[發明專利]一種基于低相干干涉的光譜儀標定方法與系統

在審

• 申請號: 202210411685.3
• 申請日: 2022-04-19
• 公開（公告）號: CN114894308A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 丁志華;韓濤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

1.一種基于低相干干涉的光譜儀標定方法，其特征在于：具體步驟如下：

(1)將寬帶光源出射光和He-Ne激光器光源出射光通過一塊分束器同時耦合進干涉儀；其中，寬帶光源出射光產生低相干干涉；He-Ne激光器出射光為準單色光，作為特征譜線；

(2)固定一塊平面反射鏡作為干涉儀參考面，分別采用兩塊金屬量規作為樣品臂反射面，兩塊金屬量規的厚度分別為d₁和d₂，兩塊量規表面干涉信號的光程差分別為2z₁和2z₂；

(3)通過光譜儀分別探測兩次干涉信號并經過數據采集卡采集，傳輸到計算機內存中進行數據處理；其中，干涉信號I(k_i)的表達式為：

其中，η為探測器的靈敏度，q為單個電荷量，hν為單光子能量，P_r為從參考臂返回到探測器的光功率，P_o為照射到樣品上的光功率，z為反射面與參考面光程差的一半，r(z)和分別代表樣品深度方向上反射系數的幅度和相位，Γ(z)為光源瞬時輸出的相干函數，k_i代表第i個像素處的波數，z＝0時對應樣品臂反射面與參考面的光程差為0；

(4)對干涉信號進行傅立葉逆變換和加窗濾波處理，得到光程差為2z₁和2z₂的干涉信號的空間譜，再經過傅立葉變換得到干涉信號中去除直流分量的交流項；所述去除直流分量的交流項I_AC(k_i)的表達式為：

其中，S(k_i)為光源功率譜譜分布函數；

(5)對干涉信號的交流項進行Hilbert變換并取相位，獲得干涉信號交流項的包裹相位；

(6)兩個金屬量規表面干涉信號的包裹相位依次為和包裹相位的計算方法具體為：

其中，floor表示向負無窮方向取整運算；

以中心位置的相位主值作為起點進行雙向連續化解包裹處理，得到相對相位分布

式中為固定值，表示中心采樣位置的相位包裹次數，k_c為中心波數；

兩次測量干涉信號的相位相減，進而獲得近似光程差下對應的相位差分布：

其中，近似光程差2Δz＝2(d₂-d₁)；

(7)利用He-Ne光源的特征譜線對應的絕對相位2k_HeNeΔz，計算出相對相位包裹次數N₂-N₁，表示為

其中，round運算表示取最接近的整數值，k_HeNe為He-Ne光源的特征譜線對應的波數；

計算光程差為2Δz時的光譜絕對相位分布：

(8)兩次測量的光程差之差準確值通過獲得，光譜儀絕對波長標定值為：

其中，i為光譜儀采樣點，M為最大采樣點數。

2.實施權利要求1所述方法的一種光譜儀自標定的譜域光學相干層析成像系統，其特征在于，包括寬帶光源、He-Ne激光器光源、干涉儀、光譜儀和計算機；寬帶光源和He-Ne激光器光源通過分束器經反射鏡耦合進干涉儀中；耦合入干涉儀的光經過空間濾波器實現擴束和整形，再通過分束鏡分光，分別進入參考臂和樣品臂；參考臂包含可調衰減片、聚焦透鏡和平面反射鏡，入射光經過可調衰減片衰減后由聚焦透鏡聚焦到平面反射鏡表面并反射；樣品臂包含二維振鏡、物鏡和兩組量規樣品，入射光由二維振鏡控制方向實現二維掃描，由物鏡聚焦到量規表面并反射；參考臂和樣品臂的反射光發生干涉，通過分束器進入探測臂，并經過另一個空間濾波器實現擴束和雜散光去除；空間濾波后的干涉光進入光譜儀并被探測，光譜儀包含衍射光柵、聚焦透鏡和線陣CCD相機；干涉光通過衍射光柵后，不同波長的準直光被色散到不同方向并經過聚焦透鏡聚焦到線陣CCD相機上；線陣CCD相機探測到的干涉光譜數據由計算機采集并處理，最后將重建的圖像顯示出來。