激光焊接的熔融深度即匙孔深度能够表征焊缝的结合强度，反映焊接质量。光学相干层析成像技术（OCT）能够在焊接过程中无损测量匙孔深度。但是OCT探测光束在匙孔内的多重反射会导致测量结果不能准确反映待测深度。针对该问题，采用基于偏振OCT的匙孔深度测量方法，消除多重反射光的影响，提高测量的准确性。将圆偏振光入射至待测匙孔得到OCT信号，计算出带有匙孔深度信息的附加相位差图像，利用附加相位差对信号进行筛选，去除多重反射导致的错误深度，得到待测匙孔的真实深度。使用所提方法对铝制匙孔样品进行测量，得到的匙孔深度测量误差为1.6%，而常用的百分位滤波方法的测量误差为23%。实验结果证明了所提方法的有效性。

圆环达曼光栅(CDG)产生的贝塞尔光束照明可以扩展光学相干层析成像(OCT)系统的焦深,使得系统在较大成像深度范围均保持高的横向分辨率。但CDG一级衍射环的分裂效应会导致贝塞尔光束轴向能量分布出现凹陷,削弱了焦深扩展的效果。本研究团队在分析CDG衍射原理的基础上,优化设计了无一级衍射环分裂效应的CDG,并通过仿真证明了该CDG产生的贝塞尔光束不存在轴向能量凹陷,具有更好的焦深扩展效果;然后将优化设计的CDG应用于搭建的OCT系统中,采用该系统对聚苯乙烯微球琼脂凝胶、白胶带等样品进行成像。结果表明,该OCT系统可以在1.8 mm的焦深范围内获得优于3.9 μm的横向分辨率,有效扩展了系统焦深。

血管内光学相干层析成像(IVOCT)对于心血管疾病的早期诊断具有重要意义。成像探头是IVOCT系统的核心器件。设计了一种基于微型螺旋桨驱动的IVOCT探头,该探头未使用传统内窥探头中为光束扫描提供动力的微型电机等电动装置,而是利用IVOCT系统成像时冲刷血液的流体驱动安装在探头末端的螺旋桨,从而带动安装在螺旋桨转轴上的直角棱镜旋转,实现光束对血管壁的扫描成像。对螺旋桨进行优化设计,提高了流体的驱动效率。探头外径为1.5 mm,探头扫描速度最高可达491 r/s。利用集成该探头的IVOCT系统对白胶带样品、小葱葱管以及离体鸡心脏动脉血管样品进行成像,获得了清晰的样品层析图像,验证了该探头的成像能力。

基于正弦相位调制的全深度复频域光学相干层析成像技术,具有镜像抑制效果好、速度灵敏度高、能在信噪比最高的零光程差位置附近成像的优点,在多普勒成像领域得到了一系列应用。然而,该技术不适用于运动速度较高的样品。为此,提出一种基于差分相位解析的复频域多普勒光学相干层析成像技术。对二维干涉谱信号进行傅里叶变换得到干涉层析信号后,利用相邻干涉层析信号的差分相位重建复层析信号,对其进行相位解调,得到全深度层析图像和多普勒图像。仿真和实验结果表明,该技术能降低高速运动对时间频谱各分量展宽的影响,得到更加准确的多普勒相移和更大的速度探测范围。

提出了基于边界跟踪、轮廓定位和曲线拟合的光学相干层析成像(OCT)图像中角膜厚度的自动测量方法。分别测量了高信噪比以及存在噪声和伪影的角膜OCT图像中的角膜厚度,并验证了所提方法的有效性和实用性。研究结果表明,所提方法不仅可以精确测量高信噪比角膜OCT图像中的角膜厚度,对存在噪声和伪影的角膜OCT图像也有很好的测量效果。与已有的角膜厚度测量方法相比,该方法具有抗干扰能力强和测量精度高的优点。

利用光声相关谱法对血液流速进行了测量，并研究了激光重复频率以及血流方向与入射激光传播方向的夹角对血液流速测量准确性的影响。结果表明：血流速度越快，要求激光的重复频率越高；当血流方向与入射激光的传播方向垂直时，系统可以测量的血液流速范围为0.059～92.3 mm/s，测量值与真实值的相关系数为0.992；当血流方向与入射激光的传播方向不垂直时，测得的血液流速和实际血液流速的比值与样品倾斜角度成余弦关系。

偏振频域光学相干层析成像(OCT)中图像质量受散斑噪声影响较大,散斑噪声会使图像细节变模糊,降低图像清晰度。针对此问题,提出了一种分光谱降低偏振频域OCT散斑噪声的方法。该方法将系统的全光谱信号分为多个光谱信号,对每个分立的光谱信号进行窗函数滤波,单独进行常规数据处理,然后将处理后的各个分光谱进行平均合成,达到降低散斑噪声的目的。利用Matlab进行仿真,同时搭建实验系统对离体生物样品鸡胸肉进行检测。实验结果表明,该方法可有效降低散斑噪声,提高偏振图像质量。

微针经皮给药结合了注射和经皮给药两者的优势，可提高大分子药物的经皮吸收量，对皮肤几乎无损害，因此具有良好的应用前景。然而，此技术仍处于发展阶段，需要利用成像手段对微针刺入皮肤的深度、药物颗粒的吸收/释放行为等进行研究。利用圆环达曼光栅产生的贝塞尔光束照射样品，搭建了一套扫频光学相干层析成像(OCT)系统。该系统能够在更长的焦深范围内保持高的横向分辨率，实测系统的有效焦深为1.68 mm，共焦位置附近的横向分辨率为3.61 μm，满足微针经皮给药的成像要求。利用搭建的系统对可溶性微针刺入皮肤前后进行成像，能够清晰地看到微针的边缘、刺入深度和在皮肤上留下的微通道，并观察到了微针在皮肤内的溶解过程。

提出了一种基于固定光程差干涉信号的光谱标定方法。在频域光学相干层析成像(OCT)系统中引入一个光程差为固定值的干涉信号,则每次采集的信号同时包含该固定光程差的干涉信号和样品的干涉信号,通过滤波的方式将该固定光程差的信号分离出来,再利用其相位实现对系统样品干涉信号的光谱标定。理论分析了该方法的可行性。在100 kHz扫频光源OCT系统中,用反射镜作为样品在不同深度位置进行了光谱标定实验,获得了不同深度位置的点扩展函数和轴向分辨率,与利用光源clock触发采集的波数等间隔干涉信号处理结果对比,该方法具有更好的有效性。

研究应用光声-光学相干层析成像(PA/OCT)双模式成像方法测量血流绝对速度和角度。在双模式成像方法中,利用光声相关谱方法测量血流速度在垂直于探测激光光束传播方向的速度分量,利用多普勒光学相干层析成像测量血流速度在平行于探测激光光束传播方向的速度分量,最终得到血流绝对速度和角度。在不同倾斜角度条件下,针对绝对速度为1 mm·s ^-1的血液样品,PA/OCT测得流速结果的标准差为0.02 mm·s ^-1,测得的血流角度与实际样品倾斜角度的相关系数为0.997。实验结果表明,PA/OCT可用于测量血流绝对速度和角度。