一种可消除OCT共轭镜像的定相差双路谱域OCT装置的制作方法

本实用新型涉及一种可消除OCT共轭镜像的定相差双路谱域OCT装置。

背景技术：

谱域光学相干层析系统所产生的干涉信号是复数域的干涉信号，具有实部与虚部，然而，传统谱域OCT的光谱仪只能采集到样品干涉信号的实部信息。由于干涉信号的缺失，在进行快速傅里叶变换时会产生混频，使得系统成像时存在两个像，即真实的像与共轭镜像。而传统的去除共轭镜像的方法中，移相法大部分是采用数据采集卡控制电压输出从而驱动压电陶瓷来进行移相。通过此方法获得的相位的准确性和稳定性受压电陶瓷性能影响很大，且在同一个位置需要采集至少两次信号，影响了成像速度，不利于实时成像；3×3光纤耦合器法是使用3×3光纤耦合器来获得两个相位的干涉信号，虽然也能获得固定相位差的干涉信号，但是3×3光纤耦合器的制造较为复杂，且无法输出两个干涉强度相等的定相差干涉信号。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种可消除OCT共轭镜像的定相差双路谱域OCT装置，能够一次性产生相位差90°的两个干涉信号并使用两个光谱仪同步采集两干涉信号，然后结合两相去共轭镜像法去除共轭镜像。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种可消除OCT共轭镜像的定相差双路谱域OCT装置，包括超辐射发光二极管、准直器、聚焦物镜、第一分束镜、、第二分束镜、第三分束镜、第四分束镜、第一反射镜、样品、第一光谱仪、第二光谱仪；所述超辐射发光二极管发出的光经过准直器准直成一束平行光；该平行光经过聚焦物镜被聚焦，聚焦后经过第一分束镜分成功率相等的两束光，一束为样品光，另一束为参考光；样品光射向样品，参考光射向第一反射镜；样品的背向散射光经过第四分束镜分成功率相等的A口样品光和B口样品光，第一反射镜反射回来的光经过第二分束镜分成功率相等的A口参考光和B口参考光；当A口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第一分束镜处重合时产生干涉信号；当B口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第三分束镜处重合时产生干涉信号；A口干涉信号射入第一光谱仪，B口干涉信号射入到第二光谱仪。

进一步的，所述装置还包括第一采集镜和第二采集镜；所述A口产生的干涉信号通过第一采集镜引入光谱仪中；所述B口产生的干涉信号通过第二采集镜引入光谱仪中。

进一步的，所述第一光谱仪包括第一柱透镜、第一狭缝、第二柱透镜、第一反射镜，、第三柱透镜、第一反射式刻线衍射光栅和第一线阵相机；所述第二光谱仪包括第六柱透镜、第二狭缝、第五柱透镜、第三反射镜、第四柱透镜、第二反射式刻线衍射光栅和第二线阵相机。

进一步的，所述装置还包括一上位机，所述上位机与第一线阵相机和第二线阵相机，并控制两线阵相机同步采集样品的两相位差为90°的干涉信号。

进一步的，一种可消除OCT共轭镜像的定相差双路谱域OCT装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1:通过超辐射发光二极管发出的光经过准直器准直成一束平行光；

步骤S2:所述平行光经过聚焦物镜被聚焦，聚焦后经过第一分束镜分成功率相等的两束光，一束为样品光，另一束为参考光；样品光射向样品，参考光射向第一反射镜；

步骤S3:样品的背向散射光经过第四分束镜分成功率相等的A口样品光和B口样品光，第一反射镜反射回来的光经过第二分束镜分成功率相等的A口参考光和B口参考光；当A口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第一分束镜处重合时产生干涉信号；当B口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第三分束镜处重合时产生干涉信号；

步骤S4:调节第三分束镜和第四分束镜使得A口干涉信号与B口干涉信号的相位差为90°，并将A口干涉信号射入第一光谱仪，B口干涉信号射入到第二光谱仪；

步骤S5:干涉信号进入光谱仪中，经反射式刻线衍射光栅按波长展开并被线阵相机所捕获；线阵相机所捕获的干涉信号如式（1）所示：

其中，DC为直流信号，AC为样品臂各层的自相干信号，是光源的光强分布函数，和是样品臂的光程，是参考臂的光程，为波数；

步骤S6:对第一线阵相机和第二线阵相机所捕获的不同相位的干涉信号进行信号重构，得到复数域的干涉信号；

步骤S7：对复数域的干涉信号进行傅里叶变换，去除共轭镜像，获得样品的深度信息。

进一步的，所述步骤S6具体为：

步骤S61:将公式（1）简化为式（4）

（4）

其中，为各反射层干涉信号的合相位，为A口与B口干涉信号的相位差；

步骤S62：A口的线阵相机捕获的干涉信号其公式表达如式（5）所示：

（5）

B口的线阵相机捕获的干涉信号其公式如式（6）所示：

（6）

采集参考臂和样品臂的直流，扣去直流信号后，公式（5）和（6）可表达为：

（7）

通过式（6），计算出各个波长处的干涉信号的强度与相位：

（8）

（9）

步骤S43：重构后的干涉信号表示为：

（10）。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

本实用新型无需移相器便可获得相位差为90°的两干涉信号，干涉信号的相位差不受移相器性能的影响，抗干扰能力较强，同时，采用两个光谱仪同步采集两个相位的干涉信息，不会降低系统的成像速度。

