基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光學(xué)相干層析成像(OCT，Optical Coherence Tomography)領(lǐng)域，特別涉及一種基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，基于寬譜光源特性的光學(xué)干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)在高精度測(cè)量中已得到了廣泛的應(yīng)用，其中，用于位置或者位移量或者其它可以轉(zhuǎn)化為位移量的高精度測(cè)量已成為尤其熱門的研宄課題。
[0003]該基于寬譜光源特性的光學(xué)干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)通常被應(yīng)用于高精度、分布式干涉性光纖傳感器中。然而，在實(shí)際的應(yīng)用中，往往需要準(zhǔn)確地知道光源實(shí)際的相干特性，而電子耦合組件(CCD，Charge-Coupled Device)雖然可以實(shí)現(xiàn)成像與低速振動(dòng)的測(cè)量，但是，由于CCD測(cè)量振動(dòng)的靈敏度較低，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)高速振動(dòng)的樣品的精確測(cè)量。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的CDD無法實(shí)現(xiàn)對(duì)高速振動(dòng)的樣品的精確測(cè)量的問題。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:
[0006]一種基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，包括:用于發(fā)出相干光的光源、用于將該相干光進(jìn)行分束的光纖耦合器、用于根據(jù)分束后的第一光信號(hào)返回參考光的參考臂、用于根據(jù)分束后的第二光信號(hào)返回信號(hào)光的樣品臂、以及用于對(duì)該參考光與信號(hào)光所形成的干涉信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的光譜解調(diào)器，其中，所述光譜解調(diào)器包括分光鏡及二極管陣列，所述干涉信號(hào)經(jīng)所述分光鏡分光后，其中一部分反射至二極管陣列中用于樣品振動(dòng)參數(shù)的測(cè)量。
[0007]優(yōu)選地，所述光譜解調(diào)器還包括:透鏡光柵組件及電子耦合組件，所述干涉信號(hào)由所述透鏡光柵組件輸出至所述分光鏡后，其中一部分反射至所述二極管陣列中用于樣品振動(dòng)參數(shù)的測(cè)量，另一部分透射至所述電子耦合組件中用于OCT成像以監(jiān)測(cè)樣品的測(cè)量面。
[0008]優(yōu)選地，所述分光鏡透射與反射所述干涉信號(hào)的百分比是90%?95%:5%?10%。
[0009]優(yōu)選地，所述分光鏡透射與反射所述干涉信號(hào)的百分比是95%:5%。
[0010]優(yōu)選地，所述透鏡光柵組件包括依次設(shè)置的第一透鏡、光柵及第二透鏡，其中，接收到的所述干涉信號(hào)由所述第二透鏡輸出至所述分光鏡。
[0011]優(yōu)選地，所述光源為寬譜光源，所述寬譜光源的中心波長(zhǎng)為810nm - 850nm。
[0012]優(yōu)選地，所述參考臂包括依次設(shè)置的第三透鏡及全反射鏡，其中，所述參考光經(jīng)所述全反射鏡、第三透鏡返回至所述光纖耦合器。
[0013]優(yōu)選地，所述樣品臂包括透鏡共聚焦系統(tǒng)，所述透鏡共聚焦系統(tǒng)包括依次設(shè)置的第四透鏡、振鏡及第五透鏡，其中，所述信號(hào)光經(jīng)所述第五透鏡、振鏡、第四透鏡返回至所述光纖親合器。
[0014]優(yōu)選地，所述基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)還包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)與所述光譜解調(diào)器及樣品臂連接，用于控制所述樣品臂的振鏡的速度以及進(jìn)行后續(xù)的振動(dòng)參數(shù)的計(jì)算。
