[发明专利]混沌介质光学参数多波长空间分辨锁相测量方法与装置

权利要求书

1.一种混沌介质光学参数多波长空间分辨锁相测量装置，包括光源部分，探测部分，数据采集部分和计算机，其中，

光源部分：包括多个不同近红外波长的激光器、多通道直接数字合成正弦信号调制器、单模光纤；每个激光器由半导体激光二极管(LD)及其相应的驱动组成，多通道直接数字合成(DDS)正弦信号调制器，各个激光器产生的不同波长的近红外激光经由单模光纤输出；

探测部分：包括源光纤束及其固定架、探测光纤及其固定架、电动平移台和硅光电二极管探测器；源光纤束与单模光纤相连，用于传导照射到混沌介质表面的入射光，探测光纤用于传导由混沌介质表面反射的漫反射混合光信号，探测光纤的固定架置于电动平移台上，通过电动平移台移动探测光纤；由探测光纤采集的漫反射混合光信号经由硅光电二极管探测器转换成电信号；

数据采集部分：用于对经过转换的电信号进行采集并进行模数转换；

计算机：对由数据采集部分输入的数字信号，进行数字锁相和曲线拟合，并重构出光学参数：吸收系数和约化散射系数。

2.一种混沌介质光学参数多波长空间分辨锁相方法，包括下列步骤：

1)由扩散理论可得到混沌介质在近红外波段连续光的漫反射率空间分辨解析函数，该函数是关于吸收系数μ_a、约化散射系数μ′_s和是表面源-探测距离d的函数；

2)利用不同频率的正弦信号对每个不同波长的激光器进行调制，得到不同波长的近红外混合激光信号；

3)将近红外混合激光信号作为入射光照射到混沌介质上；

4)控制电动平移台移动探测光纤固定架，对表面源-探测距离(d)进行控制，采集不同距离下的漫反射混合信号，并将其转换成电信号；

5)对转换得到的电信号进行数字锁相进行处理，得到漫反射混合信号的各个不同波长的分信号在不同表面源-探测距离d下的幅度，每个幅度值对应相应波长的分信号在不同的表面源-探测距离d下的空间分辨漫反射率；

6)对于每个波长，根据近红外波段连续光的漫反射率空间分辨解析函数，对步骤5得到的不同分信号的实测数据分别进行非线性最小二乘拟合；

7)利用信赖域方法求解混沌介质在相应波长下的吸收系数μ_a和约化散射系数μ′_s。

2.根据权利要求3所述的混沌介质光学参数多波长空间分辨锁相方法，其特征在于，假定各向同性点光源位于混沌介质表面下的z＝z₀＝1/(μ′_s+μ_a)处，真实和虚拟边界的距离为其中，D为扩散系数，R_eff为光子在界面发生内反射的概率，，设一对正负像源位置分别是：正像源在z₀为所有入射光子最初的散射位置，负像源的位置在-z₀-2z_b处，则混沌介质在近红外波段连续光的漫反射率空间分辨解析函数如下：R(μa,μs′,d)=14π[z0(μeffρ1(d)+1)ρ1(d)3e-μeffρ1(d)+(z0+2zb)(μeffρ2(d)+1)ρ2(d)3e-μeffρ2(d)],]]>式中，μ_eff为有效散射系数，ρ₁(d)为当表面源-探测距离为d时，正像源到表面探测点的距离，ρ₂(d)为当表面源-探测距离为d时，负像源到的表面探测点的距离，ρ2(d)=(z0+2zd)2+d2.]]>

3.根据权利要求3所述的混沌介质光学参数多波长空间分辨锁相方法，其特征在于，对转换得到的电信号进行数字锁相进行处理的步骤如下：

①先用复参考信号与漫反射混合信号相乘，使漫反射混合信号发生频移；

②将发生频移后的信号利用均值滤波器进行卷积，滤除掉发生频移后的交流分量和噪声，保留直流分量Z_K×I，再对其中的每个元素取两倍的模，便得到K个分信号在I个不同表面源-探测距离d下的幅度。