一种高速的光学相干层析成像系统

基于迈克尔逊干涉原理的光学相干层析成像技术(OCT)是近年来发展起来的一种新型的成像技术,其显著特点是具有高分辨率、非侵入性.传统的OCT系统通常采用点扫描方式获取二维图像,其速度较慢,限制了系统的实时探测.介绍了一种高速的光学层析成像系统,即以线扫描方式代替点扫描,这种方法可将扫描速度提高两个数量级,能实现在体实时探测,为OCT的高速扫描成像打下基础.     

基于嵌入式光学相干层析成像控制系统设计

为了实现低成本、小型化的光学相干层析成像（OCT）控制系统的设计,在分析了该系统的原理和控制信号的逻辑关系的基础上,创新地将快速扫描延迟线的振镜驱动信号,位相调制器的高频激励信号,电控位移台控制信号以及信号放大滤波电路等集成于一个嵌入式OCT控制系统中。测试结果表明,该OCT控制系统产生的各种控制信号能够满足OCT系统实际工作的要求。     

光学相干层析成像(OCT)系统调制技术的研究

介绍了光学相干层析成像 (OCT)技术的基本原理 ,重点研究了OCT系统的相位调制技术 ,利用自行设计和构建的OCT实验系统进行了有关的实验研究。     

谱域光学相干层析成像量化技术及其在生物组织定量分析中的应用

研究了谱域光学相干层析(SDOCT)成像系统的量化技术,通过量化OCT图像来获得生物组织内部的信息特征对组织光学散射特性进行定量分析.给出并讨论了单次散射模型,具有轴向点散射函数(PSF)的单次散射模型和多次散射模型,利用平均A-scan算法和非线性最小二乘法曲线拟合,研究不同浓度IntralipidTM溶液的散射特性.实验显示,IntralipidTM溶液的散射系数与浓度在1％～10％间基本呈线性关系,验证了具有PSF的单次散射模型比较适用于本文的谱域光学相干层析成像系统.利用该模型对小鼠的新鲜肝脏进行量化研究,得到小鼠新鲜肝脏在波长λ.为1550 nm时的散射系数为8.9 mm-1.本文的研究为该项技术今后在临床医学上对各种疾病的诊断和治疗奠定了基础.     

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。     

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.     

一种新的光学相干层析成像中色散现象的补偿方法

光学相干层析成像技术中,样品的色散特性将降低获取图像的分辨力。通过实验获取了不同色散特性的样品的相干图像。实验采用中心波长为845nm,频谱宽度为26nm的超辐射光源。实验的样品为一块30mm厚的BK 7玻璃。根据光源的频谱信息和样品的色散系数,理论计算了OCT信号的包络,并与实验中测得的信号相对比。同时提出了一种新的数值方法,来补偿样品的色散。该方法可在时域或者频域OCT中方便地应用。通过实验验证了该方法的可行性。     

基于Matlab/ActiveX控件的光学相干层析成像系统开发

为了推进光学相干层析系统的研究,采用Matlab/ActiveX控件开发了时域光学相干层析成像系统,实现了被测样品深度方向按预定的时序和参数(比如速度和位移等)进行扫描;利用计算机驱动NI数据采集卡同步采集样品干涉信号;采用平稳小波变换去噪模块等信号处理方法对所采集的数据进行了分析处理,并对系统采集到的干涉图形求取了半峰全宽和系统的分辨率;将采集到的数据矩阵进行重构成像显示,实现了对材料内部结构的精确检测。研究结果表明,该光学相干层析系统软件集成化高、界面友好、维护及升级方便,便于光学相干层析系统的研究和开发,能够实现对多层薄膜的无损检测和评价。     

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     

利用Monte Carlo模拟技术研究OCT图像对比度

建立了光在生物组织中传播的模型,利用MonteCarlo模拟技术快速计算和可移植性的优点,研究了OCT图像对比度与显微物镜数值孔径、焦距深度、时间门参数的关系,并给出它们的关系曲线.通过在所建立的模型基础上加入透镜透过率函数和光学传递函数,弥补了以往程序只能模拟光在生物组织中传播行为的缺点.该模型不仅可以分析生物组织图像与生物光学特性的关系,而且还可以指导OCT结构的完善和创新.模拟结果表明:在构建OCT时,参考臂与样品臂的这两个显微物镜的数值孔径越大,生物组织的采样深度越浅,处理信号的时间门宽度越小(但时间门宽度不能小于激光脉冲时间),混浊生物组织图像对比度越好.     

Optical coherence tomography

The review provides a concise explanation of principles of operation of different optical coherence tomography methods. A comparative analysis of their advantages and disadvantages is presented in relation to specific applications. The review will assist the reader in making an educated choice on the most suitable optical coherence tomography method to be used in a particular application.     

