[发明专利]共路OCT超大量程间距测量系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于光学相干测量，具体涉及一种共路OCT超大量程间距测量系统和方法。

背景技术

现代光学系统内部各个透镜的间距是决定光学系统性能的关键指标，直接影响光学系统的成像质量。因此人们提出了基于光学干涉的方法用来测量光学系统内透镜的间距，如法国Fogale公司的LenScan镜面定位仪所采用的时域光学相干层析技术(Time Domain Optical Coherence Tomography, TDOCT)，利用低相干光源和高精度延迟光路获得较为精确的光学间距测量结果，然而该系统测量速度和测量精度受限于高精度延迟光路中机械移动的速度和精度，测量速度慢、且测量精度容易受到温度变化、振动等外界因素的影响。因此为了提高测量速度、尽量减少测量系统对机械移动的依赖，傅立叶域光学相干层析技术(Fourier Domain Optical Coherence Tomography, FDOCT)被应用于光学系统内透镜之间间距的测量。

傅立叶域光学相干层析技术(FDOCT)分为谱域光学相干层析技术(Spectral Domain OCT)和扫频光学相干层析技术(Swept Source OCT)两类。SDOCT选用宽带光源和快速多通道光谱仪，SSOCT选用快速扫频激光光源和平衡探测器。当探测器获得干涉光谱信号后，通过傅立叶变换得到沿轴向的光学系统内部透镜之间的间距测量结果。但由于色散的存在，通常的信号处理方法所得到的轴向距离存在测量误差。为了提高轴向间距的测量精度，Zhongping Chen、Jun Zhang等提出了量化位相成像方法(Quantitative Phase Imaging)，Eric D. Moore等提出了位相敏感的扫频干涉方法，在干涉信号中提取位相信息，进而得到亚微米量级的轴向间距测量结果。这些方法能够有效提高FDOCT系统的间距测量精度，但最大量程在SDOCT中受限于多通道光谱仪的光谱分辨率或者在SSOCT中受限于扫频光源的瞬时线宽。

为了突破多通道光谱仪有限的光谱分辨率或者扫频光源有限的瞬时线宽所限制的测量量程，Hui Wang等人提出在SDOCT系统中采用光开关切换的双参考臂，并通过位相调制方法消除镜像，进而拓展SDOCT系统量程的方法。该方法虽然能够起到增大SDOCT系统的量程，但是多参考臂的设置增加了系统的复杂度，多参考臂之间的光学间距需要经过复杂的标定，否则将对待测光学系统内透镜间距的测量结果带来较大的误差；此外，多参考臂的干涉信号是通过多次测量获得的，测量速度较慢；并且当待测光学系统在测量过程中发生由震动导致的轻微轴向位移时，将产生间距测量的误差。Adrian Bradu、Liviu Neagu等人提出了通过声光调制器加载频，同时在样品臂和参考臂使用环腔产生零光程位置不同的多组干涉信号，从而得到大量程光学间距测量系统的方法。该方法由于样品光和参考光的光循环相分离， 因此外界环境变化诸如震动，温度等因素，均会给OCT信号带来误差；再者，由于光循环分离带来的散射及偏振对OCT信号的干扰，从而需在OCT系统中需加入散射及偏振补偿机构，对散射及偏振进行补偿。

基于克服参考光和样品光光路分离所带来的影响，美国Southwest Sciences的Andrei B. Vakhtin，Johns Hopkins University 的 U. Sharma以及英国 University of St. Andrews 的 K. M. Tan 等人提出了基于 Fizeau 干涉仪的共路FDOCT技术。由于参考光和样品光共路，该系统在一定程度上自动补偿了由于光路中光学原件带来的色散及偏振效应，且该系统结构简单，当改变样品光的有效光程时，参考光的有效光程也随之改变，因而无需对另一路光的光程做有效补偿。参考光与样品光的共路也增加了干涉仪的稳定性，降低了系统对外界环境诸如震动因素的影响。但该类共路系统最大量程仍然受到了FDOCT系统量程的限制。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种共路OCT超大量程间距测量系统和方法。

共路OCT超大量程间距测量系统包括扫频光源、偏振控制器、光纤连接器、增益补偿型保偏光纤光循环腔、环形器、偏振分光器、样品检测单元、平衡探测器和带有数据采集卡的计算机。耦合器、偏振无关型半导体光放大器和电光调制器组成增益补偿型保偏光纤光循环腔；准直镜、四分之一波片、待测透镜组构成样品检测单元。