利用散射信號(hào)的無損光學(xué)檢測(cè)和成像研究.pdf

1、本論文主要介紹了利用光散射數(shù)據(jù)來進(jìn)行無損檢測(cè)和成像的研究。光散射現(xiàn)象是自然界中的普遍現(xiàn)象，基于光散射的無損檢測(cè)和成像技術(shù)也是現(xiàn)代科學(xué)一直在關(guān)注的課題。 在本文中，我們主要集中在波導(dǎo)中的缺陷引起的光散射現(xiàn)象和混沌介質(zhì)(比如生物組織和懸濁液等)中的光散射現(xiàn)象。本論文分兩個(gè)部分，其中一部分研究當(dāng)入射波被波導(dǎo)中的缺陷散射后，如何從波導(dǎo)兩端的接收到散射數(shù)據(jù)中，用解析方法，重構(gòu)出缺陷在波導(dǎo)中的位置以及缺陷的光學(xué)特性；其中一部分是研究了一種對(duì)

2、高散射介質(zhì)非常有效的成像技術(shù)——OCT。我們回顧了OCT的歷史和基本原理；基于Mie散射理論和Monte Carlo方法，開發(fā)了數(shù)值模擬模型，通過模擬發(fā)現(xiàn)空間濾波和偏振門可以提高OCT的層析成像能力和對(duì)比度；我們開發(fā)了OCT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并且做了成像實(shí)驗(yàn)；還開發(fā)了針對(duì)樣品色散的補(bǔ)償算法。 本文共分八章，各章的主要內(nèi)容如下： 第一章緒論?；仡櫫爽F(xiàn)代科學(xué)對(duì)光散射現(xiàn)象的研究歷史；分析了光被介質(zhì)散射后的散射光的分類；提出了人們分析光

3、散射現(xiàn)象的四條途徑：解析理論、輸運(yùn)理論、實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬；以及人們利用光散射現(xiàn)象在檢測(cè)和成像領(lǐng)域中的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了DOT(diffused optical tomography)和OCT(Optical coherence tomography)。 第二章到第四章講到如何利用波導(dǎo)兩端的散射光來檢測(cè)波導(dǎo)中的缺陷，包括它的位置和光學(xué)性質(zhì)。第二章從電磁場(chǎng)理論出發(fā)推導(dǎo)了出描述二維波導(dǎo)的方程，并且給出了解這個(gè)方程的數(shù)值解法——MOM(Me

4、thod of Moments)。 第三章和第四章分別從第二章所得到的方程出發(fā)，結(jié)合界磁場(chǎng)理論，開發(fā)了重構(gòu)出波導(dǎo)中一個(gè)點(diǎn)缺陷或者一個(gè)細(xì)條缺陷的方法。讓一束導(dǎo)模光入射到波導(dǎo)中，入射光會(huì)被波導(dǎo)中的缺陷(點(diǎn)缺陷或者細(xì)條缺陷)散射，在波導(dǎo)兩端測(cè)量散射場(chǎng)，然后利用我們的重構(gòu)算法，就可以得到缺陷的位置和光學(xué)性質(zhì)。 第五章講OCT的基本原理。首先介紹了低相干原理，推到了低相干光干涉信號(hào)的公式；然后結(jié)合OCT的基本結(jié)構(gòu)，給出了OCT的一

5、些性能參數(shù)。 第六章講到OCT系統(tǒng)的模擬。我們基于Mie散射理論和Monte Carlo方法，來建立OCT的數(shù)值模型；經(jīng)過數(shù)值模擬，我們驗(yàn)證了OCT的層析能力，并且經(jīng)過考察發(fā)現(xiàn)空間濾波和偏振門能夠提高OCT分辨力和信號(hào)對(duì)比度。我們建立了有限光斑大小光源的OCT模型，并且我們發(fā)現(xiàn)了被其他研究者證實(shí)了的浴幕效應(yīng)。 第七章講OCT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。首先分別介紹了我們自己開發(fā)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件和軟件；基于我們自己設(shè)計(jì)的OCT系統(tǒng)，針對(duì)懸濁