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光学相干层析(Optical Coherence Tomography,简称OCT)成像技术是一种非接触、高分辨率的新型的光学内部成像技术,已广泛应用于眼科等医学领域,近年来也逐渐应用于工程无损检测等非医学领域。OCT技术经历了时域OCT到频域OCT的发展,频域OCT系统不需要时域系统所需的轴向机械扫描,成像速度得到极大地提高。但是频域OCT系统因为实数信号傅里叶变换的复共轭性致使成像系统在正负空间出现对称镜像而使得系统损失一半探测能力。如何消除复共轭镜像使系统的成像深度加倍,实现全深成像,一直是OCT技术研究的热点。本论文开展基于双分光镜的全深光学相干层析系统的研究,具体工作如下:比较分析了现有的多幅相位偏移重构出复函数表达的干涉信号算法,提出了镜像噪声抑制性能更卓越的分段修正移相法进行信号重构。设计并优化了一套基于双分光镜的全深频域OCT系统,在系统中采用双分光镜的干涉结构实现了单程参考光路径的设计,之后通过倾斜参考光路中的反射镜,使OCT探测信号在高度方向上同时具有不同的相位延迟,避免了像传统频域OCT系统需要多次移动参考镜以获得不同相位延迟,大大提高了 OCT系统的成像速度。为了实现了对不同相位延迟的干涉信号的同时采集,自研制了线光谱仪系统,并提出基于干涉条纹自标定的光谱仪标定方法,极大提高了系统的轴向分辨率和成像灵敏度。对线光谱仪采集到的干涉信号图像进行相位选择与干涉强度归一化处理,利用分步修正移相算法消除噪声实现了全深成像。同时,从原理上深入分析优化了系统的横向分辨率、轴向分辨率、探测深度、系统灵敏度、镜像噪声抑制性能等参数。分析由于样品离焦放置引入的光程附加量误差,以及该误差对全深成像中镜像噪声的抑制性能的影响。研究了系统的成像灵敏度远离零光程会逐渐降低的问题,进一步证明了充分利用零光程附近区域探测空间的全深OCT成像系统的研发意义。利用自研制搭建的双分光镜全深频域OCT系统,实现对虾节组织、眼前节结构成像以及小鼠疾病诊断尝试等,验证了系统在内部结构成像的性能。另外将全深频域OCT技术与频谱校正理论相结合,提出了一套分辨率为0.627 nm,量程范围为16.74 mm的大动态范围超高精度的距离测量系统,并对PZT的电压驱动特性进行测量。在测距的基础上将系统进一步引申为全深频域OCT振动测量系统。重点分析了在振动过程中因振动速度过快导致的干涉图像模糊的问题,给出了系统的可测的最快振动速度和振动频域与光谱仪曝光时间的关系,为全深频域OCT振动测量提供了理论支撑和实验依据。本论拓展了现有的OCT技术的应用潜力,对OCT技术的创新和研发起到了积极的推动作用。