CN105675546A - 折射率断层重建装置及其方法 - Google Patents
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- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
Abstract
本发明公开了折射率断层重建装置及其方法，所述装置包括：包括：超辐射二极管光源、光纤耦合器、参考臂、光谱仪、计算机、快速扫描系统和隔离器；所述超辐射二极管光源用于发出探测光并通过隔离器传输至光纤耦合器；所述光纤耦合器还与所述参考臂、光谱仪和快速扫描系统进行光信号交换；所述光谱仪连接计算机；所述快速扫描系统包括第一透镜、振镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第一平面镜；探测光通过第一透镜进入快速扫描系统，经过振镜反射后依次穿过第二透镜、样品、第三透镜和第四透镜，并通过第一平面镜的反射原路返回至光纤耦合器；所述振镜与计算机连接。本发明实现了对样品的快速扫描，而且提高了折射率的测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种折射率断层重建装置及其方法，属于高分辨率显微成像领域。
背景技术
折射率是表征光学介质特性的基本参量之一，折射率的测量具有重要的意义。目前测量物质折射率的方法很多，一般分为两类：一类是通过几何光学的方法，以折射和反射定律为理论基础，通过测量光在通过材料时的偏折角度确定材料的折射率；一类是波动光学方法，主要利用介质对透射光相位的影响测定折射率。但是这些方法只适用于测定折射率均匀的样品，无法用于折射率非均匀样品的测定。
近几年，结合低相干光干涉技术及计算机三维重建技术，发展了多种折射率三维重建方法，用于非均匀介质的折射率三维重建。比如周振明采用反射式时域光学相干层析结合滤波反投影算法进行折射率三维重建[基于光学相干层析成像的投影折射率计算机层析成像系统研制,中国激光,2007,34(6)]；AdamM.Zysk使用反射式频域光学相干层析结合滤波反投影算法进行折射率三维重建[Projectedindexcomputedtomography,Opticsletters,2003,28(9)]；WangYi使用透射式频域光学相干层析结合滤波反投影算法进行折射率三维重建[High-resolutioncomputedtomographyofrefractiveindexdistributionbytransilluminationlow-coherenceinterferometry,Opticsletters,2010,35(1)]。但是以上这些方法都是通过机械方式平移样品或探测光来获取样品的折射率平行直线投影，导致投影数据的采集速度过慢，同时测得的折射率精度较低，因而使得以上这些方法缺乏实用性。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种折射率断层重建装置及其方法，它可以有效解决现有技术中存在的问题，尤其是投影数据的采集速度过慢，同时测得的折射率精度较低的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
本发明提供一种折射率断层重建装置，包括：超辐射二极管光源、光纤耦合器、参考臂、光谱仪、计算机、快速扫描系统和隔离器；所述超辐射二极管光源用于发出探测光并通过隔离器传输至光纤耦合器；所述光纤耦合器还与所述参考臂、光谱仪和快速扫描系统进行光信号交换；所述光谱仪连接计算机；所述快速扫描系统包括第一透镜、振镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第一平面镜；探测光通过第一透镜进入快速扫描系统，经过振镜反射后依次穿过第二透镜、样品、第三透镜和第四透镜，并通过第一平面镜的反射原路返回至光纤耦合器；所述振镜与计算机连接。
