混沌光纤激光实现漫射光层析研究

For diffuse optical tomography systems in biomedicine, based on the traditional complex diffusion optical tomography system of frequency and time domain , the biggest shortcoming is the lower spatial resolution of the highly scattering tissue. It requires other imaging informations, and then increase the complexity of the system. So the time and space resolution must be overall considered..This project is proposed to realize biological tissue tomography by using the correlation of chaotic and near infrared diffuse theory. In the project, UWB chaotic laser that is produced by the near infrared chaotic fiber laser serves as a probe laser. The project uses the technology that adopts chaotic laser system identification and spread spectrum communication ,which uses the autocorrelation function of chaotic laser , and the autocorrelation function has the characteristics the delta function .By the affection of chaotic laser to the organism and the detection of the delta peak position and width changes in tissue optical signals, combined with diffuse light scattering theory, the optical parameters of biological tissues in different paths can be obtained. Through changing parameters in optical delay line within the organization action point tissue to change the intrinsic relationship between variables, to realize the internal tomography within the organization at different levels. The implementation of the project will promote the chaotic laser in biomedical imaging and tissue health inspection and other related disciplines to make originality in scientific research work.

对于生物医学漫射光层析成像系统，传统的基于频域和时域的漫射光层析技术系统复杂，最大缺陷是其对高散射组织体的较低分辨率，需借助其余成像辅助信息，进而增加系统的复杂度，时间和空间分辨率必须折中考虑。.本项目提出利用混沌激光的相关性结合近红外光漫射理论实现生物组织成像。该方案基于近红外混沌光纤激光器产生的超宽带混沌激光作为探测激光，采用混沌激光具有的统辨识和扩频通信技术，利用混沌激光的自相关函数具有delta 函数特征，通过混沌激光作用到生物组织中，探测生物组织的光信号相关的delta 峰值的位置和宽度的变化，结合漫射光散射理论，得出生物组织不同路径的光学特征参数。通过光延迟线改变组织内的作用点上组织参数改变量之间内在关系，实现不同层面的组织内实现内部的扫描。本项目的实施，将会促进混沌激光在生物医学成像方面和生物组织健康检测等相关学科在科学研究上做出原创性的工作。

漫射光学成像通过测量时间点扩展函数可以获得组织体光学参数的变化信息，实现连续的无损的生物组织检测。项目利用混沌激光与光纤检测相结合，实现混沌光纤生物传感和成像。项目研究的科学问题源涉及人类健康与疾病的生物学基础部分和前沿激光技术。. 本项目利用混沌激光的相关性结合近红外光漫射理论实现生物组织成像。将宽带光纤激光混沌源和光漫射层析相结合，通过采用掺镱光纤作为增益介质，实现了适用于人体生物组织成像的1um 波长的激光输出。将波长为1um的宽带混沌激光作为探测输入，通过待测的生物样品，考虑到活体实验对象光学参量并非精确已知,验证混沌系统的光学参量预测能力, 实验中所选用的是与人体组织类似的脂肪乳液作为样本，测量其时间点扩展曲线进行数据拟合。根据样本的已知参数，对测量的时域点扩展函数进行标定。基于混沌激光的漫射光层析的图像信息的获取的重构，定量分析和探测生物组织体的光学参数的空间变化。. 在混沌激光漫射光层析研究基础上，利用混沌激光delta型自相关函数的半高全宽仅与混沌激光的带宽有关的特性，解决脉冲型光纤环衰荡传感存在传感系统灵敏度与光源的脉冲宽度存在的矛盾。研究利用光纤的非线性效应产生混沌激光输出特性，尤其是混沌激光传输中自相关系数的不确定度受混沌光纤激光带宽、李雅普诺夫指数、排列熵等参数的影响。. 混沌激光自相关函数的峰值信息包含混沌信号在传输过程中的时延和损耗特性，通过测量混沌激光自相关函数峰值的e指数衰减，定量分析的光学参数随波长、功率等参数影响，实现生物组织光学参数的检测。通过混沌光纤环衰荡传感实现高灵敏度生物传感研究，实现生物组织体内光学特性的精确检测，为相关重大疾病的预防和早期诊断提供关键技术。