Устройство для интерферометрических измерений

Устройство для интерферометрических измерений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано, в частности, для интерферометрических измерений в устройствах, отличающихся оптическими средствами измерения, например для исследования внутренней структуры объекта исследования и получения его изображения с помощью оптического низкокогерентного излучения при медицинской диагностике состояния отдельных органов и систем человека, в том числе in vivo, а также в технической диагностике, например для контроля технологических процессов.

Устройства для интерферометрических измерений, пригодные для исследования внутренней структуры объектов, широко известны. Работа этих устройств основана на использовании оптического низкокогерентного излучения (см., например, устройства по пат. США №№ 5321501, 5383467, 5459570, 5582171, 6134003, 6657727 и др.). Эти устройства содержат оптический интерферометр, источник оптического излучения, оптически связанный с первым портом оптического интерферометра, и объект исследования, а также регистратор, оптически связанный с оптическим интерферометром.

Оптический интерферометр выполнен обычно в виде интерферометра Майкельсона (см., например, X.Clivaz et al. "High resolution reflectometry in biological tissues", Opt. Lett. /Vol.17, No.1/ January 1, 1992; J.A.Izatt, J.G.Fujimoto et al. "Optical coherence microscopy in scattering media", Opt. Lett. /Vol.19, No.8/ April 15, 1994, p.590-592), либо интерферометра Маха-Цендера (см., например, J.A.Izatt, J.G.Fujimoto et al. "Micron-resolution Biomedical Imaging with optical coherence tomography". Optics & Photonic News, October 1993, Vol.4, No.10, p.14-19; пат. США № 5582171, международная заявка № WO 00/16034). Вне зависимости от используемой конкретной схемы оптического интерферометра он содержит измерительное и референтное плечи, при этом измерительное плечо, как правило, снабжено измерительным зондом, чаще всего оптоволоконным. В интерферометре Майкельсона референтное плечо может быть снабжен референтным зеркалом (например, A.Sergeev et al. "In vivo optical coherence tomography of human skin microstructure", Proc.SPIE, v.2328, 1994, p.144; X.J.Wang et al. Characterization of human scalp hairs by optical low coherence reflectometry. Opt. Lett. /Vol.20, No.5, 1995, pp.524-526). Для обеспечения продольного сканирования объекта исследования референтное зеркало соединяют с элементом, обеспечивающим его механическое перемещение (пат. США №№ 5321501, 5459570), либо фиксируют местоположение референтного зеркала, а продольное сканирование осуществляют с помощью пьезоэлектрического сканирующего элемента (пат. РФ № 2100787, 1997 г.), либо с помощью дисперсионно-решеточной линии задержки (K.F.Kwong, D.Yankelevich et al. 400-Hz mechanical scanning optical delay line. Optics Letters, Vol.18, No.7, April 1, 1993). Иногда оптическую схему интерферометра полностью или частично реализуют с использованием оптических элементов с сосредоточенными параметрами (пат. США № 5383467), но чаще оптические интерферометры такого назначения выполняют оптоволоконными (пат. США №№ 5321501, 5459570, 5582171).

Достоинством устройств для интерферометрических измерений, осуществляемых с помощью оптического низкокогерентного излучения, является возможность получения изображений мутных сред с высоким пространственным разрешением, а также возможность неинвазивной диагностики при проведении медицинских исследований и неразрушающего контроля при технической диагностике различного оборудования.

Одной из основных проблем, которые приходится решать при разработке оптических интерферометров, входящих в состав устройств для интерферометрических измерений, в частности низкокогерентных рефлектометров и устройств для оптической когерентной томографии, впрочем так же, как и при разработке практически любых измерительных устройств, является проблема обеспечения максимального соотношения сигнал/шум при высокой эффективности использования мощности источника. Как известно, в классическом оптическом интерферометре Майкельсона, входящего в состав устройства для оптической когерентной томографии, для максимального использования мощности источника используют светорасщепитель с коэффициентом расщепления, равным 3 дБ. Оптическое излучение источника, пройдя через светорасщепитель, а затем через референтное плечо в прямом и обратном направлениях, возвращается на светорасщепитель, после чего 25% мощности поступает на фотоприемник, а 25% проходит к источнику оптического излучения (для случая, когда мощность оптического излучения, отраженная из измерительного плеча, пренебрежимо мала по сравнению мощностью, отраженной из референтного плеча). Очевидно, что в таком интерферометре 25% мощности источника просто не используется а, кроме того, приходится принимать специальные меры для защиты источника оптического излучения. В то же время, те 25% мощности источника, которые после светорасщепителя проходят к фотоприемнику из опорного плеча, являются избыточными с точки зрения обеспечения максимального соотношения сигнал/шум. Как показали исследования (W.V.Sorin, D.M.Baney "A simple intensity noise reduction technique for optical low coherence reflectometry", IEEE Photon. Technol. Lett., vol.4, No.12, pp.1404-1406, 1992), максимальное соотношение сигнал/шум может быть достигнуто при некотором, сравнительно невысоком уровне мощности в опорном плече. Это вынуждает уменьшать уровень мощности в опорном плече путем включения в него специальных аттенюаторов, что дополнительно снижает эффективность использования мощности источника.

