索方向向量執行線搜索之間替換。在一個優選實施例中，優化算法作為優化的一部分，沿著搜索方向向量執行線搜索。在一個實施例中，所述優化處理掃頻源運行時持續進行，不斷嘗試提高性能並保持所需的軌跡。在另一個實施例中，優化算法迭代直到滿足終止準則。在一個實施例中，優化在工廠中oct儀器出售之前執行，以獲得所需的掃頻軌跡或軌跡。該波形被保存和儀器在現場重放波形。在另一個實施例中，優化算法在使用成像系統期間迭代，產生一個新的所需的調諧軌跡。這可發生在儀器售後用戶應用或手頭成像任務需要時。可調諧源可在不同的環境條件下運行。也可能是可調諧源中的部件可能老化。在一個實施例中，優化算法在使用成像系統期間迭代，以補償對調諧元件動態性的改變。在一個優選實施例中，波形被合成和存儲用於回放，如果致動器動力學不隨時間變化或環境條件改變，該方法適用。在另一優選實施例中，優化處理在運行或部署期間被執行，以在動力學改變下保持所需的軌跡或產生新的軌跡，可能在運行中。可以感測掃頻性能的變化並且對驅動波形做小的修改，以補償而不進行完全的優化。一個優選實施例使用閉合環路控制，以在環境變化、溫度的變化、內部充電、設備老化，或任何其它對裝置的致動或動力學幹擾下保持所需的掃頻軌跡。更具體地，優選實施例採用具有閉環控制的可調諧雷射器，以保持所需的掃描軌跡存在環境變化、溫度變化、內部充電、設備老化，或其它幹擾，所述閉環控制讀取對波長敏感的觸發信號，並通過改變單個或小的波形參數的子集，適當地調整vcl源的調諧機構的致動器或傳感器的驅動波形。一個優選實施例在閉合環路中改變作為波形參數的驅動波形的dc電壓。可能的是，可調諧源的部件在運行期間產生電荷。本發明的一個優選實施例使用調諧元件的驅動信號，其可反轉電氣極性，以補償或抵消致動器電氣充電的影響。本發明的優選實施例通常使用雷射器中的調諧元件，它的設計能阻止充電。如上所述，可以結合多個單個的度量值用於多目標優化。優選實施例的方法包括該性能度量或目標函數包括在掃頻期間所述最大峰值的波數速度或其等同物的情況。該方法包括性能度量或目標函數包括最大峰值光學幹涉條紋頻率或其等同物的情況。該方法包括性能度量或目標函數包括在時間上的最小光學條紋過零點間隔頻率或其等同物的情況。優選實施例的方法包括性能度量或目標函數包括掃頻線性化的程度相對于波數-時間或其等同物的情況。該方法包括性能度量或目標函數包括掃頻的佔空比或其等同物的情況。該方法包括性能度量或目標函數包括掃頻範圍或其等同物的情況。該方法性能度量或目標函數包括實驗或模擬掃頻軌跡間差的測量及所需掃頻軌跡或其等同物的情況。該方法包括這樣的情形，其中性能度量或目標函數包括實驗或模擬掃頻軌跡間差的測量和所需的掃描軌跡，其中對所需軌跡的任意接近度的量度可以作為度量，包括但不限於最大跟蹤誤差，跟蹤誤差的平方差之和，及跟蹤誤差上的任意模，或其等同物。頻譜包絡成形波長掃頻的頻譜包絡以及相關的幹涉條紋確定oct軸向點擴展函數(psf)的形狀，如圖4d和4e所示。圖4d和4e所示的情形1中，如果在掃頻的開始或結束頻譜包絡具有銳利的或硬邊緣的過渡，則產生顯著旁瓣。這些旁瓣在oct數據中產生偽影(artifact)，可誤導關於oct數據的解釋，並且可能導致圖像處理分割錯誤，從而導致錯誤的距離或厚度測量。通過將包絡頻譜成形為近似高斯分布或許多開窗、切趾法的任一個，或錐形函數，如漢明、漢寧、餘弦、布萊克曼、納託爾、或本領域已知的任何信號處理領域已知的開窗函數可以減小旁瓣。將頻譜包絡成形為一個近似高斯函數，如圖4d和4e中情形2所示，相比於情形1，顯著降低了旁瓣。將高斯包絡變窄來驅動開始和結束邊緣轉變到接近零的平滑過渡，進一步減少了旁瓣，如圖4d和4e的情形3所示。而隨著切趾的增加，oct軸向解析度的逐漸損失，如圖4f所示。通常情況下，頻譜與切趾的漸進的成形，導致旁瓣的減少，但代價是oct的軸向解析度。然而，如果頻譜包絡在短波長和長波長之間平衡不好，或有浸入所述頻譜，頻譜成形可通過獲得更優先的頻譜形狀和頻譜寬度來降低旁瓣並提高oct軸向解析度。在後處理中使用數位技術成形頻譜包絡在oct系統中是常見的。然而，在oct成像的情況下，其中存在最大允許的樣本上的曝光，在後處理中成形頻譜必然導致未達最佳標準的oct靈敏度，因為切趾法中(apodization)衰減後(attenuated)的掃頻區域中的過量的光被視為曝光，從而減少了應用到掃頻中較小切趾區域的實際的光量。因此優先在光源成形頻譜，從而從樣本返回的光已經是優選的頻譜形狀。本發明的優選實施例包括至少一個電流驅動器，其能夠影響波長掃頻的頻譜包絡。該電流驅動器激發可調諧源中的增益材料，以控制輸出發射水平。在一個優選實施例中，電流驅動器連接到可調諧源中的泵。在另一實施例中，該電流驅動器直接激發vcl增益材料。在另一個實施例中，該電流驅動器激發光放大器中的增益材料。在掃頻中適當調節電流驅動器中的電流允許頻譜掃描包絡的成形。可以使用許多不同的電流驅動器實施。優選實施例具有具有低噪聲的電流驅動器來減少雷射器的相對強度噪聲(relativeintensitynoise，rin)。在期望成形增益或輸出頻譜作為實踐函數的情況下，至增益材料的電流可以與掃頻同步地改變。在這種情況下，理想的是電流驅動器具有高的帶寬以支持頻譜包絡的動態成形直至儀器的最高掃頻重複率。所期望的包絡成形取決於oct成像或者測量應用。本發明的一個優選實施例調節電流驅動器的輸出電流作為時間的函數，以在頻譜上對輸出發射成形而減少oct的點擴展函數旁瓣。光的吸收取決於樣本的特性。例如，眼睛的玻璃體中的水吸收光作為波長的函數。為了保持好的軸向解析度，期望預成形自樣本臂的光的頻譜以補償樣本的性質，使從樣本返回的光對於oct的軸向解析度和oct的點擴展函數的旁瓣性能具有所需頻譜組成。本發明的一個優選實施例調節電流驅動器的輸出電流作為時間的函數，以在頻譜上對輸出發射成形而補償樣本的光學性能。本發明的另一個優選實施例調節電流驅動器的輸出電流作為時間的函數，以在頻譜上對輸出發射成形，而當有曝光極限時優化對樣本的曝光。當正向和反向掃頻均用於成像時，對於正向和反向的頻譜包絡均可被單獨地優化。本發明的一個優選實施例使用正向和反向掃頻用於成像，優選的頻譜包絡獨立地用於每一個掃頻方向。當僅正向或反向掃頻被用來成像，電流驅動器的輸出電流調節為時間的函數來取消所述可調諧源正向或反向的掃頻是有利的。取消正向或反向掃頻來單向掃頻成像可減少與樣本的累積或平均曝光，從而允許功率集中在掃頻的有效部分。本發明的一個優選實施例以掃頻或所取消掃頻的一部分成像。本發明的另一個優選實施例以掃頻或取消的掃頻的一部分成像以減小到樣本的曝光。本發明的一個優選實施例僅運行正向掃頻用於成像。