如前述的折射率断层重建装置，所述光纤耦合器包括：第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；所述超辐射二极管光源发出的光通过第一端口进入光纤耦合器后分成两路，一路通过第三端口进入参考臂，另一路通过第四端口进入快速扫描系统；参考臂及快速扫描系统返回的光进入光纤耦合器汇合，并通过第二端口进入光谱仪。
如前述的折射率断层重建装置，所述快速扫描系统还包括电机，所述电机用于驱动样品转动；所述电机设于样品下方。因而能够加快投影数据采集速度，同时能够有效减少手动操作带来的误差。
如前述的折射率断层重建装置，所述快速扫描系统还包括样品平台，用于固定样品；所述样品平台设于所述电机与样品之间。进而能够使样品放置时更稳定，且更易于安置。
如前述的折射率断层重建装置，所述振镜上的光点位于第二透镜的焦点，第二透镜与第三透镜间的距离为它们的焦距之和，第四透镜与第三透镜间的距离为它们的焦距之和，第一平面镜位于第四透镜的焦面上；因此能够在当振镜使探测光偏转一个角度时，探测光依次穿过第二透镜，样品，第三透镜、第四透镜，聚焦于反射镜，经反射镜反射的探测光，再原路返回，经过第四透镜、第三透镜，样品、第二透镜，再被振镜反射，经过第一透镜进入光纤。
如前述的折射率断层重建装置，所述参考臂包括：第五透镜、第六透镜和第二平面镜；参考光通过第五透镜变为平行光；并经第六透镜汇聚后，入射到第二平面镜；经第二平面镜反射的光经过第六透镜成为平行光，射到第五透镜上并经其汇聚后返回光纤耦合器。
如前述的折射率断层重建装置，所述光谱仪包括第七透镜、光栅、第八透镜和线阵相机；所述光谱仪接收的光先进入第七透镜，准直后照射到光栅，其光谱经第八透镜成像于线阵相机，成像后的图像发送至计算机进行处理。
本发明还提供一种折射率断层重建的方法，包括以下步骤：超辐射二极管光源发出的光经光纤耦合器分为两路，其中一路作为参考光进入参考臂，另一路作为探测光进入快速扫描系统；通过控制振镜转动，改变照射到样品上的光的方向，所述探测光沿不同路径穿过样品后，经反射镜反射并原路返回，与经参考臂反射的参考光在光纤耦合器汇合，并进入光谱仪，光谱仪采集探测光和参考光的干涉光谱，并传给计算机；计算机计算干涉光谱傅里叶变换幅度谱极大值对应的频率，得到样品折射率的平行投影数据，并用滤波反投影算法进行断层重建，即得断层的折射率二维分布。
如前述的折射率断层重建方法，通过控制振镜摆动，获得所述的探测光沿不同路径穿过样品的相干光谱。
如前述的折射率断层重建方法，具体包括以下步骤：
S1，将样品置于样品平台上，通过电机控制样品平台转动，改变样品的角度；
S2，超辐射二极管光源发出的光在通过隔离器后再经光纤耦合器分为两路，其中一路作为参考光进入参考臂；另一路作为探测光进入快速扫描系统；
S3，计算机控制振镜摆动一个角度；探测光经第一透镜成为平行光照射到振镜上，从振镜反射的光经过第二透镜汇聚后，照射到样品上，从样品出来的透射光经第三透镜后成为平行光，经第三透镜后的平行光，再经第四透镜汇聚后，入射到第一平面镜，被第一平面镜反射的探测光经过第四透镜形成平行光，射入第三透镜并汇聚到样品，从样品出来的透射光经第二透镜后，平行射入振镜上，被振镜反射到第一透镜，经第一透镜汇聚后，进入光纤耦合器，获得所述探测光穿过样品的相干光谱；
S4，所述的经快速扫描系统反射的探测光与经参考臂反射的参考光在光经光纤耦合器汇合，并进入光谱仪，光谱仪采集干涉光谱后传给计算机；
S5，样品当前一行扫描的是否完全，若是则转至S6，否则重复步骤S2～S4；