Для повышения соотношения сигнал/шум известно использование балансного приема в оптическом интерферометре указанного назначения (например, H.J.Foth et al. "Optical coherence tomography in turbid tissue: theoretical analysis and experimental results", Proc.SPIE, vol.2628, pp.239-247; W.Drexler et al. "In vivo ultrahigh-resolution optical coherence tomography". Opt. Lett., Vol.24, No.17, pp.1221-1223, 1999). В этих устройствах регистратор включает два фотоприемника и дифференциальный усилитель, что обеспечивает вычитание избыточных шумов источника оптического излучения и сложение информативных интерференционных сигналов. Однако эти устройства недостаточно эффективны с точки зрения использования мощности источника низкокогерентного излучения, поскольку в этих устройствах порядка 12,5% мощности все же возвращается к источнику. Кроме того, необходимо выравнивание мощности, поступающей на первый и второй фотоприемники, что в еще большей степени уменьшает эффективность использования источника оптического излучения.

Оптический интерферометр по ст. A.M.Rollins, J.A.Izatt "Optimal interferometer designs for optical coherence tomography". Opt. Lett., Vol.24, No.21, pp.1484-1486, 1999, также реализует балансный прием и выполнен в виде интерферометра Маха-Цандера. Он содержит источник неполяризованного оптического излучения, оптически связанный с первым светорасщепителем, измерительное и референтное плечи, второй светорасщепитель и трехпортовый циркулятор. Циркулятор включен в измерительное плечо, при этом первый его порт подключен к третьему порту первого светорасщепителя, второй связан с исследуемым объектом, а третий порт соединен с первым портом второго светорасщепителя. В референтное плечо включена линия задержки, подключенная одним концом к четвертому порту первого светорасщепителя, а вторым концом - к второму порту второго светорасщепителя. Третий порт второго светорасщепителя оптически связан с первым фотоприемником. Второй фотоприемник оптически связан с четвертым портом второго светорасщепителя, а выходы первого и второго фотоприемников подключены к соответствующим входам дифференциального усилителя. Коэффициент расщепления первого светорасщепителя отличен от 3 дБ, а коэффициент расщепления второго светорасщепителя равен 3 дБ.

Для уменьшения уровня мощности, возвращающейся в источник, известно использование насимметричных светорасщепителей с преимущественным отведением мощности в измерительное плечо (пат. США № 6657727; ст. B.E.Bouma, G.J.Tearney "Power efficient, non-reciprocal interferometer and linear scanning fiber-optic catheter for optical coherence tomography". Opt. Lett., Vol.24, No.8, pp.531-533, 1999). В этом устройстве оптический интерферометр так же, как и описанный выше по ст. A.M.Rollins et al., выполнен в виде интерферометра Маха-Цандера. Он содержит оптически связанные источник линейно поляризованного оптического излучения, первый светорасщепитель, измерительное и референтное плечи, циркулятор, второй светорасщепитель и фотоприемник, выход которого связан с блоком обработки и индикации. Референтное плечо включает сканер по глубине, выполненный в виде дисперсионно-решеточной линии задержки, содержащей неподвижное референтное зеркало, размещенное на конце референтного плеча. Первый и второй светорасщепители выполнены несимметричными: коэффициенты расщепления первого и второго светорасщепителей составляют 90%:10%, при этом 90% мощности поступает в измерительное плечо, а 10% - в опорное плечо. В этом техническом решении так же, как и в описанном выше оптическом интерферометре по ст. A.M.Rollins et al., за счет повышения уровня мощности оптического излучения, поступающей в измерительное плечо, обеспечивается повышенная эффективность использования мощности источника оптического излучения и высокое соотношение сигнал/шум. Достоинством этого оптического интерферометра является также и то, что большая часть оптического излучение не возвращается в источник. Однако часть мощности источника, пройдя через референтное плечо, тем не менее, возвращается в источник. Кроме того, в этом устройстве не предусмотрена возможность реализации балансного приема, что не позволяет обеспечить оптимальное соотношение сигнал/шум.