本發明的另一個優選實施例僅運行反向掃頻用於成像。當樣本的曝光是不考慮的，就不需要取消未使用的掃頻。當電流驅動器以恆定電流被驅動時，如果可調諧源的輸出的頻譜包絡是滿足的，沒必要通過電流控制執行頻譜成形。本發明的一個優選實施例運行電流驅動器，使得該電流驅動器的輸出電流在時間上固定。本發明的優選實施例自動地基於可調諧源的輸出發射的測量確定到電流驅動器的電流分布。輸出測量可來自本發明的監控器部分。該調節可由控制器將監控器信號作為輸入並使用監控器信號中的信息以調節波形來進行。該控制器可為可計算出適當修正的處理器、fpga、微控制器、模擬電路或其它電子電路。該控制器可嵌入在電流驅動器中或為外部的計算單元。該控制器也可以是計算機，連接到oct成像系統的處理單元。圖29示出了用於自動地確定適當電流分布的方法的示意圖。相對於可調節的輸入參數電流分布確定。初始化輸入參數2910。輸入參數的初始值可基於先前的經驗，最好的推測為，相同值的全部常數或全部零。其它初始化值是可能的，但通常優先選擇接近解(solution)的一組初始化值以減少優化的時間。優化算法調節輸入參數2960的值，計算出電流軌跡2920，將電流軌跡應用於實驗裝置2930，以及獲得響應2940。然後在試驗響應上計算出性能度量2950。如果終止要求得到滿足，則優化停止2970。如果終止準則不滿足，則優化繼續進行2960。如果相比於所需的掃頻包絡軌跡電流驅動器的帶寬足夠快，則該電流驅動器的動態性可被忽略，優化可被簡化。在一個優選實施例中，電流驅動器波形參數為一系列樣本點。每一個樣本點輸入到連接至電流驅動器的d/a轉換器，其中波形表示為樣本點的向量並且實施為作為計算機存儲器中的陣列。波形應用於實驗裝置和記錄的響應。在一個優選實施例中，條紋的包絡由希耳伯特變換施加的mzi條紋確定。在另一個優選的實施例中，條紋的包絡從波長的傳感器來確定，如圖28所示，其中作為時間函數的條紋的功率由適當量度的兩個檢測器的測量確定。確定包絡的其它方法包括在本發明中。給出理想的條紋包絡向量和實驗條紋包絡誤差向量可以由計算出。如果驅動波形d/a和傳感器a/d的採樣速率是相同的，則更新到樣本點的向量可使用增益α在迭代i上計算出，誤差為：較大的增益α導致驅動波形軌跡在每個迭代上的快速和大的更新，但是可在解周圍引起震蕩。較小的增益值導致較慢的初始收斂，但防止在解周圍振蕩。如果電流驅動器的動態性是顯著的，則與電流驅動器動態性相關的相位延遲可被包括在更新中，通過在時間上移位誤差向量作為頻率的函數。其它波形參數化和優化算法，如所描述的用於驅動波形合成的那些包含於本發明中。可以使用單個波長的傳感器來測量vcl輸出的性能和放大輸出的性能，如圖30a所示。具有高功率分光比的耦合器3010引導大部分光從vcl3080到光放大器3020。來自vcl3080的光的剩餘部分用於診斷，被導向至合成耦合器3030，其又連接到在波長傳感器3050中使用的耦合器3040。類似地，連接至光放大器3020輸出端的耦合器3060將大部分的光導向oct成像系統。其餘的光被導向組合器3030的輸入端。可以使用可選的衰減器3070，以近似地將vcl3080和光放大器3020的功率匹配到檢測器。當電流驅動器關閉時，光放大器對傳感器的測量不起作用，vcl的輸出被直接測量。該測量可以提供關於掃頻軌跡和所述vcl的輸出功率相對於時間的信息。掃描軌跡的知識和功率-時間允許計算出vcl發射的功率-波長。從監測器dl和d2測量的時間歷程僅以vcl有源記錄並存儲在存儲器中。當光放大器被接通時，傳感器測量vcl和光放大器的組合輸出。vcl與光放大器組合的時間歷程可被記錄。通過減去先前存儲的僅對於從vcl與光放大器結合的測量中的vcl測量的時間歷程，可以確定放大器輸出的貢獻。關於放大輸出的功率-時間和波長-時間的信息，使得能夠估計條紋包絡。本發明的一個優選實施例使用從波長傳感器獲得的信息，以計算掃頻軌跡，用於在驅動波形優化中使用。本發明的一個優選實施例使用從波長傳感器獲得的信息，以計算條紋包絡分布，用於在電流驅動器波形優化中使用。從波長傳感器獲得的信息可以用於診斷目的，以檢測vcl或放大器中的改變。圖30b示出了波長傳感器如何被連接至具有相對低速a/d和d/a能力的fpg，以實施驅動波形軌跡和電流驅動器軌跡優化。圖30b示出了fpga用作計算單元，但可以使用能夠執行優化算法的多個處理器或控制器中的任何一個。oct成像系統和成像樣式自可調諧源3110的光被導向至監控模塊3120和oct成像幹涉儀3130，如圖31所示。在此特定實施例中，光學時鐘產生和掃頻觸發被集成在監控模塊中。優選的幹涉儀設計取決於工作波長、成本限制和特定的oct成像應用。用於oct成像的常用的配置為邁克耳遜幹擾儀。圖2示出了兩個示例幹擾儀設計，而許多可替代的幹涉儀設計和實施都是可能的。圖2a所示，對幹涉儀設計的第一優選實施例使用具有第一耦合器210的光纖耦合器，該第一耦合器210將自波長掃頻光源的光分光進入光纖路逕到樣本臂250和進入光纖路逕到參考臂260。從樣本臂250返回的光通過第一耦合器210返回到第二耦合器240，第二耦合器還接收自參考臂260的光。光在第二耦合器幹涉且被導向檢測器270以獲取幹涉圖。幹涉圖案或幹涉圖包含自樣本的深度編碼的反射率信息。如果沒有限制樣本上的曝光程度，使用具有50％(50：50)分光比的第一耦合器來優化oct成像儀器靈敏度是理想的。如果在樣本和可用的掃頻源功率上有曝光限制，可通過使用具有不相等的分光比的第一耦合器增加收集效率和相關的oct儀器靈敏度。本發明的一個優選實施例使用包括具有分光比大於60:40的光纖耦合器的幹涉儀以提高效率，更高比率路徑連接樣本臂至第二耦合器。自樣本的光因此被優先導向檢測器，對應於低比率側的光被導回到所述源且相對於檢測有損失。連接至檢測器的第二耦合器的分光比優選地接近50:50，響應則為在工作波長範圍內波長被展平以消除rin和平衡信號。這一基本設計的幹涉儀適用於所有波長。設計在1050nm波長處運行的該配置的幹涉儀設計的詳細說明示於圖32中。在某些波長處，如1310nm處，循環器具有非常高的效率。因此優選使用具有循環器220、230的幹涉儀以提高到檢測器的光收集效率，如圖2b所示。本發明的一個優選實施例使用包括一個或多個循環器的幹涉儀以提高效率。設計在1310nm波長處運行的使用循環器的該配置的幹涉儀設計的詳細說明示於圖33中。其它使用循環器的設計也是可能的。在本發明中，幹涉儀可被構造為超出所示的許多不同的配置。而幹涉儀從參考臂和樣本臂幹涉光的任何配置包括在本發明中。幹涉儀的參考臂在幹涉儀中產生光程延遲。