[發明專利]一種提高全場掃頻光學相干層析測量量程的系統及方法

有效

• 申請號: 202010940965.4
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN111829954B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 洪澤欽;白玉磊;董博;何昭水;謝勝利
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/41;G01N21/45
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 胡素莉

1.一種提高全場掃頻光學相干層析測量量程的方法，其特征在于，使用提高全場掃頻光學相干層析測量量程的系統，該系統包括激光掃頻光源（1），所述激光掃頻光源（1）用于發出入射光；所述激光掃頻光源（1）的一側設有凸透鏡（2），所述凸透鏡（2）用于將所述入射光調整成平行光；所述凸透鏡（2）遠離所述激光掃頻光源（1）的一側設有第一分光棱鏡（3），所述第一分光棱鏡（3）用于將所述入射光分成若干光束；所述第一分光棱鏡（3）遠離凸透鏡（2）的一側設有載玻片（4），所述載玻片（4）用作被測件；所述第一分光棱鏡（3）和所述載玻片（4）之間設有削光片（5），所述削光片（5）用于減弱所述載玻片（4）的反射光；所述激光掃頻光源（1）、所述凸透鏡（2）、所述第一分光棱鏡（3）、所述載玻片（4）和所述削光片（5）位于同一條直線上；所述第一分光棱鏡（3）的左右兩邊分別設有第二分光棱鏡（6）和光楔（7），所述光楔（7）作為參考面；所述第二分光棱鏡（6）遠離所述第一分光棱鏡（3）的一側設有第一信號采集器（8），所述第二分光棱鏡（6）和所述第一信號采集器（8）相鄰的一側設有第二信號采集器（9），所述第一信號采集器（8）和所述第二信號采集器（9）都用于采集干涉信號；

所述光楔（7）、所述第一分光棱鏡（3）、所述第二分光棱鏡（6）和所述第一信號采集器（8）位于同一條直線上，兩條所述直線互相垂直；

所述激光掃頻光源（1）的中心波長，帶寬，波長掃描范圍=，掃頻速度為2nm/s，一個掃描周期t為25s；所述第一信號采集器（8）和所述第二信號采集器（9）均為CCD相機；

所述方法包括如下步驟：

第一步：由所述提高全場掃頻光學相干層析測量量程的系統進行干涉信號的欠采樣，得到兩組干涉信號的采樣數據；

第二步：隨機選取干涉信號的采樣數據中的條紋圖像上某一像素點時間序列光強，進行傅里葉變換，得到兩組時域干涉信號數據對應的頻譜圖；

第三步：分別對兩個頻譜圖中第一個干涉信號、第二個干涉信號的頻率信息進行計算，得到所述第一個干涉信號、所述第二個干涉信號準確的全場頻率圖；

第四步：對所述第一個干涉信號、所述第二個干涉信號的相位信息進行計算，得到所述第一個干涉信號、所述第二個干涉信號準確的全場相位圖；由全場掃頻光學相干層析測量裝置進行干涉信號的欠采樣，得到兩組干涉信號的采樣數據，具體為：

設兩個通道的采樣頻率分別是、，并且滿足、小于奈奎斯特采樣頻率，定義，分別為兩個通道在、時刻采集的輸出采樣序列：

公式一：

公式二：

上式中，為空間坐標，表示第個干涉信號的頻率；，分別表示兩個通道采集第個干涉信號的復幅值；所述干涉信號序列表示為：

公式六：

其中表示干涉信號幅值，表示干涉信號頻率，表示干涉信號相位，表示第個干涉信號，為光學折射率，為時間；所述對所述第一個干涉信號、所述第二個干涉信號的相位信息進行計算，得到所述第一個干涉信號、所述第二個干涉信號的準確的全場相位圖，具體為：

對所述公式六進行希爾伯特變換，得到公式七，并將公式六和公式七結合，得到公式八，

公式七：

公式八

所述得到公式八之后，將公式八離散化，并用矩陣形式表達：

公式九：

其中，為通道A的采樣幀數，并且遠低于奈奎斯特采樣幀數，

公式十：

公式十一：

公式十二：

根據矩陣偽逆運算，對公式九進行求解，得出矩陣的解析解：

公式十三：

結合歐拉公式，求解公式十二中的：

公式十四：

得到干涉信號序列相位信息。

2.根據權利要求1所述的提高全場掃頻光學相干層析測量量程的方法，其特征在于，隨機選取干涉條紋圖像上某一像素點時間序列光強，進行傅里葉變換，得到干涉信號頻譜圖，具體為：

對采集到的干涉信號序列，干涉信號序列進行傅里葉變換，分別得到干涉信號頻譜信息，并得到欠采樣下的頻率估計：

公式三：，

公式四：，

其中，為通道A采樣序列中第個干涉信號頻譜圖中第一個周期下的正頻率；為通道B采樣序列中第個干涉信號頻譜圖中第一個周期下的正頻率；，分別表示兩個采樣通道A、B在第k個采樣信號頻率相對于采樣頻率，的模糊次數，且為正整數。