[發明專利]調制式激光干涉空氣折射率測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201310004167.0
• 申請日: 2013-01-05
• 公開（公告）號: CN103076304B
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 嚴利平;陳本永;劉燕娜;董文鈞
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及空氣折射率測量方法及裝置，尤其是涉及一種調制式激光干涉 空氣折射率測量方法及裝置。

背景技術

空氣折射率測量精度是制約各種以激光波長作為長度基準的光學測量方法 精度提高的一個重要因素。空氣折射率測量方法一般分為間接測量和直接測量 兩大類。間接測量法是首先測量出空氣的壓力、溫度和相對濕度，然后用Edlen 公式計算得出空氣折射率，該方法測量精度不優于3×10^-8。直接測量法是采用干 涉法來實現的，例如瑞利干涉法、法－珀干涉法和多波長干涉法等。干涉法測 量空氣折射率通常以真空的折射率作為標準，測量光束經過長度為L的真空和空 氣光路時的光程差所產生的干涉條紋數，即：2L·(n-1)＝(N+ε)·λ₀（其中n為 空氣折射率，N為干涉條紋的整數部分，ε為干涉條紋小數部分）。基于干涉法 測量空氣折射率，測量精度取決于干涉條紋的細分系數和真空、空氣光路長度L， 測量時，在真空腔抽氣或者放氣過程中，由于腔內氣流變化太快且不均勻，會 導致干涉條紋抖動，使測量精度受限，因此，目前大多數基于干涉法的空氣折 射率測量精度僅能達到10^-8。

發明內容

為了滿足光學精密測量技術對空氣折射率的高精度需求，本發明的目的在 于提供一種調制式激光干涉空氣折射率測量方法及裝置，根據兩路干涉信號相 位差變化量與光程變化量以及合成波長之間的關系，將真空腔內折射率變化量 的測量轉化為對兩路干涉信號相位差和合成波長的測量，不需要對整小數干涉 條紋進行計數，可精確測得所對應的空氣折射率變化量。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一、一種調制式激光干涉空氣折射率測量方法：

雙頻激光器輸出波長為λ₁和λ₂的正交線偏振光，射向由分光鏡、參考角錐 棱鏡和測量角錐棱鏡構成的邁克爾遜干涉儀，分別形成各自的干涉信號，再經 分光鏡、偏振分光鏡分光后由兩個探測器接收，參考角錐棱鏡固定在直線位移 工作臺上，測量角錐棱鏡固定在壓電陶瓷驅動器上，在測量光路中放置一個與 光線傳播方向平行的長度為L的石英真空腔；測量空氣折射率前，首先通過直 線位移工作臺移動參考角錐棱鏡，檢測λ₁和λ₂的干涉信號的相位差變化2π時參 考角錐棱鏡移動的位移ΔL，即為波長λ₁和λ₂形成的合成波長值λ_S/2；然后，直 線位移工作臺不動，通過壓電陶瓷驅動器調制測量角錐棱鏡在Δl＝0.5μm范圍內 往返運動，先將石英真空腔抽成真空，測得波長λ₁和λ₂的干涉信號相位差為接著將空氣通入石英真空腔，直至該腔內部空氣與外部空氣一致，再測得此時 波長λ₁和λ₂的干涉信號相位差為最后根據石英真空腔長度L、合成波長λ_S和波長λ₁和λ₂的干涉信號的相位差變化量與空氣折射率n的關 系，得到空氣折射率為：

二、一種調制式激光干涉空氣折射率測量裝置：

本發明包括雙頻激光器，分光鏡，參考角錐棱鏡，直線位移工作臺，石英 真空腔，測量角錐棱鏡，壓電陶瓷驅動器，偏振分光鏡，第一探測器和第二探 測器；雙頻激光器輸出波長為λ₁和λ₂的正交線偏振光射向由分光鏡、參考角錐 棱鏡和測量角錐棱鏡組成的邁克爾遜干涉儀，形成各自的干涉信號，再經分光 鏡、偏振分光鏡分光后，分別由第一探測器和第二探測器接收，第一探測器和 第二探測器接收的信號分別經相位差測量模塊對兩路干涉信號的相位差進行檢 測后，送計算機顯示，在分光鏡和測量角錐棱鏡之間的測量光路中還置有石英 真空腔，參考角錐棱鏡固定在直線位移工作臺上，測量角錐棱鏡固定在壓電陶 瓷驅動器上。

本發明具有的有益效果是：

本發明是通過調制測量角錐棱鏡，將空氣折射率變化引起的光程變化量調 制成兩路干涉信號相位差的測量，可實現對空氣折射率的高精度測量。本發明 測量精度可以達到10^-9以上，具有測量精度高、抗環境干擾能力強等優點，可 應用于精密測量、激光干涉儀和激光雷達等技術領域。

附圖說明