在一個優選實施例中，參考臂包含反射鏡，以產生參考光程長度。在另一個優選實施例中，參考臂包含光纖環，以產生參考光程長度。在另一個優選實施例中，一種常用的路徑幹涉儀設計被用於產生參考臂信號，其中樣本臂光和參考臂光共有共同的光程。在通過位於沿著樣本臂的反射表面獲得參考反射的情況下，樣本臂可充當參考臂。當樣本臂和參考臂共有共同的路徑時，反射表面還可以位於樣本臂外側，例如通過使用玻璃蓋玻片或窗觸摸或接近樣本成像。在另一個優選實施例中，參考臂包含空氣通道，以產生參考光程長度。本發明的一個優選實施例包括參考臂，其中參考臂光程延遲或光程長度是可調節的。調節光程長度的方式示例為移動參考反射鏡、改變對準器間的距離、包括光纖長度、改變折射率，或任何其它改變光程長度的方法。本發明的oct幹涉儀可由大體積光學幹涉儀或由光纖幹涉儀或由大體積光學元件和光纖元件的組合構建。根據本發明一些實施例的oct幹涉儀設計將幹涉光導向一個或多個光檢測器，該光檢測器將從自光學幹涉儀的光的幹涉條紋信號轉換為電模擬信號。該檢測器通常包括光電二極體和互阻抗放大器以將自該光電二極體的電流轉換為電壓。自oct系統的模擬信號包含關於在查詢點處的樣本的反射率相對於深度的幹涉編碼信息。本發明的高掃頻速度和長成像範圍產生高頻率條紋。具有高帶寬、低噪聲及高增益的檢測器是實現儀器的成像潛能所需的。增益應當足夠高以克服數位化噪聲。本發明的一個優選實施例使用具有大於1ghz帶寬的至少一個光檢測器以支持高的掃頻重複率、寬的波長掃頻和長的成像範圍應用。該成像系統是靈活的，並可在更慣常的oct成像速度和成像範圍中運行。本發明的針對低成本的一個優選實施例使用至少一個光檢測器，其具有大於10mhz的帶寬。平衡檢測器和幹涉儀設計可用於抑制來自源的隨機強度噪聲(randomintensitynoise，rin)來改進信噪比。平衡檢測還可降低在光纖耦合器和其它光束分離器或組合器中由波長依賴性導致的低頻背景。降低該背景能夠更好地利用a/d轉換器的動態範圍。本發明的一個優選實施例使用執行平衡檢測的至少一個光檢測器。過量檢測器帶寬也可能是有問題的，由於高頻噪聲被混疊到測量中。檢測器帶寬應選擇以匹配所支持的a/d數位化速率的最大奈奎斯特定義的數位化帶寬。數據採集設備用於從一個或多個檢測器輸出的電模擬信號轉換為數字數據。此數字數據流包含與編碼深度相關的自樣本的反射率信息。該數字數據流可通過處理單元被存儲和處理，其可為計算機、cpu、微控制器、數位訊號處理器(digitalsignalprocessor，dsp)、fpga或其它能夠處理數字數據的設備。許多掃頻源oct系統使用幹涉儀以產生用於a/d轉換器的時鐘信號，稱為光學時鐘控制或k-時鐘控制。之前提到的針對oct數據信道的平衡檢測的共同優點也適用於時鐘控制模塊。本發明的一個優選實施例使用時鐘控制幹涉儀3310和執行平衡檢測的時鐘控制檢測器3320。樣本臂中常有波束控制元件以促進掃描光束。本發明的優選實施例包括成像系統，其中樣本臂包括至少一個掃描反射鏡或其它波束控制元件以引導樣本臂光束。最常用的oct獲取關於反向散射或反向反射光幅度的信息常稱為oct強度成像。oct成像還可以使用在oct條紋相中的編碼信息，稱為相敏oct。都卜勒oct使用來自兩個或多個a-掃描的相位信息以確定流體流動中散射體速度的軸向分量。偏振敏感oct也可以被執行，其中關於樣本的雙折射特性信息被獲得。偏振敏感oct常通過在幹涉儀中使用兩個檢測器和偏振敏感光束分離器來實施。在偏振敏感oct上的一些(但不是全部)變化以不同偏振狀態的光照射樣本。可在雷射源的交替的掃頻中對該偏振狀態進行編碼。本發明的一個實施例執行相敏oct。本發明的另一個實施例執行都卜勒oct。本發明的另一個實施例執行偏振敏感oct。vcl源的長的相干長度使能長的成像範圍。然而，成像範圍仍然由樣本臂中光學器件的景深決定。本發明的一個優選實施例在樣本臂中包括展像透鏡或類似元件，以增大光學成像系統的有用成像範圍。也可以通過使用一個或多個致動光學元件實施動態聚焦。本發明的另一優選實施例包括可調節的致動聚焦裝置。適應性條紋校準在oct成像中，作為波長的自然函數，雷射器的腔常被掃頻，因為腔長度決定調諧波長。另外，致動器動力學、加速度限制和諧振模可能影響掃頻軌跡的形狀和引起掃頻-至-掃頻變化。在oct成像中，幹涉數據相對于波數必須是線性化的，使得在傅立葉變換前樣本點在相等的k(波數)間隔處隔開以從樣本獲得與反射率信息相關的深度。輔助mzi常用於記錄條紋編碼掃頻軌跡。當在固定取樣率下獲取信息時，數字校準步驟在傅立葉變換前被應用於oct條紋數據是常見的。該數字校準步驟在計算上是昂貴的。本發明的一個實施例獲取單一的參考oct條紋，確定適當的校準並針對該單一的校準對於從樣本中獲取的oct數據進行校正。該修正應用通過將條紋從相位演化校準曲線內插進入相同k間隔而實現。相位演化校準曲線可通過分析條紋過零點間隔或通過從希耳伯特變換確定相位確定，正如oct處理中常見的。可替代的方法在非均勻的取樣率下獲取數據，使得數據在相同波數間隔下精確取樣。在預校準方式下用於獲取數據的一種方法以來自時鐘控制幹涉儀的信號時鐘控制a/d轉換器。光學時鐘控制的方法，有時稱為k-時鐘控制，具有優化數據採集的額外益處，以便不對掃頻的緩慢區域進行過採樣，從而導致數據簡化和更有效率的數據存儲、傳輸和處理。該光學時鐘控制方法也解釋掃頻-至-掃頻變化。本發明的一個優選實施例使用時鐘控制模塊，其包括時鐘控制幹涉儀和產生光學時鐘信號用於時鐘控制數據採集裝置的時鐘控制檢測器。有大量的可用於本發明的時鐘控制幹涉儀。兩種常用的幹涉儀配置為麥可遜和馬赫-曾德式。所有潛在的幹涉儀配置包括在本發明中。本發明一個實施例的oct成像系統運行期間，掃頻重複率、掃頻軌跡和掃頻範圍可以被調整。如果不同運行模式的波數變化率顯著不同，則固定光程延遲的校準幹涉儀可適於所有的運行模式。如果對於一種運行模式的光程延遲太短，條紋頻率和條紋密度將會太低而得不到良好的校準，如果使用軟體校準技術。類似地，如果使用光學時鐘控制方法，光程延遲太短將導致a/d轉換器的低的取樣率，那將影響oct成像範圍。如果對於一種運行模式的光程延遲太長，條紋頻率和條紋密度將會太高，可超過檢測器和a/d轉換器用於軟體校準技術的帶寬。類似地，如果使用光學時鐘控制方法，光程延遲太長將產生超出該a/d轉換器的能力的a/d時鐘信號。為了解決傳統的固定路徑長度校準幹涉儀的限制，本發明的優選實施例使用一種可調節的光學時鐘控制模塊3410，如圖34所示。有許多將可調節的光學時鐘控制模塊調整到所需的成像模式的方式。圖35a示出了色散平衡光纖mzi，用於對軟體校準產生光學時鐘或參考條紋。