Abstract

A Fourier domain mode-locked (FDML) laser at 1050nm for ultra-high-speed optical coherence tomography (OCT) imaging of the human retina is demonstrated. Achievable performance, physical limitations, design rules, and scaling principles for FDML operation and component choice in this wavelength range are discussed. The fiber-based FDML laser operates at a sweep rate of 236kHz over a 63nm tuning range, with 7mW average output power. Ultra-high-speed retinal imaging is demonstrated at 236,000 axial scans per second. This represents a speed improvement of 10× over typical high-speed OCT systems, paving the way for densely sampled volumetric data sets and new imaging protocols.

© 2007 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. C. A. Puliafito, M. R. Hee, C. P. Lin, E. Reichel, J. S. Schuman, J. S. Duker, J. A. Izatt, E. A. Swanson, and J. G. Fujimoto, Ophthalmology 102, 217 (1995).
    [PubMed]
  3. A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, G. Kamp, and S. Y. Elzaiat, Opt. Commun. 117, 43 (1995).
    [CrossRef]
  4. G. Häusler and M. W. Lindner, J. Biomed. Opt. 3, 21 (1998).
    [CrossRef]
  5. R. Leitgeb, C. K. Hitzenberger, and A. F. Fercher, Opt. Express 11, 889 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. J. F. de Boer, B. Cense, B. H. Park, M. C. Pierce, G. J. Tearney, and B. E. Bouma, Opt. Lett. 28, 2067 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. M. A. Choma, M. V. Sarunic, C. H. Yang, and J. A. Izatt, Opt. Express 11, 2183 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. N. A. Nassif, B. Cense, B. H. Park, M. C. Pierce, S. H. Yun, B. E. Bouma, G. J. Tearney, T. C. Chen, and J. F. de Boer, Opt. Express 12, 367 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. M. Wojtkowski, V. J. Srinivasan, T. H. Ko, J. G. Fujimoto, A. Kowalczyk, and J. S. Duker, Opt. Express 12, 2404 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. R. Huber, M. Wojtkowski, K. Taira, J. G. Fujimoto, and K. Hsu, Opt. Express 13, 3513 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. A. Bilenca, S. H. Yun, G. J. Tearney, and B. E. Bouma, Opt. Lett. 31, 760 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. R. Huber, M. Wojtkowski, and J. G. Fujimoto, Opt. Express 14, 3225 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. R. Huber, D. C. Adler, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 31, 2975 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. D. C. Adler, R. Huber, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 32, 626 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. K. F. Palmer and D. Williams, J. Opt. Soc. Am. 64, 1107 (1974).
    [CrossRef]
  16. A. Unterhuber, B. Povazay, B. Hermann, H. Sattmann, A. Chavez-Pirson, and W. Drexler, Opt. Express 13, 3252 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  17. E. C. W. Lee, J. F. de Boer, M. Mujat, H. Lim, and S. H. Yun, Opt. Express 14, 4403 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  18. V. J. Srinivasan, R. Huber, I. Gorczynska, J. G. Fujimoto, J. Y. Jiang, P. Reisen, and A. E. Cable, Opt. Lett. 32, 361 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]

2007

2006

2005

2004

2003

1998

G. Häusler and M. W. Lindner, J. Biomed. Opt. 3, 21 (1998).
[CrossRef]

1995

C. A. Puliafito, M. R. Hee, C. P. Lin, E. Reichel, J. S. Schuman, J. S. Duker, J. A. Izatt, E. A. Swanson, and J. G. Fujimoto, Ophthalmology 102, 217 (1995).
[PubMed]

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, G. Kamp, and S. Y. Elzaiat, Opt. Commun. 117, 43 (1995).
[CrossRef]

1991

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]

1974

Adler, D. C.

Bilenca, A.

Bouma, B. E.

Cable, A. E.

Cense, B.

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]

Chavez-Pirson, A.

Chen, T. C.

Choma, M. A.

de Boer, J. F.

Drexler, W.

Duker, J. S.

M. Wojtkowski, V. J. Srinivasan, T. H. Ko, J. G. Fujimoto, A. Kowalczyk, and J. S. Duker, Opt. Express 12, 2404 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

C. A. Puliafito, M. R. Hee, C. P. Lin, E. Reichel, J. S. Schuman, J. S. Duker, J. A. Izatt, E. A. Swanson, and J. G. Fujimoto, Ophthalmology 102, 217 (1995).
[PubMed]

Elzaiat, S. Y.

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, G. Kamp, and S. Y. Elzaiat, Opt. Commun. 117, 43 (1995).
[CrossRef]

Fercher, A. F.

R. Leitgeb, C. K. Hitzenberger, and A. F. Fercher, Opt. Express 11, 889 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, G. Kamp, and S. Y. Elzaiat, Opt. Commun. 117, 43 (1995).
[CrossRef]

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.

Gorczynska, I.

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]

Häusler, G.

G. Häusler and M. W. Lindner, J. Biomed. Opt. 3, 21 (1998).
[CrossRef]

Hee, M. R.

