[發明專利]一種用于高精度氣體折射率測量的光路結構

在審

• 申請號: 201711404648.5
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108318420A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 張鐵犁;靳碩;劉曉旭;張修建;張鵬程;高翌春
• 申請（專利權）人: 北京航天計量測試技術研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/45
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 呂巖甲

1.一種用于高精度氣體折射率測量的光路結構，其特征在于：激光光源發出頻率穩定的線偏振光，經過分束鏡分為測量光路和參考光路；

所述的參考光路由頻率調制器進行頻率調制，調制頻率遠低于激光頻率，參考光路經分束鏡分為兩路：一路與測量光路分束后的一路匯合，入射到信號處理單元的光電探測器PD₀中，作為干涉信號處理時的參考；另一路先經過半波片使光的偏振方向旋轉90°，然后經過若干個分束鏡和反射鏡分為4的倍數路，與測量光路匯合入射到信號處理單元的光電探測器PD₁～PD_n中，n＝4i,i為整數；

所述的測量光路由頻率調制器進行頻率調制，調制頻率遠低于激光頻率，并與參考光路的調制頻率存在頻率差別Δf，測量光路經分束鏡分為兩路：一路與參考光路分束后的一路匯合，入射到信號處理單元的光電探測器PD₀中，作為干涉信號處理時的參考；另一路經過若干個分束鏡和反射鏡分為4的倍數路，分束后的測量光路數量與參考光路數量相同，而后測量光路經過偏振分束鏡射入真空腔，經真空腔中的反射鏡反射后，由偏振分束鏡反射，與參考光路匯合，最終入射到信號處理單元的光電探測器PD₁～PD_n中，n＝4i,i為整數。

2.根據權利要求1所述的用于高精度氣體折射率測量的光路結構，其特征在于：所述的頻率差別Δf應在光電探測器的響應頻率范圍內，使干涉信號能夠被光電探測器響應。

3.根據權利要求1所述的用于高精度氣體折射率測量的光路結構，其特征在于：所述的射入到真空腔中的測量光路4路為一組，各組之間的對應光路以真空腔的軸線為中心呈軸對稱分布，以減少真空腔反射鏡變形引入的誤差。

4.根據權利要求1所述的用于高精度氣體折射率測量的光路結構，其特征在于：所述的信號處理單元包含干涉信號處理模塊、外差信號處理模塊、相位處理模塊。

5.根據權利要求4所述的用于高精度氣體折射率測量的光路結構，其特征在于：所述的干涉信號處理模塊通過光電探測器和處理電路對參考光路和測量光路的干涉信號進行處理，光電探測器PD₀直接測量參考光路和測量光路的干涉信號0，光電探測器PD₁～PD_n測量4i路經真空腔反射回來的測量光路與對應的參考光路之間的干涉信號1～4i；所述的外差信號處理模塊將干涉信號1～4i分別與參考的干涉信號0做差頻運算，剔除掉激光光源不穩定性帶來的誤差，然后解算獲得每一路測量光路的相對相位值；所述的相位處理模塊依據氣體折射率的測量原理，計算各測量光路之間的相位差，剔除掉由于環境、真空腔引入的誤差，然后計算獲得氣體折射率值。