附图说明

图1是本实用新型结构原理图；

图2是本实用新型一实施例中A口干涉光谱及FFT结果图；

图3是本实用新型一实施例中B口干涉光谱及FFT结果图；

图4是本实用新型一实施例中重构后干涉信号的实部与虚部图；

图5是本实用新型一实施例中重构后的干涉信号FFT结果图；

图中：1-超辐射发光二极管，2-准直器，3-聚焦物镜，4-第一分束镜，5-第一采集透镜，6-第一柱透镜，7-第一狭缝，8-第二柱透镜，9-第一反射镜，10-第三柱透镜，11-第一线阵相机，12-第一反射式刻线衍射光栅，13-第二分束镜，14-第二反射镜，15-上位机，16-第二线阵相机，17-第四柱透镜，18-第二反射式刻线衍射光栅，19-第三反射镜，20-第五柱透镜，21-第二狭缝，22-第六柱透镜，23-第二采集透镜，24-第三分束镜，25-样品，26-第四分束镜 。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

请参照图1，本实用新型提供一种可消除OCT共轭镜像的定相差双路谱域OCT装置，包括超辐射发光二极管1、准直器2、聚焦物镜3、第一分束镜4、第二分束镜13、第三分束镜24、第四分束镜26、第一反射镜9、样品25、第一光谱仪、第二光谱仪；所述超辐射发光二极管1发出的光经过准直器2准直成一束平行光；该平行光经过聚焦物镜3被聚焦，聚焦后经过第一分束镜4分成功率相等的两束光，一束为样品光，另一束为参考光；样品光射向样品25，参考光射向第一反射镜9；样品25的背向散射光经过第四分束镜26分成功率相等的A口样品光和B口样品光，第一反射镜9反射回来的光经过第二分束镜13分成功率相等的A口参考光和B口参考光；当A口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第一分束镜4处重合时产生干涉信号；当B口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第三分束镜24处重合时产生干涉信号；A口干涉信号射入第一光谱仪，B口干涉信号射入到第二光谱仪。

在本实用新型一实施例中，所述装置还包括第一采集镜5和第二采集镜23；所述A口产生的干涉信号通过第一采集5镜引入光谱仪中；所述B口产生的干涉信号通过第二采集镜23引入光谱仪中。

在本实用新型一实施例中，所述第一光谱仪包括第一柱透镜6、第一狭缝7、第二柱透镜8、第一反射镜9、第三柱透镜10、第一反射式刻线衍射光栅12和第一线阵相机11；所述第二光谱仪包括第六柱透镜22、第二狭缝21、第五柱透镜20、第三反射镜19、第四柱透镜17、第二反射式刻线衍射光栅18和第二线阵相机16。

在本实用新型一实施例中，所述装置还包括一上位机15，所述上位机15与第一线阵相机11和第二线阵相机16，并控制两线阵相机同步采集样品的两相位差为90°的干涉信号。

在本实用新型一实施例中，一种可消除OCT共轭镜像的定相差双路谱域OCT装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1:通过超辐射发光二极管1发出的光经过准直器2准直成一束平行光；

步骤S2:所述平行光经过聚焦物镜3被聚焦，聚焦后经过第一分束镜4分成功率相等的两束光，一束为样品光，另一束为参考光；样品光射向样品25，参考光射向第一反射镜9；

步骤S3:样品25的背向散射光经过第四分束镜26分成功率相等的A口样品光和B口样品光，第一反射镜9反射回来的光经过第二分束镜分成功率相等的A口参考光和B口参考光；当A口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第一分束镜4处重合时产生干涉信号；当B口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第三分束镜24处重合时产生干涉信号；

步骤S4:调节第三分束镜24和第四分束镜26使得A口干涉信号与B口干涉信号的相位差为90°，并将A口干涉信号射入第一光谱仪，B口干涉信号射入到第二光谱仪；

步骤S5: 干涉信号进入光谱仪中，经反射式刻线衍射光栅按波长展开并被线阵相机所捕获；线阵相机所捕获的干涉信号如式（1）所示：

其中，DC为直流信号，AC为样品臂各层的自相干信号，是光源的光强分布函数，和是样品臂的光程，是参考臂的光程，为波数；

步骤S6:对第一线阵相机和第二线阵相机所捕获的不同相位的干涉信号进行信号重构，得到复数域的干涉信号；

步骤S7：对复数域的干涉信号进行傅里叶变换，去除共轭镜像，获得样品的深度信息。

在本实用新型一实施例中，所述步骤S6具体为：

步骤S61:将公式（1）简化为式（4）

（4）

其中，为各反射层干涉信号的合相位，为A口与B口干涉信号的相位差；

步骤S62：A口的线阵相机捕获的干涉信号其公式表达如式（5）所示：

（5）

B口的线阵相机捕获的干涉信号其公式如式（6）所示：

（6）

采集参考臂和样品臂的直流，扣去直流信号后，公式（5）和（6）可表达为：

（7）

通过式（6），计算出各个波长处的干涉信号的强度与相位：

（8）

（9）

步骤S43：重构后的干涉信号表示为：

（10）。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。