自由空間干涉光路平衡探測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自由空間干涉光路平衡探測裝置，包括光源，光源發(fā)出的空間光經(jīng)過立方棱鏡分光后形成傳播方向相垂直的透射光和反射光，透射光和反射光分別由各自光路中的反射器反射，并在第二分光器處形成干涉，干涉光被第二分光器分光后形成傳播方向相垂直的干涉光X3和干涉光Y3，干涉光Y3通過第三反射器反射后的反射光X4與干涉光X3的傳播方向一致，干涉光X3通過平行玻璃平板光路補償后，使最終反射光X4與干涉光X3在平衡探測器端位相相差180°，隨后可進行干涉光信號的差分探測處理。本發(fā)明與光的偏振無關(guān)，可用于各種自由空間干涉測量及成像系統(tǒng)中以抑制共模噪聲，提高探測的信噪比，結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟，容易實現(xiàn)。
【專利說明】自由空間干涉光路平衡探測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于干涉測量成像【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種自由空間干涉光路平衡探測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)相干層析技術(shù)(OCT, Optical Coherence Tomography)是近十幾年來出現(xiàn)的一種新興技術(shù)，它具有高分辨率，且能實時進行三維成像，已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)、工業(yè)、衛(wèi)生等領(lǐng)域一個重要的影像成像技術(shù)。OCT的干涉光路有光纖型和自由空間型，光纖型容易受溫度、擾動等影響，而在空間干涉光路中卻受限于單顆探測器成像，圖像信噪比不如光纖型平衡探測系統(tǒng)。
[0003]現(xiàn)有中國專利文獻CN 201010165045公開了一種自由空間差分探測的方法，但該系統(tǒng)基于偏振相關(guān)方才可實現(xiàn)自由空間差分探測，自由空間光偏振后能量將下降為原來一半，且偏振器件的使用將讓系統(tǒng)更復(fù)雜和不經(jīng)濟。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的是自由空間型干涉光路的OCT共模噪聲大、圖像信噪比低，偏振器件的使用降低了干涉光路中能量，且結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，成本增高等技術(shù)問題。從而提供一種與偏振無關(guān)的可用于各種自由空間干涉測量的自由空間干涉光路平衡探測裝置。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種自由空間干涉光路平衡探測裝置，包括立方棱鏡，立方棱鏡的分光面與光源發(fā)射的空間光的前進方向呈45°,立方棱鏡將空間光分為傳播方向相互垂直的透射光Xl和反射光Yl ;所述透射光Xl經(jīng)第一反射器反射進入第二分光器構(gòu)成第一光路；第一反射器的反射面與立方棱鏡的分光面平行；所述反射光Yl經(jīng)第二反射器反射進入第二分光器構(gòu)成第二光路；第二反射器的反射面與立方棱鏡的分光面平行；第二分光器的分光面與第一反射器的反射面和第二反射器的反射面均平行；
第二分光器的分光面將第一光路和第二光路形成的干涉光分為傳播方向相垂直的干涉光X3和干涉光Y3 ;干涉光X3經(jīng)平行玻璃平板補償光程后進入平衡探測器的負極構(gòu)成第三光路；平行玻璃平板與干涉光X3的傳播方向平行；干涉光Y3經(jīng)第三反射器反射后的反射光X4進入平衡探測器的正極構(gòu)成第四光路；第三反射器的反射面第二分光器的分光面平行。
[0006]第一光路和第二光路的光程相等；第三光路和第四光路的光程相等。
[0007]第一反射器和第二反射器為三棱鏡，三棱鏡的斜面為反射面且三棱鏡的斜面與立方棱鏡的分光面平行。
[0008]第一反射器和第二反射器為反射鏡，反射鏡與立方棱鏡的分光面平行。
