光学相干显微镜的色散补偿：频域分析法

"基于频域分析的光学相干显微镜中的色散补偿" 光学相干显微镜（Optical Coherence Microscopy, OCM）是一种非侵入性的高分辨率成像技术，利用光的干涉原理来获取生物组织或其他材料的深度信息。在OCM系统中，色散是一个关键问题，因为不同波长的光在传播时速度不同，导致干涉信号的相位发生改变，进而影响成像质量。色散补偿是解决这一问题的有效手段。 本文提出的基于频域分析的色散补偿方法，主要步骤如下： 首先，对OCM的干涉信号进行快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform, FFT）。FFT能够将时域信号转换到频域，揭示信号在不同频率成分上的分布。通过分析频率域中的幅值极大值，可以确定平均波数，这是评估色散的关键参数。 接下来，提取并解包裹干涉信号的相位。解包裹相位是为了消除由于色散引起的相位跳跃，使得连续的相位变化得以准确重建。然后，以平均波数为中心，对解包裹后的相位进行多项式拟合，通常采用二阶拟合，以获得二阶色散系数。二阶色散系数描述了光信号随频率变化的相位延迟。 在实验中，通过在参考臂中插入不同厚度的色散介质，人为地引入色散，以此改变两个干涉臂之间的光程差。测量不同厚度下对应的二阶色散系数，通过最小二乘法进行线性拟合。实验结果表明，二阶色散系数与色散介质的相对厚度之间存在良好的线性关系。 利用这种线性关系，可以预测在参考臂中插入特定厚度的色散介质，以补偿整个干涉系统的二阶色散。这样，即使在存在色散的情况下，也能保持干涉信号的相位稳定性，从而提高OCM的成像质量和深度分辨率。 此研究对于优化光学相干显微镜的性能，尤其是在生物医学成像领域，具有重要的实用价值。通过精确的色散补偿，OCM可以实现更高精度的组织结构成像，有助于疾病的早期诊断和研究。