Ближайшим аналогом разработанного устройства для интерферометрических измерений по совокупности сходных существенных признаков и достигаемому техническому результату является устройство по пат. РФ № 2169347. Устройство содержит источник оптического излучения, оптический интерферометр, объект исследования, а также регистратор, реализующий балансную схему приема. Оптический интерферометр включает светорасщепитель, первый и второй порты которого являются соответственно первым и вторым портами оптического интерферометра, а также измерительное и референтное плечи, оптически связанные соответственно с третьим и четвертым портами светорасщепителя. Источник оптического излучения оптически связан с первым портом поляризационного ответвителя, к второму порту которого подключен первый вход регистратора. Третий порт поляризационного ответвителя оптически связан с первым портом оптического интерферометра. Второй порт поляризационного ответвителя оптически связан со вторым портом оптического интерферометра. Светорасщепитель выполнен поляризационного-чувствительным, при этом для проходящих через него ортогональных поляризаций во встречных направлениях он является невзаимным. Коэффициент расщепления светорасщепителя в прямом и обратном направлении устанавливают исходя из условия наилучшего соотношения сигнал/шум при заданной мощности источника оптического излучения, а реализация балансного приема обеспечивает оптимальное соотношение сигнал/шум.

Однако это устройство, так же, как и другие устройства аналогичного назначения, в ряде случаев не обеспечивает максимальной эффективности использования мощности источника оптического излучения. Например, при использовании неполяризованного или частично поляризованного источника оптического излучения для проведения поляризационных измерений упомянутый источник соединяют с поляризатором и для измерений используют оптическое излучение одной из поляризаций. В этом случае половина мощности источника просто теряется. Следует отметить также, что поляризационно-чувствительный светорасщепитель представляет собой технологически сложное и достаточно дорогостоящее устройство. Кроме того, в известных устройствах при необходимости осуществить мультиплексирование излучений от двух источников, имеющих разные, либо совпадающие частично или полностью спектры, в оптический интерферометр вводят спектрально селективный мультиплексор. Даже при использовании идеального мультиплексора это приводит к спектрально неравномерным потерям мощности, поскольку спектральные зависимости коэффициентов передачи мультиплексора с разных входов принципиально различны.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение класса устройств для интерферометрических измерений, обеспечивающих высокую эффективность использования мощности источника оптического излучения при оптимальном соотношении сигнал/шум, в том числе при мультиплексировании, т.е. разработка устройства для интерферометрических измерений, эксплуатационные характеристики которого, по меньшей мере, не уступают эксплуатационным характеристикам лучших устройств аналогичного назначения, известных из уровня техники.

Сущность разработанного устройства для интерферометрических измерений заключается в том, что оно так же, как и устройство, являющееся его ближайшим аналогом, содержит оптически связанные первый источник оптического излучения, оптический интерферометр, объект исследования, а также регистратор, реализующий балансную схему приема. Первый и второй входы регистратора оптически связаны с оптическим интерферометром. Оптический интерферометр включает первый светорасщепитель с коэффициентом расщепления, приблизительно равным 3 дБ, а также измерительное и референтное плечи, оптически связанные с соответствующими портами первого светорасщепителя. Устройство для интерферометрических измерений выполнено с возможностью ввода оптического излучения в первый порт оптического интерферометра.

Новым в разработанном устройстве для интерферометрических измерений является то, что оно выполнено с возможностью ввода оптического излучения во второй порт оптического интерферометра при обеспечении идентичности мод оптических излучений, пришедших с первого и второго портов оптического интерферометра в упомянутое измерительное плечо, и идентичности мод оптических излучений, пришедших с первого и второго портов оптического интерферометра в упомянутое референтное плечо.

