專利名稱：調(diào)制式激光干涉空氣折射率測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空氣折射率測(cè)量方法及裝置，尤其是涉及一種調(diào)制式激光干涉空氣折射率測(cè)量方法及裝置。
背景技術(shù)：
空氣折射率測(cè)量精度是制約各種以激光波長(zhǎng)作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)的光學(xué)測(cè)量方法精度提高的一個(gè)重要因素。空氣折射率測(cè)量方法一般分為間接測(cè)量和直接測(cè)量?jī)纱箢?。間接測(cè)量法是首先測(cè)量出空氣的壓力、溫度和相對(duì)濕度，然后用Edlen公式計(jì)算得出空氣折射率，該方法測(cè)量精度不優(yōu)于3X10—8。直接測(cè)量法是采用干涉法來實(shí)現(xiàn)的，例如瑞利干涉法、法一珀干涉法和多波長(zhǎng)干涉法等。干涉法測(cè)量空氣折射率通常以真空的折射率作為標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量光束經(jīng)過長(zhǎng)度為L(zhǎng)的真空和空氣光路時(shí)的光程差所產(chǎn)生的干涉條紋數(shù)，即:2L (n-1)=(N+e) (其中n為空氣折射率，N為干涉條紋的整數(shù)部分，e為干涉條紋小數(shù)部分)?；诟缮娣y(cè)量空氣折射率，測(cè)量精度取決于干涉條紋的細(xì)分系數(shù)和真空、空氣光路長(zhǎng)度L，測(cè)量時(shí)，在真空腔抽氣或者放氣過程中，由于腔內(nèi)氣流變化太快且不均勻，會(huì)導(dǎo)致干涉條紋抖動(dòng)，使測(cè)量精度受限，因此，目前大多數(shù)基于干涉法的空氣折射率測(cè)量精度僅能達(dá)到10_8。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足光學(xué)精密測(cè)量技術(shù)對(duì)空氣折射率的高精度需求，本發(fā)明的目的在于提供一種調(diào)制式激光干涉空氣折射率測(cè)量方法及裝置，根據(jù)兩路干涉信號(hào)相位差變化量與光程變化量以及合成波長(zhǎng)之間的關(guān)系，將真空腔內(nèi)折射率變化量的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)兩路干涉信號(hào)相位差和合成波長(zhǎng)的測(cè)量，不需要對(duì)整小數(shù)干涉條紋進(jìn)行計(jì)數(shù)，可精確測(cè)得所對(duì)應(yīng)的空氣折射率變化量。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一、一種調(diào)制式激光干涉空氣折射率測(cè)量方法:雙頻激光器輸出波長(zhǎng)為^和X 2的正交線偏振光，射向由分光鏡、參考角錐棱鏡和測(cè)量角錐棱鏡構(gòu)成的邁克爾遜干涉儀，分別形成各自的干涉信號(hào)，再經(jīng)分光鏡、偏振分光鏡分光后由兩個(gè)探測(cè)器接收，參考角錐棱鏡固定在直線位移工作臺(tái)上，測(cè)量角錐棱鏡固定在壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器上，在測(cè)量光路中放置一個(gè)與光線傳播方向平行的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的石英真空腔；測(cè)量空氣折射率前，首先通過直線位移工作臺(tái)移動(dòng)參考角錐棱鏡，檢測(cè)八和X2的干涉信號(hào)的相位差變化2 時(shí)參考角錐棱鏡移動(dòng)的位移AL，即為波長(zhǎng)八和X2形成的合成波長(zhǎng)值/2 ;然后，直線位移工作臺(tái)不動(dòng)，通過壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器調(diào)制測(cè)量角錐棱鏡在Al =
0..5 u m范圍內(nèi)往返運(yùn)動(dòng)，先將石英真空腔抽成真空，測(cè)得波長(zhǎng)八和X 2的干涉信號(hào)相位差為A的接著將空氣通入石英真空腔，直至該腔內(nèi)部空氣與外部空氣一致，再測(cè)得此時(shí)波長(zhǎng)入工和入2的干涉信號(hào)相位差為Ap2;最后根據(jù)石英真空腔長(zhǎng)度L、合成波長(zhǎng)Xs和波長(zhǎng)A1和入2的干涉信號(hào)的相位差變化量Aφ=Aφ-Aφ與空氣折射率n的關(guān)系，得到空氣折射率為:
權(quán)利要求