S6，样品是否180度均完成扫描，若是转至S7，否则返回S1；
S7，经过高通滤波器，滤掉干涉光谱的低频部分，再经傅里叶变换，干涉光谱傅里叶变换幅度谱极大值对应的频率f0，得到样品折射率的平行投影，并用滤波反投影算法进行断层重建，即得断层的折射率二维分布
如前述的折射率断层重建方法，所述的样品折射率的平行投影通过以下方式获得：
其中，f0为干涉光谱傅里叶变换幅度谱极大值对应的频率，ΔK为光谱仪的波数取样间隔，N为线阵相机像素数目，nair为空气折射率，为待求的样品折射率分布。因而能够有效提高折射率二维分布的精确性，且易于计算。
与现有技术相比，本发明通过利用超辐射二极管光源、光纤耦合器、参考臂、光谱仪、计算机和快速扫描系统，尤其是通过利用计算机控制快速扫描系统中振镜的转动，改变射入到样品的光路，从而提高了对样品的扫描速度，同时减小了扫描步长，提高了图像的精度和折射率的测量精度。另外，本发明通过利用电机带动样品旋转，从而可以实现对样品180度的扫描，可以利用光谱仪接收到样品足够多角度的前向散射光的平行投影，可以进一步提高折射率的测量精度。最后，本发明在频域中进行数据分析处理，从而可以减小噪声及直流分量的影响，提高了测量的灵敏度。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的结构连接示意图；
图2是振镜某一个角度时入射到样品的光路示意图；
图3是振镜另一个角度时入射到样品的光路示意图；
图4是电机驱动样品旋转一个角度时入射到样品的光路示意图；
图5是电机和样品平台的安装结构示意图；
图6是本发明的一种实施例的方法流程图。
附图标记：1-超辐射二极管光源，2-光纤耦合器，3-参考臂，4-光谱仪，5-计算机，6-快速扫描系统，7-第一透镜，8-振镜，9-第二透镜，10-第三透镜，11-第四透镜，12-第一平面镜，13-第一端口，14-第二端口，15-第三端口，16-第四端口，17-电机，18-样品平台，19-第五透镜，20-第六透镜，21-第二平面镜，22-第七透镜，23-光栅，24-第八透镜，25-线阵相机，26-样品，21-隔离器。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例1，如图1-6所示：一种折射率断层重建装置，包括：超辐射二极管光源1、光纤耦合器2、参考臂3、光谱仪4、计算机5、快速扫描系统6和隔离器27；所述超辐射二极管光源1用于发出探测光并通过隔离器27传输至光纤耦合器2；所述光纤耦合器2还与所述参考臂3、光谱仪4和快速扫描系统6进行光信号交换；所述光谱仪4连接计算机5；所述快速扫描系统6包括第一透镜7、振镜8、第二透镜9、第三透镜10、第四透镜11和第一平面镜12；探测光通过第一透镜7进入快速扫描系统，经过振镜8反射后依次穿过第二透镜9、样品26、第三透镜10和第四透镜11，并通过第一平面镜12的反射原路返回至光纤耦合器2；所述振镜8与计算机5连接。所述光纤耦合器2包括：第一端口13、第二端口14、第三端口15和第四端口16；所述超辐射二极管光源1发出的光通过第一端口13进入光纤耦合器2后分成两路，一路通过第三端口15进入参考臂3，另一路通过第四端口16进入快速扫描系统6；参考臂3及快速扫描系统6返回的光进入光纤耦合器2汇合，并通过第二端口14进入光谱仪4。所述快速扫描系统6还包括电机17，所述电机17用于驱动样品26转动；所述电机17设于样品26下方。所述快速扫描系统6还包括样品平台18，用于固定样品26；所述样品平台18设于所述电机17与样品26之间。所述振镜8上的光点位于第二透镜9的焦点，第二透镜9与第三透镜10间的距离为它们的焦距之和，第四透镜11与第三透镜10间的距离为它们的焦距之和，第一平面镜12位于第四透镜11的焦面上。