Eight-wavelengths laser system for time-resolved diffuse optical spectroscopy

This thesis work is on the design and characterization of an eight wavelengths instrument for time-resolved diffuse optical spectroscopy, focusing in particular on the characterization of thermal and optical sub-systems. Such instrument integrates eight fiber coupled laser sources working in the 600 nm – 1100 nm range and two thermal systems: the first one stabilizes the temperature of the laser diodes, while the second one manages the temperature of their driving electronics. In the first part of this thesis, an improved version of the circuit for laser driver temperature management was designed and compared with its previous version. Then, the system for laser diode temperature control was characterized thanks to a series of tests performed within a climate chamber. Finally, two different setups for fiber coupling were investigated and their performances were assessed through measurements on solid phantoms. Furthermore, the final eight optical sources were characterized in depth, in order to estimate system performance and features and to compare with target specifications.

Questo lavoro di tesi ha riguardato la progettazione e la caratterizzazione di uno strumento per spettroscopia ottica risolta nel tempo, contenente otto sorgenti ottiche laser a diverse lunghezze d’onda. Il lavoro si è focalizzato in particolare sulla caratterizzazione dei sottosistemi termici e ottici, integrati nello strumento. Il sistema progettato racchiude otto sorgenti laser accoppiate in fibra, con lunghezze d’onda tra 600 nm e 1100 nm, e due sistemi termici: il primo stabilizza la temperatura dei diodi laser, mentre il secondo controlla la temperatura dell’elettronica che li pilota. Nella prima parte di questa tesi, una versione migliorata del circuito per la gestione della temperatura dell’elettronica è stata progettata e confrontata con la sua versione precedente. In seguito, il sistema per il controllo della temperatura delle sorgenti ottiche è stato caratterizzato mediante una serie di misure svolte in camera climatica. Infine, due diversi setup ottici per accoppiamento in fibra sono stati esaminati e le loro prestazioni sono state valutate mediante misure effettuate su “solid phantoms”. Inoltre, le otto sorgenti ottiche definitive sono state testate nel dettaglio e questo ha permesso di valutare prestazioni e caratteristiche del sistema e di verificare la sua capacità di rispettare le specifiche.