偏振控制器3510被包括以便於在兩臂間對準偏振狀態以使條紋幅度最大化。隨著對掃頻軌跡的調節，自時鐘控制幹涉儀的時鐘信號的頻率可相應改變。為了適應這些變化，並確保該時鐘頻率保持在採集設備的帶寬限制內，時鐘控制幹涉儀的光程長度是可以改變的。本發明的一個優選實施例使用光學時鐘控制模塊，通過調節幹涉儀的光程延遲支持不同的掃頻軌跡。在圖35a，幹涉儀的光程差可通過移動一個或多個準直儀3520進行調節。移動可被執行或在手動用戶控制或選定下。常常難以完全地匹配光纖長度以在兩個幹涉儀臂間獲得足夠的色散平衡從而產生具有等距的k間隔的條紋。圖35b示出了在光學幹涉儀的一個臂中插入色散補償玻璃。玻璃塊3530、玻璃稜鏡、光學平板、疊層玻璃塊3550或具有路程長度可調節性的滑動玻璃楔子3540可用作色散補償介質。圖35a所示方法的一個缺陷是準直儀的移動會導致對光纖的擾動，其導致雙折射行為方面的變化並且通過兩個幹涉儀臂間的偏振失配降低條紋幅度。圖36a示出了包括回射器3610的一種改進的設計，圖36b示出了一種改進的設計，其在幹涉儀中使用可移動的反射鏡3620和循環器3630、3640。在這兩種設計中，反射鏡可在不幹擾系統的偏振對準下移動。也可以在多個幹涉儀路徑間切換。圖37示出了用於在不同長度的幹涉儀路徑間切換以調節幹涉儀路程長度差的方法。在圖37a中，多個光程3710、3720存在於幹涉儀的一個臂中，光遮擋機構選擇有效的路徑。在圖37b中，光開關3740從可用的多個路徑中選擇有效的路徑。圖37顯示從兩個路徑中選擇。通過擴大幹涉儀網絡，從多於兩個的路徑中選擇是可能的。圖38a和38b示出了用於通過將自一個臂中的光引導至位於不同光程長度中的不同的反射鏡反射器3810、3820、3830來改變其中一個幹涉儀臂的光程長度的方法。圖38a使用適於不平衡檢測的光學布局，圖38b顯示適於平衡檢測的光學布局。在這些示意圖中，旋轉鏡3840選擇光程。旋轉鏡3840可以是振鏡驅動的，mems反射鏡或用於引導光束的任何其它裝置。使用空氣間隔幹涉儀臂是獲得色散平衡的一種方式。所有的光纖幹涉儀有便於對準和組裝的優點。圖38c示出了使用色散補償光纖3850以色散平衡兩個不同長度幹涉儀臂。圖38d示出了啁啾光纖布拉格光柵3860以實施色散補償。圖38d示出了使用單個fbg色散補償。使用具有額外埠的循環器的多個fbg也包括在本發明中。因此可以結合包括具有呈現在本申請中的任何想法的色散補償的裝置的所有光纖幹涉儀的設計，包括切換光路徑、遮擋光路徑或幹涉儀信號的頻率加減。時鐘控制幹涉儀可以調整或不可以被調整，該時鐘控制幹涉儀可以被固定在路程長度差中。本發明一個實施例的可調諧vcl技術的一大優點是長的相干長度。源的長相干長度使得能夠在長的光程長度延遲產生清晰的幹涉條紋周期，比先前技術中的時間長。其它可調諧源技術的較短的相干長度阻止在長的光程延遲下產生清晰的條紋。因此，許多現有技術具有光學時鐘控制信號的電子倍頻以獲得足夠的oct成像範圍。本發明的一個實施例能夠對於在非常長的光學延遲下的光學時鐘控制產生清晰的幹涉條紋，其對應於高條紋頻率。因此，本發明的一個實施例可在不需要電子倍頻下實施時鐘控制。另外，光學時鐘控制頻率可以是相當高的。不論調節路程長度的能力如何，本發明的一個優選實施例使用自光學時鐘模塊的信號，其可被通過分頻或電子計算減小頻率以支持該可調諧源的不同的掃頻軌跡。圖39示出了用於實施時鐘信號分頻的電子電路。圖39a示出了可劃分頻譜輸入的異步波紋計數器。而如果波長掃頻軌跡在掃頻速度中變化，與波紋計數器相關的傳播延遲可引起相位誤差。圖39b示出了優選的同步計數電路，其改變時鐘輸入信號的邊緣轉變上的狀態，使之更適用於oct時鐘控制應用。該計數電路可以單個邏輯元件構造，但更優選地使用專用數量的晶片或其它快速邏輯實現。vcl的長的相干長度允許基本時鐘頻率相當大，與長的路徑延遲相關，使得分頻的方法切實可行。也可以倍頻。倍頻的一種方法篩出基本輸入時鐘信號的諧波。另一個優選實施例使用自光學時鐘模塊的信號，該模塊可通過至少一個頻率倍增器來增加頻率以支持可調諧源的不同掃頻軌跡。圖40示出了可結合以時鐘分割電路4020和可選的倍增頻率電路4030進行改變、選擇或切換4010光程長度的方法，以獲得一組擴展的時鐘控制頻率選擇。頻率倍增器4030作為可選的部件示於本示意圖中，因為當倍增電路的濾波器中心頻率需要跟蹤條紋頻率時，頻分是用於校準變化頻率情況下的條紋的更可靠的方法。本發明的一個優選實施例使用光學時鐘控制模塊，其包括具有可調節的路徑延遲的麥可遜或馬赫-曾德耳幹涉儀以支持數據採集帶寬內可變的測量成像範圍。可能的是時鐘控制幹涉儀未被色散匹配。在這種情況下，光學時鐘控制將是可重複的，但不會導致數據點精確相等的波數間隔。光學時鐘控制的實施對於減小掃頻-至-掃頻變異性、降低的數據存儲、計算和傳輸需求仍然是有用的。為此，圖32和33示出了mzi校準幹涉儀3210，3310。示意圖中的mzi3210、3310由固定長度的光纖構造，其在某些波長且在相對短的波長掃頻內工作。色散平衡mzi將優選用於在所有波長和較大掃頻範圍內運行。色散控制和光學色散匹配的方法可用於獲得基本相等的樣本間隔。使用在每個臂上具有相等的光纖和準直透鏡的空氣間隔馬赫-曾德耳幹涉儀是產生具有相等波數條紋間隔的色散自由時鐘信號的一種方法。本發明的一個實施例包括時鐘控制模塊，其包括時鐘控制幹涉儀和時鐘控制檢測器，該時鐘控制檢測器產生光學時鐘信號以對數據採集裝置進行時鐘控制。更具體地，本發明的一個優選實施例包括光學時鐘控制模塊，該光學時鐘控制模塊包括時鐘控制幹涉儀和時鐘控制檢測器，該時鐘控制檢測器產生光學時鐘信號以基本相等或可重複的光學k間隔(波數間隔)時鐘控制該數據採集裝置。適應性成像動態範圍oct靈敏度定義為「與理想反射鏡相比的最小可檢測的反射的光強度」，動態範圍定義為「在單個採集或圖像內可觀察到的光學反射率的範圍」，j.a.izatt和m.a.choma，2.7章節，w.drexler和j.g.fujimoto編,「光學相干斷層掃描：技術與應用」，2008。oct靈敏度通常相當好並且接近散粒噪聲極限，這是在給定的光學器件的檢測器響應、成像速度、數位化速率、波長、樣本上光的功率和傳輸效率下可以實現的理論最佳靈敏度。高的oct靈敏度可通過在樣本曝光限度內最大化樣本上的功率入射來實現，並考慮源的可用功率。oct系統的典型靈敏度約為80db-130db。oct動態範圍由數位化效應、a/d飽和和檢測器動態範圍限制。oct系統動態範圍的典型值約為30db-60db。當成像具有高鏡面反射區域的生物學樣本時，oct的有限的動態範圍常成為一個問題。