[发明专利]基于双频正交线偏振光干涉的空气折射率测量方法及装置有效

专利信息
申请号: 201310004169.X 申请日: 2013-01-05
公开(公告)号: CN103063608A 公开(公告)日: 2013-04-24
发明(设计)人: 陈本永;严利平;周砚江;李超荣 申请(专利权)人: 浙江理工大学
主分类号: G01N21/45 分类号: G01N21/45
代理公司: 杭州求是专利事务所有限公司 33200 代理人: 林怀禹
地址: 310018 浙江省杭州*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 基于 双频 正交 偏振光 干涉 空气 折射率 测量方法 装置
【说明书】:

技术领域

发明涉及空气折射率测量方法及装置,尤其是涉及一种基于双频正交线偏振光干涉的空气折射率测量方法及装置。

背景技术

空气折射率测量精度是制约各种以激光波长作为长度基准的光学测量方法精度提高的一个重要因素。空气折射率测量方法大体上分为间接测量和直接测量两大类。间接测量法通过测量空气的压力、温度和相对湿度,然后用Edlen公式计算空气折射率。由于Edlen公式是在标准空气情况下得到的,测量环境中的空气成分与标准空气的差异会对测量结果产生误差,虽然通过测量空气中二氧化碳含量,可以对空气折射率进行进一步的修正,但是各种空气参数传感器所带来的测量不确定度,也限制了该方法测量精度一般小于3×10-8。因此,在一些高精度,大范围的精密测量场合(如测量精度/测量范围<10-9),必须直接测量空气折射率。

空气折射率的直接测量常用干涉法实现,包括瑞利干涉法、抽气测量法、法-珀干涉法、双波长干涉法和多波长干涉测量法等。干涉法测量空气折射率通常以真空的折射率作为标准,测量光束经过长度为L的真空和空气光路时的光程差所产生的干涉条纹数,即:2L·(n-1)=(N+ε)·λ0(其中n为空气折射率,N为干涉条纹的整数部分,ε为干涉条纹小数部分)。基于干涉法测量空气折射率,测量精度取决于干涉条纹的细分系数和真空、空气光路长度L,测量时,在真空腔抽气或者放气过程中,由于腔内气流变化太快且不均匀,会引起干涉条纹抖动现象,导致测量精度受限,因此,目前大多数基于干涉法的空气折射率测量精度仅能达到10-8

发明内容

为了满足以激光波长作为长度基准的光学精密测量技术领域中对高精度空气折射率测量的需要,本发明的目的在于提供一种基于双频正交线偏振光干涉的空气折射率测量方法及装置,将真空腔内折射率变化引起的光程变化量的测量转化为对测量角锥棱镜移动位移的测量,避免了对干涉条纹的直接计数,从而可精确测得所对应的空气折射率变化量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:

一、一种基于双频正交线偏振光干涉的空气折射率测量方法:

双频激光器输出波长为λ1和λ2的正交线偏振光,射向由分光镜、固定的参考角锥棱镜和可移动的测量角锥棱镜构成的迈克尔逊干涉仪,分别形成各自的干涉信号,再经分光镜、偏振分光镜分光后分别由两个探测器接收,在该干涉仪的测量光路中放置一个与光线传播方向平行的长度为L的石英真空腔;开始测量空气折射率之前,石英真空腔被抽成真空,移动测量角锥棱镜使波长λ1和λ2的干涉信号相位差为0,然后将空气通入石英真空腔,直至该腔内部空气与外部空气一致,接着再次移动测量角锥棱镜使波长λ1和λ2干涉信号的相位差再次为0,则石英真空腔中折射率变化引起的测量光路光程差的变化量即为测量角锥棱镜的移动位移,最后根据石英真空腔长度L、测量角锥棱镜的移动位移Δl与空气折射率n的关系,得到空气折射率为:

n-1=ΔlL.]]>

二、一种基于双频正交线偏振光干涉的空气折射率测量装置:

包括双频激光器,分光镜,参考角锥棱镜,石英真空腔,测量角锥棱镜,偏振分光镜,第一探测器和第二探测器;双频激光器输出波长为λ1和λ2的正交线偏振光射向由分光镜、参考角锥棱镜和测量角锥棱镜组成的迈克尔逊干涉仪,形成各自的干涉信号,再经分光镜、偏振分光镜分光后,分别至第一探测器和第二探测器,在分光镜和测量角锥棱镜之间的测量光路中还置有石英真空腔。

本发明具有的有益效果是:

本发明是将空气折射率变化引起的光程变化量的检测转换成易于检测的角锥棱镜移动位移(毫米或微米级)的测量,能实现对空气折射率的高精度测量,而不是通过对干涉条纹直接计数的方法来测量空气折射率,而且本发明的光路结构简单,使用方便,测量精度可以达到10-9以上,可广泛应用于长度、角度、直线度和绝对距离等光学精密测量技术领域。

附图说明

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