[发明专利]一种基于低相干干涉的光谱仪标定方法与系统

权利要求书

1.一种基于低相干干涉的光谱仪标定方法，其特征在于：具体步骤如下：

(1)将宽带光源出射光和He-Ne激光器光源出射光通过一块分束器同时耦合进干涉仪；其中，宽带光源出射光产生低相干干涉；He-Ne激光器出射光为准单色光，作为特征谱线；

(2)固定一块平面反射镜作为干涉仪参考面，分别采用两块金属量规作为样品臂反射面，两块金属量规的厚度分别为d₁和d₂，两块量规表面干涉信号的光程差分别为2z₁和2z₂；

(3)通过光谱仪分别探测两次干涉信号并经过数据采集卡采集，传输到计算机内存中进行数据处理；其中，干涉信号I(k_i)的表达式为：

其中，η为探测器的灵敏度，q为单个电荷量，hν为单光子能量，P_r为从参考臂返回到探测器的光功率，P_o为照射到样品上的光功率，z为反射面与参考面光程差的一半，r(z)和分别代表样品深度方向上反射系数的幅度和相位，Γ(z)为光源瞬时输出的相干函数，k_i代表第i个像素处的波数，z＝0时对应样品臂反射面与参考面的光程差为0；

(4)对干涉信号进行傅立叶逆变换和加窗滤波处理，得到光程差为2z₁和2z₂的干涉信号的空间谱，再经过傅立叶变换得到干涉信号中去除直流分量的交流项；所述去除直流分量的交流项I_AC(k_i)的表达式为：

其中，S(k_i)为光源功率谱谱分布函数；

(5)对干涉信号的交流项进行Hilbert变换并取相位，获得干涉信号交流项的包裹相位；

(6)两个金属量规表面干涉信号的包裹相位依次为和包裹相位的计算方法具体为：

其中，floor表示向负无穷方向取整运算；

以中心位置的相位主值作为起点进行双向连续化解包裹处理，得到相对相位分布

式中为固定值，表示中心采样位置的相位包裹次数，k_c为中心波数；

两次测量干涉信号的相位相减，进而获得近似光程差下对应的相位差分布：

其中，近似光程差2Δz＝2(d₂-d₁)；

(7)利用He-Ne光源的特征谱线对应的绝对相位2k_HeNeΔz，计算出相对相位包裹次数N₂-N₁，表示为

其中，round运算表示取最接近的整数值，k_HeNe为He-Ne光源的特征谱线对应的波数；

计算光程差为2Δz时的光谱绝对相位分布：

(8)两次测量的光程差之差准确值通过获得，光谱仪绝对波长标定值为：

其中，i为光谱仪采样点，M为最大采样点数。

2.实施权利要求1所述方法的一种光谱仪自标定的谱域光学相干层析成像系统，其特征在于，包括宽带光源、He-Ne激光器光源、干涉仪、光谱仪和计算机；宽带光源和He-Ne激光器光源通过分束器经反射镜耦合进干涉仪中；耦合入干涉仪的光经过空间滤波器实现扩束和整形，再通过分束镜分光，分别进入参考臂和样品臂；参考臂包含可调衰减片、聚焦透镜和平面反射镜，入射光经过可调衰减片衰减后由聚焦透镜聚焦到平面反射镜表面并反射；样品臂包含二维振镜、物镜和两组量规样品，入射光由二维振镜控制方向实现二维扫描，由物镜聚焦到量规表面并反射；参考臂和样品臂的反射光发生干涉，通过分束器进入探测臂，并经过另一个空间滤波器实现扩束和杂散光去除；空间滤波后的干涉光进入光谱仪并被探测，光谱仪包含衍射光栅、聚焦透镜和线阵CCD相机；干涉光通过衍射光栅后，不同波长的准直光被色散到不同方向并经过聚焦透镜聚焦到线阵CCD相机上；线阵CCD相机探测到的干涉光谱数据由计算机采集并处理，最后将重建的图像显示出来。