В частном случае оптический интерферометр выполнен в виде интерферометра Майкельсона, при этом в него дополнительно введены первый и второй трехпортовые коммутаторы, первые порты которых являются соответственно первым и вторым портами оптического интерферометра, вторые порты оптически связаны соответственно с первым и вторым портами первого светорасщепителя, а с третьими портами оптически связаны первый и второй входы регистратора.

В конкретной реализации первый и второй трехпортовые коммутаторы выполнены в виде первого и второго поляризационных ответвителей соответственно, а каждое из плеч оптического интерферометра включает переключатель состояния поляризации на ортогональное при двойном прохождении оптического излучения через указанный переключатель состояния поляризации, установленный в дистальном конце соответствующего плеча.

При этом, по меньшей мере, один из упомянутых переключателей состояния поляризации может быть выполнен в виде четвертьволновой пластины, либо в виде элемента Фарадея.

В другой конкретной реализации первый и второй трехпортовые коммутаторы выполнены в виде первого и второго циркулятора соответственно.

В другом частном случае оптический интерферометр выполнен в виде интерферометра Маха-Цандера и включает второй светорасщепитель с коэффициентом расщепления, приблизительно равным 3 дБ, при этом первый и второй порты первого светорасщепителя являются соответственно первым и вторым портами оптического интерферометра, входы регистратора оптически связаны с выходными портами второго светорасщепителя, а измерительное плечо выполнено с возможностью воздействия исследуемого объекта на оптическое излучение, проходящее через измерительное плечо.

В другом частном случае первый источник оптического излучения оптически связан с оптическим интерферометром через установленный за ним по ходу оптического излучения третий поляризационный ответвитель, при этом входной порт третьего поляризационного ответвителя оптически связан с первым источником оптического излучения, а выходные порты третьего поляризационного ответвителя, один непосредственно, другой - через узел поворота плоскости поляризации оптического излучения, оптически связаны соответственно с первым и вторым портами оптического интерферометра.

В конкретной реализации третий поляризационный ответвитель выполнен оптоволоконным.

В другой конкретной реализации третий поляризационный ответвитель выполнен в виде поляризующей призмы.

В другой конкретной реализации узел поворота плоскости поляризации оптического излучения выполнен в виде жесткого соединения двух отрезков оптического волокна, поляризационные оси которых ориентированы приблизительно ортогонально друг относительно друга.

В другой конкретной реализации упомянутый узел поворота плоскости поляризации оптического излучения размещен вне третьего поляризационного ответвителя.

В другой конкретной реализации при выполнении третьего поляризационного ответвителя оптоволоконным упомянутый узел поворота плоскости поляризации оптического излучения может быть размещен внутри третьего поляризационного ответвителя.

В другом частном случае разработанное устройство для интерферометрических измерений содержит второй источник оптического излучения, при этом первый источник оптического излучения оптически связан с первым портом оптического интерферометра, а второй источник оптического излучения оптически связан со вторым портом оптического интерферометра.

В конкретной реализации первый источник оптического излучения выполнен широкополосным.

В другой конкретной реализации первый источник оптического излучения выполнен низкокогерентным.

В другой конкретной реализации второй источник оптического излучения выполнен широкополосным.

В другой конкретной реализации второй источник оптического излучения выполнен низкокогерентным.

В другой конкретной реализации оптический интерферометр выполнен оптоволоконным.

В другой конкретной реализации, по меньшей мере, одно из плеч оптического интерферометра содержит сканер по глубине.

В другой конкретной реализации сканер по глубине выполнен с возможностью изменения оптической длины этого плеча, по меньшей мере, на несколько десятков рабочих длин волн оптического интерферометра.

В другой конкретной реализации измерительное плечо включает измерительный зонд.

В другой конкретной реализации измерительный зонд включает поперечный сканер.

