Abstract

Optical coherence tomography (OCT) with unprecedented submicrometer axial resolution achieved by use of a photonic crystal fiber in combination with a compact sub-10-fs Ti:sapphire laser (Femtolasers Produktions) is demonstrated for what the authors believe is the first time. The emission spectrum ranges from 550 to 950 nm (λc=725 nm, Pout=27 mW), resulting in a free-space axial OCT resolution of 0.75 µm, corresponding to 0.5 µm in biological tissue. Submicrometer-resolution OCT is demonstrated in vitro on human colorectal adenocarcinoma cells HT-29. This novel light source has great potential for development of spectroscopic OCT because its spectrum covers the absorption bands of several biological chromophores.

© 2002 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nature Med. 1, 970 (1995).
    [CrossRef]
  3. A. F. Fercher, J. Biomed. Opt. 1, 157 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. X. Clivaz, F. Marquis-Weible, and R. P. Salathé, Electron. Lett. 28, 1553 (1994).
    [CrossRef]
  5. A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, E. Morena-Barriuso, R. Leitgeb, W. Drexler, and H. Sattmann, Opt. Commun. 185, 57 (2000).
    [CrossRef]
  6. L. Vabre, A. Dubois, and C. Boccara, Opt. Lett. 27, 530 (2002).
    [CrossRef]
  7. W. Drexler, U. Morgner, F. X. Kärtner, C. Pitris, S. A. Boppart, X. D. Li, E. P. Ippen, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 24, 1221 (1999).
    [CrossRef]
  8. W. Drexler, U. Morgner, R. K. Ghanta, J. S. Schuman, F. Kärtner, and J. G. Fujimoto, Nature Med. 7, 502 (2001).
    [CrossRef]
  9. U. Morgner, W. Drexler, F. X. Kärtner, X. D. Li, C. Pitris, E. P. Ippen, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 25, 111 (2000).
    [CrossRef]
  10. J. K. Ranka, R. S. Windeler, and A. J. Stentz, Opt. Lett. 25, 25 (2000).
    [CrossRef]
  11. T. A. Birks, W. J. Wadsworth, and P. St. J. Russell, Opt. Lett. 25, 1415 (2000).
    [CrossRef]
  12. I. Hartl, X. D. Li, C. Chudoba, R. K. Ghanta, T. K. Ko, J. G. Fujimoto, J. K. Ranka, and P. S. Windeler, Opt. Lett. 26, 608 (2001).
    [CrossRef]
  13. A. Apolonski, B. Povazay, A. Unterhuber, T. A. Birks, W. J. Wadsworth, P. St. J. Russell, and W. Drexler, J. Opt. Soc. Am. B 19, 2165 (2002).
    [CrossRef]

2002 (2)

2001 (2)

I. Hartl, X. D. Li, C. Chudoba, R. K. Ghanta, T. K. Ko, J. G. Fujimoto, J. K. Ranka, and P. S. Windeler, Opt. Lett. 26, 608 (2001).
[CrossRef]

W. Drexler, U. Morgner, R. K. Ghanta, J. S. Schuman, F. Kärtner, and J. G. Fujimoto, Nature Med. 7, 502 (2001).
[CrossRef]

2000 (4)

1999 (1)

1996 (1)

A. F. Fercher, J. Biomed. Opt. 1, 157 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

1995 (1)

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nature Med. 1, 970 (1995).
[CrossRef]

1994 (1)

X. Clivaz, F. Marquis-Weible, and R. P. Salathé, Electron. Lett. 28, 1553 (1994).
[CrossRef]

1991 (1)

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Apolonski, A.

Birks, T. A.

Boccara, C.

Boppart, S. A.

W. Drexler, U. Morgner, F. X. Kärtner, C. Pitris, S. A. Boppart, X. D. Li, E. P. Ippen, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 24, 1221 (1999).
[CrossRef]

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nature Med. 1, 970 (1995).
[CrossRef]

Bouma, B.

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nature Med. 1, 970 (1995).
[CrossRef]

Brezinski, M. E.

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nature Med. 1, 970 (1995).
[CrossRef]

Chang, W.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Chudoba, C.

Clivaz, X.

X. Clivaz, F. Marquis-Weible, and R. P. Salathé, Electron. Lett. 28, 1553 (1994).
[CrossRef]

Drexler, W.

Dubois, A.

Fercher, A. F.

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, E. Morena-Barriuso, R. Leitgeb, W. Drexler, and H. Sattmann, Opt. Commun. 185, 57 (2000).
[CrossRef]

A. F. Fercher, J. Biomed. Opt. 1, 157 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Flotte, T.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Fujimoto, J. G.

W. Drexler, U. Morgner, R. K. Ghanta, J. S. Schuman, F. Kärtner, and J. G. Fujimoto, Nature Med. 7, 502 (2001).
[CrossRef]

I. Hartl, X. D. Li, C. Chudoba, R. K. Ghanta, T. K. Ko, J. G. Fujimoto, J. K. Ranka, and P. S. Windeler, Opt. Lett. 26, 608 (2001).
[CrossRef]

U. Morgner, W. Drexler, F. X. Kärtner, X. D. Li, C. Pitris, E. P. Ippen, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 25, 111 (2000).
[CrossRef]

W. Drexler, U. Morgner, F. X. Kärtner, C. Pitris, S. A. Boppart, X. D. Li, E. P. Ippen, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 24, 1221 (1999).
[CrossRef]

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nature Med. 1, 970 (1995).
[CrossRef]

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Ghanta, R. K.