C. A. Puliafito, M. R. Hee, C. P. Lin, E. Reichel, J. S. Schuman, J. S. Duker, J. A. Izatt, E. A. Swanson, and J. G. Fujimoto, Ophthalmology 102, 217 (1995).
[PubMed]

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]

Hermann, B.

Hitzenberger, C. K.

R. Leitgeb, C. K. Hitzenberger, and A. F. Fercher, Opt. Express 11, 889 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, G. Kamp, and S. Y. Elzaiat, Opt. Commun. 117, 43 (1995).
[CrossRef]

Hsu, K.

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]

Huber, R.

Izatt, J. A.

M. A. Choma, M. V. Sarunic, C. H. Yang, and J. A. Izatt, Opt. Express 11, 2183 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

C. A. Puliafito, M. R. Hee, C. P. Lin, E. Reichel, J. S. Schuman, J. S. Duker, J. A. Izatt, E. A. Swanson, and J. G. Fujimoto, Ophthalmology 102, 217 (1995).
[PubMed]

Jiang, J. Y.

Kamp, G.

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, G. Kamp, and S. Y. Elzaiat, Opt. Commun. 117, 43 (1995).
[CrossRef]

Ko, T. H.

Kowalczyk, A.

Lee, E. C. W.

Leitgeb, R.

Lim, H.

Lin, C. P.

C. A. Puliafito, M. R. Hee, C. P. Lin, E. Reichel, J. S. Schuman, J. S. Duker, J. A. Izatt, E. A. Swanson, and J. G. Fujimoto, Ophthalmology 102, 217 (1995).
[PubMed]

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]

Lindner, M. W.

G. Häusler and M. W. Lindner, J. Biomed. Opt. 3, 21 (1998).
[CrossRef]

Mujat, M.

Nassif, N. A.

Palmer, K. F.

Park, B. H.

Pierce, M. C.

Povazay, B.

Puliafito, C. A.

C. A. Puliafito, M. R. Hee, C. P. Lin, E. Reichel, J. S. Schuman, J. S. Duker, J. A. Izatt, E. A. Swanson, and J. G. Fujimoto, Ophthalmology 102, 217 (1995).
[PubMed]

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]

Reichel, E.

C. A. Puliafito, M. R. Hee, C. P. Lin, E. Reichel, J. S. Schuman, J. S. Duker, J. A. Izatt, E. A. Swanson, and J. G. Fujimoto, Ophthalmology 102, 217 (1995).
[PubMed]

Reisen, P.

Sarunic, M. V.

Sattmann, H.

Schuman, J. S.

C. A. Puliafito, M. R. Hee, C. P. Lin, E. Reichel, J. S. Schuman, J. S. Duker, J. A. Izatt, E. A. Swanson, and J. G. Fujimoto, Ophthalmology 102, 217 (1995).
[PubMed]

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]

Srinivasan, V. J.

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.

C. A. Puliafito, M. R. Hee, C. P. Lin, E. Reichel, J. S. Schuman, J. S. Duker, J. A. Izatt, E. A. Swanson, and J. G. Fujimoto, Ophthalmology 102, 217 (1995).
[PubMed]

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]

Taira, K.

Tearney, G. J.

Unterhuber, A.

Williams, D.

Wojtkowski, M.

Yang, C. H.

Yun, S. H.

J. Biomed. Opt.

G. Häusler and M. W. Lindner, J. Biomed. Opt. 3, 21 (1998).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am.

Ophthalmology

C. A. Puliafito, M. R. Hee, C. P. Lin, E. Reichel, J. S. Schuman, J. S. Duker, J. A. Izatt, E. A. Swanson, and J. G. Fujimoto, Ophthalmology 102, 217 (1995).
[PubMed]

Opt. Commun.

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, G. Kamp, and S. Y. Elzaiat, Opt. Commun. 117, 43 (1995).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Science

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

(A) Setup of the buffered FDML laser. (B) Output spectrum of the laser. (C) Transient fringe traces from interferometer.

Fig. 2
Fig. 2

PSF in air for different delays and filter bandwidths. The y axis is normalized to show system sensitivity.

Fig. 3
Fig. 3

(A) En face fundus view of retina generated from a 3D data set consisting of 512 lines × 400 frames. (B) Three-dimensional cut away reconstruction. (C) Cross-sectional image. NFL, nerve fiber layer; GCL, ganglion cell layer; IPL, inner plexiform layer; INL, inner nuclear layer; OPL, outer plexiform layer; ONL, outer nuclear layer; ELM, external limiting membrane; IS/OS, photoreceptor inner segment/outer segment junction; PR OS, photoreceptor outer segments; RPE, retinal pigment epithelium; CH, choroid.

Equations (3)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

τ g a t e = η Δ λ f d r i v e Δ λ t u n i n g r a n g e .
l f i b e r d Δ λ t u n i n g r a n g e η Δ λ f d r i v e Δ λ t u n i n g r a n g e .
Δ λ c Δ λ t u n i n g r a n g e 2 d η n .

Metrics