应用于眼轴参数测量的光学相干层析系统

生物测量在眼科疾病的诊断和治疗中越来越重要,对儿童和青少年的眼轴长度进行监测有助于预防和治疗近视及其引发的眼科疾病,眼轴参数的准确测量也是影响眼病患者术后视觉质量的重要因素。为了测量眼轴参数,本文研究了基于时域低相干技术的眼轴测量方法,研制了高精度、非接触式眼轴测量的原理样机,并开展了相应的实验研究。利用低相干干涉技术与长相干干涉测距技术结合的方法,采用时域的机械扫描方式,搭建一套光纤型低相干层析测量系统。通过对标准透镜厚度和镜面间隔的测量实验,重复测量精度优于0.3μm。最后对鱼眼眼轴参数进行测量,清晰得到鱼眼的角膜、晶状体和视网膜等结构。实验结果表明,该系统的稳定性及重复性均能达到设计要求,可以用于动物眼轴参数的测量。     

眼轴长度测量系统设计

眼轴长度与屈光不正、白内障等常见眼科疾病有密切关系,精确测量眼轴长度对眼科疾病的预防及治疗具有重要的意义。为实现眼轴长度安全有效的光学测量,入射光强度不能超过安全限度,同时人眼眼底反射出来的光只有入射光的10-3～10-4。为此基于光学方法的眼轴长度测量的弱光探测,设计了一种基于外差干涉测量的眼轴长度测量系统。测量系统硬件部分采用PIN光电二极管将弱光信号转化成易于处理的弱电信号,同时设计一个低噪声、高性能的弱信号处理电路,并选用Max 10系列的10M25SAE作为主控芯片处理信号;软件部分采用VHDL语言进行编程。实验结果表明,该测量系统可以对眼轴长度实现有效且稳定的测量。     

基于低相干光干涉原理的眼轴测量研究

眼轴长度测量的精确度对近视防控及白内障患者术后视力恢复治疗等具有重要意义。本文介绍一种非接触光学测量技术，利用低相干光干涉原理研究相比传统测量及其他光学测量的新的系统，通过两路回光产生的干涉，达到无接触、精度更高的测量，达到20μm的误差，并进行模拟眼重复性测试，与现有IOL Master进行多组数据对比，验证其良好的准确性与精确度。     

基于光学相干层析的结构振动监测研究

针对光学非接触式的振动测量问题,对基于频域光学相干层析技术搭建的振动测量系统进行了研究,通过记录位移随时间的变化实现了对振动信号的测量。研究了振动测量过程中,光谱仪采集的干涉条纹的模糊现象与被测目标瞬时速度的关联;建立了系统可测量的最大振动频率和CCD相机的曝光时间之间的关系,即曝光时间越短,则系统可测量的振动频率越大;对函数信号发生器驱动激振器产生的振动信号进行了测量试验。研究结果表明:光学相干层析技术是一种有效的光学非接触式振动测量方法,在基于振动的结构健康监测领域具有广阔的应用前景。     

光学相干层析系统的建立与研究

介绍了光学相干层析 ( OCT)成像技术的原理及应用 ,阐述了自行研究建立的OCT系统 ,给出了利用该系统得到的实际生物样品光学相干层析图像 ,对系统性能和结果作了分析 ,提出一定的改进方案     

高度近视眼的白内障术前人工晶状体屈光度计算及处理方法

目的研究针对高度近视眼的白内障患者更有效的术前人工晶状体屈光度计算及处理方法。方法选取2016年2月至2017年2月我院收治的高度近视合并白内障患者120例。根据随机数字表法均分为两组,每组60例。对照组采用触式A型超声仪结合第2代理论公式对人工晶状体屈光度进行计算。观察组采用非接触式光学相干生物测量仪结合SRK/T公式对人工晶状体屈光度进行计算。分别对比两组术前眼轴长度与角膜曲率,术后3个月屈光度术前估计值与术后实际值差值情况、视力分布情况,患者满意度以及不适主诉发生率。结果同一检测方式测量两组患者眼轴长度和角膜曲率差异无统计学意义(均P0.05),具有可比性。且两组患者IOL-Master测量眼轴长度以及角膜曲率均高于A型超声测量结果,差异均有统计学意义(均P0.05)。观察组患者屈光度术前估计值与术后实际值差值明显低于对照组,视力明显优于对照组,差异均有统计学意义(均P0.01)。术后3个月观察组患者满意度为96.67%(58/60),显著高于对照组的85.00%(51/60),差异有统计学意义(P0.05)。结论采用非接触式光学相干生物测量仪器并联合SRK/T公式对高度近视眼白内障患者进行术前测量及计算目标屈光度,测量误差较小,可显著提高患者满意度。     

