スペクトル領域光コヒーレンス・トモグラフィーのための量子にインスパイアされた検出。

Quantum-inspired detection for spectral domain optical coherence tomography.

• Sylwia M Kolenderska
• Frédérique Vanholsbeeck
• Piotr Kolenderski

抄録

安全規格（ICNIRPやANSI）で認められている強度レベルでは、光コヒーレンス・トモグラフィー（OCT）を用いて高散乱性や吸収性の組織を画像化するために臨床現場で使用できる光量が制限されています。低強度レベルでの高感度イメージングを実現するために、我々は光子のスペクトル相関に関する情報を提供するために量子光学で使用される検出スキームを標準的なスペクトル領域OCTシステムに適応させました。この検出方式は、分散フーリエ変換の概念に基づいており、ファイバーが波長に依存した時間遅延をシングルピクセル検出器（通常は高速フォトレシーバ）で測定します。ここでは、シングルピクセル検出器として高速超伝導シングルフォトン検出器SSPDを用い、10pWオーダーの強度レベルでガラスのスタックとタマネギのスライスの画像を得る。また、このような検出方式における深さに依存した感度のフォールオフの式を提供し、回折格子ベースの分光器の時間的等価物として扱うことができる。

Intensity levels allowed by safety standards (ICNIRP or ANSI) limit the amount of light that can be used in a clinical setting to image highly scattering or absorptive tissues with optical coherence tomography (OCT). To achieve high-sensitivity imaging at low intensity levels, we adapt a detection scheme-which is used in quantum optics for providing information about spectral correlations of photons-into a standard spectral domain OCT system. This detection scheme is based on the concept of dispersive Fourier transformation, where a fiber introduces a wavelength-dependent time delay measured by a single-pixel detector, usually a high-speed photoreceiver. Here, we use a fast superconducting single-photon detector SSPD as a single-pixel detector and obtain images of a glass stack and a slice of onion at the intensity levels of the order of 10 pW. We also provide a formula for a depth-dependent sensitivity falloff in such a detection scheme, which can be treated as a temporal equivalent of diffraction-grating-based spectrometers.