光学相干层析(Optical Coherence Tomography,简称OCT)是一种用低相干光,以迈克耳逊干涉仪为技术核心,通过测量待测物体的反射或后向散射光来获取物体结构信息的一种高分辨率干涉成像技术。该技术具有非破坏性、非接触和高分辨率等优点。相比传统时域OCT技术,频域OCT技术因其采集速度快,噪声小等优势而得到迅猛发展。频域OCT的二维图像可对生物组织的内部结构,例如厚度等信息进行清晰呈现,这有利于对组织的病变情况进行判断。该技术为医疗诊断提供了新的高精度检测方法,弥补了传统中对病变过程观测和诊断的不足。近年来该技术也应用于工程无损检测、机械振动等非医学领域。但传统的单点OCT系统要得到二维图像需要对待测样品进行逐点扫描,导致成像速度较慢。为此,本论文研究二维频域OCT实现快速高精度成像及其应用,主要体现在以下几个方面:深入研究了 OCT成像技术的基本理论入手,阐述了频域OCT系统的结构及成像原理,并对OCT系统主要性能参数进行了剖析。在此基础上,自主研发搭建了二维频域OCT系统,并对光源和光谱仪等模块中的主要光学参数对探测深度、分辨率及信噪比等系统性能的影响进行了系统分析和讨论。借助单频激光,本论文研发的主要运用光路可逆性,光的反射及光程放大等原理来确保系统中各光学器件间的同轴度,垂直度及光传播方向的一致性。另外,该二维频域OCT系统单次采集就能得到待测样品的二维结构图像,而传统的单点频域OCT系统则需进行横向扫描才能完成。所研发的OCT系统在性能指标和成像速度方面比传统OCT系统有较好的提升,为OCT应用提供了一定的参考价值。鉴于频域OCT系统中光谱仪的标定精度会直接影响到系统信噪比、动态范围和分辨率。为此,本论文提出了基于干涉条纹的光谱标定方法,对光谱带宽及横坐标分布规律都进行了精准标定,标定误差优于其它光谱仪标定方法,实验证明系统的纵向分辨率和信噪比得到较大程度的提高。针对二维频域OCT图像存在自相干、直流噪声和共轭镜像等干扰信号的问题,在自研发的二维频域光学相干层析成像系统上,采用PZT两步相移滤波和五步相移法去噪,很好地去除了系统噪声,大大提升了 OCT图像质量。在应用研究方面,利用自研发的二维OCT系统对多种样品进行检测,包括钢化膜、太阳能电池、老鼠眼球及其它生物组织等。特别地,该系统可快速清晰地成像老鼠眼睛角膜、虹膜和视网膜等各部分结构。由实验结果可知,自主研发的OCT系统具有良好的精度和可靠性,可为工程和医学应用提供实验支撑和参考。