[发明专利]差分正弦相位调制的复频域光学相干层析成像方法

权利要求书

1.一种差分正弦相位调制的复频域光学相干层析成像方法，特征在于该方法是在正弦相位调制复频域光学相干层析成像方法的基础上，在横向扫描干涉信号中引入正弦相位调制，对采集的干涉谱信号沿波数进行逆傅里叶变换，将变换后得到的复层析信号的相位用相邻复层析信号的相位差代替，组成差分复层析信号，对差分复层析信号的实部与虚部分别进行相位解调后相加得到去镜像的复层析信号，取出其幅度，即为被测样品的全深度结构层析图。

2.根据权利要求1所述的差分正弦相位调制的复频域光学相干层析成像方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：

①在正弦相位调制复频域光学相干层析成像方法的基础上，采用全深度探测的频域光学相干层析成像系统，利用二维振镜沿探测光光轴垂直方向进行横向扫描的同时，在正弦相位调制装置的驱动下带动参考镜沿光轴方向做正弦振动，在样品不同横向探测位置的干涉信号中引入正弦相位调制，参考镜正弦振动的幅度a应满足a＝2.63/(2k₀ω_c)，其中k₀为光源光谱的中心波长对应的波数，ω_c为参考镜正弦振动的角频率；

②所述的探测器记录的加入正弦相位调制的干涉谱信号I(k，t)为：

I(k,t)=I0(k)+2S(k)ΣnRSnRRcos[2k(zn(t)+Acos(ωct+θ))],]]>

其中，I₀(k)为干涉谱信号中的直流背景和被测样品内部不同深度反射面间的自相关项，S(k)为光源光谱密度函数，R_Sn与R_R分别为待测样品第n层反射面的反射率与参考镜的反射率，z_n(t)是待测样品第n层反射面与参考镜反射面的光程差，t表示探测光束扫描到被测样品不同横向探测点所对应的时间，A＝2ka为参考镜做正弦振动相位调制的调制深度，a为参考镜振动的振幅，ω_c＝2πf_c为角频率，f_c为频率，θ为初始相位；

③将上述干涉谱信号I(k，t)沿波数k做逆傅里叶变换，得到待测样品沿探测光光轴方向的层析信号I(z，t)：

式中，表示做波数k的逆傅里叶变换，Γ(z)为光源光谱密度函数的逆傅里叶变换，表示卷积，δ是狄拉克函数，等式右侧第二项为样品反射信号与参考镜反射信号的互相干项，该项反映了被测样品内部的反射率分布；等式右侧第三项为与第二项关于零光程差位置对称的像，这并非真实的物体内部反射率的分布，而是由于对探测器采集到的实数干涉谱信号进行傅里叶变换而产生的，称为镜像；

④将上式的相位取出，将相邻信号相位做差分，得到相邻相位差为：

Δφ(z，t)＝2k₀(dz_n(t)-Aω_csin(ω_ct+θ))Δt，

其中：dz_n(t)表示参考镜反射面与被测样品第n层反射面的光程差随时间的变化，Δt表示探测器采集相邻两个信号的时间间隔；

⑤用原始层析信号中的振幅与求出的相位差组成新的层析信号：

令z_n′＝z_n(t)+Acos(ω_ct+θ)，新的调制深度为A′＝Aω_c，新初始相位为θ′＝θ+π/2，上式化简为：

其中，反映了样品测量时的直流背景及样品内部不同反射面间的自相关，利用二维扫描振镜沿与光轴垂直方向进行横向扫描，并用探测器采集被测样品上不同横向位置的干涉谱信号，得到一帧二维干涉谱信号，将其对时间做平均后，得到一个一维干涉谱信号，将其从原干涉谱的每个干涉信号中减掉，即可去除直流背景与自相关噪声，去除后新的层析信号表达为：

I′(z,t)=Σn(Γ(zn′)+Γ(-zn′))cos(2k0Δt(dzn(t)+A′cos(ωct+θ′)))]]>

+iΣn(Γ(zn′)-Γ(-zn′))sin(2k0Δt(dzn(t)+A′cos(ωct+θ′)))]]>

⑥利用在先技术[5]中的相位解调方法，对式中的实部与虚部分别进行相位解调，得到：

将上面两式相加除以2后得到消除镜像的复层析信号为：

I~(z,t)=ΣnΓ(zn′)exp(-i2k0Δtdzn(t)),]]>

⑦再根据z与z’的关系，z_n′＝z_n(t)+Acos(ω_ct+θ)，将z’还原成每个测量时刻t的真实深度位置z，将消除镜像的复层析信号中的幅度取出，即为反映被测样品结构信息且不包含镜像的一维层析图像：

I~(z,t)=ΣnΓ(zn(t)+Acos(ωct+θ))exp(-i2k0Δtdzn(t));]]>

⑧将所述的一帧二维干涉谱信号中的每个干涉谱信号按照上述步骤④～⑦处理后，组成被测样品的全深度二维结构图。

3.根据权利要求2所述的差分正弦相位调制的复频域光学相干层析成像方法，其特征在于利用二维扫描振镜沿二维方向同时扫描，获得不同纵向位置的二维干涉谱信号，按权利要求2所述的步骤③～⑧进行数据处理后，得到待测样品的三维全深度结构图。