W. Drexler, U. Morgner, R. K. Ghanta, J. S. Schuman, F. Kärtner, and J. G. Fujimoto, Nature Med. 7, 502 (2001).
[CrossRef]

I. Hartl, X. D. Li, C. Chudoba, R. K. Ghanta, T. K. Ko, J. G. Fujimoto, J. K. Ranka, and P. S. Windeler, Opt. Lett. 26, 608 (2001).
[CrossRef]

Gregory, K.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Hartl, I.

Hee, M. R.

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nature Med. 1, 970 (1995).
[CrossRef]

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Hitzenberger, C. K.

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, E. Morena-Barriuso, R. Leitgeb, W. Drexler, and H. Sattmann, Opt. Commun. 185, 57 (2000).
[CrossRef]

Huang, D.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Ippen, E. P.

Kärtner, F.

W. Drexler, U. Morgner, R. K. Ghanta, J. S. Schuman, F. Kärtner, and J. G. Fujimoto, Nature Med. 7, 502 (2001).
[CrossRef]

Kärtner, F. X.

Ko, T. K.

Leitgeb, R.

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, E. Morena-Barriuso, R. Leitgeb, W. Drexler, and H. Sattmann, Opt. Commun. 185, 57 (2000).
[CrossRef]

Li, X. D.

Lin, C. P.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Marquis-Weible, F.

X. Clivaz, F. Marquis-Weible, and R. P. Salathé, Electron. Lett. 28, 1553 (1994).
[CrossRef]

Morena-Barriuso, E.

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, E. Morena-Barriuso, R. Leitgeb, W. Drexler, and H. Sattmann, Opt. Commun. 185, 57 (2000).
[CrossRef]

Morgner, U.

Pitris, C.

Povazay, B.

Puliafito, C. A.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Ranka, J. K.

Russell, P. St. J.

Salathé, R. P.

X. Clivaz, F. Marquis-Weible, and R. P. Salathé, Electron. Lett. 28, 1553 (1994).
[CrossRef]

Sattmann, H.

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, E. Morena-Barriuso, R. Leitgeb, W. Drexler, and H. Sattmann, Opt. Commun. 185, 57 (2000).
[CrossRef]

Schuman, J. S.

W. Drexler, U. Morgner, R. K. Ghanta, J. S. Schuman, F. Kärtner, and J. G. Fujimoto, Nature Med. 7, 502 (2001).
[CrossRef]

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Southern, J. F.

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nature Med. 1, 970 (1995).
[CrossRef]

Stentz, A. J.

Sticker, M.

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, E. Morena-Barriuso, R. Leitgeb, W. Drexler, and H. Sattmann, Opt. Commun. 185, 57 (2000).
[CrossRef]

Stinson, W. G.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Swanson, E. A.

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nature Med. 1, 970 (1995).
[CrossRef]

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Tearney, G. J.

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nature Med. 1, 970 (1995).
[CrossRef]

Unterhuber, A.

Vabre, L.

Wadsworth, W. J.

Windeler, P. S.

Windeler, R. S.

Electron. Lett. (1)

X. Clivaz, F. Marquis-Weible, and R. P. Salathé, Electron. Lett. 28, 1553 (1994).
[CrossRef]

J. Biomed. Opt. (1)

A. F. Fercher, J. Biomed. Opt. 1, 157 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

Nature Med. (2)

J. G. Fujimoto, M. E. Brezinski, G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. Bouma, M. R. Hee, J. F. Southern, and E. A. Swanson, Nature Med. 1, 970 (1995).
[CrossRef]

W. Drexler, U. Morgner, R. K. Ghanta, J. S. Schuman, F. Kärtner, and J. G. Fujimoto, Nature Med. 7, 502 (2001).
[CrossRef]

Opt. Commun. (1)

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, E. Morena-Barriuso, R. Leitgeb, W. Drexler, and H. Sattmann, Opt. Commun. 185, 57 (2000).
[CrossRef]

Opt. Lett. (6)

Science (1)

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Submicrometer-resolution OCT system: BSs, beamsplitters; PBS, polarization beam splitter; QWPs and HWPs, quarter-wave and half-wave plates, respectively; VC, voice coil; CC, corner cube; L’s, lenses; D1–D3, detectors; DC, dispersion compensation; M1, M2, mirrors; RM, reference mirror; PCF, photonic crystal fiber.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Optical spectrum of PCF output (solid curve), PCF input spectrum (dashed curve), and (b) corresponding interference signal.

Fig. 3
Fig. 3

In vitro submicrometer-resolution OCT images of human colorectal adenocarcinoma cells HT-29 with 0.5µm axial and 2µm transverse resolution, covering an area of 50 µm×50 µm, equally spaced by 2 µm (A–F). Arrows indicate features that may correspond to nucleoli of approximately 35 µm diameter. Histological sections parallel (G and H) and perpendicular (I) to the OCT imaging direction of typical HT-29 cells.

Metrics