基于色散镜头的光学相干显微成像

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于色散镜头的光学相干显微成像张伍聪二○一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111504087广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于色散镜头的光学相干显微成像张伍聪指导教师姓名、职称：周延周教授学科(专业)或领域名称：控制科学与工程学生所属学院：自动化学院论文答辩日期：2018年5月31日ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyforMaster’sDegreeofEngineeringScience(Mast

2、erofEngineeringScience)OpticalcoherencemicroscopybasedondispersionlensCandidate:ZhangWucongSupervisor:Prof.ZhouYanzhouMay2018SchoolofAutomationGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要精密制造业的快速发展使得人们对于精密测量技术的要求越来越高。位移传感器作为精密测量技术中一种重要的位移测量工具，不仅要

3、具有高精度、高抗干扰性，还需具有实时、无损检测的特性。基于光谱共焦原理的非接触式位移传感器由于不需要与被测物体表面接触就可以测出位移变化量，具有质量轻，量程广，对被测目标适应性强的优点，在工程测量及工业生产领域具有良好发展前景。尽管如此，光谱共焦位移传感器仍只能实现亚微米级别的分辨力；而基于迈克尔逊干涉仪的光学相干层析技术以其分辨力高、透视测量等特点，逐渐成为目前位移测量领域的关键技术。本文在综合分析光谱共焦位移传感器和光学相干层析位移测量技术的基础上，提出一种基于色散镜头的光学相干显微成像技术，具有大量程和高精度位移测量的优点本论文介绍了

4、光学相干层析技术的原理，分析了其能够实现纳米级分辨力位移测量的技术基础；接着阐述了光谱共焦位移测量原理，对影响传感器性能的重要因素以及关键设计技术进行分析研究；同时还应用了ZEMAX光学设计软件对色散位移镜头进行了仿真设计；最后，将高灵敏度的相敏技术与宽动态范围位移测量的方法相结合，开发了一种基于光纤的位移传感器，利用光谱复用技术对干涉和光谱共焦信号进行编码，然后基于共焦信号检测出的位置信息解码干涉信号的相位信息来实现具有纳米灵敏度和亚毫米动态范围的位移测量系统。关键词：光学相干层析；光谱共焦；色散镜头；位移测量；I广东工业大学硕士学位论文

5、AbstractTherapiddevelopmentofprecisionmanufacturinghasmadepeoplemoreandmoredemandingofprecisionmeasurementtechnology.Asanimportantdisplacementmeasurementtoolinprecisionmeasurementtechnology,thedisplacementsensornotonlyhashighprecisionandhighanti-interference,butalsoneedsre

6、al-time,non-destructivetesting.Thenon-contactdisplacementsensorbasedontheprincipleofspectralconfocalcanmeasurethechangeofdisplacementwithoutcontactingthesurfaceofthemeasuredobject.Ithaslightweight,widerange,andstrongadaptabilitytothemeasuredtarget,inthefieldofengineeringme

7、asurementandindustrialproductionwithgooddevelopmentprospects.Despitethis,spectralconfocaldisplacementsensorscanonlyachievesub-micron-levelresolution.OpticalcoherencetomographybasedonMichelsoninterferometershasgraduallybecomethekeytechnologyinthefieldofmeasurementduetoitshi

8、ghresolutionandperspectivity.Inthispaper,basedoncomprehensiveanalysisofspectralconfocaldi