例如，大飽和偽影常在前眼的oct圖像中觀察到，其中角膜和晶狀體具有幾乎垂直於oct光束的表面。當通過玻璃表面，例如產生高鏡面反射的蓋玻片、透鏡、或窗成像時，有限的動態範圍也成為一個問題。非常大的樣本臂的功率可用於計量。當成像和測量非生物學樣本，如製造的部件時，高的鏡面反射和大的回應信號也可能是一個問題，並且產生飽和偽影。圖41a示出了玻璃透鏡oct圖像上的飽和效果。高反射率的區域，常發生在有鏡面反射處，產生飽和檢測的大的oct條紋，如圖41a中條紋示意圖所示。可以通過減小掃頻源的輸出功率來消除飽和。圖41b示出了在消除飽和的降低的功率級上掃描的相同的物體oct截面圖示例。圖41a和41b中的數據可被融合以產生具有改進的動態範圍的組合截面圖像，其具有高靈敏度以檢測沒有飽和的小的回應信號，並在沒有使檢測飽和的情況下接受高的回應信號。本發明的一個優選實施例調節可調諧源的輸出功率以消除檢測中的飽和。可調諧源的輸出功率可以通過調節本發明電流驅動器的電流來控制。例如至光放大器或vcl增益材料的電流可被調節。可以在採集期間檢測飽和，並且以降低的輸出功率重新掃描由於從數據集的一區域進行二次數據重獲而產生飽和的區域。需要多個重新掃描以辨別飽和功率，從而將靈敏度最大化和避免飽和。這種方法適用於從改變或隨時間改變的樣本中獲取數據，且無需關於物體反射率特性的先驗知識。在工業製造和檢查應用中，通常為具有相似幾何形狀和反射率特性的對象進行重複成像。可以學習樣本的預期的反射率特性作為掃描軌跡的函數。用於每一a-掃描或a-掃描區域的適合的可調諧源輸出功率可隨後被執行，因此物體在單個採集期間以固有功率水平成像而不需要再次訪問樣本區域。本發明的一個優選實施例中，數字數據被檢查飽和度，如果發現飽和，至增益材料的電流將被調整。本發明的一個優選實施例中，數據集中的數字數據被檢查飽和，在數據集中發現飽和的位置處調整增益材料的電流，並以調整了的電流水平來獲取新數據。如果使用光學時鐘控制方法，需保持強烈的時鐘信號，因此可調節的增益元件可僅被置於成像光程中。掃頻對準和相位穩定oct條紋傅立葉變換(或反傅立葉變換)包含幅度和相位信息。多數應用只使用幅度信息以產生oct強度圖像。相位信息可用於都卜勒oct和測量非常少的偏轉和振動。如果在自可調諧源的發射中有任何掃頻-至-掃頻變化，該變化可顯示在由oct條紋所獲得的相位信息中。沒有相位穩定，很難從源於樣本內的改變的相位變化中分離由可調諧源的變化造成的相位幹擾。採集系統的光學時鐘控制可減少或消除掃頻-至-掃頻變化的影響。本發明的一個優選實施例使用光學時鐘控制以提高相位敏感oct的oct條紋相位穩定性。光學時鐘控制有助於去除掃頻-至-掃頻變化的影響，但由於對初始相位不確定，仍存在數據未被從數據採集幀(a-掃描)到數據數據採集幀(a-掃描)相似地對準的可能性。本發明的一個優選實施例使用波長信號或幹涉信號以穩定對於相敏oct的oct條紋信息的相位。用於相位穩定的若干實施例接下來描述。oct成像期間，採集系統從樣本獲取幹涉條紋。常用的是，對於每一個波長掃頻，預定數量的數據點在數據捕獲幀或窗內被確定，並且數據的採集開始於電邊緣轉變。也可能是數據採集系統不依賴於預定數量的點，但通過收集在控制信號的低或高電平上的數據運行。在兩種方法中，在觸發信號的轉變上或其前後開始採集。多數oct系統中多個異步時鐘結合運行中正常或預期的變化，相對于波長掃頻在採集的實際開始中產生一個到幾個不確定樣本點的可能性。甚至掃頻間的單個樣本點差可顯著降低相位信息。另外，對於強度成像，當執行在掃頻源oct中經常實施的掃頻背景減除時，相位擾動在圖像中產生偽影。為此展示了，相位穩定化能修正這種潛在對準誤差，以改善背景減除的質量並在oct圖像中消除固定圖案偽影。可以使用與可調諧源同步調諧的電觸發信號4210，以為每一個a-掃描開始a/d轉換器採集，如圖42a所示。本發明的一個優選實施例使用與可調諧源同步調諧且用於適當的a/d採集數據對準的觸發信號。然而，如果有掃頻-至-掃頻變化，期望使用基於檢測器4220的fbg觸發波長信號而不是依賴於與可調諧源驅動信號的純粹的暫時同步，如圖42b所示。用於此目的的fbg3330示於圖33中。本發明的一個優選實施例使用光學波長信號用於適當的a/d採集數據對準。波長觸發信號可以通過光纖布拉格光柵(fiberbragggrating，fbg)、色散稜鏡或光柵、具有反射鏡的色散稜鏡或光柵，fabryperot濾波器、波長復用器(wavelengthdemultiplexer，wdm)或任何波長選擇裝置來產生。在數據對準的先前示例中，觸發器通常與相關數據的開始重合。也可以是該觸發在相關數據的開始和結束時間之間的某處發生。在這種情況下，獲得相對於所獲取數據的光波長觸發器的位置或時間，該位置或時間信息用於適當地調節所獲取數據到數據幀的對準。例如，觸發器可在a/d採集4320的額外信道上獲取，如圖43a所示，或由一計數器確定觸發器的相對於數據採集開始的出現位置。在一個優選實施例中，波長觸發器由置於調諧範圍的中心附近的光纖布拉格光柵組成，這使得當可調諧源執行不同的掃頻軌跡用於不同的oct運行模式時，可以進行適當的幀對準和容納用於採集要求的變化。對準信號可以是幹涉的，其中光學幹涉信號用於適當的a/d採集數據對準，如圖43b所示。通過a/d轉換的第二信道獲得的參考條紋的對準，使oct數據與以同步採樣a/d獲取的a/d採集的兩個信道對準。可通過相關性或形成誤差向量，並將待最小化的誤差向量(按模測量)與一度量關聯來執行該對準。對準也可以使用前文中描述的數字掃頻校準方法進行。適用於許多相位穩定方法的進一步改善可通過光學時鐘控制a/d轉換器來獲得，如圖43b所示。由於時鐘信號4330，在a/d4310的第一信道上的oct數據以及在a/d4320的第二信道上的對準條紋來源於相同的光學信號，在這些信道間沒有相對的相移。通過在獲取數據內以整數間隔移位數據，通過匹配當前條紋到參考條紋的對準條紋的簡單對準以及觀察誤差度量允許oct數據的適當的相位對準。實際上，來源於每個a-掃描數據被獲取進入計算機中的存儲位置。來自對準條紋匹配的適當的數據移位產生整數移位以適當地對準數據，由於所有信號同步到光源。該整數移位m，可用作用於數據陣列的存儲位置讀取的偏置。有效數據的預期開始前的充分數據，i_start_nominal，和有效數據預期結束後的數據，i_end_nominal，被獲取。前後獲取多少數據的估計基於掃頻採集中的預期抖動，可能將是1-10個數據點。例如，如果與掃頻相關的數據需要m個數據點的移位，可從一個標稱開始存儲位置讀取數據，i_start_read＝i_start_nomimal+m，至標稱結束存儲，i_end_read＝i_end_nominal+m。