[0009]第二分光器為分光片；第三反射器為三棱鏡，三棱鏡的斜面為反射面；三棱鏡的斜面和分光片的分光面均與立方棱鏡的分光面平行。
[0010]所述干涉光X3和干涉光Y3的相位差為180°。
[0011]第二分光器為立方棱鏡；第三反射器為反射鏡；立方棱鏡的分光面與反射鏡均與立方棱鏡的分光面平行。
[0012]所述干涉光X3和反射光X4的相位差為180°。
[0013]本發(fā)明平衡探測的方法如下:A:光源發(fā)出的光由立方棱鏡分成兩路光，該兩路光在第二分光器處干涉，干涉后的光分為兩路傳播，兩路干涉光存在180度位相差。
[0014]B:使這兩路干涉光傳輸方向平行，再繼續(xù)傳輸時傳播距離短的一路通過平行玻璃板補償光程，使兩路干涉光在抵達平衡探測器的兩個通道時，位相差恒定為180度。
[0015]本發(fā)明光源發(fā)出的空間光經(jīng)過立方棱鏡分光后形成傳播方向相垂直的透射光和反射光，透射光和反射光分別由各自光路中的反射器反射，并在第二分光器處形成干涉，干涉光被第二分光器分光后形成傳播方向相垂直的干涉光X3和干涉光Y3，干涉光Y3通過第三反射器反射后的反射光X4與干涉光X3的傳播方向一致，干涉光X3通過平行玻璃平板光路補償后，使最終反射光X4與干涉光X3在平衡探測器端位相相差180°，隨后可進行干涉光信號的差分探測處理。本發(fā)明與光的偏振無關(guān)，可用于各種自由空間干涉測量及成像系統(tǒng)中以抑制共模噪聲，提高探測的信噪比，結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟，容易實現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0020]實施例1:如圖1所示，一種自由空間干涉光路平衡探測裝置，包括立方棱鏡2，立方棱鏡2的分光面與光源I發(fā)射的空間光的前進方向呈45°。立方棱鏡2將空間光分為傳播方向相互垂直的反射光Yl和透射光XI。
[0021]透射光Xl經(jīng)三棱鏡3a反射后的反射光Y2進入分光片4構(gòu)成第一光路。三棱鏡3a的斜面為透射光Xl的反射面，且三棱鏡3a的斜面與立方棱鏡2的分光面相平行。
[0022]反射光Yl經(jīng)三棱鏡3b反射后的反射光X2進入分光片4構(gòu)成第二光路。三棱鏡3b的斜面為反射光Yl的反射面，且三棱鏡3b的斜面與立方棱鏡的分光面相平行。
[0023]分光片4的分光面與三棱鏡3a的斜面和三棱鏡3b的斜面均平行。第一光路和第~■光路的光程相等。
[0024]分光片4的分光面將第一光路和第二光路形成的干涉光分為傳播方向相垂直的干涉光X3和干涉光Y3。
[0025]干涉光X3經(jīng)平行玻璃平板5補償光程后進入平衡探測器6的負極構(gòu)成第三光路。平行玻璃平板5與干涉光X3的傳播方向平行。
[0026]干涉光Y3經(jīng)三棱鏡3c反射后的反射光X4進入平衡探測器6的正極構(gòu)成第四光路。三棱鏡3c的斜面為干涉光Y3的反射面且三棱鏡3c的斜面與分光片4平行。
[0027]反射光X4和干涉光X3的傳播方向一致，且第三光路和第四光路的光程相等。
[0028]工作原理:光源I發(fā)射的空間光經(jīng)立方棱鏡2分光,形成傳播方向相互垂直的透射光Xl和反射光Yl，透射光Xl和反射光Yl不存在相位差。三棱鏡3a對透射光Xl全反射形成反射光Y2進入分光片4構(gòu)成第一光路。三棱鏡3b對反射光Yl全反射后形成反射光X2進入分光片4構(gòu)成第二光路。第一光路和第二光路的光程相等且反射光X2和反射光Y2沒有相位差。
[0029]反射光X2和反射光Y2在分光片4處發(fā)生干涉，由于分光片的分光面基底材料折射率高于空氣，分光片的分光面將干涉光從空氣反射到空氣的干涉光X3產(chǎn)生半波損失，即相位延遲180°。而從基底材料內(nèi)反射出去的干涉光Y3不產(chǎn)生相位躍變，因此在分光片4處分開干涉光X3和干涉光Y3存在180°的相位差。
[0030]干涉光X3經(jīng)平行玻璃平板5補償光程后進入平衡探測器6的負極形成第三光路。干涉光Y3經(jīng)三棱鏡3c全反射后的反射光X4進入平衡探測器6的正極。反射光X4和干涉光X3傳播方向一致，第三光路和第四光路的光程相等，這樣干涉光X3和反射光X4傳播到平衡探測器6時，相位差恒定為180°。相位差為180°的干涉光進行差分探測后，信噪比值提升為原來的2倍，同時差分探測可以消除光強直流信號以及共模噪聲。