В разработанном устройстве для интерферометрических измерений обеспечивается высокая эффективность использования мощности источника оптического излучения. Это достигается тем, что устройство выполнено с возможностью ввода оптического излучения во второй порт оптического интерферометра при обеспечении идентичностости мод оптических излучений, пришедших с первого и второго портов оптического интерферометра в измерительное плечо оптического интерферометра, и идентичности мод оптических излучений, пришедших с первого и второго портов оптического интерферометра в референтное плечо оптического интерферометра. Устройство может включать как один, так и два источника оптического излучения. При использовании одного источника устройство содержит поляризационный ответвитель, установленный за источником по ходу излучения. Один из выходов поляризационного ответвителя соединен с узлом поворота плоскости поляризации. Оптический интерферометр может быть выполнен, например, в виде интерферометра Майкельсона, содержащего трехпортовые коммутаторы, либо в виде интерферометра Маха-Цандера. Использование двух источников оптического излучения позволяет, кроме того, осуществить мультиплексирование без спектральных потерь мощности. Конкретные виды и формы выполнения устройства и входящих в него элементов, в частности оптического интерферометра, трехпортовых коммутаторов, переключателей состояния поляризации, узла поворота плоскости поляризации и других элементов, характеризуют изобретение в частных конкретных случаях его выполнения.

На фиг.1 изображена структурная схема разработанного устройства с одним источником оптического излучения, соответствующая одному из частных случаев его реализации, при выполнении оптического интерферометра в виде интерферометра Майкельсона.

На фиг.2 изображена структурная схема разработанного устройства с одним источником оптического излучения, соответствующая другому частному случаю его реализации, при выполнении оптического интерферометра в виде интерферометра Майкельсона.

На фиг.3 изображена структурная схема разработанного устройства с одним источником оптического излучения, соответствующая другому частному случаю его реализации, при выполнении оптического интерферометра в виде интерферометра Маха-Цандера.

На фиг.4 изображена структурная схема разработанного устройства с двумя источниками оптического излучения, соответствующая одному из частных случаев его реализации, при выполнении оптического интерферометра в виде интерферометра Майкельсона.

На фиг.5 изображена структурная схема разработанного устройства с двумя источниками оптического излучения, соответствующая другому частному случаю его реализации, при выполнении оптического интерферометра в виде интерферометра Майкельсона.

На фиг.6 изображена структурная схема разработанного устройства с двумя источниками оптического излучения, соответствующая другому частному случаю его реализации, при выполнении оптического интерферометра в виде интерферометра Маха-Цандера.

Разработанное устройство для интерферометрических измерений иллюстрируются на примерах волоконно-оптического выполнения, но очевидно, что оно может быть реализовано с помощью оптических элементов с сосредоточенными параметрами.

Устройство по фиг.1 содержит оптически связанные первый источник 1 оптического излучения, оптический интерферометр 2, объект 3 исследования, а также регистратор 4, реализующий балансную схему приема. Оптический интерферометр 2 выполнен в виде интерферометра 5 Майкельсона и включает первый 6 и второй 7 трехпортовые коммутаторы, первый светорасщепитель 8 с коэффициентом расщепления, приблизительно равным 3 дБ, а также измерительное 9 и референтное 10 плечи. Первые порты 11, 12 трехпортовых коммутаторов 6, 7 являются соответственно первым 13 и вторым 14 портами оптического интерферометра 2. Вторые порты 15, 16 трехпортовых коммутаторов 6, 7 оптически связаны соответственно с первым 17 и вторым 18 портами первого светорасщепителя 8, а с третьими портами 19, 20 трехпортовых коммутаторов 6, 7 оптически связаны соответственно первый 21 и второй 22 входы регистратора 4. В устройстве по фиг.1 трехпортовые коммутаторы 6, 7 выполнены в виде первого 23 и второго 24 поляризационных ответвителей соответственно. Первые 25,26, вторые 27,28 и третьи 29, 30 порты первого 23 и второго 24 поляризационных ответвителей являются первыми 11, 12, вторыми 15, 16 и третьими 19, 20 портами первого 6 и второго 7 трехпортовых коммутаторов соответственно. Измерительное 9 и референтное 10 плечи, оптически связаны соответственно с третьим 31 и четвертым 32 портами первого светорасщепителя 8. Измерительное плечо 9 оптического интерферометра 2 включает переключатель 33 состояния поляризации на ортогональное при двойном прохождении оптического излучения через указанный переключатель 33. Переключатель 33 установлен в дистальном конце измерительного плеча 9 непосредственно перед объектом 3 исследования. Референтное плечо 10 оптического интерферометра 2 включает переключатель 34 состояния поляризации на ортогональное при двойном прохождении оптического излучения через указанный переключатель 34, установленный в дистальном конце референтного плеча 10. За первым источником 1 оптического излучения по ходу оптического излучения установлен третий поляризационный ответвитель 35, при этом входной порт 36 третьего поляризационного ответвителя 35 оптически связан с первым источником 1. Выходной порт 37 третьего поляризационного ответвителя 35 оптически связан непосредственно с первым портом 13 оптического интерферометра 2, а выходной порт 38 третьего поляризационного ответвителя 35 оптически связан со вторым портом 14 оптического интерферометра 2 через узел 39 поворота плоскости поляризации оптического излучения. По меньшей мере, одно из плеч оптического интерферометра 2 может содержать сканер 40 по глубине, выполненный с возможностью изменения оптической длины этого плеча, по меньшей мере, на несколько десятков рабочих длин волн оптического интерферометра 2. В конкретной реализации, представленной на фиг.1, сканер 40 размещен в референтном плече 10, а измерительное плечо 9 снабжено оптическим зондом 41, размещенным в его дистальном конце. Референтное плечо 10 снабжено на конце референтным зеркалом 42.

