[发明专利]基于光循环与谱域载频的超大量程间距测量系统及方法

权利要求书

1.基于光循环与谱域载频的超大量程间距测量系统，其特征在于：该系统包括宽带光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、第一光放大器、第二光放大器、光栅色散型载频器、环行器、样品、平衡探测器和带有数据采集卡的计算机；

宽带光源通过第一耦合器分别与第二耦合器的a端口和第三耦合器的b端口连接，第二耦合器的d端口与环形器的a端口连接，环形器的c端口与样品连接，环形器的b端口与第四耦合器的a端口连接，第四耦合器的d端口与平衡探测器的a端口连接，第二耦合器的c端口通过第一光放大器与光栅色散型载频器的d端口连接，光栅色散型载频器的a端口与第二耦合器b端口连接，第二耦合器、第一光放大器和光栅色散型载频器组成样品臂的环腔，第三耦合器的c端口与第四耦合器的b端口连接，第四耦合器的c端口与平衡探测器的b端口连接，第三耦合器的d端口通过第二光放大器与光栅色散型载频器的c端口连接，光栅色散型载频器的b端口与第二耦合器的a端口连接，第三耦合器、第二光放大器和光栅色散型载频器组成参考臂的环腔，平衡探测器与带有数据采集卡的计算机连接；参考臂的环腔的光程长度大于样品臂的环腔的光程长度，二者的光程差小于光源相干长度。

2.根据权利要求1所述的基于光循环与谱域载频的超大量程间距测量系统，其特征在于：所述的光栅色散型载频器包括第一准直镜、第二准直镜、第三准直镜、第四准直镜、光栅、傅立叶变换透镜、反射镜；

光栅位于傅立叶变换透镜的前焦面侧，且光栅的表面垂直于傅立叶变换透镜的光轴，反射镜位于傅立叶变换透镜的后焦面侧，第一调节准直镜、第三准直镜与光轴的夹角，使得光的中心波长沿傅立叶变换透镜的光轴方向衍射；同时通过使反射镜与光栅的垂轴面构成夹角，使经过光栅色散型载频器的光的各个光谱成分中引入一个随波数线性变化的相位量。

3.基于光循环与谱域载频的超大量程光学干涉测量方法，其特征在于：在具有增益补偿型光程失配循环腔的扫频光学相干系统中，光源发出的光分别进入样品臂和参考臂，并分别在其中多次循环；由于光程的失配，每次循环的参考光和样品光发生干涉时，干涉的零光程位置不同，从而在超大量程范围内，获得不同区域样品光与参考光的低相干干涉；当扫频光学相干系统的参考光和样品光分别在光程失配循环腔中循环时，基于环腔中光栅色散型载频器的复用，在每次循环经过光程失配循环腔的样品光和参考光的各个光谱成分中引入附加相位量，这种附加相位量随循环次数的增加而依次叠加，从而使得经过不同次数循环的样品光和参考光的干涉信号具有依次放大的载频；这些具有不同载频的干涉信号被探测器同步探测，通过对信号的傅里叶变换，即可通过不同的载频，分辨循环次数不同的干涉信号，由于这些干涉信号对应样品不同的深度区域，就实现了基于光栅色散型载频器的空间编码，采用波数空间位相与峰值点相结合的界面定位方法，通过带通滤波，将样品在整个测量范围内的每个界面所单独对应的干涉信号提取出来，对提取出的干涉信号，将其在编码空间平移到零点附近，并提取其相位信息，再通过对相位信息的测量获得该界面准确的轴向位置；避免常规的极值点定位法对轴向分辨率的依赖性和不确定性，并消除色散失配对定位精度的影响，实现超大量程间距的高精度测量。