TN-01 / SENSITIVITY ROLL-OFF
SD-OCT 的 roll-off
从哪来、怎么读曲线
同一台 SD-OCT,浅处与深处的灵敏度并不相同——信号随深度衰减的这条曲线就是 roll-off。它不是工艺缺陷,而是光谱域方案自带的物理属性。读懂这条曲线,比单看一个灵敏度数字更重要。
roll-off 的物理来源
SD-OCT 把深度信息编码在光谱干涉条纹的频率里:样品中某一层越深,它与参考臂的光程差越大,对应的干涉条纹在光谱上就振荡得越密。 FFT 之后,条纹频率换算回深度——这是光谱域方案一次曝光解算整条 A-scan 的基础。
问题出在「读出光谱」这一步。光谱仪不是理想的采样器,它对条纹做了两次低通:
其一,有限的光谱分辨率。光栅与成像光学把每个波长成像为一个有限宽度的光斑(光学点扩散函数),相邻波长的能量会弥散到同一像素上。条纹越密(即深度越深),这种弥散造成的「抹平」越严重,条纹对比度随之下降——这一项通常近似为深度方向的高斯衰减包络。
其二,像素的有限宽度。每个像素输出的是其感光面上光强的积分,相当于对光谱做了一次矩形窗平均。矩形窗的傅里叶变换是 sinc 函数,于是深度方向又叠加了一层 sinc 形衰减。
两项相乘,就是您在数据手册上看到的那条 roll-off 曲线:浅处平坦、深处加速下降。像素间电学串扰、光谱标定残差等次要因素会让实测曲线略差于理论值,但主导项始终是上面这两个——它们由光谱仪的光学设计决定,出厂后不会改变,这也是为什么 roll-off 值得逐台实测、写进出厂报告。
怎么读 roll-off 曲线
roll-off 的标准口径是 「某深度处相对零光程差位置的衰减量」,单位 dB@depth——例如我们 835 nm 典型配置的口径是「1.5 mm 处衰减 < 6 dB(典型)」。一条曲线值得看三个点:近零深度的起始灵敏度、-6 dB 对应的深度、量程末端(约 3 mm 处)的残余灵敏度。
对比不同厂商给出的曲线时,先核对测试条件,否则数字没有可比性:
归一化基准
Normalization曲线以零光程差处归一、还是以峰值归一?前者更常见,但两者在浅深度区的读数会差出 1–2 dB。
测试样品与衰减
Mirror + ND Filter标准做法是反射镜加中性密度片逐深度测点。若条件未注明,或用散射样品代替,曲线只能定性参考。
处理链状态
Processing Appliedk 空间校正与色散补偿是否已开启?未校正的系统深处 PSF 展宽,会把 roll-off「测」得更差——这是处理问题,不是光学问题。
波段与相机口径
Band & Camera不同中心波长、不同像素数与像素宽度的配置之间,roll-off 没有直接可比性,只能在同配置下纵向比较。
对选型意味着什么
选型时把它当成一笔「深度预算」来算:先确定样品中您真正关心的最深一层在哪里,再检查那一深度处的衰减是否还在信噪余量之内。如果有效信息集中在前 1.5 mm,重点看曲线前半程是否平坦;如果要用满约 3 mm 量程,重点看末端衰减叠加样品自身散射衰减后是否仍可用。
还要记住:规格表里的「灵敏度」是零深度附近的单点值,roll-off 是整条曲线——两者要放在一起读。一台起始灵敏度高但衰减快的系统,在深处可能不如一台起始略低但曲线平坦的系统。
我们的做法:roll-off 曲线逐台实测、随出厂测试报告交付,网页与样本给出的是典型值口径(835 nm 典型配置:量程 ~3 mm,1.5 mm 处衰减 < 6 dB),您拿到的是这台机器的真实曲线,可直接用于论文方法学章节或方案评审。
Next Step
把曲线放进您的深度预算里
SD-OCT 光谱仪产品页给出了典型 roll-off 曲线与逐台实测的交付口径;拿不准的,把样品情况发给我们一起算。