光学相干层析(Optical Coherence Tomography,简称OCT)相比其它光学层析成像技术的最大优势就是其所能达到的高分辨率及高灵敏度。它作为一种新的无损探伤手段,因其采用可见或近红外光源,不会对被测物体造成伤害,首先迅速应用到了医学检测领域,近年来开始在非医学领域得到应用。本论文研究并优化了时域OCT系统,在此基础上利用自研发的系统对多层薄膜结构的进行无损检测和评价。在平衡检测原理的前提下,利用宽带低相干白光光源搭建了亚微米分辨率的时域OCT系统。针对现有算法重构效果不够理想的问题,本论文提出基于平稳小波变换的光学相干层析二维图像处理方法。该方法可以从小波变换的细节系数中提取更加显著的界面干涉信号。为了消除系统的直流噪声并提高信噪比系统采用平衡探测方法。结果表明平稳小波变换方法大幅提高了 OCT成像质量,使搭建的系统具有明显的优越性。本论文详细剖析了光学相干层析系统,包括光源模块、耦合器模块、二维扫描模块及探测器模块,并对每个模块的元器件选择以及光路设计都进行了优化研究。为了推进光学相干层析系统的研究,提出采用Matlab/ActiveX控件开发了时域光学相干层析成像软件系统(包括线性平台控制模块、NI采集模块、信号处理模块以及图像显示模块),实现了被测样品深度方向按预定的时序和参数(比如速度和位移等)进行扫描;利用计算机驱动NI数据采集卡同步采集样品干涉信号;采用平稳小波变换去噪模块等信号处理方法对所采集的数据进行分析处理并对系统采集到的干涉图形求取半峰全宽和系统的分辨率;将采集到的数据矩阵进行重构成像显示,实现对材料内部结构的精确检测。本论文利用自研发的时域OCT系统综合比较研究了对不同样品的检测,包括等离子喷涂涂层等。并且综合比较分析了光源对系统性能的影响,在系统搭建的过程中使用了宽带白光以及中心波长为850nm的超辐射发光二极管(SLD)两种光源进行测试分析。白光因带宽较宽且中心波长较小,故其系统分辨率较高可达0.93μm,适合检测多层薄膜介质的内部结构及缺陷;而SLD带宽相对较窄并且中心波长较大故其系统分辨率较低,但其有更好的穿透能力,适合于等离子喷涂涂层等较厚涂层材料的检测以及部分生物样品的成像。本论文系统研究了时域OCT系统,有效提高图像重构效果,拓展了其在非医学领域的应用。