Устройство по фиг.2 так же, как и устройство по фиг.1, содержит оптически связанные первый источник 1 оптического излучения, оптический интерферометр 2, объект 3 исследования, а также регистратор 4, реализующий балансную схему приема. Оптический интерферометр 2 выполнен в виде интерферометра 56 Майкельсона и включает первый 6 и второй 7 трехпортовые коммутаторы, первый светорасщепитель 8 с коэффициентом расщепления, приблизительно равным 3 дБ, а также измерительное 9 и референтное 10 плечи. Первые порты 11, 12 трехпортовых коммутаторов 6, 7 являются соответственно первым 13 и вторым 14 портами оптического интерферометра 2. Вторые порты 15, 16 трехпортовых коммутаторов 6, 7 оптически связаны соответственно с первым 17 и вторым 18 портами первого светорасщепителя 8, а с третьими портами 19, 20 трехпортовых коммутаторов 6, 7 оптически связаны соответственно первый 21 и второй 22 входы регистратора 4. В устройстве по фиг.2 первый 6 и второй 7 трехпортовые коммутаторы выполнены в виде первого 43 и второго 44 циркуляторов соответственно. Первые 45, 46, вторые 47, 48 и третьи 49, 50 порты первого 43 и второго 44 циркуляторов являются первыми 11, 12, вторыми 15, 16 и третьими 19, 20 портами первого 6 и второго 7 трехпортовых коммутаторов соответственно. За первым источником 1 оптического излучения по ходу оптического излучения установлен третий поляризационный ответвитель 35, обеспечивающий разделение поступающего на него оптического излучения на две ортогонально поляризованные составляющие. Входной порт 36 третьего поляризационного ответвителя 35 оптически связан с первым источником 1. Выходные порты 37, 38 третьего поляризационного ответвителя 35, один непосредственно, а другой - через узел 39 поворота плоскости поляризации оптического излучения, оптически связаны соответственно с первым 13 и вторым 14 портами оптического интерферометра 2. По меньшей мере, одно из плеч оптического интерферометра 2 может содержать сканер 40 по глубине, выполненный с возможностью изменения оптической длины этого плеча по меньшей мере на несколько десятков рабочих длин волн оптического интерферометра 2. В конкретной реализации, представленной на фиг.2, сканер 40 размещен в референтном плече 10, а измерительное плечо 9 снабжено оптическим зондом 41, размещенным в его дистальном конце. Референтное плечо 10 снабжено на конце референтным зеркалом 42.