[0031]在進行頻域OCT層析成像時將樣品放入Xl或者X2的光路中，光源I采用掃頻寬帶光源，這樣在平衡探測器端可探測到包含樣品深度信息的差分干涉信號，要對樣品進行橫向面掃描得到三維數(shù)據(jù)時，只需使用電動平臺帶動樣品在光路的垂直面內(nèi)進行二維移動。
[0032]實施例2:如圖2所示，一種自由空間干涉光路平衡探測裝置，包括立方棱鏡2，立方棱鏡2的分光面與光源I發(fā)射的空間光的前進方向呈45°。立方棱鏡2將空間光分為傳播方向相互垂直的反射光Yl和透射光XI。
[0033]透射光Xl經(jīng)反射鏡3a反射后的反射光Y2進入分光片4構(gòu)成第一光路。反射鏡3a與立方棱鏡2的分光面相平行。
[0034]反射光Yl經(jīng)反射鏡3b反射后的反射光X2進入分光片4構(gòu)成第二光路。反射鏡3b與立方棱鏡的分光面相平行。
[0035]分光片4的分光面與反射鏡3a和反射鏡3b均平行。第一光路和第二光路的光程相等。
[0036]分光片4的分光面將第一光路和第二光路形成的干涉光分為傳播方向相垂直的干涉光X3和干涉光Y3。
[0037]干涉光X3經(jīng)平行玻璃平板5補償光程后進入平衡探測器6的負極構(gòu)成第三光路。平行玻璃平板5與干涉光X3的傳播方向平行。
[0038]干涉光Y3經(jīng)三棱鏡3c反射后的反射光X4進入平衡探測器6的正極構(gòu)成第四光路。三棱鏡3c的斜面為干涉光Y3的反射面且三棱鏡3c的斜面與分光片4平行。
[0039]反射光X4和干涉光X3的傳播方向一致，且第三光路和第四光路的光程相等。
[0040]工作原理:光源I發(fā)射的空間光經(jīng)立方棱鏡2分光,形成傳播方向相互垂直的透射光Xl和反射光Yl，透射光Xl和反射光Yl不存在相位差。反射鏡3a對透射光Xl反射形成反射光Y2進入分光片4構(gòu)成第一光路。反射鏡3b對反射光Yl反射后形成反射光X2進入分光片4構(gòu)成第二光路。第一光路和第二光路的光程相等。透射光Xl和反射光Yl分別在反射鏡3a和反射鏡3b處進行菲涅爾反射均發(fā)生半波損失，故反射光X2和反射光Y2沒有相位差。
[0041]反射光X2和反射光Y2在分光片4處發(fā)生干涉，由于分光片的分光面基底材料折射率高于空氣，分光片的分光面將干涉光從空氣反射到空氣的干涉光X3產(chǎn)生半波損失，即相位延遲180°。而從基底材料內(nèi)反射出去的干涉光Y3不產(chǎn)生相位躍變，因此在分光片4處分開干涉光X3和干涉光Y3存在180°的相位差。
[0042]干涉光X3經(jīng)平行玻璃平板5補償光程后進入平衡探測器6的負極形成第三光路。干涉光Y3經(jīng)三棱鏡3c全反射后的反射光X4進入平衡探測器6的正極。反射光X4和干涉光X3傳播方向一致，第三光路和第四光路的光程相等，這樣干涉光X3和反射光X4傳播到平衡探測器6時，相位差恒定為180°。相位差為180°的干涉光進行差分探測后，信噪比值提升為原來的2倍，同時差分探測可以消除光強直流信號以及共模噪聲。
[0043]在進行頻域OCT層析成像時將樣品放入Xl或者X2的光路中，光源I采用掃頻寬帶光源，這樣在平衡探測器端可探測到包含樣品深度信息的差分干涉信號，要對樣品進行橫向面掃描得到三維數(shù)據(jù)時，只需使用電動平臺帶動樣品在光路的垂直面內(nèi)進行二維移動。
[0044]實施例3:如圖3所示，一種自由空間干涉光路平衡探測裝置，包括立方棱鏡2，立方棱鏡2的分光面與光源I發(fā)射的空間光的前進方向呈45°。立方棱鏡2將空間光分為傳播方向相互垂直的反射光Yl和透射光XI。
[0045]透射光Xl經(jīng)三棱鏡3a反射后的反射光Y2進入立方棱鏡4構(gòu)成第一光路。三棱鏡3a的斜面為透射光Xl的反射面，且三棱鏡3a的斜面與立方棱鏡2的分光面相平行。
[0046]反射光I經(jīng)三棱鏡3b反射后的反射光X2進入立方棱鏡4構(gòu)成第二光路。三棱鏡3b的斜面為反射光Yl的反射面，且三棱鏡3b的斜面與立方棱鏡2的分光面相平行。
[0047]立方棱鏡4的分光面與三棱鏡3a的斜面和三棱鏡3b的斜面均平行。第一光路和第二光路的光程相等。