兩個點之間，i_start_read和i_start_end間的數據表示對準掃頻數據的相位，其可被從這些存儲目錄中複製用於處理或存儲。代替使用固定波長觸發器，也可以適用可調諧光電觸發器4410，如圖44所示。可調諧波長觸發器在容納不同掃頻軌跡和oct成像模式時提供高的靈活性。本發明的一個優選實施例包括可調諧光電觸發器來啟動數據的採集以便於適當地將採集幀窗對準到波長掃頻。更具體地，本發明的一個優選實施例包括可調諧光電觸發器用於啟動數據的採集以便於適當地將採集幀窗對準到波長掃頻以容納不同的掃頻範圍的情況。可調諧濾波器可通過多種不同的方法調諧。例如，fabry-perot濾波器的間隔可改變，fabry-perot濾波器中的材料的折射率可改變，或檢測器相對於色散稜鏡或光柵的位置也可以改變，或光柵本身的色散特性也可以改變以選擇理想的波長。調節光電觸發器的其它方法也包括在本發明中。當改變儀器的掃頻範圍，在掃頻範圍內使用產生單個固定波長觸發的光學儀器會呈現挑戰，因為掃頻範圍被限制到橫跨觸發裝置的波長。使用在波長處產生急劇轉變的光學設備，如fbg，提出了挑戰，因為轉變的變化率高度依賴于波長掃頻速度。如果峰值變窄且在輸出-時間上有快速改變，則峰值和信號轉變可在高掃頻速度下錯過。如果峰值具有慢的轉變，在噪聲存在下確定峰值的絕對位置具有挑戰性。執行相位穩定同時容納不同的掃頻範圍和掃頻重複率，可使用以期望速率產生多個波長信號的靜態光學元件魯棒地執行。例如，具有小空隙長度的fabry-perot濾波器可在可調諧源的掃頻範圍內產生多個傳輸峰值。圖45a示出了使用法布裡-珀羅濾波器相位穩定方法的示意圖。可調諧源4510的大部分光被引向oct系統4520，其中檢測器4530測量光學信號，其由第一a/d轉換器4540數位化。可調諧源的小部分光被導向法布裡-珀羅濾波器4550。檢測器4560測量自法布裡-珀羅濾波器的光學信號，a/d轉換器4540數位化該法布裡-珀羅信號。兩個a/d轉換器同時取樣信號並運行關閉相同的時鐘。具有40微米間隙長度和0.5反射鏡反射率的法布裡-珀羅濾波器的標準的傳輸-波長曲線示例示於圖45b中。法布裡-珀羅傳輸峰值的間隔足夠粗略，使得可調諧源掃頻範圍內的任一峰值可在第一參考掃頻內被選作參考峰值，從而不可能發生：由掃頻-至-掃頻變化造成的觸發抖動和相位抖動或在隨後任何掃頻中的電觸發抖動將足夠大以在隨後掃頻中引起鄰近峰值移動足夠多而與參考峰值混淆。另外，由於在法布裡-珀羅信號中有多個峰值，對準多個峰值減少由噪聲造成的相位不確定，從而提高該方法的魯棒性。法布裡-珀羅濾波器可用於使用軟體校準方法或光學時鐘控制方法的相位對準。在軟體校準的情況下，傳輸函數的峰值表示絕對波長的位置，因此可對oct條紋數據執行子採樣移位從而獲得改進的相位對準。光學時鐘控制的情況下，通過從幹涉儀產生的時鐘信號產生的緊密關係作為波長的絕對函數，自標準具的法布裡-珀羅信號作為波長絕對函數，以及自相同光源的oct信號在三種信號間產生相位相干性，而不論是電子驅動信號或掃頻-至-掃頻變化。因此，掃頻採集之間的任何採樣移位由數據採集系統的觸發不確定性發生，如果時鐘控制幹涉儀是穩定的，可通過所獲取數據的整數移位實現相位對準。執行獲取數據的整數移位的計算成本大大少於內插條紋數據。法布裡-珀羅數據的對準和整數移位，可在傳輸到存儲器用於處理或傳輸到到其它媒介用於存儲之前，在處理單元中執行。由於用於執行oct成像的多種受歡迎的a/d轉換器卡具有同時採樣a/d轉換的雙向信道和許多具有板載fpga處理能力，圖45所示的方法適用於只要求oct數據的一個信道的強度oct成像、相敏oct成像和都卜勒oct成像。在僅一個高速a/d轉換器可用的應用中，或在執行偏振敏感oct成像其要求高速a/d轉換的雙向信道以用於oct數據的每一個信道的情況下，需要使用在降速下數位化的輔助a/d轉換。10-250mspsa/d轉換器相比當前常用於掃頻源oct的400msps-3.6gspsa/d轉換器，費用顯著降低。圖46a示出了在快速a/d轉換器上數位化oct信號和在緩慢的a/d轉換器上數位化法布裡-珀羅信號。光學時鐘檢測器電子設備4620產生從可調諧源4610輸出的時鐘信號。快速a/d轉換器直接時鐘關閉光學時鐘檢測器和電子設備的輸出，而分頻器4630或計數器則通過一n因子來減小時鐘速率至緩慢a/d轉換器。自可調諧源的大部分光被導向oct系統4640。自oct系統4640的光由檢測器4650檢測並由快速a/d轉換器4660數位化。自可調諧源的少部分光被導向法布裡-珀羅濾波器4670，它的輸出由緩慢a/d轉換器4680數位化。為了消除兩個a/d轉換器間的抖動，快速和緩慢a/d轉換器的觸發器由一公共信號觸發，在每一觸發器信號中具有可選的各自的可調諧延遲4690以補償a/d轉換器延遲。該延遲還可以用於確保時間上的觸發事件在兩個鄰近的時鐘信號轉變間中心附近發生，以減小在任一a/d轉換器上丟失觸發事件的機會。在圖46a所示的系統中，觸發信號發自分頻器4630或計數器的輸出以使快速和緩慢a/d轉換器同步。來自波形發生器4600的信號復位並使能分頻器4630或計數器，因此在快速和緩慢a/d轉換器間共用的觸發信號在由n計數器劃分的輸出的轉變上發生，從而使得數據採樣在快速和緩慢a/d轉換器間同步。圖46b示出了從法布裡-珀羅濾波器產生的信號，該法布裡-珀羅濾波器使用光學時鐘進行數位化，具有快速(頂部曲線)和緩慢(底部曲線)a/d轉換器。如果由快速a/d轉換器捕獲，傳輸峰值波形的形狀易於分辨。如果由緩慢a/d轉換器捕獲，傳輸峰值的採樣稀疏，難於在數據中分辨峰值的位置。為延時估計而開發的方法可用於分辨子採樣準確度的類似信號間的移位以適當地對準數據。已開發出延時估計(timedelayestimation，tde)方法，以能夠估計到達多個採集信道的時間差。tde的多種方法基於尋找兩個信號的互相關函數的峰值。一類延時估計技術，稱為子樣本延時估計，尋求通過以內插值替換互相關函數的峰值和找到內插替換的最大值來改善tde的性能。高斯內插法，拋物線插補和餘弦插值法是已用於子樣本tde的內插函數的幾個示例。其它內插和子樣本tde方法是可能的和包括在本發明中的。輸入信號可被濾波以提高tde精度。互相關函數也可以被過濾以有助於估計峰值的位置。本發明的一個實施例能夠在不同運行模式下運行。