所述参考臂3包括：第五透镜19、第六透镜20和第二平面镜21；参考光通过第五透镜19变为平行光；并经第六透镜20汇聚后，入射到第二平面镜21；经第二平面镜21反射的光经过第六透镜20成为平行光，射到第五透镜19上并经其汇聚后返回光纤耦合器2。所述光谱仪4包括第七透镜22、光栅23、第八透镜24和线阵相机25；所述光谱仪4接收的光先进入第七透镜22，准直后照射到光栅23，其光谱经第八透镜24成像于线阵相机25，成像后的图像发送至计算机5进行处理。
应用上述装置进行折射率断层重建的方法，包括以下步骤：超辐射二极管光源1发出的光经光纤耦合器2分为两路，其中一路作为参考光进入参考臂3，另一路作为探测光进入快速扫描系统6；通过控制振镜8转动，改变照射到样品26上的光的方向，所述探测光沿不同路径穿过样品26后，经反射镜12反射并原路返回，与经参考臂3反射的参考光在光纤耦合器2汇合，并进入光谱仪4，光谱仪4采集探测光和参考光的干涉光谱，并传给计算机5；计算机5计算干涉光谱傅里叶变换幅度谱极大值对应的频率，得到样品26沿光路的折射率的平行投影数据，并用滤波反投影算法进行断层重建，即得断层的折射率二维分布。
具体包括以下步骤：
S1，将样品26置于样品平台18上，通过电机17控制样品平台18转动，改变样品26的角度；
S2，超辐射二极管光源1发出的光在通过隔离器27后再经光纤耦合器2分为两路，其中一路作为参考光进入参考臂3；另一路作为探测光进入快速扫描系统6；
S3，计算机5控制振镜8摆动一个角度；探测光经第一透镜7成为平行光照射到振镜8上，从振镜8反射的光经过第二透镜9汇聚后，照射到样品26上，从样品26出来的透射光经第三透镜10后成为平行光，经第三透镜10后的平行光，再经第四透镜11汇聚后，入射到第一平面镜12，被第一平面镜12反射的探测光经过第四透镜11形成平行光，射入第三透镜10并汇聚到样品26，从样品26出来的透射光经第二透镜9后，平行射入振镜8上，被振镜8反射到第一透镜7，经第一透镜7汇聚后，进入光纤耦合器2；
S4，所述的经快速扫描系统6反射的探测光与经参考臂3反射的参考光在光经光纤耦合器2汇合，并进入光谱仪4，光谱仪4采集干涉光谱后传给计算机5；
S5，样品26当前一行扫描是否完全，若是则转至S6，否则重复步骤S2～S4；
S6，样品26是否180度均完成扫描，若是转至S7，否则返回S1；
S7，经过高通滤波器，滤掉干涉光谱的低频部分，再经傅里叶变换，干涉光谱傅里叶变换幅度谱极大值对应的频率f0，得到样品折射率的平行投影：
其中，f0为干涉光谱傅里叶变换幅度谱极大值对应的频率，ΔK为光谱仪的波数取样间隔，N为线阵相机25像素数目，nair为空气折射率，为待求的样品折射率分布。
并用滤波反投影算法进行断层重建，即得断层的折射率二维分布
本发明的实施例2，如图1-6所示：一种折射率断层重建装置，包括：超辐射二极管光源1、光纤耦合器2、参考臂3、光谱仪4、计算机5、快速扫描系统6和隔离器27；所述超辐射二极管光源1用于发出探测光并通过隔离器27传输至光纤耦合器2；所述光纤耦合器2还与所述参考臂3、光谱仪4和快速扫描系统6进行光信号交换；所述光谱仪4连接计算机5；所述快速扫描系统6包括第一透镜7、振镜8、第二透镜9、第三透镜10、第四透镜11和第一平面镜12；探测光通过第一透镜7进入快速扫描系统，经过振镜8反射后依次穿过第二透镜9、样品26、第三透镜10和第四透镜11，并通过第一平面镜12的反射原路返回至光纤耦合器2；所述振镜8与计算机5连接。所述光纤耦合器2包括：第一端口13、第二端口14、第三端口15和第四端口16；所述超辐射二极管光源1发出的光通过第一端口13进入光纤耦合器2后分成两路，一路通过第三端口15进入参考臂3，另一路通过第四端口16进入快速扫描系统6；参考臂3及快速扫描系统6返回的光进入光纤耦合器2汇合，并通过第二端口14进入光谱仪4。