[发明专利]基于正交色散谱域干涉仪的高精度间距测量系统和方法

权利要求书

1.基于正交色散谱域干涉仪的高精度间距测量系统的测量方法，该方法所基于的装置部分包括宽带光源、光环行器、宽带光纤耦合器、样品臂、参考臂和探测臂；

其特征在于：所述的样品臂包括第一光纤准直透镜、第一聚焦透镜、平面反射镜和快速位移装置；所述的参考臂包括第二光纤准直透镜、第二聚焦透镜和样品；所述的探测臂包括第三光纤准直透镜、柱面聚焦透镜、虚像相控阵列、光栅、第三聚焦透镜、面阵CCD或面阵CMOS；

宽带光源出来的低相干光，经光环行器到宽带光纤耦合器，其中一路光进入参考臂，另一路进入样品臂；进入参考臂部分：经宽带光纤耦合器分光后的光经第一光纤准直透镜后，经第一聚焦透镜照射到固定在快速位移装置上的平面反射镜，从平面反射镜反射回来的光经由原路返回至宽带光纤耦合器；进入样品臂部分：经宽带光纤耦合器分光后的光经第二光纤准直透镜入射到第二聚焦透镜后照射到样品，从样品反射回来的光经由原路返回至宽带光纤耦合器；

从样品臂和参考臂返回的两路光在宽带光纤耦合器中干涉后形成干涉光，经光环行器进入探测臂，由探测臂将干涉光分解为干涉光谱信号并探测；进入探测臂部分：干涉光经第三光纤准直透镜，入射到柱面聚焦透镜，出射光汇聚到虚像相控阵列前表面的入射窗，从虚像相控阵列的后表面出射，进行空间域上的第一级分光，再入射到光栅，在正交空间方向上进行第二级分光，经第三聚焦透镜成像，采用面阵CCD或面阵CMOS进行探测；最后这些光谱信号转变为电信号传入计算机，并在计算机中实施傅立叶变换等算法处理重建样品图像；

其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

步骤一：在参考臂中，把反射镜固定在一个快速位移装置上，在探测某一样品时，控制快速位移装置进行多次移动，从而获得不同光程差下的多个干涉信号；

步骤二：在探测臂中，使用虚像相控阵列和光栅对干涉光进行正交色散分光；先用虚像相控阵列对干涉光进行第一次色散分光；再由光栅在正交方向上进行第二次分光，两次分光后得到的高光谱分辨率的二维干涉光谱通过一个聚焦透镜后被面阵CCD或面阵CMOS探测得到；

步骤三：对面阵CCD或面阵CMOS探测得到的某样品的多个干涉光谱进行傅里叶变换，得到该样品的多个信号，对这些信号中强度最强的信号峰进行带通滤波处理并求取光谱相位，计算出这些干涉光谱之间的相位差，利用此相位差重构出复干涉光谱；对该复干涉光谱进行逆傅里叶变换即得到高保真的样品信号；

步骤四：得到样品信号后，提取出样品各个界面的信号峰，求得每个独立的信号峰光谱位相，对每个信号峰利用不同光谱通道的相位信息求得相应光程差，通过分析运算，对其进行最优平均以抑制系统噪声，实现高精度的间距测量。