[发明专利]基于干涉条纹图处理测量透明介质折射率分布的方法

摘要

本发明涉及一种基于干涉条纹图的处理来测量透明介质折射率分布的方法，属于物质折射率测量技术领域。该方法是利用立体分光棱镜分光面干涉产生干涉条纹图，再通过计算改变输入光透过待测样品与参考介质的光程差所产生的干涉条纹移动数来进行待测透明介质折射率分布的测量；以及提供实现测量方法的测量装置。本发明测量方法不仅可对均匀透明介质折射率进行更高精度测量；而且还能对非均匀透明介质折射率分布进行测量。本发明的测量方法及其测量装置在保证测量精度和稳定性的前提下，还具有减少测量次数，缩短测量时间，以及简化数据处理的优点。

主权项

一种基于干涉条纹图处理测量透明介质折射率分布的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)产生并接收待测样品处于第一位置时的干涉条纹图将试样台(3)静置在平行激光束垂直入射到待测样品(11)所处第一位置并放置待测样品和参考介质，使待测样品与测试光光束传播方向垂直；将光学匹配系统(1)输出的平行激光束垂直入射到试样台上或其上比色皿(2)中的待测样品和参考介质，透过待测样品的激光束形成的信号光束与透过参考介质的激光束形成的参考光束经立体分光棱镜(4)发生干涉形成干涉光束；干涉光束经CCD探测器(8)采集记录为干涉条纹图一，若干涉条纹图一已经携带有待测样品全部信息则直接进行第(2)步；反之，则将试样台在垂直光路的平面上下移动，CCD探测器继续采集记录此时干涉条纹图，直到待测样品全部信息被采集记录完全，对所有采集的干涉条纹图进行拼接，得到一幅携带有待测样品全部信息的干涉条纹图一，并存入计算机系统(9)中；(2)产生并接收待测样品处于第二位置时的干涉条纹图将试样台顺时针或逆时针旋转θ角度之后静置在平行激光束以θ角度入射到待测样品所处的第二位置，当光学匹配系统输出的平行激光束以θ角入射到试样台或其上比色皿中的待测样品和参考介质，透过待测样品和参考介质的激光束形成的信号光束和参考光束经立体分光棱镜发生干涉形成干涉光束，此过程中，通过光电探测计数器(7)记录干涉光束形成的干涉条纹移动的整数部分的数量N'(x,y)，同时干涉光束经CCD探测器采集记录为干涉条纹图二；若干涉条纹图二已经携带有待测样品全部信息则直接进行第(3)步；反之，则将试样台在垂直光路的平面上下移动，CCD探测器继续采集记录此时干涉条纹图，直到待测样品全部信息被采集记录完全，对所有采集的干涉条纹图进行拼接，得到一幅携带有待测样品全部信息的干涉条纹图二，并存入计算机系统(9)中；(3)计算干涉条纹移动的小数部分对上述获得的干涉条纹图一和干涉条纹图二分别进行去噪、相位提取和解包裹处理；分别得到干涉条纹图一和干涉条纹图二的连续二维相位分布，两者相减得到干涉条纹图一和干涉条纹图二之间的相位差Δφ(x,y)，再根据以下公式ϵ(x,y)=Δφ(x,y)2π---(1),]]>计算试样台移动过程引起的干涉条纹移动的小数部分ε(x,y)，其中(x,y)表示像素点的坐标；(4)计算待测样品的折射率分布当待测样品与入射光束的入射角由0°即垂直入射变到θ时，两光束光程差会发生变化，对应的干涉条纹移动数N可由如下公式(2)计算得到， 对应到面则有：N(x,y)=(l/λ)*[(n(x,y)2-n02sin2θ)12-n0*cosθ-n(x,y)+n0]---(3)]]> 其中N(x,y)＝N'(x,y)+ε(x,y)为干涉条纹移动数，l为待测样品的厚度；n0为参考介质的折射率；n(x,y)为该像素点对应的样品点折射率，λ为光学匹配系统输出的激光束的波长；将公式(3)变形得到待测样品平面各点对应的像素点处折射率n(x,y)：n(x,y)=(N(x,y)λ/l)2+2(1-cosθ)(n02-n0N(x,y)λ/l)2[n0(1-cosθ)-N(x,y)λ/l]---(4);]]>所述将试样台(3)顺时针或逆时针旋转θ角度的范围在0‑30°之间；所述光电探测计数器(7)采用光敏三极管单片机探测系统；所述待测样品(11)为折射率均匀分布或为折射率非均匀分布的固体、液体或气体。