应用上述装置进行折射率断层重建的方法，包括以下步骤：超辐射二极管光源1发出的光经光纤耦合器2分为两路，其中一路作为参考光进入参考臂3，另一路作为探测光进入快速扫描系统6；通过控制振镜8转动，改变照射到样品26上的光的方向及投影方向，获得所述探测光沿不同路径穿过样品26后，经反射镜12反射并原路返回，与经参考臂3反射的参考光在光纤耦合器2汇合，产生干涉光谱并进入光谱仪4，光谱仪4采集样品26沿光路的折射率的平行投影数据后传给计算机5；计算机5计算干涉光谱傅里叶变换幅度谱极大值对应的频率，并用滤波反投影算法进行断层重建，即得断层的折射率二维分布。
本发明的实施例3，如图1-6所示：一种折射率断层重建装置，包括：超辐射二极管光源1、光纤耦合器2、参考臂3、光谱仪4、计算机5、快速扫描系统6和隔离器27；所述超辐射二极管光源1用于发出探测光并通过隔离器27传输至光纤耦合器2；所述光纤耦合器2还与所述参考臂3、光谱仪4和快速扫描系统6进行光信号交换；所述光谱仪4连接计算机5；所述快速扫描系统6包括第一透镜7、振镜8、第二透镜9、第三透镜10、第四透镜11和第一平面镜12；探测光通过第一透镜7进入快速扫描系统，经过振镜8反射后依次穿过第二透镜9、样品26、第三透镜10和第四透镜11，并通过第一平面镜12的反射原路返回至光纤耦合器2；所述振镜8与计算机5连接。所述快速扫描系统6还包括电机17，所述电机17用于驱动样品26转动；所述电机17设于样品26下方；所述电机17为步进电机。所述快速扫描系统6还包括样品平台18，用于固定样品26；所述样品平台18设于所述电机17与样品26之间。
应用上述装置进行折射率断层重建的方法，包括以下步骤：超辐射二极管光源1发出的光经光纤耦合器2分为两路，其中一路作为参考光进入参考臂3，另一路作为探测光进入快速扫描系统6；通过控制振镜8转动，改变照射到样品26上的光的方向及投影方向，获得所述探测光沿不同路径穿过样品26后，经反射镜12反射并原路返回，与经参考臂3反射的参考光在光纤耦合器2汇合，产生干涉光谱并进入光谱仪4，光谱仪4采集样品26沿光路的折射率的平行投影数据后传给计算机5；计算机5计算干涉光谱傅里叶变换幅度谱极大值对应的频率，并用滤波反投影算法进行断层重建，即得断层的折射率二维分布。
本发明的实施例4，如图1-6所示：一种折射率断层重建装置，包括：超辐射二极管光源1、光纤耦合器2、参考臂3、光谱仪4、计算机5、快速扫描系统6和隔离器27；所述超辐射二极管光源1用于发出探测光并通过隔离器27传输至光纤耦合器2；所述光纤耦合器2还与所述参考臂3、光谱仪4和快速扫描系统6进行光信号交换；所述光谱仪4连接计算机5；所述快速扫描系统6包括第一透镜7、振镜8、第二透镜9、第三透镜10、第四透镜11和第一平面镜12；探测光通过第一透镜7进入快速扫描系统，经过振镜8反射后依次穿过第二透镜9、样品26、第三透镜10和第四透镜11，并通过第一平面镜12的反射原路返回至光纤耦合器2；所述振镜8与计算机5连接。所述参考臂3包括：第五透镜19、第六透镜20和第二平面镜21；参考光通过第五透镜19变为平行光；并经第六透镜20汇聚后，入射到第二平面镜21；经第二平面镜21反射的光经过第六透镜20成为平行光，射到第五透镜19上并经其汇聚后返回光纤耦合器2。
