[发明专利]一种气体折射率的测量方法和装置

说明书

本发明公开了一种气体折射率的测量方法及装置，方法包括：将待测气体充入气体测量池；将光频率梳经过所述气体测量池后进入第一光电探测器；通过频谱仪测量第一光电探测器输出的电信号并采集频谱仪的测量结果；计算出待测气体的折射率，折射率公式为：其中，c为光速，Δf为所述频谱仪得到的电信号相邻两波峰或波谷之间的频率间隔，d为气体测量池中光经过待测气体的长度。本发明利用光频率梳来实现气体折射率的测量，将折射率信息通过相位转化到微波信号上，采用成熟的微波仪器来实现待测气体折射率的测量，与光学测量手段相比具有测量灵敏度可调、系统稳定等特点。

技术领域

本发明涉及光学测量领域，尤其是一种气体折射率的测量方法和装置。

背景技术

折射率是表征物质光学特性的基本物理量，该参数是决定物质合成、制造和在各领域中应用的重要条件。

目前气体折射率的测量方法有光干涉法、表面等离子体共振法、光纤传感方法和临界角法。这些测量方法或者结果不够精确，或者操作流程复杂。

因此，需要一种测量结果精确且操作简单的气体折射率测量方法和装置。

发明内容

本发明提供一种测量结果精确且操作简单的气体折射率测量方法和装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种气体折射率的测量方法，包括：将待测气体充入气体测量池；将光频率梳正入射进所述气体测量池后进入第一光电探测器；通过频谱仪测量第一光电探测器输出的电信号并采集频谱仪的测量结果；计算出待测气体的折射率，折射率公式为：

其中，c为光速，Δf为所述电信号相邻两波峰或波谷之间的频率间隔，d为气体测量池中光经过待测气体的长度。

在其中一实施例中，所述光频率梳的形成方法包括：频率为f的窄线宽激光器输出连续光波；所述光波通过保偏光纤耦合器分成两路光信号；光路1的光经过第一相位调制器，该第一相位调制器上施加的调制信号的频率为f_m，则该第一相位调制器输出光谱将出现以调制频率为f_m整数倍的一系列边带；光路2的光经过第二相位调制器，该第二相位调制器上施加的调制信号的频率为f_m+f₀，则该第二相位调制器输出光谱将出现以调制频率f_m+f₀为整数倍的一系列边带；第二相位调制器输出的光再经过声光移频器，移频器上加载的调制信号的频率为f_AOM，则经过移频器后，光路2光载波的频率为f+f_AOM；光路1和光路2经过单模光纤耦合器后将产生拍频信号而形成光频率梳，光频率梳的频率间隔为f₀。

在其中一实施例中，所述光频率梳经过单模光纤耦合器后分为两束光，一束光经过气体测量池后进入第一光电探测器中，另一束光直接进入第二光电探测器中作为参考信号。

本发明还提供一种气体折射率的测量装置，包括光频率梳产生模块、气体测量池、第一光电探测器、频谱仪、信号采集和处理模块，所述光频率梳产生模块产生的光频率梳，正入射进已充入待测气体的气体测量池后进入第一光电探测器，第一光电探测器产生电信号，频谱仪测量第一光电探测器输出的电信号并通过信号采集和处理模块采集频谱仪的测量结果，计算出待测气体的折射率，折射率公式为：

其中，c为光速，Δf为所述电信号相邻两波峰或波谷之间的频率间隔，d为气体测量池中光经过待测气体的长度。