环腔扫频光学相干层析成像系统研制和应用研究

发布时间：2017-08-22 18:01

  本文关键词：环腔扫频光学相干层析成像系统研制和应用研究

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【摘要】：光学相干层析成像(Optical coherence tomography, OCT)技术是一种高分辨率、无损伤、非侵入式的光学成像技术。该技术不仅能够对生物组织内部结构和生理功能进行在体成像,也可以应用于工业无损检测领域。然而传统的OCT系统成像深度一般只有几个毫米,无法满足工业领域大成像深度的需求。因而,本论文设计搭建了测量深度大于30 mm的环腔扫频OCT系统(recirculation loops swept source OCT),具体的研究工作包括：1、首先对扫频OCT技术的理论进行研究,搭建了由扫频光源SL1310V1、主体干涉仪构建而成的中心波长为1297.2 nm,10 dB带宽为122.4 nm的三维快速成像扫频OCT系统,并且编写了利用GPU加速的扫频OCT实时2D成像系统软件。所搭建的扫频OCT系统的轴向扫描速率由原来的20 kHz提高到了100 kHz。系统轴向分辨率16μm,横向分辨率8.7μm,扫频光源输出的K时钟信号所能支持的最大成像深度约为12 mm,能够对分辨率测试靶1951USAF和手指进行三维扫描快速成像。2、现代光学系统的光学镜头一般由多个透镜组合而成,因而在光学系统的安装调试中,其内部各个透镜之间的间距是决定光学系统性能的关键指标,是影响光学系统成像质量的重要指标因素。本论文以传统的扫频OCT技术为基础,提出了分别在样品臂和参考臂中安置光循环腔的大量程环腔扫频OCT系统,并且结合该系统提出了适合于间距测量的相位比较算法。相较于传统的扫频OCT系统,该系统能够实现大于30 mm的间距测量深度,并且结合相位比较算法能够实现有效量程范围内测量重复性小于1μm的间距测量。3、改进现有应用于大量程间距测量的环腔扫频OCT系统,通过把样品的测量放置于样品臂的环腔中,从而能够实现对镀有光学薄膜样品的同一横向位置处薄膜位相的累积放大测量。对在硅基片上镀有聚己内酯(poly (s-caprolactone),PCL)薄膜的样品进行测量的结果表明,该方法能够提高光学薄膜厚度测量的灵敏度,并且基于改进的非线性相位拟合模型,能够实现光学薄膜厚度的精确测量。
【关键词】：扫频光学相干层析成像 相位 环腔 间距测量 薄膜厚度 波数标定
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 1 绪论12-28
• 1.1 OCT技术简介12-15
• 1.2 傅立叶域OCT系统的研究进展15-20
• 1.2.1 谱域OCT系统的研究进展15-16
• 1.2.2 扫频OCT系统的研究进展16-19
• 1.2.3 傅立叶域OCT系统的功能拓展19-20
• 1.3 论文的总体结构和创新点20-22
• 1.3.1 论文的总体结构20-21
• 1.3.2 论文的主要创新点21-22
• 参考文献22-28
• 2 扫频OCT技术基本原理及其相位敏感型OCT技术28-40
• 2.1 扫频OCT技术原理28-29
• 2.2 扫频OCT系统主要性能参数29-33
• 2.2.1 扫频OCT系统分辨率和成像深度29-32
• 2.2.2 扫频OCT系统信噪比和灵敏度32-33
• 2.3 扫频OCT系统与谱域OCT系统的比较33-34
• 2.4 相位敏感型OCT技术34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 参考文献37-40
• 3 三维成像扫频OCT系统研制与实验研究40-52
• 3.1 三维成像扫频OCT系统搭建40-43
• 3.1.1 扫频激光光源41
• 3.1.2 干涉仪41-43
• 3.2 干涉光谱探测及其硬件同步控制43-46
• 3.3 软件系统设计和数据处理流程46-47
• 3.4 成像结果47-49
• 3.5 本章小结49-50
• 参考文献50-52
• 4 相位敏感型大量程实时间距测量环腔扫频OCT系统52-76
• 4.1 本章引言52-55
• 4.2 相位敏感型大量程实时间距测量环腔扫频OCT系统搭建55-60
• 4.2.1 扫频激光光源56
• 4.2.2 光纤型声光频移器56-58
• 4.2.3 半导体光放大器58-59
• 4.2.4 光程延迟线59-60
• 4.3 环腔扫频OCT系统量程拓展方法和相位比较算法介绍60-66
• 4.4 相位敏感型大量程实时间距测量环腔扫频OCT系统实验结果66-72
• 4.4.1 扫频激光光源的稳定性66-67
• 4.4.2 相位比较算法优势67-69
• 4.4.3 环腔扫频OCT系统测量量程和测量重复性评估69-72
• 4.5 本章小结72-73
• 参考文献73-76
• 5 位相增强型薄膜厚度测量系统76-96
• 5.1 本章引言76-82
• 5.2 位相增强型薄膜厚度测量系统搭建82-85
• 5.2.1 助推光学放大器84-85
• 5.3 薄膜非线性相位放大理论推导85-87
• 5.4 位相增强型薄膜厚度测量系统实验结果87-93
• 5.4.1 校正扫频激光光源的波数采样87-88
• 5.4.2 系统光循环级次和相位灵敏度评估88-90
• 5.4.3 薄膜厚度测量的实验研究90-93
• 5.5 本章小结93-94
• 参考文献94-96
• 6 总结和展望96-98
• 作者简介98-99

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孙艳,赵宏,王昭;光纤测厚中光谱“双峰”现象的分析[J];半导体光电;2005年04期

2 谢强;张晓梅;;声光Q开关用1.064μm融石英低损耗增透膜实验研究[J];半导体光电;2006年04期

3 喻志农;薛唯;郑德修;孙鉴;;退火处理对等离子体显示器中氧化镁薄膜特性的影响[J];北京理工大学学报;2006年01期

4 喻志农;相龙锋;薛唯;王华清;卢维强;;离子辅助反应蒸发技术室温制备ITO薄膜[J];北京理工大学学报;2007年10期

5 谭满清，林永昌，，周建;窄带高反膜的研究[J];北京理工大学学报;1996年04期

6 周海,吴大兴;对DC-PCVD装置沉积Si_3N_4薄膜机理的研究[J];北京石油化工学院学报;1997年01期

7 蔡文;黄文e

本文编号：720551