应用上述装置进行折射率断层重建的方法，包括以下步骤：超辐射二极管光源1发出的光经光纤耦合器2分为两路，其中一路作为参考光进入参考臂3，另一路作为探测光进入快速扫描系统6；通过控制振镜8转动，改变照射到样品26上的光的方向及投影方向，获得所述探测光沿不同路径穿过样品26后，经反射镜12反射并原路返回，与经参考臂3反射的参考光在光纤耦合器2汇合，产生干涉光谱并进入光谱仪4，光谱仪4采集样品26沿光路的折射率的平行投影数据后传给计算机5；计算机5计算干涉光谱傅里叶变换幅度谱极大值对应的频率，并用滤波反投影算法进行断层重建，即得断层的折射率二维分布。
本发明的实施例5，如图1-6所示：一种折射率断层重建装置，包括：超辐射二极管光源1、光纤耦合器2、参考臂3、光谱仪4、计算机5、快速扫描系统6和隔离器27；所述超辐射二极管光源1用于发出探测光并通过隔离器27传输至光纤耦合器2；所述光纤耦合器2还与所述参考臂3、光谱仪4和快速扫描系统6进行光信号交换；所述光谱仪4连接计算机5；所述快速扫描系统6包括第一透镜7、振镜8、第二透镜9、第三透镜10、第四透镜11和第一平面镜12；探测光通过第一透镜7进入快速扫描系统，经过振镜8反射后依次穿过第二透镜9、样品26、第三透镜10和第四透镜11，并通过第一平面镜12的反射原路返回至光纤耦合器2；所述振镜8与计算机5连接。所述光谱仪4包括第七透镜22、光栅23、第八透镜24和线阵相机25；所述光谱仪4接收的光先进入第七透镜22，准直后照射到光栅23，其光谱经第八透镜24成像于线阵相机25，成像后的图像发送至计算机5进行处理。
应用上述装置进行折射率断层重建的方法，包括以下步骤：超辐射二极管光源1发出的光经光纤耦合器2分为两路，其中一路作为参考光进入参考臂3，另一路作为探测光进入快速扫描系统6；通过控制振镜8转动，改变照射到样品26上的光的方向及投影方向，获得所述探测光沿不同路径穿过样品26后，经反射镜12反射并原路返回，与经参考臂3反射的参考光在光纤耦合器2汇合，产生干涉光谱并进入光谱仪4，光谱仪4采集样品26沿光路的折射率的平行投影数据后传给计算机5；计算机5计算干涉光谱傅里叶变换幅度谱极大值对应的频率，并用滤波反投影算法进行断层重建，即得断层的折射率二维分布。
本发明的实施例6，如图1-6所示：一种折射率断层重建装置，包括：超辐射二极管光源1、光纤耦合器2、参考臂3、光谱仪4、计算机5、快速扫描系统6和隔离器27；所述超辐射二极管光源1用于发出探测光并通过隔离器27传输至光纤耦合器2；所述光纤耦合器2还与所述参考臂3、光谱仪4和快速扫描系统6进行光信号交换；所述光谱仪4连接计算机5；所述快速扫描系统6包括第一透镜7、振镜8、第二透镜9、第三透镜10、第四透镜11和第一平面镜12；探测光通过第一透镜7进入快速扫描系统，经过振镜8反射后依次穿过第二透镜9、样品26、第三透镜10和第四透镜11，并通过第一平面镜12的反射原路返回至光纤耦合器2；所述振镜8与计算机5连接。
应用上述装置进行折射率断层重建的方法，包括以下步骤：超辐射二极管光源1发出的光经光纤耦合器2分为两路，其中一路作为参考光进入参考臂3，另一路作为探测光进入快速扫描系统6；通过控制振镜8转动，改变照射到样品26上的光的方向及投影方向，获得所述探测光沿不同路径穿过样品26后，经反射镜12反射并原路返回，与经参考臂3反射的参考光在光纤耦合器2汇合，产生干涉光谱并进入光谱仪4，光谱仪4采集样品26沿光路的折射率的平行投影数据后传给计算机5；计算机5计算干涉光谱傅里叶变换幅度谱极大值对应的频率，并用滤波反投影算法进行断层重建，即得断层的折射率二维分布。
本发明的一种实施例的工作原理：超辐射二极管光源1发出的光经由隔离器27，并由第一端口13进入2×2光纤耦合器2后分成两路，一路由光纤耦合器2的第三端口15出来作为参考光进入参考臂3，一路由光纤耦合器2的第四端口16出来作为探测光，进入快速扫描系统6。
