[發明專利]基于超寬帶光源譜域光學相干層析系統及光譜標定方法

在審

• 申請號: 202010044423.9
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111134612A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 高萬榮;曹文娟;王昌明;史偉松;常穎;劉思雨;張蘭蘭;張越;劉浩;張欣萌;張玉榮;劉曉淵;唐逸楓
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: A61B3/10
• 分類號: A61B3/10;A61B3/12;A61B5/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

1.一種基于超寬帶光源譜域光學相干層析系統，其特征在于，所述系統包括寬帶光源(1)、光纖耦合器(2)、邁克爾遜干涉光路(16)和探測臂(15)；其中邁克爾遜干涉光路(16)包括準直透鏡(3)、平面分束鏡(4)第一會聚透鏡(5)、第二會聚透鏡(8)、反射鏡(6)、振鏡(7)，平面分束鏡(4)、第一會聚透鏡(5)、反射鏡(6)組成參考臂，平面分束鏡(4)、振鏡(7)、第二會聚透鏡(8)組成樣品臂；所述探測臂(15)包括準直透鏡(10)、光柵(11)、會聚透鏡(12)以及線陣CCD(13)，所述光柵(11)、會聚透鏡(12)以及線陣CCD(13)組成光譜儀；

寬帶光源(1)發出的光通過光纖經耦合器(2)分為兩路，一路光棄用，另一路進入邁克爾遜干涉光路(16)中，在平面分束鏡(4)處，一半的光被反射進入參考臂，通過會聚透鏡(5)會聚在反射鏡(6)表面，另一半的光則透過平面分束鏡(4)進入樣品臂，通過會聚透鏡(8)后會聚在樣品(9)表面，參考光和樣品后向散射光形成相干光束傳輸到探測臂(15)中，由光譜儀按波長進行分光并聚焦到線陣CCD(13)上；所述邁克爾遜干涉光路(16)由與其相連的電動位移平臺控制運動狀態，使其上下勻速運動。

2.根據權利要求1所述的基于超寬帶光源譜域光學相干層析系統，其特征在于，所述邁克爾遜干涉光路(16)集成在一塊多孔固定板上。

3.一種基于權利要求1所述相干層析系統的光譜標定方法，其特征在于，包括以下步驟：

樣品臂上放置一塊平面鏡作為樣品，控制電動位移平臺改變樣品臂光程，使其在相干范圍內勻速移動；

采集譜域光學相干層析系統在運動過程中一系列等時間間隔的相干光譜信號；

通過對采集到的相干光譜在時間方向進行傅里葉變換的處理，得到多普勒頻移和波數的關系。

4.根據權利要求3所述的光譜標定方法，其特征在于，電動位移平臺帶動樣品臂在相干范圍內上下勻速移動。

5.根據權利要求3或4所述的光譜標定方法，其特征在于，邁克爾遜干涉光路集成在一塊多孔固定板上。

6.根據權利要求3或4所述的光譜標定方法，其特征在于，通過數據采集卡采集譜域光學相干層析系統在運動過程中一系列等時間間隔的相干光譜信號I(λ，t)，并傳輸到計算機中進行數據處理；其中，λ為光的波長，t為光譜的采集時間；此時，相干光譜信號是波長等間隔分布的，對I(λ，t)在t方向進行傅里葉變換處理得到對應的多普勒頻移q，多普勒頻移q與波數k成正比：q＝2vk，其中v為運動的速度；在所得的多普勒頻移q中，若保證：

則新的采樣點陣列i即為按波數均勻分布的采樣陣列；

其中，M表示線陣CCD上的像素點數，為光譜起始波長處的多普勒頻移值，為波長最大值處的多普勒頻移值，q_i為重采樣后的采樣點處的多普勒頻移值；

通過新的采樣點陣列對樣品干涉信號進行插值，得到波數等間隔分布的樣品干涉信號，對其進行逆傅里葉變換和圖像重建算法得到樣品的層析圖像；

確定每個新的采樣點所對應的具體波數值；多普勒頻移q與波數k的關系成正比，表示為：q＝γ·k，則斜率γ可表示為：

其中，ΔQ表示多普勒頻移值的范圍，ΔK表示波數的范圍，Δk表示線陣CCD相鄰兩像素間的波長的差值大小，q_max和q_min分別表示多普勒頻移的最大值和最小值；

結合最大成像深度和上式可得：

可得每個新采樣點所對應的具體波數值為：