[发明专利]一种双光学频率梳线性光谱编码成像方法

说明书

本发明公开了一种双光学频率梳线性光谱编码成像方法，该方法将使用两台重复频率锁定的光学频率梳，其输出分别为信号光和本振光；将信号光分为探测光和参考光；探测光经过光谱编码器聚焦于待测样品表面，编码待测样品后与本振光进行双光学频率梳外差干涉；参考光直接与本振光进行干涉。两路干涉脉冲信号光电探测器，经信号采集，转换为数字信号。使用光学参考补偿探测抖动，得到高精度、高稳定性的样品绝对距离，线性反射率和相位信息。线性移动样品，连续测量，实现高精度的三维形貌图像、二维反射率图像。双光学频率梳线性光谱编码成像结构简单，测量速度快，精度高，信息量大，拓展性强等一系列优势。

技术领域

本发明属于超快光学技术领域，具体涉及一种双光学频率梳线性光谱编码成像方法。

背景技术

进入80年代，非光学类扫描探针显微术特别是原子力显微镜的出现可以将成像的分辨率推进到纳米量级的精度,不同类型的显微镜结构层出不穷，但这些显微技术或者穿透深度很小，或者只能给出物体表面的信息，并在不同程度上存在系统结构复杂、成像检测环境要求苛刻等问题。很难在同时实现多种信号的同时测量。同时传统光学显微镜的刷新速度直接被CCD、CMOS等光电器件的帧数限制，难以实现高速测量。这些限制都是传统显微镜传统难以克服的缺点。

另一方面超快激光技术，特别是光学频率梳在近几年飞速发展。激光这一具有良好相干性、方向性与能量密度的工具运用于光学显微成像，可以为活体生物样品提供重要的光学信息(如偏振态、折射率、光谱等)，并进行无损伤性生物活体探测。同时其高峰值功率，低平均功率的飞秒脉冲激光。可用于光学成像的非线性效应很多，如：双光子吸收、二次谐波(SHG)、三次谐波(THG)、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)、克尔效应等。但是传统的激光成像系统多为单点测量同时通过运动部件完成对待测样品的多维扫描，难以实现图像快速测量和多种信息的快速提取。

发明内容

本发明的目的是针对现有成像技术中的不足而提供的一种双光学频率梳线性光谱编码成像方法，该方法能同时得到待测样品的形貌图像、反射率图像和绝对距离。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种双光学频率梳线性光谱编码成像方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：光学频率梳重复频率锁定

两台光学频率梳的激光脉冲，经光电探测器提取重复频率的电信号，与标准射频参考信号混频，低通滤波后得到重复频率抖动的相位误差信号，由伺服反馈电路控制反馈元件，锁定重复频率；锁定后，两台光学频率梳的重复频率分别为f_r和f_r+△f_r；

步骤2：图像光谱编码

两台光学频率梳发出的光分别为信号光和参考光；信号光经偏振分束器分为探测光和参考光，参考光直接与本振光进行双光学频率梳外差干涉产生参考干涉脉冲信号；探测光注入光谱编码成像器，经色散原件，光谱成分在空间展开，由成像透镜组聚焦于待测样品表面；经过待测样品编码后；反射光原路返回，再次经过光谱编码成像器；光谱成分空间重合，最后与本振光进行双光学频率梳外差干涉产生探测干涉脉冲信号；

步骤3：图像解码和重建

参考干涉脉冲信号和探测干涉脉冲信号分别经过光电二极管、低通滤波、射频放大、数据采集后，再由快速傅里叶变换还原光谱信息；在波包络线相位漂移造成的频谱移动，用互相关算法从提取参考信号频谱移动量补偿探测信号；解码实现样品一维图像的高分辨率重建，相位提取和绝对距离测量；一维线性位移平台移动样品，扫描得到样品的三维形貌图像和二维反射率图像。