Устройство по фиг.3 так же, как и устройства по фигурам 1, 2, содержит оптически связанные первый источник 1 оптического излучения, оптический интерферометр 2, объект 3 исследования, а также регистратор 4, реализующий балансную схему приема. Оптический интерферометр 2 в устройстве по фиг.3 выполнен в виде интерферометра 51 Маха-Цандера и включает первый светорасщепитель 8 с коэффициентом расщепления, приблизительно равным 3 дБ, второй светорасщепитель 52 с коэффициентом расщепления, приблизительно равным 3 дБ, а также измерительное 9 и референтное 10 плечи. Первый 17 и второй 18 порты первого светорасщепителя 8 являются соответственно первым 13 и вторым 14 портами оптического интерферометра 2. Входы 21, 22 регистратора 4 оптически связаны соответственно с выходными портами 53, 54 второго светорасщепителя 52, а измерительное плечо 9 выполнено с возможностью воздействия исследуемого объекта 3 на оптическое излучение, проходящее через измерительное плечо 9. В конкретной реализации измерительное плечо 9 включает третий циркулятор 55 и оптический зонд 41. За первым источником 1 оптического излучения по ходу оптического излучения установлен третий поляризационный ответвитель 35, обеспечивающий разделение поступающего на него оптического излучения на две ортогонально поляризованные составляющие. Входной порт 36 третьего поляризационного ответвителя 35 оптически связан с первым источником 1. Выходные порты 37, 38 третьего поляризационного ответвителя 35, один непосредственно, а другой - через узел 39 поворота плоскости поляризации оптического излучения, оптически связаны соответственно с первым 13 и вторым 14 портами оптического интерферометра 2. По меньшей мере, одно из плеч оптического интерферометра 2 может содержать сканер 40 по глубине, выполненный с возможностью изменения оптической длины этого плеча по меньшей мере на несколько десятков рабочих длин волн оптического интерферометра 2. В конкретной реализации, представленной на фиг.3, сканер 40 размещен в референтном плече 10.

Устройство по фиг.4 так же, как и устройства по фигурам 1-3, содержит оптически связанные первый источник 1 оптического излучения, оптический интерферометр 2, объект 3 исследования, а также регистратор 4, реализующий балансную схему приема. Устройство по фиг.4 содержит второй источник оптического излучения 56, при этом первый источник 1 оптического излучения оптически связан с первым портом 13 оптического интерферометра 2, а второй источник 56 оптического излучения оптически связан со вторым портом 14 оптического интерферометра 2. Оптический интерферометр 2 в устройстве по фиг.3 выполнен в виде интерферометра 56 Майкельсона так же, как в устройстве по фиг.1. Интерферометр 56 содержит первый 6 и второй 7 трехпортовые коммутаторы, первый светорасщепитель 8 с коэффициентом расщепления, приблизительно равным 3 дБ, а также измерительное 9 и референтное 10 плечи. Первые порты 11, 12 трехпортовых коммутаторов 6, 7 являются соответственно первым 13 и вторым 14 портами оптического интерферометра 2. Вторые порты 15, 16 трехпортовых коммутаторов 6, 7 оптически связаны соответственно с первым 17 и вторым 18 портами первого светорасщепителя 8, а с третьими портами 19, 20 трехпортовых коммутаторов 6, 7 оптически связаны первый 21 и второй 22 входы регистратора 4. В устройстве по фиг.4 трехпортовые коммутаторы 6, 7 выполнены в виде первого 23 и второго 24 поляризационных ответвителей соответственно. Первые 25, 26, вторые 27, 28 и третьи 29, 30 порты первого 23 и второго 24 поляризационных ответвителей являются первыми 11, 12, вторыми 15, 16 и третьими 19, 20 портами первого 6 и второго 7 трехпортовых коммутаторов соответственно. Измерительное 9 и референтное 10 плечи оптически связаны соответственно с третьим 31 и четвертым 32 портами первого светорасщепителя 8. Измерительное плечо 9 оптического интерферометра 2 включает переключатель 33 состояния поляризации на ортогональное при двойном прохождении оптического излучения через указанный переключатель 33. Переключатель 33 установлен в дистальном конце измерительного плеча 9. Референтное плечо 10 оптического интерферометра 2 включает переключатель 34 состояния поляризации на ортогональное при двойном прохождении оптического излучения через указанный переключатель 34, установлений в дистальном конце референтного плеча 10. По меньшей мере, одно из плеч оптического интерферометра 2 может содержать сканер 40 по глубине, выполненный с возможностью изменения оптической длины этого плеча, по меньшей мере, на несколько десятков рабочих длин волн оптического интерферометра 2. В конкретной реализации, представленной на фиг.4, сканер 40 размещен в референтном плече 10, а измерительное плечо 9 снабжено зондом 41, размещенным в его дистальном конце. Референтное плечо 10 снабжено на конце референтным зеркалом 42.

