[发明专利]一种表征软物质粘弹性的光学微流变的装置及方法

权利要求书

1.一种表征软物质粘弹性的光学微流变的装置，其特征在于，该装置包括：激光器(1)、起偏器(2)、分束器(3)、聚焦透镜(4)、样品池(5)、第一成像透镜(6)、光阑(7)、第二成像透镜(8)、检偏器(9)、相机(10)以及计算机(11)，待测样品置于样品池(5)内；其中：

激光器(1)作为光源，发射出的相干光通过起偏器(2)和分束器(3)后，由聚焦透镜(4)聚焦到样品池(5)内；待测样品多重散射后的散射光所形成的动态激光强度散斑图像序列，经过第一成像透镜(6)、光阑(7)、第二成像透镜(8)、检偏器(9)后，由相机(10)收集并传输给计算机(11)，携带待测材料粘弹特性信息的激光散斑图像由计算机(11)进行处理，获得表征待测材料的粘弹特性信息。

2.根据权利要求1所述的表征软物质粘弹性的光学微流变的装置，其特征在于，计算机(11)通过计算机程序处理获得表征待测材料的粘弹特性信息，其实现方法为：

将获取的不同时刻的待测材料散斑光强度图进行包括但不限于拉盖尔高斯变换或小波变换的数学变换，得到散斑的伪相位图，由伪相位图获得光学涡旋位置信息；通过追踪光学涡旋的随机运动，计算获得不同时刻光学涡旋的在单位时间的均方位移的统计信息，通过待测材料的粘弹特性同涡旋点均方位移的对应关系，从而最终获得表征待测材料的粘弹特性信息。

3.一种表征软物质粘弹性的光学微流变的方法，采用权利要求1所述的表征软物质粘弹性的光学微流变的装置，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、激光器作为光源，激光通过起偏器和分束器由聚焦透镜聚焦到样品池内，用相机记录下经过第一成像透镜、光阑、第二成像透镜和检偏器出射的动态激光散斑强度图；

步骤2、对散斑强度图进行拉盖尔高斯变换或小波变换方法获得散斑伪相位图；

步骤3、对伪相位图中的光学涡旋进行定位和运动追踪；

步骤4、通过计算光学涡旋在单位时间内的均方位移来表征材料粘弹性。

4.根据权利要求1所述的表征软物质粘弹性的光学微流变的方法，其特征在于，步骤2中，采用的拉盖尔高斯变换方法具体为：

首先将通过相机记录的激光散斑强度图I(x,y)进行傅里叶变换到频域得到再乘以拉盖尔-高斯滤波器LG(f_x,f_y)，然后再进行傅里叶逆变换即得到：

其中，拉盖尔-高斯滤波器LG(f_x,f_y)＝(f_x+jf_y)exp[-(f_x²+f_y²)/w²],w是滤波器带宽；φ(x,y)即为伪相位图。

5.根据权利要求1所述的表征软物质粘弹性的光学微流变的方法，其特征在于，步骤3中，对伪相位图中的光学涡旋进行定位和运动追踪的方法具体为：

根据光学涡旋的特征，计算伪相位图上包含相邻的像素的逆时针闭合路径，如[φ(i,j),φ(i+1,j),φ(i+1,j+1),φ(i,j+1),φ(i,j)]上的相位累计变化Δφ，如果累计相位变化是2π，则该像素记为正相位奇点，如果是-2π，则记为负相位奇点，如果为0则该处无奇点；通过比较光学涡旋在相邻两帧伪相位图像上的位置和利用光学正负涡旋总是成对产生、成对消失的特点来追踪涡旋在相邻帧之间的位置变化。

6.根据权利要求1所述的表征软物质粘弹性的光学微流变的方法，其特征在于，步骤4中，通过计算光学涡旋在单位时间内的均方位移来表征材料粘弹性的方法具体为：

计算光学涡旋点的均方位移的公式为：

其中，和分别为t₀+t和t₀时刻光学涡旋点的位置，表示对所有光学涡旋点进行平均。

7.根据权利要求6所述的表征软物质粘弹性的光学微流变的方法，其特征在于，步骤4中，表征材料粘弹性的方法具体为：

根据光学涡旋点的均方位移与样品的粘弹性系数成反比的关系，计算单位时间内光学涡旋均方位移，即可直接获得待测样品的粘弹特性。