[发明专利]一种基于相位标定的折射率场定量测量系统与方法

权利要求书

1.一种基于相位标定的折射率场定量测量系统，其特征在于，包括光源(1)及在光源(1)后方依次设置的聚焦透镜(2)、小孔光阑(3)、准直透镜(4)、探测区域(5)、成像透镜(6)、刀口(7)和探测器(8)，在标定时探测区域(5)用于放置标准相位调控元件，在测量时将标准相位调控元件换为待测场放置于探测区域(5)；光源(1)发出的光经聚焦透镜(2)汇聚于小孔光阑(3)处，再经准直透镜(4)变为平行光，最后经探测区域(5)后由成像透镜(6)出射的光经刀口(7)切割后在探测器(8)探测面上成像；还包括用于控制探测器(8)及标准相位调控元件的控制单元(9)；在标定时控制单元(9)控制标准相位调控元件在不同位置产生不同强度的折射率梯度，并控制探测器(8)记录，以获取该系统对不同位置、不同大小的偏折角在探测器(8)上产生的响应关系；在测量时控制探测器(8)探测待测场，并根据所述响应关系以获取待测场的折射率分布。

2.根据权利要求1所述的一种基于相位标定的折射率场定量测量系统，其特征在于，所述光源(1)为激光光源或非相干光。

3.根据权利要求2所述的一种基于相位标定的折射率场定量测量系统，其特征在于，所述光源(1)为单模稳频激光、白光或准单色光。

4.根据权利要求1所述的一种基于相位标定的折射率场定量测量系统，其特征在于，所述小孔光阑(3)包括用于调节光阑大小的光阑元件。

5.根据权利要求1所述的一种基于相位标定的折射率场定量测量系统，其特征在于，标准相位调控元件为能相位调制的空间光调制器或相位分布固定不变的标准元件。

6.根据权利要求1所述的一种基于相位标定的折射率场定量测量系统，其特征在于，从成像透镜(6)出射的光为彩色时，刀口(7)为滤光片。

7.根据权利要求1所述的一种基于相位标定的折射率场定量测量系统，其特征在于，探测器(8)为用于探测光照强度的阵列式光电探测器。

8.一种基于相位标定的折射率场定量测量方法，其特征在于，使用权利要求1-6任一项所述的定量测量系统，包括如下步骤：

S1.打开光源(1)，调整光路，调节刀口(7)位置，使所述定量测量系统符合纹影成像光路的要求；

S2.确定光路中探测区域(5)的位置，即探测器(8)成像面对应的物面，放置标准相位调控元件；

S3.控制单元(9)控制标准相位调控元件在不同位置产生不同强度的折射率梯度，并控制探测器(8)探测记录，以获取用于标定的定量测量系统对不同位置、不同强度折射率梯度的响应结果；

S4.根据相位梯度与光线偏折角度之间的关系，获取标定过程中经过标准相位调控元件的光在不同位置的偏折角度分布；相位梯度为折射率梯度；

S5.结合步骤S3和S4，获取所述定量测量系统对不同位置、不同大小的偏折角在探测器(8)上产生的响应结果；标定过程结束；

S6.保持光路不变，将标准相位调控元件换为待测场放置于探测区域(5)，控制单元(9)控制探测器(8)进行探测记录；

S7.根据探测器(8)记录结果，结合步骤S5得到的定量测量系统对不同位置、不同大小的偏折角在探测器(8)上产生的响应结果，获取待测场不同位置的出射光线偏折角大小；

S8.根据折射率梯度与出射光线偏折角的关系，获取待测场的折射率分布。

9.根据权利要求8所述的一种基于相位标定的折射率场定量测量方法，其特征在于，步骤S4中，相位梯度与光线偏折角度之间的关系采用公式(1)；

其中,λ₀为光在真空中的波长，为在垂直于刀口(7)方向上的相位梯度，θ为光线偏折角。

10.根据权利要求8所述的一种基于相位标定的折射率场定量测量方法，其特征在于，步骤S8中，折射率梯度与出射光线偏折角的关系采用公式(2)；

其中，x为折射率，为折射率沿垂直于刀口方向的梯度，z为光传播的方向。