[0015]由以上本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案可見，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0016]通過在光譜解調(diào)器中設(shè)置分光鏡及二極管陣列，使得光譜解調(diào)器接收到的干涉信號(hào)經(jīng)該分光鏡分光后，其中一部分反射至二極管陣列中用于樣品振動(dòng)參數(shù)的測(cè)量。也就是說，本實(shí)用新型的基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)利用分光鏡與二極管陣列的相互配合，替代了現(xiàn)有的電子耦合組件的測(cè)試方式，使得對(duì)極微弱的干涉信號(hào)進(jìn)行探測(cè)的靈敏度大為提高，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)高速振動(dòng)的樣品的振動(dòng)參數(shù)的測(cè)量精度可以達(dá)到納米級(jí)。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本實(shí)用新型各實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)本實(shí)用新型各實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1A為一實(shí)施例的基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0019]圖1B為另一實(shí)施例的基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0020]圖2為另一實(shí)施例的基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的光譜解調(diào)器的結(jié)構(gòu)框圖。
[0021]圖3為一實(shí)施例的基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量方法的流程圖。
[0022]圖4為一實(shí)施例的基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的二極管陣列所探測(cè)得的第二光譜信息對(duì)應(yīng)的波形圖。
[0023]圖5為另一實(shí)施例的基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的二極管陣列的其中一個(gè)二極管的光強(qiáng)度隨時(shí)間變化的波形圖。
[0024]圖6為一實(shí)施例的基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的CCD所探測(cè)得的第一光譜信息對(duì)應(yīng)的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型中的技術(shù)方案，并使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的各實(shí)施例中的技術(shù)方案予以進(jìn)一步地詳盡說明。
[0026]請(qǐng)參閱圖1A，在一實(shí)施例中，一種基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)I包括:用于發(fā)出相干光的光源10、用于將該相干光進(jìn)行分束的光纖耦合器11、用于根據(jù)分束后的第一光信號(hào)返回參考光的參考臂12、用于根據(jù)分束后的第二光信號(hào)返回信號(hào)光的樣品臂13、以及用于對(duì)該參考光與信號(hào)光所形成的干涉信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的光譜解調(diào)器14。
[0027]其中，光譜解調(diào)器14包括分光鏡142及二極管陣列144，干涉信號(hào)經(jīng)分光鏡142分光后，其中一部分反射至二極管陣列144中用于樣品振動(dòng)參數(shù)的測(cè)量。分光鏡142可以是半透半反射鏡，可以是立方體型，也可以是平面型等。
[0028]進(jìn)一步地，二極管陣列144包括至少一個(gè)二極管，該二極管的探測(cè)面極小，有利于測(cè)量，尤其適用于樣品高速振動(dòng)的精確測(cè)量。同時(shí)，通過采用二極管陣列144，使得即使是對(duì)極微弱的干涉信號(hào)進(jìn)行探測(cè)的靈敏度也大為提高，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中CCD對(duì)高速振動(dòng)的樣品所產(chǎn)生的干涉信號(hào)靈敏度不夠的問題。
[0029]請(qǐng)參閱圖1B，在一實(shí)施例中，一種基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)I的光譜解調(diào)器14還包括:透鏡光柵組件141、及電子耦合組件143(CCD，Charge-CoupledDevice)。透鏡光柵組件141接收到的干涉信號(hào)傳輸至分光鏡142后，其中一部分反射至二極管陣列144中用于樣品振動(dòng)參數(shù)的測(cè)量，另一部分透射至電子耦合組件143中用于OCT成像以監(jiān)測(cè)樣品的測(cè)量面。本實(shí)施例中，一種基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)I中的其余結(jié)構(gòu)均與圖1A中一致，在此不再--贅述。