Устройство по фиг.5 так же, как и устройства по фигурам 1-4, содержит оптически связанные первый источник 1 оптического излучения, оптический интерферометр 2, объект 3 исследования, а также регистратор 4, реализующий балансную схему приема. Устройство по фиг.5 так же, как и устройство по фиг.4, содержит второй источник оптического излучения 56, при этом первый источник 1 оптического излучения оптически связан с первым портом 13 оптического интерферометра 2, а второй источник 56 оптического излучения оптически связан со вторым портом 14 оптического интерферометра 2. Оптический интерферометр 2 в устройстве по фиг.5 выполнен в виде интерферометра 56 Майкельсона так же, как в устройстве по фиг.2, и включает первый 6 и второй 7 трехпортовые коммутаторы, первый светорасщепитель 8 с коэффициентом расщепления, приблизительно равным 3 дБ, а также измерительное 9 и референтное 10 плечи. Первые порты 11, 12 трехпортовых коммутаторов 6, 7 являются соответственно первым 13 и вторым 14 портами оптического интерферометра 2. Вторые порты 15, 16 трехпортовых коммутаторов 6, 7 оптически связаны соответственно с первым 17 и вторым 18 портами первого светорасщепителя 8, а с третьими портами 19, 20 трехпортовых коммутаторов 6, 7 оптически связаны соответственно первый 21 и второй 22 входы регистратора 4. В устройстве по фиг.5 первый 6 и второй 7 трехпортовые коммутаторы выполнены в виде первого 43 и второго 44 циркуляторов соответственно. Первые 45, 46, вторые 47, 48 и третьи 49, 50 порты первого 43 и второго 44 циркуляторов являются первыми 11, 12, вторыми 15, 16 и третьими 19, 20 портами первого 6 и второго 7 трехпортовых коммутаторов соответственно. По меньшей мере, одно из плеч оптического интерферометра 2 может содержать сканер 40 по глубине, выполненный с возможностью изменения оптической длины этого плеча по меньшей мере на несколько десятков рабочих длин волн оптического интерферометра 2. В конкретной реализации, представленной на фиг.5, сканер 40 размещен в референтном плече 10, а измерительное плечо 9 снабжено оптическим зондом 41, размещенным в его дистальном конце. Референтное плечо 10 снабжено на конце референтным зеркалом 42.

Устройство по фиг.6 так же, как и устройства по фигурам 1-5, содержит оптически связанные первый источник 1 оптического излучения, оптический интерферометр 2, объект 3 исследования, а также регистратор 4, реализующий балансную схему приема. Устройство по фиг.6 так же, как и устройства по фиг.4, 5, содержит второй источник оптического излучения 56, при этом первый источник 1 оптического излучения оптически связан с первым портом 13 оптического интерферометра 2, а второй источник 56 оптического излучения оптически связан со вторым портом 14 оптического интерферометра 2. Оптический интерферометр 2 в устройстве по фиг.3 выполнен в виде интерферометра 51 Маха-Цандера так же, как в устройстве по фиг.3, и включает первый светорасщепитель 8 с коэффициентом расщепления, приблизительно равным 3 дБ, второй светорасщепитель 52 с коэффициентом расщепления, приблизительно равным 3 дБ, а также измерительное 9 и референтное 10 плечи. Первый 17 и второй 18 порты первого светорасщепителя 8 являются соответственно первым 13 и вторым 14 портами оптического интерферометра 2. Входы 21, 22 регистратора 4 оптически связаны соответственно с выходными портами 53, 54 второго светорасщепителя 52, а измерительное плечо 9 выполнено с возможностью воздействия исследуемого объекта 3 на оптическое излучение, проходящее через измерительное плечо 9. В конкретной реализации измерительное плечо 9 включает третий циркулятор 55 и оптический зонд 41. По меньшей мере, одно из плеч оптического интерферометра 2 может содержать сканер 40 по глубине, выполненный с возможностью изменения оптической длины этого плеча по меньшей мере на несколько десятков рабочих длин волн оптического интерферометра 2. В конкретной реализации, представленной на фиг.6, сканер 40 размещен в референтном плече 10.

Устройства по фиг.1-6 могут быть выполнены на поляризационно сохраняющем или изотропном оптическом волокне. При реализации устройства с использованием изотропного оптического волокна оно включает, по меньшей мере, один контроллер поляризации (не показан). При реализации устройства на поляризационно сохраняющем оптическом волокне, например, типа PANDA включение контроллера поляризации не требуется. Кроме того, при реализации устройств по фиг.2 и по фиг.5 с использованием изотропного оптического волокна в случае, когда оптический зонд 41 выполнен с возможностью перемещения, в измерительное плечо 9 и в рефе