1.一種調(diào)制式激光干涉空氣折射率測(cè)量方法，其特征在于:雙頻激光器輸出波長(zhǎng)為A1和入2的正交線偏振光，射向由分光鏡、參考角錐棱鏡和測(cè)量角錐棱鏡構(gòu)成的邁克爾遜干涉儀，分別形成各自的干涉信號(hào)，再經(jīng)分光鏡、偏振分光鏡分光后由兩個(gè)探測(cè)器接收，參考角錐棱鏡固定在直線位移工作臺(tái)上，測(cè)量角錐棱鏡固定在壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器上，在測(cè)量光路中放置一個(gè)與光線傳播方向平行的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的石英真空腔；測(cè)量空氣折射率前，首先通過直線位移工作臺(tái)移動(dòng)參考角錐棱鏡，檢測(cè)八和X2的干涉信號(hào)的相位差變化2 時(shí)參考角錐棱鏡移動(dòng)的位移AL，即為波長(zhǎng)^和X2形成的合成波長(zhǎng)值X s/2;然后，直線位移工作臺(tái)不動(dòng)，通過壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器調(diào)制測(cè)量角錐棱鏡在Al = 0.5 Pm范圍內(nèi)往返運(yùn)動(dòng)，先將石英真空腔抽成真空，測(cè)得波長(zhǎng)X i和X 2的干涉信號(hào)相位差為A扔，接著將空氣通入石英真空腔，直至該腔內(nèi)部空氣與外部空氣一致，再測(cè)得此時(shí)波長(zhǎng)^和X2的干涉信號(hào)相位差為Mh ;最后根據(jù)石英真空腔長(zhǎng)度L、合成波長(zhǎng)\ s和波長(zhǎng)X i和X 2的干涉信號(hào)的相位差變化量A爐=A奶_ A約與空氣折射率n的關(guān)系，得到空氣折射率為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法的一種調(diào)制式激光干涉空氣折射率測(cè)量裝置，其特征在于:包括雙頻激光器(I)，分光鏡(2)，參考角錐棱鏡(3)，直線位移工作臺(tái)(4)，石英真空腔(5)，測(cè)量角錐棱鏡￠)，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(7)，偏振分光鏡(8)，第一探測(cè)器(9)和第二探測(cè)器(10);雙頻激光器⑴輸出波長(zhǎng)為^和\ 2的正交線偏振光射向由分光鏡(2)、參考角錐棱鏡(3)和測(cè)量角錐棱鏡(6)組成的邁克爾遜干涉儀，形成各自的干涉信號(hào)，再經(jīng)分光鏡(2)、偏振分光鏡(8)分光后，分別由第一探測(cè)器(9)和第二探測(cè)器(10)接收，第一探測(cè)器(9)和第二探測(cè)器(10)接收的信號(hào)分別經(jīng)相位差測(cè)量模塊對(duì)兩路干涉信號(hào)的相位差進(jìn)行檢測(cè)后，送計(jì)算機(jī)顯示，在分光鏡(2)和測(cè)量角錐棱鏡(6)之間的測(cè)量光路中還置有石英真空腔(5)，參考角錐棱鏡(3)固定在直線位移工作臺(tái)上(4)，測(cè)量角錐棱鏡(6)固定在壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(7)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)制式激光干涉空氣折射率測(cè)量方法及裝置。雙頻激光器輸出波長(zhǎng)為和的正交線偏振光，射向由分光鏡、參考角錐棱鏡和測(cè)量角錐棱鏡構(gòu)成的邁克爾遜干涉儀，形成各自的干涉信號(hào)，再經(jīng)分光鏡、偏振分光鏡分光后，由兩個(gè)探測(cè)器接收；石英真空腔放置在測(cè)量光路中與光線傳播方向平行，通過移動(dòng)參考角錐棱鏡檢測(cè)和的干涉信號(hào)的相位差變化2π測(cè)得合成波長(zhǎng)，通過移動(dòng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器調(diào)制測(cè)量角錐棱鏡運(yùn)動(dòng)，測(cè)得石英真空腔被抽成真空和通入空氣時(shí)和干涉信號(hào)的相位差和，根據(jù)真空腔長(zhǎng)度、合成波長(zhǎng)和相位差變化量，可測(cè)得空氣折射率n。本發(fā)明測(cè)量精度達(dá)到10-9以上，抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于精密測(cè)量和激光干涉儀等技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01N21/45GK103076304SQ20131000416
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者嚴(yán)利平, 陳本永, 劉燕娜, 董文鈞 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)