[发明专利]基于白光LED的低相干干涉条纹畸变矫正方法

说明书

本发明公开了一种基于白光LED的低相干干涉条纹畸变矫正方法，首先对干涉信号进行傅里叶变换，得到对应不同光谱范围的频域信息；然后得到不同光谱范围对应的波数与采样点之间的关系式；通过三次样条插值分别对两组频域信号进行均匀重采样，以实现信号的色散补偿；最后根据两条纹的位置关系进行对齐叠加，实现干涉条纹的畸变矫正。本发明不仅适用于单高斯光源解调系统干涉条纹畸变矫正，也适用于双高斯甚至多高斯光源解调系统；基于各高斯光源中心波数，实现对各高斯光源对应的干涉条纹的色散畸变矫正，同时能够实现多组干涉条纹中心的对齐，解决了多高斯光源引入的干涉条纹畸变问题；经矫正的干涉条纹和原始干涉条纹相比，解调精度得到明显的提高。

技术领域

本发明属于光纤传感领域，特别是涉及一种针对以白光LED为光源的低相干干涉系统的干涉条纹畸变矫正方法。

背景技术

白光LED作为重要的宽带光源之一，具有低功耗、高效率、高亮度、体积小，价格低廉等优势，被广泛用于低相干干涉系统中。低相干干涉系统是一种进行高精度测量绝对位移的有效方法，主要应用于表面三维轮廓检测、光学相干层析技术和光纤传感领域中。

一般来说，对低相干干涉信号进行解调的方法分为干涉图样法和相位信息法。这些方法都是基于获得的低相干干涉信号，或直接提取干涉条纹峰值位置，或进行离散傅里叶变换提取相位信息从而实现解调。所以获得高质量无畸变的干涉信号图样是实现高精度解调的关键。在使用双折射晶体的偏振低相干干涉系统中，再结合双高斯光谱的白光LED光源，由于双折射率差随着波数的变化而变化，这会使干涉条纹形状产生严重的畸变。干涉条纹的畸变会大大降低解调精度，直接导致传统的基于干涉图样的解调方法，例如包络峰值法、中心峰值位置法等方法不再可行，另外同时产生的频域非线性效应也使得空间频域算法(SFDA)的相位解调方法产生非线性误差。所以在解调之前实现对干涉条纹的畸变矫正得到高质量的干涉信号是非常重要的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决基于多高斯光谱光源的低相干干涉系统的干涉条纹畸变问题，提供了一种于白光LED的低相干干涉条纹畸变矫正方法，基于波数域非线性矫正以及不同中心波数对应的干涉条纹位置偏移矫正的方法，得到高质量高准确度的低相干干涉条纹，进而提高低相干干涉解调精度；适用于解决含双高斯光谱光源或多高斯光谱光源的低相干干涉系统的干涉条纹畸变问题。

本发明的基于白光LED的低相干干涉条纹畸变矫正方法，采用白光LED作为光源，该光源具有双高斯光谱的特性，法布里-珀罗(F-P)传感器感受外界气体压力变化，F-P腔的两个面构成传感干涉仪，光楔作为光程差空间扫描元件构成接收干涉仪，在零光程差的局部区域形成干涉条纹并使用线阵CCD进行接收，使用三次样条插值对非均匀频谱信号进行均匀重采样来实现信号畸变矫正，具体实现步骤如下：

步骤1、首先对采集到的低相干干涉条纹信号进行离散傅里叶变换，得到幅频信号和混叠在(-π，π)内的相位信号，干涉条纹信号的幅频特性曲线中存在两个明显高斯谱峰峰值，分别对应白光LED光源中的幅频信号中的两个高斯谱峰；

步骤2、根据干涉条纹信号的幅频信号中的两个高斯谱峰峰值，分别提取出对应于光源高斯光谱不同中心波数处的两组干涉条纹信号的频域信号；

步骤3、分别对两组频域信号做如下操作：以单高斯光谱中心波数对应的双折射率差为基准，计算出频域信号采样点序列对应的理想均匀波数值序列；根据可见光范围内的色散公式，在单高斯光谱范围内进行线性近似，并根据近似结果计算出频域信号采样点序列对应的实际非均匀波数值序列；

所述步骤3中的理想均匀波数值序列k_i理想的具体计算公式如下：

k_i理想＝2πi/(nNΔd)

其中，i为采样点序列，i＝1,2,3,4...,N，N为总的采样点数量，Δd为相邻采样点对应的光楔厚度之差，n是光楔的双折率差；