[发明专利]时域光学相干层析成像系统

权利要求书

1.一种时域光学相干层析成像系统，包括弱相干光源、光纤耦合器、光电探测器、数据采集单元、数据处理单元和光学延时线，其特征在于：还包括光隔离器、偏振调节器、第一准直镜、第二准直镜和振镜，所述弱相干光源经光纤依次连接所述光隔离器、光纤耦合器、偏振调节器、第一准直镜和光学延时线，光电探测器，所述第一准直镜的反射光经偏振调节器、光纤耦合器后输入所述光电探测器，形成光学延时线的光程差信号，所述振镜由微动机构带动并设于样品端，所述第二准直镜经光纤连接所述光纤耦合器并且光线入射至所述振镜，由所述振镜反射的扫描光在样品表面发生散射，样品表面的散射光经所述振镜、第二准直镜、光纤耦合器后输入所述光电探测器，所述光电探测器输出信号传输至所述数据采集单元，所述数据采集单元输出端连接所述数据处理单元信号输入端，所述光学延时线包括直线音圈电机、直角棱镜反射镜、柱面镜和反射镜，所述直角棱镜反射镜设于所述直线音圈电机的运动机构上，所述第一准直镜的出射光经所述直角棱镜反射镜两次反射后入射至所述柱面镜，所述柱面镜的入射光经所述反射镜形成反射并沿原路返回至所述第一准直镜，并经所述偏振调节器和光纤耦合器输入所述光电探测器，产生叠加光程差的光学延时信号。

2.根据权利要求1所述的时域光学相干层析成像系统，其特征在于：所述光学延时线中，所述直线音圈电机带动直角棱镜反射镜作直线运动，在直角棱镜反射镜直线运动过程中，光学延迟线端产生的光程差与直线音圈电机速度成线性变化关系，并使所述光学延迟线端的光发生多普勒频移，该频移采用下式计算：

f_频移＝4ν/λ (1)

其中，ν为光学延迟线电机运动的速度，λ为弱相干光源的中心波长。

该频移信号叠加在所述光学延迟线端的反射光上，由第一准直镜汇聚再次进入光纤耦合器分光，最终在所述光电探测器上形成搜索光学延迟线端的干涉信号。

3.根据权利要求1所述的时域光学相干层析成像系统，其特征在于：所述第二准直镜和振镜构成的样品臂与光学延迟线端产生的光信号在所述光电探测器端产生干涉光电信号，所述干涉光电信号表述为：

其中，Δv表示光谱强度大于1/2最大强度的频谱宽度，τ表示光在样品臂与光学延迟线端光程差下的传播时间，τ_o表示各波长初始振动相位造成的初始包络信号相位移，λ₀表示弱相干光的中心波长，Δf表示余弦信号多普勒频差偏移，t表示直线音圈电机运动时间，Δφ表示各波长初始振动相位造成的多普勒频差余弦信号的相位移。

4.根据权利要求1所述的时域光学相干层析成像系统，其特征在于：所述光学延时线还包括编码器和控制模块，所述编码器设于所述直线音圈电机并检测所述直线音圈电机的运动位置，所述编码器和控制模块对直线音圈电机的运动速度和方向进行精确控制，所述编码器的输出信号传输至所述数据采集单元。

5.根据权利要求4所述的时域光学相干层析成像系统，其特征在于：所述控制模块实时采集编码器输出信号并对当前直线音圈电机的运动速度进行监控，进而对直线音圈电机运动速度和方向进行精确控制。

6.根据权利要求4或5所述的时域光学相干层析成像系统，其特征在于：所述数据采集单元同步采集所述光电探测器侦测到的干涉光电信号和所述直线音圈电机发生的编码器信号，所述直线音圈电机运动，与所述直线音圈电机运动光程匹配的检测样品位置如果有散射面，则会形成干涉光电信号，多个散射面会形成多个干涉光电信号，对原始信号进行带通滤波，过滤出与多普勒频差相近的信号成分，对该信号进行解包络处理获取高斯包络信号，取高斯包络峰值位置为所述光学延迟线与样品散射面光程匹配位置，在采集所述编码器信号的同时，对所述编码器的A、B通道信号脉冲进行计数，当光电信号获取到高斯包络信号的峰值后，将此时的所述编码器计数作为当前位置标志量，通过位置标志量与脉冲运动精度的乘积，得到各散射面位置与直线音圈电机运动开始位置之间的关系，获取零光程位置。

7.根据权利要求1所述的时域光学相干层析成像系统，其特征在于：所述数据采集单元为数据采集卡，所述数据处理单元为PC机、现场可编程门阵列或数字信号处理器。