探测光经过第一透镜7为平行光，再射到振镜8上，从振镜8出射的光经过第二透镜9汇聚后，照射到样品26上，从样品26出来的透射光经第三透镜10后成为平行光，经第三透镜10后的平行光，再经第四透镜11汇聚后，入射到第一平面镜12，第一平面镜12放在第四透镜11的焦面上，被第一平面镜12反射回第四透镜11，再平行射入第三透镜10，经第三透镜10汇聚到样品26，从样品26出来的透射光经第二透镜9后，平行射入振镜8上，被振镜8反射到第一透镜7，经第一透镜7汇聚后，由第四端口16进入2×2光纤耦合器2。
振镜8在计算机5的控制下，高速转动，改变了照射到样品26上的光的方向，即改变了投影方向，实现在不同投影方向上对样品26的快速扫描，如图2和图3所示。
在实际测量过程中，样品26还可以固定在样品平台18上，并且在电机17的带动下，在180度范围内，随电机17旋转，实现了在180度范围内对样品26进行快速扫描，如图4所示。
电机旋转时，步距越大，则成像的精度越高，但是需要的时间也越长，为了同时兼顾成像精度和所需时间，本发明采用0.9度的步距进行旋转。
参考光经过第五透镜19成为平行光，再经过第六透镜20汇聚到第二平面镜21上，经第二平面镜21反射，经第六透镜20准直后，经第五透镜19汇聚到2×2光纤耦合器2的第三端口15，同时，经样品26透射的光经第一平面镜12反射后也进入光纤耦合器2，与参考光在光纤耦合器2汇合，产生干涉信号，然后由光纤耦合器2的第二端口14进入光谱仪4，依次经过第七透镜22、光栅23、第八透镜24后，在线阵相机25上进行投影；线阵相机25检测采集样品沿光路的折射率的平行投影数据，传给计算机5；计算机5计算干涉光谱傅里叶变换幅度谱极大值对应的频率f0，并用滤波反投影算法进行断层重建，即得断层的折射率二维分布
Claims (10)
1.一种折射率断层重建装置，其特征在于，包括：超辐射二极管光源(1)、光纤耦合器(2)、参考臂(3)、光谱仪(4)、计算机(5)、快速扫描系统(6)和隔离器(27)；所述超辐射二极管光源(1)用于发出探测光并通过隔离器(27)传输至光纤耦合器(2)；所述光纤耦合器(2)还与所述参考臂(3)、光谱仪(4)和快速扫描系统(6)进行光信号交换；所述光谱仪(4)连接计算机(5)；所述快速扫描系统(6)包括第一透镜(7)、振镜(8)、第二透镜(9)、第三透镜(10)、第四透镜(11)和第一平面镜(12)；探测光通过第一透镜(7)进入快速扫描系统，经过振镜(8)反射后依次穿过第二透镜(9)、样品(26)、第三透镜(10)和第四透镜(11)，并通过第一平面镜(12)的反射原路返回至光纤耦合器(2)；所述振镜(8)与计算机(5)连接。
2.根据权利要求1所述的折射率断层重建装置，其特征在于，所述光纤耦合器(2)包括：第一端口(13)、第二端口(14)、第三端口(15)和第四端口(16)；所述超辐射二极管光源(1)发出的光通过第一端口(13)进入光纤耦合器(2)后分成两路，一路通过第三端口(15)进入参考臂(3)，另一路通过第四端口(16)进入快速扫描系统(6)；参考臂(3)及快速扫描系统(6)返回的光进入光纤耦合器(2)汇合，并通过第二端口(14)进入光谱仪(4)。
3.根据权利要求1所述的折射率断层重建装置，其特征在于，所述快速扫描系统(6)还包括电机(17)，所述电机(17)用于驱动样品(26)转动；所述电机(17)设于样品(26)下方。
4.根据权利要求3所述的折射率断层重建装置，其特征在于，所述快速扫描系统(6)还包括样品平台(18)，用于固定样品(26)；所述样品平台(18)设于所述电机(17)与样品(26)之间。
5.根据权利要求1所述的折射率断层重建装置，其特征在于，所述振镜(8)上的光点位于第二透镜(9)的焦点，第二透镜(9)与第三透镜(10)间的距离为它们的焦距之和，第四透镜(11)与第三透镜(10)间的距离为它们的焦距之和，第一平面镜(12)位于第四透镜(11)的焦面上。
