[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

本發明屬于氣體折射率測量技術領域，具體涉及一種用于高精度氣體折射率測量的光路結構。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；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。本發明通過多路測量光路對稱分布以及多次外差的辦法，剔除了各類誤差對測量結果的影響，實現了氣體折射率的高精度測量。

技術領域

本發明屬于氣體折射率測量技術領域，具體涉及一種用于高精度氣體折射率測量的光路結構。

背景技術

氣體折射率是各類光學系統設計中特別關注的一個物理量，氣體折射率的準確測量是開展光學精密測量的基礎。在精密制造等需要高精度光學測量的領域中，氣體折射率的高精度測量是現場對高精度光學測量儀器開展誤差補償工作的有效途徑，是提高光學測量儀器測量精度的重要手段之一。

目前，常見的氣體折射率測量方法可分為兩類：間接測量法和直接測量法。其中直接測量法可適用于多種氣體折射率的測量，它主要利用電磁波的特性直接對氣體折射率進行測量。通常情況下，應用激光的傳輸特性結合真空腔實現氣體的折射率測量是最常見的直接測量方法之一。

然而，目前存在的用于氣體折射率測量的光路結構，常存在操作過程繁瑣、誤差抑制效果較弱的缺點，給實現高精度的氣體折射率測量帶來了不便。

發明專利CN103558185A和CN104062266B采用了單路邁克爾遜干涉儀的光路結構，在光路結構中，環境對參考光路的影響，將代入到最終的測量結果中，環境適應性較差，難以實現高精度的氣體折射率測量。

發明專利CN102221535A中采用了雙路折返光路結構，使兩路激光分別通過三個真空管的真空部分和待測氣體部分，通過比較兩路光的相位差推算氣體折射率。該光路結構在切換真空管時需要移動真空管裝置，給使用帶來了不便。同時，激光光源、環境和真空管傾斜等因素會引入測量結果的誤差,成為實現高精度氣體折射率測量的瓶頸。

發明內容

針對上述現有技術存在的不足之處，本發明的目的在于提出一種用于高精度氣體折射率測量的光路結構，以減少測量系統的誤差來源，提高氣體折射率的測量精度。

為達到上述目的，本發明所采取的技術方案為：

一種用于高精度氣體折射率測量的光路結構，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。