[发明专利]一种折射率与形貌同时动态测量的方法

摘要

本发明涉及一种二维折射率分布与三维形貌同时动态测量的方法，利用数字全息显微术全场、高分辨率及动态测量的优点，将短边抛光的道威棱镜引入到测量光路，实现全内反射数字全息显微光路与透射式数字全息显微光路的集成。借助角度复用与偏振复用技术，利用透射式数字全息显微光路动态记录包含物体折射率和厚度分布(或形貌)信息的物光波相位分布信息，利用全内反射数字全息显微光路同步记录物体的二维折射率分布信息，通过简单的数学运算，从而实现对物体二维折射率分布与三维形貌的同时动态测量。所涉及的测量方法无需额外的填充溶液，适用于透明/半透明液体或固体的测量，克服了已有方法的不足。

主权项

1.一种二维折射率分布与三维形貌同时动态测量的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：一束波长为λ的竖直偏振平行光从道威棱镜的一个斜边入射，进而以入射角θ在道威棱镜的长边中心与空气界面处发生全内反射，然后从另一斜边出射并经显微放大后作为物光波1；步骤2：来自同一激光器的另一束水平偏振的平行光从道威棱镜的短边中心垂直入射，进而从道威棱镜的长边中心出射并经显微放大后作为物光波2；所述道威棱镜的短边被抛光；步骤3：来自同一激光器的另两束竖直、水平偏振的平行光，分别作为参考光波1、2与相应的物光波1、2在图像采集器件靶面上相遇并发生干涉，由图像采集器件记录得到参考数字全息图H0；步骤4：紧贴道威棱镜长边表面中心区域放置待测样品，由于棱镜长边表面外侧介质折射率的改变，全内反射光波，即物光波1将产生附加的相位变化——附加相移，样品与棱镜长边表面紧密接触的一面为平面，并且样品的折射率沿棱镜长边表面法线方向呈现均匀分布，则附加相移的大小和分布与入射角θ和棱镜长边表面两侧介质的折射率n1和n2有如下关系：由于待测样品的存在，透射光波，即物光波2将产生附加相位变化，并且附加相位变化的大小和分布与样品的折射率分布n2(x,y)和反映样品几何形貌的厚度分布h(x,y)有如下关系：步骤5：上述全内反射光波产生的附加相移分布携带了样品二维折射率分布n2(x,y)的信息，透射光波产生的附加相位变化分布携带了样品折射率分布n2(x,y)与厚度分布h(x,y)的信息；保持参考光波不变，在样品的折射率分布与厚度分布动态变化过程中连续记录N幅数字全息图Hi，i＝1,2,3…N；步骤6：借助频谱提取技术，根据标量衍射理论，数值模拟光波经全息图H0和Hi的衍射传播过程，分别对相应物光波进行数值重建，得到放置样品前后两物光波的相位差分布ΔφO1(x,y)、ΔφO2(x,y)，根据式(1)与式(2)，样品的二维折射率分布可表示为厚度分布可表示为