6.根据权利要求1所述的折射率断层重建装置，其特征在于，所述参考臂(3)包括：第五透镜(19)、第六透镜(20)和第二平面镜(21)；参考光通过第五透镜(19)变为平行光；并经第六透镜(20)汇聚后，入射到第二平面镜(21)；经第二平面镜(21)反射的光经过第六透镜(20)成为平行光，射到第五透镜(19)上并经其汇聚后返回光纤耦合器(2)。
7.根据权利要求1所述的折射率断层重建装置，其特征在于，所述光谱仪(4)包括第七透镜(22)、光栅(23)、第八透镜(24)和线阵相机(25)；所述光谱仪(4)接收的光先进入第七透镜(22)，准直后照射到光栅(23)，其光谱经第八透镜(24)成像于线阵相机(25)，成像后的图像发送至计算机(5)进行处理。
8.应用权利要求1所述装置进行折射率断层重建的方法，其特征在于，包括以下步骤：超辐射二极管光源(1)发出的光在通过隔离器(27)后再经光纤耦合器(2)分为两路，其中一路作为参考光进入参考臂(3)，另一路作为探测光进入快速扫描系统(6)；通过控制振镜(8)转动，改变照射到样品(26)上的光的方向，所述探测光沿不同路径穿过样品(26)后，经反射镜(12)反射并原路返回，与经参考臂(3)反射的参考光在光纤耦合器(2)汇合，并进入光谱仪(4)，光谱仪(4)采集探测光和参考光的干涉光谱，并传给计算机(5)；计算机(5)计算干涉光谱傅里叶变换幅度谱极大值对应的频率，得到样品(26)折射率的平行投影数据，并用滤波反投影算法进行断层重建，即得断层的折射率二维分布。
9.根据权利要求8所述的折射率断层重建方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1，将样品(26)置于样品平台(18)上，通过电机(17)控制样品平台(18)转动，改变样品(26)的角度；
S2，超辐射二极管光源(1)发出的光经光纤耦合器(2)分为两路，其中一路作为参考光进入参考臂(3)；另一路作为探测光进入快速扫描系统(6)；
S3，计算机(5)控制振镜(8)摆动一个角度；探测光经第一透镜(7)成为平行光照射到振镜(8)上，从振镜(8)反射的光经过第二透镜(9)汇聚后，照射到样品(26)上，从样品(26)出来的透射光经第三透镜(10)后成为平行光，经第三透镜(10)后的平行光，再经第四透镜(11)汇聚后，入射到第一平面镜(12)，被第一平面镜(12)反射的探测光经过第四透镜(11)形成平行光，射入第三透镜(10)并汇聚到样品(26)，从样品(26)出来的透射光经第二透镜(9)后，平行射入振镜(8)上，被振镜(8)反射到第一透镜(7)，经第一透镜(7)汇聚后，进入光纤耦合器(2)；
S4，所述的经快速扫描系统(6)反射的探测光与经参考臂(3)反射的参考光在光经光纤耦合器(2)汇合，并进入光谱仪(4)，光谱仪(4)采集干涉光谱后传给计算机(5)；
S5，样品(26)当前一行扫描是否完全，若是则转至S6，否则重复步骤S2～S4；
S6，样品(26)是否180度均完成扫描，若是转至S7，否则返回S1；
S7，经过高通滤波器，滤掉干涉光谱的低频部分，再经傅里叶变换，干涉光谱傅里叶变换幅度谱极大值对应的频率f0，得到样品折射率的平行投影，并用滤波反投影算法进行断层重建，即得断层的折射率二维分布
10.根据权利要求8或9所述的折射率断层重建方法，其特征在于，所述的样品折射率的平行投影通过以下方式获得：
其中，f0为干涉光谱傅里叶变换幅度谱极大值对应的频率，ΔK为光谱仪的波数取样间隔，N为线阵相机(25)像素数目，nair为空气折射率，为待求的样品折射率分布。
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