[0048]立方棱鏡4的分光面將第一光路和第二光路形成的干涉光分為傳播方向相垂直的干涉光X3和干涉光Y3。
[0049]干涉光X3經(jīng)平行玻璃平板5補償光程后進入平衡探測器6的負極構(gòu)成第三光路。平行玻璃平板5與干涉光X3的傳播方向平行。
[0050]干涉光Y3經(jīng)反射鏡3c反射后的反射光X4進入平衡探測器6的正極構(gòu)成第四光路。反射鏡3c與立方棱鏡4的分光面平行。
[0051]反射光X4和干涉光X3的傳播方向一致，且第三光路和第四光路的光程相等。
[0052]工作原理:光源I發(fā)射的空間光經(jīng)立方棱鏡2分光,形成傳播方向相互垂直的透射光Xl和反射光Yl，透射光Xl和反射光Yl不存在相位差。三棱鏡3a對透射光Xl全反射形成反射光Y2進入立方棱鏡4構(gòu)成第一光路。三棱鏡3b對反射光Yl全反射后形成反射光X2進入立方棱鏡4構(gòu)成第二光路。第一光路和第二光路的光程相等且反射光X2和反射光Y2沒有相位差。
[0053]反射光X2和反射光Y2在立方棱鏡4處發(fā)生干涉,立方棱鏡4將干涉光分為傳播方向相垂直的干涉光X3和干涉光Y3，干涉光X3和干涉光Y3不存在相位差。
[0054]干涉光X3經(jīng)平行玻璃平板5補償光程后進入平衡探測器6的負極形成第三光路。反射鏡3c的反射面基底材料折射率高于空氣，所以將干涉光Y3從空氣反射至空氣后的反射光X4，反射光X4產(chǎn)生半波損失，即相位延遲180°。反射光X4進入平衡探測器6的正極。反射光X4和干涉光X3傳播方向一致，第三光路和第四光路的光程相等，這樣干涉光X3和反射光X4傳播到平衡探測器6時，相位差恒定為180°。相位差為180°的干涉光進行差分探測后，信噪比值提升為原來的2倍，同時差分探測可以消除光強直流信號以及共模噪聲。
[0055]在進行頻域OCT層析成像時將樣品放入Xl或者X2的光路中，光源I采用掃頻寬帶光源，這樣在平衡探測器端可探測到包含樣品深度信息的差分干涉信號，要對樣品進行橫向面掃描得到三維數(shù)據(jù)時，只需使用電動平臺帶動樣品在光路的垂直面內(nèi)進行二維移動。
[0056]實施例4:如圖4所示，一種自由空間干涉光路平衡探測裝置，包括立方棱鏡2，立方棱鏡2的分光面與光源I發(fā)射的空間光的前進方向呈45°。立方棱鏡2將空間光分為傳播方向相互垂直的反射光Yl和透射光XI。
[0057]透射光Xl經(jīng)三棱鏡3a反射后的反射光Y2進入立方棱鏡4構(gòu)成第一光路。三棱鏡3a的斜面為透射光Xl的反射面，且三棱鏡3a的斜面與立方棱鏡2的分光面相平行。
[0058]反射光Yl經(jīng)三棱鏡組3b反射后的反射光X2進入立方棱鏡4構(gòu)成第二光路。反射光X2與反射光Xl傳播方向相同。
[0059]立方棱鏡4的分光面與三棱鏡3a的斜面平行。第一光路和第二光路的光程相等。
[0060]立方棱鏡4的分光面將第一光路和第二光路形成的干涉光分為傳播方向相垂直的干涉光X3和干涉光Y3。
[0061]干涉光X3經(jīng)平行玻璃平板5補償光程后進入平衡探測器6的負極構(gòu)成第三光路。平行玻璃平板5與干涉光X3的傳播方向平行。
[0062]干涉光Y3經(jīng)反射鏡3c反射后的反射光X4進入平衡探測器6的正極構(gòu)成第四光路。反射鏡7與立方棱鏡4的分光面平行。
[0063]反射光X4和干涉光X3的傳播方向一致，且第三光路和第四光路的光程相等。
[0064]工作原理:光源I發(fā)射的空間光經(jīng)立方棱鏡2分光,形成傳播方向相互垂直的透射光Xl和反射光Yl，透射光Xl和反射光Yl不存在相位差。三棱鏡3a對透射光Xl全反射形成反射光Y2進入立方棱鏡2b構(gòu)成第一光路。三棱鏡組3b對反射光Yl全反射后形成反射光X2進入立方棱鏡4構(gòu)成第二光路。第一光路和第二光路的光程相等且反射光X2和反射光Y2沒有相位差。
[0065]反射光X2和反射光Y2在立方棱鏡4處發(fā)生干涉,立方棱鏡4將干涉光分為傳播方向相垂直的干涉光X3和干涉光Y3，干涉光X3和干涉光Y3不存在位相差。
