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本文概述了4f相位相干成像法的基本理论，对4f相位相干成像系统在实验改进、系统应用等方面的最新研究进展进行了详细的综述和分析。根据脉冲光的时间分布特性，在4f相位相干成像法的理论处理中引入了高斯型时间项，理论分析了激光脉冲时间分布不同对测量非线性折射率的影响。通过对4f相位相干成像系统进行改进，实现了在光斑空间分布不稳定情况下的非线性折射测量。在传统4f系统的基础上将其参考光路设计成为另外一个焦距较长的4f系统，并且保证参考光路的4f系统的入射面和出射面重合。这使得原来用以监测脉冲能量浮动的参考光斑同时具有监测入射脉冲空间分布的功能。利用参考光斑代替原来的线性光斑作为理论模拟的输入，可以避免光斑空间分布不稳定对数据拟合造成的影响，实现了4f相位相干成像系统在光斑空间分布不稳定情况下的非线性折射测量。利用光参量产生器(OPG)出射的不稳定激光做光源，对甲苯的三阶非线性折射率进行实验测量，验证了改进后的4f相位相干成像系统的可靠性。