光学相干成像技术在激光加工过程实时监测与控制中的应用研究进展

激光加工技术,主要包括激光焊接技术、激光增材制造技术和激光减材制造技术,具有高加工质量、效率、无工具磨损等优点,在航空航天、生物医疗、通讯电子等领域应用广泛。随着产品精度与性能要求的逐渐提升,对激光加工的精度、效率及可控性提出了更高要求。因此,激光加工过程实时监测及调控成为当前的研究重点。相比于传统的光声热电传感监测,光学相干成像技术可以与激光束同轴耦合,从而直接获取激光加工结构的尺寸和形貌特征,具有高成像速度、高测量分辨率以及长测量范围等优点,被广泛应用于激光加工过程实时监测中。系统介绍了光学相干成像系统的基本组成、成像原理以及系统指标,在此基础上综述了光学相干成像技术在激光焊接、激光增材制造和激光减材制造实时监测与控制中的应用。最后,归纳了目前光学相干成像技术在激光加工过程监测中存在的不足和发展趋势,为激光加工过程实时监测与控制的研究工作提供了坚实基础和发展方向。     

光学相干层析技术在光学表面间距测量中的应用

搭建了适于镜头中光学表面间距测量的实验装置,用于非接触高精度测量镜面间距.该装置以光纤型时域光学相干层析系统为基础,通过光学表面的层析成像精确测量其相对位置.对样品扫描装置进行了改进,利用高精度导轨移动光纤准直器来移动成像范围,实现对不同深度光学表面的层析成像.利用实验测量系统完成了对空气间隙样品及已装调好镜头的光学表面间距的测量,其中空气间隙样品的测量值为6.026mm,用游标卡尺得到的对比测量值为6.02mm;对镜头关键参数空气间隙的测量值为10.750mm,其设计值为(10.7±0.03)mm.实验系统误差为3.871μm,测量灵敏度为10.5μm.结果显示该方法具有非接触、高精度、高灵敏度的特点.     

相干计量技术评述

综述了相干计量技术在测长、光学波面误差检测、表面粗糙度测量中的应用,目前的状况及未来的发展趋势。     

润滑油膜厚度的光学相干层析成像测量

为了对滑动轴承的润滑油膜厚度进行精确测量,搭建了光纤结构的谱域光学相干层析成像(OCT)检测系统。该检测系统通过谱域OCT对油膜进行高分辨率成像,根据一维深度图像和二维层析图像中油膜和轴承表面的相对位置得到油膜厚度。分析了SD-OCT的检测原理,并对油膜厚度进行了测量,通过干涉光谱解耦法减小噪声对测量结果的影响。实验结果表明,该系统的测量误差小于2μm,具有良好的重复性和可靠性。该测量方法能够对油膜进行快速准确测量,有望应用于机械设备轴承运行状况的在线监测。     

高精度保偏光纤拍长测试

基于光相干域偏光测试技术,提出了一种高精度的保偏光纤拍长测试方法,实现了不同结构、不同尺寸保偏光纤的拍长测试。阐述了光相干域偏光测试技术原理并推导出测量方程;以迈克尔逊干涉仪为基础建立了测试系统并采用调制解调技术实现了信号的高精度检测。实验结果表明,系统的测量精度为0.01 mm。在此系统上进行了测试精度和重复性研究并对不同结构和尺寸的八种保偏光纤进行了实际测量,拍长测量精度和重复性均优于0.01 mm。     

基于时域结构的光学相干层析系统的调试

基于时域结构的光学相干层析系统由于光线多次通过,按照光路可逆原理调整会很困难.在理论分析和多次实验基础上,现总结出一套快速调试方法,大大缩短光路调试时间.详细分步骤描述了纵向傅里叶快速扫描光学延迟线和横向扫描部分的调试方法,给出快速寻找干涉系统光程匹配点的调试方法.利用构建好的光学相干层析系统进行层析成像实验调试,纵向...     