[0066]干涉光X3經(jīng)平行玻璃平板5補償光程后進入平衡探測器6的負極形成第三光路。反射鏡3c的反射面基底材料折射率高于空氣，所以將干涉光Y3從空氣反射至空氣后的反射光X4，反射光X4產(chǎn)生半波損失，即相位延遲180°。反射光X4進入平衡探測器6的正極。反射光X4和干涉光X3傳播方向一致，第三光路和第四光路的光程相等，這樣干涉光X3和反射光X4傳播到平衡探測器6時，相位差恒定為180°。相位差為180°的干涉光進行差分探測后，信噪比值提升為原來的2倍，同時差分探測可以消除光強直流信號以及共模噪聲。
[0067]在進行時域OCT層析成像時，光源I采用寬帶光源，并將樣品放入立方棱鏡2和三棱鏡3a之間，使透射光Xl平行穿過樣品。電動平臺帶動三棱鏡組3b移動保持第一光路和第二光路的光程相等。這樣在平衡探測器6可探測到包含樣品深度信息的差分干涉信號，只需使用電動平臺帶動樣品在透射光Xl的垂直面內(nèi)進行二維移動，即可完成對樣品的深度層析掃描。
【權(quán)利要求】
1.一種自由空間干涉光路平衡探測裝置，其特征在于:包括立方棱鏡(2)，立方棱鏡(2)的分光面與光源(I)發(fā)射的空間光的前進方向呈45°,立方棱鏡(2)將空間光分為傳播方向相互垂直的透射光Xl和反射光Yl ;所述透射光Xl經(jīng)第一反射器(3a)反射進入第二分光器(4)構(gòu)成第一光路；第一反射器(3a)的反射面與立方棱鏡(2)的分光面平行；所述反射光Yl經(jīng)第二反射器(3b)反射進入第二分光器(4)構(gòu)成第二光路；第二反射器(3b)的反射面與立方棱鏡(2)的分光面平行；第二分光器(4)的分光面與第一反射器(3a)的反射面和第二反射器(3b)的反射面均平行； 第二分光器(4)的分光面將第一光路和第二光路形成的干涉光分為傳播方向相垂直的干涉光X3和干涉光Y3 ;干涉光X3經(jīng)平行玻璃平板(5)補償光程后進入平衡探測器(6)的負極構(gòu)成第三光路；平行玻璃平板(5)與干涉光X3的傳播方向平行；干涉光Y3經(jīng)第三反射器(3c)反射后的反射光X4進入平衡探測器(6)的正極構(gòu)成第四光路；第三反射器(3c)的反射面第二分光器(4)的分光面平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由空間干涉光路平衡探測裝置，其特征在于:第一光路和第二光路的光程相等；第三光路和第四光路的光程相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自由空間干涉光路平衡探測裝置，其特征在于:第一反射器和第二反射器為三棱鏡，三棱鏡的斜面為反射面且三棱鏡的斜面與立方棱鏡(2)的分光面平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自由空間干涉光路平衡探測裝置，其特征在于:第一反射器和第二反射器為反射鏡，反射鏡與立方棱鏡(2)的分光面平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的自由空間干涉光路平衡探測裝置，其特征在于:第二分光器(4)為分光片；第三反射器(3c)為三棱鏡，三棱鏡的斜面為反射面；三棱鏡的斜面和分光片的分光面均與立方棱鏡(2)的分光面平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自由空間干涉光路平衡探測裝置，其特征在于:所述干涉光X3和干涉光Y3的相位差為180°。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的自由空間干涉光路平衡探測裝置，其特征在于:第二分光器(4)為立方棱鏡；第三反射器(3c)為反射鏡；立方棱鏡的分光面與反射鏡均與立方棱鏡(2)的分光面平行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自由空間干涉光路平衡探測裝置，其特征在于:所述干涉光X3和反射光X4的相位差為180°。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自由空間干涉光路平衡探測裝置，其特征在于:所述第一反射器為三棱鏡，第二反射器為三棱鏡組。
【文檔編號】G01N21/45GK104359863SQ201410683013
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】王東琳, 商繼敏, 陳鵬, 楊坤, 蘇玉玲 申請人:鄭州輕工業(yè)學(xué)院