圖47a-47c示出了自法布裡-珀羅濾波器預期的信號，具有50微米的反射鏡間隔和40％的鏡反射率，例如具有運行模式：(a)在中心為1050nm的100nm的波長調諧範圍內以50khz重複率成像，(b)在中心為1050nm的100nm的波長調諧範圍內以200khz重複率成像和(c)在中心為1045nm的10nm的波長調諧範圍內以50khz重複率成像。來自快速的(頂端)和緩慢的(底部)a/d轉換器的相應的信號示於圖47d-47f，相應於圖47a-47c所示的工作點。在圖47a-47c中，相對於快速a/d轉換器的4個樣本的採樣延遲已被應用於快速a/d轉換器波形以表示從採集硬體預期的整數值的掃頻-至-掃頻抖動。從0-10樣本的抖動通常在掃頻間預期。由緩慢a/d轉換器採樣的信號被顯示，將用4採樣移位對它採樣。延時估計應用於緩慢a/d轉換器信號，結果示於表1。在a和c的情況下，系統在以高採樣密度採樣法布裡-珀羅信號的模式下運行。因此，自tde的延遲估計對於a和c是非常準確的。在情況b下，系統在稀疏地採樣法布裡-珀羅信號的模式下運行。即使在情況b下，tde估計在一個樣本點內是準確的，使得數據的適當的相位穩定成為可能。這說明了單個固定的法布裡-珀羅濾波器如何用於在工作點的寬範圍內相位穩定數據。可調節的法布裡-珀羅濾波器和使用多個法布裡-珀羅濾波器，或其它類似的波長特定的裝置也包括在本發明的一些實施例中。表1(a)(b)峰值拋物線高斯14.11784.103924.22784.201633.79743.820843.90963.920354.02864.025264.14474.127974.25264.223883.82343.8439(c)峰值拋物線高斯13.99313.9931在一個優選實施例中，延時估計方法用於相位穩定數字數據。在一個優選實施例中，進行數字數據的調節以對數字數據進行相位穩定化，該調節可用延時估計(tde)技術計算出。基於峰值估計的重力中心也可以執行，並且被包括在本發明上下文中描述的tde技術中。偏振控制一些在可調諧源中的元件對偏振狀態是敏感的。例如，boa和soa光放大器，以及一些光隔離器通常是偏振敏感的。因此，對準進入偏振敏感元件的偏振以提高處理能力和避免引入由與不同偏振狀態相關的略微不同的路程長度造成的成像偽影是有益的。本發明的優選實施例在光路中使用一個或多個偏振控制元件以消除不需要的偏振偽影或減少損耗。偏振敏感元件有助於對準偏振狀態。本發明的一個優選實施例包括使用具有閉合環路，手動的或其它可調節的控制輸入光纖偏振狀態的至少一個偏振敏感隔離器的可調諧源。適當的偏振可通過最大化偏振敏感隔離器的功率處理能力確定。本發明的一個優選實施例包括使用具有閉合環路，手動的或其它可調節的控制輸入光纖偏振狀態的至少一個偏振敏感光放大器的可調諧源。標準光纖不保持入射光的偏振狀態，並改變由於光纖內的應力引起的雙折射效應的偏振狀態。本發明的一個優選實施例使用偏振控制器，以在由於傳遞非偏振保持光纖狀態被幹擾後產生理想的偏振狀態。替代地，偏振保持光纖可以用於簡化成像系統和可調諧源的對準和操作。本發明的一個優選實施例使用偏振保持光纖以連接光學子組件從而消除在選擇光學子組件間偏振控制器的需要。本發明的一個優選實施例在光路中使用有效的偏振控制以檢測和消除不必要的偏振偽影。偏振對準度的測量可以是輸出的功率或強度。可以使用簡單的二極體或其它功率測量設備。一個實施例通過監控模塊在多個波長內測量功率，例如如圖28或30所示的。數據流，處理和存儲一旦oct數據流開始被獲取，它可以被處理、存儲、顯示或用於實時反饋和控制。在數據存儲器4810存儲數據和在顯示器4820上顯示數據的一個優選實施例示於圖48中。另一個優選實施例不需存儲或顯示數據，但在閉合迴路處理中使用oct測量。受益於實時反饋和控制的應用包括利用實時oct數據以調節處理參數的定位系統、機器人系統、處理系統、製造系統、調諧系統和其它系統。本發明的一個優選實施例包括用於存儲所獲取數據的設備。用於存儲所獲取數據的設備可以是存儲器、磁碟、磁帶、光記錄介質、易失存儲器、非易失存儲器、磁介質、光存儲器，或在數據存儲領域已知的用於存儲數據的任何其它設備。oct成像系統能夠在短時間段內產生大的數據量。用於存儲的單個設備會被數據流速率過載。將數據流分開或分塊到多個存儲設備可增大容許的數據量。本發明的一個優選實施例在raid陣列4910上存儲數據，如圖49所示。本發明的一個優選實施例包括用於處理所獲取的數據以構建樣本圖像的設備。用於處理所獲取數據的設備可以是處理器、cpu、微控制器、數位訊號處理器(dsp)、現場可編程門陣列(fpga)、圖形處理單元(gpu)、計算機網絡，狀態機，或在數據處理領域中已知的任何其它數據處理設備。本發明的一個優選實施例包括用於顯示所獲取數據的設備。用於顯示所獲取數據的設備可以是監視器、計算機監視器、電視、投影儀、列印輸出、手持式計算機、手持式平板電腦，手機，液晶屏，led屏，led陣列，或圖像顯示領域已知的任何其它設備。通過壓縮數據以減少存儲或傳輸要求是有利的。本發明的一個優選實施例壓縮數據。本發明還包括以無損耗算法壓縮數據的情況。數據利用的組合包括在本發明中。本發明的一個優選實施例包括系統包含處理數據以產生圖像數據並且圖像數據被傳輸到主計算機、存儲器或顯示設備的處理單元的情況。本發明的一個優選實施例包括用於由電纜、光通信連結、光纖通信鏈路或無線電發射機傳輸數據的設備。用於傳輸的設備可以是電壓變送器、電流變送器、頻率調製器、和振幅調製器、光源、無線電發射器，或在數據傳輸領域已知的任何其它設備。本發明包括系統包括任何種類的數據傳輸器的情況。vcl源的小尺寸使得小和重量輕的oct系統成為可能。本發明的一個優選實施例為手持的成像系統。本發明的一個優選實施例為可攜式成像系統。本發明的一個優選實施例為電池供電的成像系統。本發明對一些實施例的具體的更一般的實施已進行了描述。本發明一個優選實施例為光學相干斷層掃描成像系統，包括：vcl源，具有能夠在可調節深度範圍內、軸向解析度和連續可調速度內成像的特性，該光學相干斷層掃描系統能夠在由vcl源的長的相干長度延伸的成像範圍內成像。雖然運行模式是靈活的，一個實施例在基本固定的掃頻重複率下運行。另一實施例在基本固定的成像範圍內運行。另一實施例在基本固定的oct軸向解析度下運行。一個實施例包括時鐘控制幹涉儀、時鐘控制檢測器、電子電路以時鐘控制a/d轉換器，時鐘控制幹涉儀具有可調節的光學延遲以使得在採集帶寬內以不同的速度、軸向解析度和深度範圍運行。一個實施例包括時鐘控制幹涉儀，時鐘控制檢測器和電子電路以時鐘控制a/d轉換器，時鐘控制信號被倍頻或分頻以使得在採集帶寬內以不同的速度、軸向解析度和深度範圍運行。一個實施例利用軸向解析度和速度的可調節性在不超出數據採集帶寬的較高的解析度和較慢的速度或較低的解析度和較高的速度的兩種或更多的模式下運行oct成像系統。