激光差动共焦透镜中心厚度测量系统的研制

基于高精度光学共焦定位技术研制了一种全新的非接触透镜中心厚度测量系统,该系统利用差动共焦技术的高轴向层析特性和轴向响应曲线的绝对零点对被测透镜的前表面顶点和后表面顶点分别进行精密瞄准定位;同时,利用激光干涉仪获得透镜前、后表面顶点的位置坐标;然后通过光线追迹算法计算透镜中心厚度,进而实现了透镜中心厚度的高精度非接触测量。实验结果表明,该系统测量精度高,测量标准差小于1μm,满足透镜中心厚度测量的精度要求。     

内表面污染物的低相干光干涉检测法

为检测透明容器内表面是否存在污染物,建立了基于容器壁内表面反射的低相干光干涉测量系统。实验采用宽带低相干半导体激光光源和改进的迈克尔逊干涉仪。将测量臂光路对准透明容器,并调节参考臂的光程,使容器内表面反射光的光程与参考臂反射光的光程相等,并出现干涉现象,捕捉并记录此动态干涉信号。经MATLAB软件处理并提取此信号,根据干涉光强度的不同即可辨别透明容器内是否存在污染物。该检测法可为生物医学、食品质检等领域检测透明容器内表面污染物提供一种方便快捷的新方法。     

Development of surface reconstruction algorithms for optical interferometric measurement

Optical interferometry is a powerful tool for measuring and characterizing areal surface topography in precision manufacturing. A variety of instruments based on optical interferometry have been developed to meet the measurement needs in various applications, but the existing techniques are simply not enough to meet the ever-increasing requirements in terms of accuracy, speed, robustness, and dynamic range, especially in on-line or on-machine conditions. This paper provides an in-depth perspective of surface topography reconstruction for optical interferometric measurements. Principles, configurations, and applications of typical optical interferometers with different capabilities and limitations are presented. Theoretical background and recent advances of fringe analysis algorithms, including coherence peak sensing and phase-shifting algorithm, are summarized. The new developments in measurement accuracy and repeatability, noise resistance, self-calibration ability, and computational efficiency are discussed. This paper also presents the new challenges that optical interferometry techniques are facing in surface topography measurement. To address these challenges, advanced techniques in image stitching, on-machine measurement, intelligent sampling, parallel computing, and deep learning are explored to improve the functional performance of optical interferometry in future manufacturing metrology.     

基于低相干光干涉的液体折射率测量

液体折射率是液体一个重要指标,介质中折射率的变化会影响光程,提出一种用低相干光干涉测量光程变化,进而测得折射率的方法。通过调节两束低相干光使它们之间的光程差在相干长度之内,将被测液体放入一束光路中,根据光电探测器得到的干涉信号可求得相应的光程变化量,进而得到待测液体的折射率。利用低相干光干涉测量折射率的方法,其测量和计算过程方便快捷,受外界限制因素小,在810nm波长下,对折射率的测量精度可以达到10-4量级以上,是测量各种液体折射率的有效方法。     

群相可控光学延迟线色散特性分析

分析了光学相干层析(OCT)成像系统的色散特性。分析表明,系统色散与振镜离焦量成正比关系,且在一倍焦距以内为负色散,在一倍焦距以外为正色散。设计了纵向分辨率为8 μm的OCT系统,测得振镜位于傅里叶透镜焦点外0.5 mm处时,系统产生的色散值约为77 fs²,实验结果与理论相符合。     

应用于玉石结构分析的光学相干层析技术

本文首次尝试将光学相干层析方法的微观结构层析分辨能力应用于检测玉石结构进而分析其质地,阐述了光学相干层析图像中反映的玉石结构特征以及物理解释。实验中利用中心波长1310nm的宽带光源和傅立叶域光学延迟线实现了扫描速度1帧/秒、纵向分辨率15um、成像深度3mm的光学相干层析成像系统,根据翡翠样品在层析成像中的光学散射特性随深度变化梯度和在二维被测切面内的强弱分布,提出了评估翡翠透明度和净度特性的光学方法,同时OCT图像特征亦可直观显示古玉钙化沁色部分的光学特性差异。实验结果验证了OCT检测方法用于区分翡翠透光特性的可行性,显示了OCT成像在辨别古玉钙化沁色特征中的应用潜力。