[0030]其中，分光鏡142透射與反射干涉信號(hào)的百分比是90%?95%:5%?10%，即90%?95%的干涉信號(hào)透射至電子耦合組件143中，5%?10%的干涉信號(hào)發(fā)射至二極管陣列144中。也就是說，5%?10%的干涉信號(hào)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)高速振動(dòng)的樣品振動(dòng)參數(shù)的精確測(cè)量，90%?95%的干涉信號(hào)用于OCT成像以監(jiān)測(cè)樣品的測(cè)量面，通過對(duì)樣品測(cè)量面的監(jiān)測(cè)，可以獲知光干涉的大致情況，以便后續(xù)樣品振動(dòng)參數(shù)的精確測(cè)量時(shí)所需。
[0031]優(yōu)選地，分光鏡142透射與反射干涉信號(hào)的百分比為95%:5%時(shí)，此時(shí)，基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)I對(duì)高速振動(dòng)的樣品振動(dòng)參數(shù)的測(cè)量精度最高。
[0032]如圖1B所示，在一實(shí)施例中，基于寬譜光源干涉原理的高速振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)I還包括計(jì)算機(jī)15。計(jì)算機(jī)15與光譜解調(diào)器14及樣品臂13連接，用于控制樣品臂13的振鏡的速度以及進(jìn)行后續(xù)的振動(dòng)參數(shù)的計(jì)算。
[0033]其中，當(dāng)計(jì)算機(jī)15控制樣品臂13的振鏡的速度為0，此時(shí)，樣品相對(duì)靜止，才能夠?qū)崿F(xiàn)該系統(tǒng)對(duì)樣品臂13光路與樣品之間的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。計(jì)算機(jī)15對(duì)二極管陣列144探測(cè)干涉信號(hào)所得到的光譜信息進(jìn)行相關(guān)光強(qiáng)度的提取及計(jì)算，從而得到樣品振動(dòng)參數(shù)。例如，該振動(dòng)參數(shù)包括振動(dòng)相位、振動(dòng)位移及振動(dòng)頻率等。
[0034]需要說明的是，本實(shí)施例中，上述相關(guān)數(shù)據(jù)處理均是通過計(jì)算機(jī)15內(nèi)部的信號(hào)處理單元(圖中未示出)完成的，在其他實(shí)施例中，該信號(hào)處理單元也可以設(shè)置于嵌入式硬件系統(tǒng)中以實(shí)現(xiàn)上述相關(guān)數(shù)據(jù)處理，本實(shí)用新型并不以此為限。
[0035]請(qǐng)參閱圖1A至圖1B，在一實(shí)施例中，光源10為寬譜光源，該寬譜光源的中心波長(zhǎng)的范圍在810nm- 850nm之間。通過該光源10發(fā)出相干光并輸出至光纖耦合器11。本實(shí)施例中，通過采用寬譜光源，不僅避免了使用價(jià)格昂貴的激光器做光源，而且使得光源發(fā)出的相干光不是單譜光，性能較穩(wěn)定。優(yōu)選地，該寬譜光源的中心波長(zhǎng)為830nm。
[0036]光纖親合器11的輸入端與光源10連接，其三個(gè)輸出端分別與參考臂12的輸入端、樣品臂13的輸入端及光譜解調(diào)器14的輸入端連接。光纖耦合器11的作用不僅在于將光源10發(fā)出的相干光進(jìn)行分束形成第一、第二光信號(hào)，并將該第一、第二光信號(hào)分別發(fā)送至參考臂12的輸入端與樣品臂13的輸入端，還在于對(duì)從參考臂12返回的參考光與從樣品臂13返回的信號(hào)光進(jìn)行干涉，以形成干涉信號(hào)并輸出至光譜解調(diào)器14的輸入端。
[0037]參考臂12連接于光纖耦合器11的第一輸出端，其包括依次設(shè)置的第三透鏡及全反射鏡，以使接收到的光信號(hào)經(jīng)該第三透鏡擴(kuò)束投射在該全反射鏡上后發(fā)生反射形成參考光。同時(shí)，該參考光經(jīng)全反射鏡、第三透鏡返回至光纖耦合器11。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，參考臂的組成還可以有其他方式，但本實(shí)施例中第三透鏡和全反射鏡的組成方式所得到的穩(wěn)定性效果最佳。
[0038]樣品臂13連接于光纖耦合器11的第二輸出端，其包括透鏡共聚焦系統(tǒng)，該透鏡共聚焦系統(tǒng)包括依次設(shè)置的第四透鏡、振鏡及第