[发明专利]一种用于高精度气体折射率测量的光路结构

说明书

本发明属于气体折射率测量技术领域，具体涉及一种用于高精度气体折射率测量的光路结构。激光光源发出频率稳定的线偏振光，经过分束镜分为测量光路和参考光路；参考光路由频率调制器进行频率调制，调制频率远低于激光频率，参考光路经分束镜分为两路：一路与测量光路分束后的一路汇合，入射到信号处理单元的光电探测器PD₀中，作为干涉信号处理时的参考；另一路先经过半波片使光的偏振方向旋转90°，然后经过若干个分束镜和反射镜分为4的倍数路，与测量光路汇合入射到信号处理单元的光电探测器PD₁～PD_n中，n＝4i,i为整数。本发明通过多路测量光路对称分布以及多次外差的办法，剔除了各类误差对测量结果的影响，实现了气体折射率的高精度测量。

技术领域

本发明属于气体折射率测量技术领域，具体涉及一种用于高精度气体折射率测量的光路结构。

背景技术

气体折射率是各类光学系统设计中特别关注的一个物理量，气体折射率的准确测量是开展光学精密测量的基础。在精密制造等需要高精度光学测量的领域中，气体折射率的高精度测量是现场对高精度光学测量仪器开展误差补偿工作的有效途径，是提高光学测量仪器测量精度的重要手段之一。

目前，常见的气体折射率测量方法可分为两类：间接测量法和直接测量法。其中直接测量法可适用于多种气体折射率的测量，它主要利用电磁波的特性直接对气体折射率进行测量。通常情况下，应用激光的传输特性结合真空腔实现气体的折射率测量是最常见的直接测量方法之一。

然而，目前存在的用于气体折射率测量的光路结构，常存在操作过程繁琐、误差抑制效果较弱的缺点，给实现高精度的气体折射率测量带来了不便。

发明专利CN103558185A和CN104062266B采用了单路迈克尔逊干涉仪的光路结构，在光路结构中，环境对参考光路的影响，将代入到最终的测量结果中，环境适应性较差，难以实现高精度的气体折射率测量。

发明专利CN102221535A中采用了双路折返光路结构，使两路激光分别通过三个真空管的真空部分和待测气体部分，通过比较两路光的相位差推算气体折射率。该光路结构在切换真空管时需要移动真空管装置，给使用带来了不便。同时，激光光源、环境和真空管倾斜等因素会引入测量结果的误差,成为实现高精度气体折射率测量的瓶颈。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提出一种用于高精度气体折射率测量的光路结构，以减少测量系统的误差来源，提高气体折射率的测量精度。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种用于高精度气体折射率测量的光路结构，激光光源发出频率稳定的线偏振光，经过分束镜分为测量光路和参考光路；

所述的参考光路由频率调制器进行频率调制，调制频率远低于激光频率，参考光路经分束镜分为两路：一路与测量光路分束后的一路汇合，入射到信号处理单元的光电探测器PD₀中，作为干涉信号处理时的参考；另一路先经过半波片使光的偏振方向旋转90°，然后经过若干个分束镜和反射镜分为4的倍数路，与测量光路汇合入射到信号处理单元的光电探测器PD₁～PD_n中，n＝4i,i为整数；

所述的测量光路由频率调制器进行频率调制，调制频率远低于激光频率，并与参考光路的调制频率存在频率差别Δf，测量光路经分束镜分为两路：一路与参考光路分束后的一路汇合，入射到信号处理单元的光电探测器PD₀中，作为干涉信号处理时的参考；另一路经过若干个分束镜和反射镜分为4的倍数路，分束后的测量光路数量与参考光路数量相同，而后测量光路经过偏振分束镜射入真空腔，经真空腔中的反射镜反射后，由偏振分束镜反射，与参考光路汇合，最终入射到信号处理单元的光电探测器PD₁～PD_n中，n＝4i,i为整数。