用于多层结构测量的SD-OCT系统优化设计及仿真

周颖; 王辰; 吴晶晶; 俞琳; 胡立发

doi:10.37188/CJLCD.2025-0232

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用于多层结构测量的SD-OCT系统优化设计及仿真

器件物理及器件制备 | 更新时间：2026-09-12

- 用于多层结构测量的SD-OCT系统优化设计及仿真
- Optimized design and simulation of SD-OCT system for multilayer structure measurement
- 液晶与显示 2026年41卷第2期页码：197-207
- 作者机构：
  
  1.江南大学理学院，江苏无锡 214122
  2.江苏省轻工光电工程技术研究中心，江苏无锡 214122
- 作者简介：
  
  周颖，女，硕士研究生，2022年于湘潭大学获得学士学位，主要从事谱域光学相干层析成像系统的研究。E-mail：6231206011@stu.jiangnan.edu.cn
  胡立发，男，博士，研究员，2003 年于东北大学获得博士学位，主要从事液晶自适应光学的研究。E-mail：hulifa@jiangnan.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(61475152;62205127)
- DOI：10.37188/CJLCD.2025-0232
  中图分类号： TH74.5;O439
- CSTR：32172.14.CJLCD.2025-0222
- 收稿：2025-11-14，
  
  修回：2026-01-10，
  
  纸质出版：2026-02-05
- 稿件说明：
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周颖, 王辰, 吴晶晶, 等. 用于多层结构测量的SD-OCT系统优化设计及仿真[J]. 液晶与显示, 2026,41(2):197-207.

ZHOU Ying, WANG Chen, WU Jingjing, et al. Optimized design and simulation of SD-OCT system for multilayer structure measurement[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(2): 197-207.
周颖, 王辰, 吴晶晶, 等. 用于多层结构测量的SD-OCT系统优化设计及仿真[J]. 液晶与显示, 2026,41(2):197-207. DOI： 10.37188/CJLCD.2025-0232. CSTR： 32172.14.CJLCD.2025-0222.

ZHOU Ying, WANG Chen, WU Jingjing, et al. Optimized design and simulation of SD-OCT system for multilayer structure measurement[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(2): 197-207. DOI： 10.37188/CJLCD.2025-0232. CSTR： 32172.14.CJLCD.2025-0222.

摘要

谱域光学相干层析成像（SD-OCT）系统具有非侵入性、微米级实时检测的优点。为扩展其应用范围，使其适用于多层结构工业产品的测量，需要对SD-OCT系统性能进行优化。首先，本文采用ZEMAX优化样品臂场镜参数，通过调整镜片曲率、焦距及光路布局降低像差，并设计适配的扫描镜头以扩展检测范围。然后，优化光谱仪参数，通过选取合适的透镜与光栅，调整光路布局与器件的倾角提升光谱分辨率与成像深度。最后，采用MATLAB建立系统的轴向分辨率仿真模型，模拟系统轴向分辨率，并开展多层样本结构的层析成像模拟实验。结果表明，优化后的SD-OCT系统综合性能显著提升，横向分辨率提升至20 µm，同时实现了34 mm×34 mm大范围扫描；成像深度提升至 2.44 mm，可有效穿透多层工业结构；轴向分辨率经仿真验证为6.40 µm，且仿真结果与理论计算值高度吻合，成功实现了多层样本结构层析成像模拟。所提出的优化设计SD-OCT系统的方法，对于其在其他领域的应用具有很好的参考价值和促进作用。

Abstract

Spectral Domain Optical Coherence Tomography（SD-OCT） systems have been extensively studied for biological tissue measurement， featuring non-invasiveness， micron-level resolution， and real-time detection capabilities. To expand their application scope to the measurement of industrial products with multilayer structures， it is necessary to optimize the performance of SD-OCT systems. Firstly， this study optimizes the parameters of the sample arm field lens using ZEMAX. Aberrations are reduced by adjusting the lens curvature， focal length， and optical path layout， and a matched scanning lens is designed to expand the detection range. Secondly， the spectrometer parameters are optimized： appropriate lenses and gratings are selected， and the optical path layout and device tilt angle are adjusted to improve spectral resolution and imaging depth. Finally， MATLAB is used to establish a simulation model for the system’s axial resolution， which supports tomographic imaging simulation experiments of multilayer sample structures. The results show that the comprehensive performance of the optimized SD-OCT system is significantly improved. The lateral resolution is enhanced to 20 µm， while a large scanning range of 34 mm×34 mm is achieved. The imaging depth is increased to 2.44 mm， enabling effective penetration of multilayer industrial structures. The axial resolution is verified by simulation to be 6.40 µm， with the simulation results highly consistent with the theoretical calculation values. Additionally， the tomographic imaging simulation of multilayer sample structures is successfully realized. The proposed optimization design method for the SD-OCT system provides valuable reference and promotion for its applications in other fields.

关键词

Keywords

references

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