[發(fā)明專利]基于微腔激光色散干涉法的空氣折射率測量裝置和方法

有效

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• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN108982418B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊宏雷;張升康
• 申請（專利權(quán)）人: 北京無線電計量測試研究所
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 付生輝

本發(fā)明提供了一種空氣折射率測量裝置和方法，其中，所述空氣折射率測量裝置包括：泵浦激光器、微腔、第一反射鏡、平行平晶、真空管、空心角鏡、第二反射鏡、分光光譜儀及計算機(jī)；所述泵浦激光器輸出的激光通過微腔至第一反射鏡，依次經(jīng)平行平晶、真空管、空心角鏡、第二反射鏡、分光光譜儀至計算機(jī)。本發(fā)明提供的空氣折射率測量裝置通過泵浦激光器、微腔、第一反射鏡、平行平晶、真空管、空心角鏡、第二反射鏡、分光光譜儀及計算機(jī)測量空氣折射率，在保證高精度空氣折射率測量的前提下，根據(jù)光譜色散干涉原理，使測試系統(tǒng)易于實現(xiàn)小型儀器化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及距離測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于微腔激光色散干涉法的空氣折射率測量裝置和方法。

背景技術(shù)

在激光絕對距離測量領(lǐng)域，空氣折射率的精確測量起著舉足輕重的作用。通常，空氣折射率主要由Edlén經(jīng)驗公式求解。Edlén經(jīng)驗公式是依據(jù)實驗數(shù)據(jù)的擬合數(shù)據(jù)，其不確定度為10^-8水平。空氣折射率的直接實驗測量采用準(zhǔn)合成波長法。這種方法由于測量原理的要求，測量時間較長，測量結(jié)果的準(zhǔn)確性大打折扣。

飛秒激光器的發(fā)展引出了寬帶相干激光色散干涉的空氣折射率測量，測量不確定度達(dá)到10^-8水平。此類測量裝置主要采用常規(guī)的鎖模激光器，光源結(jié)構(gòu)體積巨大，并且重復(fù)頻率通常為100MHz-1.5GHz，測量后端的色散光譜探測部件因無法分辨單縱模而需要加入額外的光譜濾波元件，進(jìn)一步增加系統(tǒng)體積。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明實施例提供一種基于微腔激光色散干涉法的空氣折射率測量裝置。

本實施例提供的一種基于微腔激光色散干涉法的空氣折射率測量裝置，包括：微腔、平行平晶、真空管、空心角鏡、分光光譜儀和計算機(jī)；

入射激光束在微腔內(nèi)產(chǎn)生光學(xué)非線性效應(yīng)，獲得寬帶頻域內(nèi)的縱模梳狀離散分布的激光束；

所述激光束經(jīng)第一反射鏡入射至平行平晶，產(chǎn)生兩路光束，并經(jīng)真空管產(chǎn)生兩路具有光程差的光束；

所述兩路具有光程差的光束經(jīng)空心角鏡反射，再次經(jīng)由真空管入射至平行平晶上重合，產(chǎn)生相位干涉光束；

所述干涉光束通過第二反射鏡入射至分光光譜儀進(jìn)行處理，獲得待分析數(shù)據(jù)；

所述計算機(jī)基于所述待分析數(shù)據(jù)，計算得到空氣折射率。

可選地，該裝置進(jìn)一步包括：作為激光束光源的泵浦激光器。

可選地，分光光譜儀包括：光柵、第三反射鏡及線陣CCD；

所述相位干涉光束經(jīng)光柵分光后，由第三反射鏡傳輸至線陣CCD。

可選地，所述線陣CCD采集到的寬帶相干激光的色散干涉g(ν)＝a(ν)+b(ν)cosΦ(ν)；

其中，ν為縱模頻率，a(ν)為干涉光束的平均強(qiáng)度，b(ν)為干涉調(diào)制幅度，Φ(ν)為干涉光束相位差，Φ(ν)＝2πνα，n(ν)為空氣相折射率，L為真空管長度，c為光速。

可選地，所述計算機(jī)確定相位變化斜率與空氣折射率滿足如下公式：

其中，n_g為空氣群折射率。

可選地，所述泵浦激光器輸出的激光通過光波導(dǎo)或光纖進(jìn)入微腔。

可選地，所述平行平晶將激光分為2束，1束沿真空管外側(cè)傳播，1束沿真空管內(nèi)側(cè)傳播。

可選地，1束被反射沿真空管外側(cè)傳播，1束透射至平行平晶下表面后，內(nèi)反射后沿真空管內(nèi)側(cè)傳播。

可選地，2束激光經(jīng)過空心角鏡再次經(jīng)過真空管與平行平晶，在平行平晶上表面重合疊加。