一個實施例利用成像範圍和速度的可調節性在不超出數據採集帶寬的較長的成像範圍和較慢的速度或較短的成像範圍和較高的速度的兩種或更多的模式下運行oct成像系統。一個實施例利用軸向解析度和成像範圍的可調節性在不超出數據採集帶寬的較高的解析度和較短的成像範圍或較低的解析度和較長的成像範圍的兩種或更多的模式下運行oct成像系統。多個vcl的實施本發明一個實施例的基本實施方式僅在可調諧源中使用一個vcl。可能的是兩個或更多的vcl一起運行以產生更多優選的可調諧源輸出發射，如圖50所示。vcl5010、5020可以與開關、分離器/組合器、wdm、耦合器、循環器、分束器、偏振敏感分束器、多路器或其它用於結合兩種或更多的光學信號5030的裝置。當結合多個vcl時，有益的是取消掃頻的某些部分或設計vcl以固有地在掃頻的一部分內沒有反射，因此可結合從多個vcl或相同的vcl中的掃頻。本發明的一個優選實施例使用包括多個vcl的可調諧雷射器，其中多個vcl的掃頻交錯以增加有效的掃頻重複率。本發明的一個優選實施例使用包括多個vcl的可調諧源以提高掃頻線性，其中vcl掃頻交錯，掃頻範圍大於一個fsr，以及僅掃頻的中心的最線性部分用於成像。oct圖像中的雙折射偽影有時可以通過以不同偏振狀態的發射照射樣本來得到改善。一些偏振敏感成像系統以一種偏振狀態以上的光照射樣本。不同的偏振狀態可通過在成像系統中使用一個以上的vcl源產生。本發明的一個優選實施例使用至少兩個vcl源以產生不同偏振狀態的發射。另外，本發明的一個優選實施例使用至少兩個vcl源以產生不同的偏振狀態，來自不同偏振狀態的掃頻交錯以實現偏振敏感oct。本發明的一個優選實施例使用至少一個vcl源和偏振調製器以產生不同偏振狀態的發射。單個的vcl源5110還可以與複製和多路復用器裝置5120在掃頻交錯模式下使用，如圖51所示。本發明的一個優選實施例使用光纖環光學複製和時間延遲掃頻，複製的掃頻可與原掃頻結合以增加雷射器的有效的掃頻重複率。當交錯掃頻時，由增益材料支持的fsr與波長範圍的比可用於產生優選的掃頻特性。本發明的一個優選實施例使用基本上大於橫跨可調諧源的整個調諧範圍掃描所需的調諧元件的fsr，因此雷射器佔空因子是低的，以方便從相同可調諧源或不同可調諧源的複製和插入作為多路復用掃頻的一種方式。本發明的一個優選實施例使用掃頻大於一個fsr的範圍的調諧元件以改善掃頻線性化。本發明的另一個優選實施例使用掃頻大於一個fsr的範圍的調諧元件以改善掃頻線性化，並且其中fsr外的掃頻區域通過對增益材料的電流調製也被取消，而不由採集系統獲取，也不在源的輸出處調製。本發明的一個優選實施例使用掃頻大於一個fsr範圍的調諧元件以減小佔空因子從而使得能夠插入來自相同的雷射器的掃頻拷貝或來自不同的雷射器掃頻。討論到這點的結合多個vcl源的實施方式結合基本上類似的vcl源以獲得理想的掃頻特性。結合基本上不同的vcl源也是有益的。本發明的一個優選實施例使用交錯的來自具有不同中心波長的兩個或更多的vcl源的掃頻以增加源的有效的波長掃頻範圍。本發明的另一個優選實施例使用交錯的來自具有不同中心波長的兩個或更多的vcl源的掃頻，以在完全分離的不同波長下獲得oct信息，從而從樣本中獲得不同的頻譜信息。其它的加強可調諧源輸出可調諧的發射，以及放大式自發射(ase)和邊模光。濾出ase是有益的，使其不到達樣本或任何可選的光放大階段。一個優選實施例使用可調諧濾波器並且以可調諧源同步調諧濾波器以濾出放大式自發射，如圖52所示。可調諧濾波器5220可被使用並且與可調諧源5210同步調諧以濾出邊模。在光學電路中有多個設置可調諧濾波器並且可調諧濾波器和放大器潛在地結合的位置。本發明的一個優選實施例包括至少一個光放大器，其為與vcl源同步調諧的垂直腔放大器。本發明的一個優選實施例使用位於vcl5210和放大器5230之間某處的可調諧濾波器5220，其與vcl同步調諧以抑制ase和提高邊模抑制比。本發明的一個優選實施例也包括使用位於vcl後某處的可調諧濾波器，其與vcl同步調諧以抑制ase和提高邊模抑制比。本發明的一個優選實施例包括位於任何放大器5320後的可調諧濾波器5330，其與vcl5310同步調諧以抑制ase和提高邊模抑制比，如圖53所示。已經示出了可調諧濾波器和電流控制如何使用以降低ase噪聲、形成頻譜、抑制邊模和減少樣本曝光。也可能使用無源器件獲得類似功能性。本發明的一個優選實施例包括具有固定波長濾波響應的濾光器，其沿著光程插入系統內以形成頻譜。本發明的一個優選實施例包括具有固定波長濾波響應的濾光器，其沿著光程插入系統內以抑制ase。本發明的一個優選實施例包括具有固定波長濾波響應的濾光器，其被沿著光程設置在vcl或放大器輸出之後以形成發射頻譜。本發明的一個優選實施例包括具有固定波長濾波響應的濾光器，其被沿著光程設置在vcl或放大器輸出之後以抑制ase。本發明的另一個優選實施例僅使用有源器件，僅使用無源器件或混合任何有源或無源設計的結合以用於影響頻譜。可調諧源中增益材料的性能受工作溫度的影響。本發明的一個優選實施例包括用於熱調節的裝置，溫度控制器5410，以對一種或多種增益材料調節溫度從而獲得增大的輸出發射功率，如圖54所示。本發明的一個優選實施例包括用於熱調節的裝置以對一種或多種增益材料調節溫度從而獲得優選的發射頻譜。本發明的一個優選實施例包括用於熱調節的裝置以對一種或多種增益材料調節溫度從而獲得降低的發射噪聲。用於熱調節的裝置可為有源的或無源的。用於熱調節的裝置可為開環或閉環控制。熱調節的示例包括但不限於：熱電冷卻元件(tec)，與溫度傳感器和反饋迴路結合的tec，開環迴路中運行的tec，與溫度傳感器結合併在閉合迴路中運行的液體冷卻，在開環迴路中運行的液體冷卻，散熱、風扇、對流熱移除設備，導電熱移除設備，或在熱管理領域中已知的任何其它裝置或方法。通常，電子設備中的噪聲降低數據的質量。本發明的優選實施例管理電子設備中的噪聲以低於影響圖像質量的水平。可以是，噪聲吞噬器5420包括檢測器和調節電流驅動器輸出的反饋迴路，以減少雷射器噪聲，如圖54所示。雖然在一定程度上和個別地相對於前述的若干實施例對本發明進行描述，但是並不意味著應限制於任何這樣的細節、多個實施例或任何特定實施例，它是為了參考所附的權利要求進行解釋，以鑑於現有技術提供對這些權利要求的最寬的可能的解釋，因此有效地涵蓋本發明的預期範圍。另外，前面通過發明人以可預見的實施例的形式描述了本發明，其用於使得說明書有效，縱使本發明的非實質性的修改，不是目前預見的，但是仍然可以代表其等同物。當前第1頁12當前第1頁12