Une collaboration industrie-université a permis d'obtenir les premières images de tomographie par cohérence optique (OCT) de volumes en mètres cubes. Grâce à la capacité de l'OCT à fournir des informations difficiles à obtenir sur la composition des matériaux, structure souterraine, revêtements, rugosité de surface et autres propriétés, cette avancée pourrait ouvrir de nombreux nouveaux usages pour les PTOM dans l'industrie, fabrication et médecine. La réalisation représente également un progrès important vers le développement d'un système à grande vitesse, système OCT à faible coût sur une seule puce de circuit intégré.

"Notre étude démontre des résultats records mondiaux en imagerie de volume en mètres cubes, avec une plage de profondeur et un volume au moins d'un ordre de grandeur par rapport aux précédentes démonstrations d'OCT tridimensionnel, " a déclaré James G. Fujimoto du Massachusetts Institute of Technology (MIT), Massachusetts. "Ces résultats fournissent une démonstration de preuve de principe pour l'utilisation de l'OCT dans ce nouveau régime."

OCT, inventé pour la première fois par le groupe et les collaborateurs de Fujimoto dans les années 1990, est maintenant la norme de soins en ophtalmologie et est de plus en plus utilisée en cardiologie et en gastro-entérologie. Bien que l'OCT fournisse des images 3D utiles avec une résolution à l'échelle du micron, il a été limité à des profondeurs d'imagerie de quelques millimètres à quelques centimètres.

Dans le journal de la Optical Society pour la recherche à fort impact, Optique , les chercheurs signalent une vitesse élevée, Imagerie OCT 3-D avec une résolution de 15 microns sur une zone de 1,5 mètre. Ils ont démontré la nouvelle approche OCT en imaginant un mannequin, un vélo et des modèles d'un cerveau et d'un crâne humains. Ils ont également effectué des mesures d'objets dont l'échelle varie de mètres à microns.

Plusieurs échelles sur de longues distances

En plus des avantages des vitesses élevées et de la résolution fine, L'OCT permet l'imagerie, profilage et mesure de distance à plusieurs profondeurs simultanément tout en rejetant la lumière parasite.

"L'OCT longue portée est une nouvelle gamme de fonctionnement qui nécessite des sources lumineuses extrêmement performantes, récepteurs optiques intégrés et traitement du signal, ", a déclaré Fujimoto. La plage en OCT fait référence à la plage de profondeur sur laquelle des mesures peuvent être prises simultanément. Il est possible de positionner le centre de la plage OCT très près ou très loin de l'instrument d'imagerie.

La nouvelle technique pourrait être particulièrement utile pour les environnements industriels et de fabrication, où il pourrait potentiellement être utilisé pour surveiller les processus, prendre des mesures techniques et évaluer de manière non destructive les matériaux. L'OCT à macro-échelle pourrait également améliorer l'imagerie médicale, par exemple, en fournissant des mesures tridimensionnelles en laparoscopie ou des structures cartographiques telles que les voies respiratoires supérieures.

Les progrès des télécommunications apportent des améliorations aux PTOM

La source lumineuse qui permet l'OCT à portée métrique est un laser à cavité verticale et à émission de surface (VCSEL) accordable développé par Thorlabs Inc. et Praevium Research. Il utilise un appareil MEMS pour changer rapidement, ou balayer, la longueur d'onde du laser au fil du temps pour effectuer ce qu'on appelle l'OCT à source balayée.

"Les recherches de notre groupe au MIT et de nos collaborateurs de Praevium Research et Thorlabs ont indiqué que la longueur de cohérence de la source VCSEL était de plusieurs ordres de grandeur plus longue que les autres technologies laser à balayage adaptées à l'OCT, qui suggérait la possibilité d'une imagerie OCT à longue distance, " a déclaré Ben Potsaid du MIT et Thorlabs Inc., co-auteur de l'article.

Bien que les chercheurs du MIT expérimentent la source lumineuse VCSEL depuis plusieurs années, la détection de la lumière et l'acquisition de données restaient un défi. Ces obstacles ont été surmontés par des composants optiques avancés conçus pour les applications de télécommunications.

Dans le nouveau travail, les chercheurs ont utilisé un nouveau récepteur optique cohérent photonique au silicium développé par Acacia Communications qui a remplacé plusieurs composants OCT volumineux par une optique intégrée sur un minuscule, à bas prix, circuit intégré photonique (PIC) monopuce. Surtout, le récepteur PIC prend en charge les très hautes fréquences électriques et la large gamme de longueurs d'onde optiques requises pour l'OCT à source balayée tout en permettant ce que l'on appelle la détection en quadrature, ce qui double la plage d'imagerie OCT pour une vitesse d'acquisition de données donnée.

« Le développement de l'OCT au début des années 90 a grandement bénéficié des composants et méthodes utilisés dans les communications par fibre optique, " dit Fujimoto. " Et pourtant, 25 ans plus tard, les progrès de l'industrie des communications optiques continuent de profiter grandement à l'OCT."

Dans le journal, les chercheurs ont montré que l'OCT d'une portée métrique peut obtenir un signal fort à partir de surfaces de géométrie et de matériaux variés. Leurs tests ont également indiqué que les performances de la technique n'avaient pas atteint les limites fondamentales de la source laser VCSEL ou du récepteur PIC.

OCT sur puce

Les chercheurs s'efforcent de développer et d'utiliser encore plus de produits à faible coût, composants haute vitesse dans le but d'accélérer les étapes d'acquisition et de traitement des données. Cela pourrait éventuellement permettre une imagerie OCT en temps réel à l'aide de puces de circuits intégrés personnalisées.

« Alors que la technologie PIC continue de progresser, on peut raisonnablement s'attendre à des systèmes OCT complets sur une seule puce au cours des cinq prochaines années, réduisant considérablement la taille et le coût, " a déclaré Chris Doerr d'Acacia Communications, co-auteur de l'article. "Cela permettrait à plus de personnes partout dans le monde de bénéficier de l'OCT et d'ouvrir de nouvelles applications."