Differences between time domain and Fourier domain optical coherence tomography in imaging tissues

It has been numerously demonstrated that both time domain and Fourier domain optical coherence tomography (OCT) can generate high‐resolution depth‐resolved images of living tissues and cells. In this work, we compare the common points and differences between two methods when the continuous and random properties of live tissue are taken into account. It is found that when relationships that exist between the scattered light and tissue structures are taken into account, spectral interference measurements in Fourier domain OCT (FDOCT) is more advantageous than interference fringe envelope measurements in time domain OCT (TDOCT) in the cases where continuous property of tissue is taken into account. It is also demonstrated that when random property of tissue is taken into account FDOCT measures the Fourier transform of the spatial correlation function of the refractive index and speckle phenomena will limit the effective limiting imaging resolution in both TDOCT and FDOCT. Finally, the effective limiting resolution of both TDOCT and FDOCT are given which can be used to estimate the effective limiting resolution in various practical applications.     

基于蒙特卡罗仿真方法的大尺寸测量不确定度分析

为评价大尺寸测量不确定度,特别是多站融合测量不确定度,引入蒙特卡罗仿真方法.该方法根据各传感器单元的概率特性重复采样,生成测量结果的样本,统计样本得到坐标测量不确定度,并利用计算机可视化样本的三维散点图.通过不同样本数对运算时问和准确性影响的实验,确定样本数为500.以激光跟踪仪为例进行实验,比较蒙特卡罗法、统计法和解析法三种方法得到的不确定度结果,吻合情况较好,其中与解析法比较最大偏差仅为2.7 um实验结果表明,蒙特卡罗仿真方法可以准确评价大尺寸测量仪器及多站融合测量不确定度,融合精度优于各局部精度.     

用于光学相干层析系统的三反射镜光束整形扫描机构的光学设计

为了实现高斯圆斑向平顶线斑的转化,提出了一种用于高斯光束整形的三反射镜光学系统。利用环形面对两个相互垂直方向的光线会聚、发散作用不同,标准球面具有旋转对称性质,以及二次曲面系数、非球面系数可以实现高斯分布转化为平顶分布的原理,采用ZPL语言与自动优化结合的方法完成了系统设计。设计得到了一个方向平顶的矩形光斑以及平顶线斑,整形效果良好,并结合在光学相干层析(OCT)系统中对样品照明或扫描的实际要求,通过小角度(±2°)旋转系统第一个反射镜对所得线斑进行扫描,在扫描角度内可以实现线性扫描(扫描范围约为10mm×11mm)。结果表明,该三反射镜系统满足轻量化、结构紧凑、不受工作波长影响的要求,是一种可行、有效的方案。     

基于Mie散射的水中油污在线检测技术研究

近年来,陆地、海洋等水体频发漏油污染事件,水中油类污染检测刻不容缓。基于Mie散射原理,提出了一种采用近红外光散射技术实现水中矿物油含量在线检测方法。近红外半导体激光器(LD)发射光照射在待测溶液上,在线阵CMOS感光器件上接收到被测溶液前向小角度连续点散射光,分析、处理散射光分布数据,从而确定水中矿物油的种类及其浓度。实验测定了不同浓度不同种类矿物油样本的散射曲线,验证了理论分析的结果。设计的近红外光散射技术可用于水中油含量的在线监测。     

基于米氏散射理论的激光粒度仪的介绍

微小颗粒的柱径测量是一个十分有意义的研究领域。在依据不同测量原理开发的各种测量仪器中，本文主要介绍了目前最通用的基于米氏散射理论的激光拉度仪的原理、发展历史以及发展现状，列举了国内外众多生产厂家开发的相关产品。     

基于二维光学相干层析的多层薄膜结构无损定量评价

为了实现对多层薄膜结构厚度进行快速准确的测量和无损定量评价,研制了二维光学相干层析(Optical Coherence Tomography,OCT)系统,避免了传统一维OCT系统逐点扫描导致成像效率低下的问题。阐述了去除OCT共轭镜像理论,采用了五步相移干涉法,具体由压电驱动器驱动参考镜实现,做到了对OCT共轭镜像的去除,避免出现OCT图像的混叠。所研制的OCT系统具有极高的系统分辨率和较好的信噪比,可以实现对手机钢化玻璃薄膜内部四层结构厚度(钢化玻璃、静电胶层1、防爆贴膜和静电胶层2)进行准确测量。实验结果表明:自研制的系统可快速高精度地对多层薄膜结构厚度进行测量,可以推荐使用在多层薄膜的无损定量评价中。     

Reverse Monte Carlo reconstruction algorithm for discrete electron tomography based on HAADF‐STEM atom counting

In this paper, we propose an algorithm to obtain a three‐dimensional reconstruction of a single nanoparticle based on the method of atom counting. The location of atoms in three dimensions has been successfully performed using simulations of high‐angle‐annular‐dark‐field images from only three zone‐axis projections, [110], [310] and [211], for a face‐centred cubic particle. These three orientations are typically accessible by low‐tilt holders often used in high‐performance scanning transmission electron microscopes.