专利名称：调制式激光干涉空气折射率测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及空气折射率测量方法及装置，尤其是涉及一种调制式激光干涉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一般分为间接测量和直接测量两大类。间接测量法是首先测量出空气的压力、温度和相对湿度，然后用Edlen公式计算得出空气折射率，该方法测量精度不优于3X10—8。直接测量法是采用干涉法来实现的，例如瑞利干涉法、法一珀干涉法和多波长干涉法等。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+e) (其中n为空气折射率，N为干涉条纹的整数部分，e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，会导致干涉条纹抖动，使测量精度受限，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
为了满足光学精密测量技术对空气折射率的高精度需求，本发明的目的在于提供一种调制式激光干涉空气折射率测量方法及装置，根据两路干涉信号相位差变化量与光程变化量以及合成波长之间的关系，将真空腔内折射率变化量的测量转化为对两路干涉信号相位差和合成波长的测量，不需要对整小数干涉条纹进行计数，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、一种调制式激光干涉空气折射率测量方法:双频激光器输出波长为^和X 2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、偏振分光镜分光后由两个探测器接收，参考角锥棱镜固定在直线位移工作台上，测量角锥棱镜固定在压电陶瓷驱动器上，在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；测量空气折射率前，首先通过直线位移工作台移动参考角锥棱镜，检测八和X2的干涉信号的相位差变化2 时参考角锥棱镜移动的位移AL，即为波长八和X2形成的合成波长值/2 ;然后，直线位移工作台不动，通过压电陶瓷驱动器调制测量角锥棱镜在Al =
0..5 u m范围内往返运动，先将石英真空腔抽成真空，测得波长八和X 2的干涉信号相位差为A的接着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，再测得此时波长入工和入2的干涉信号相位差为Ap2;最后根据石英真空腔长度L、合成波长Xs和波长A1和入2的干涉信号的相位差变化量Aφ=Aφ-Aφ与空气折射率n的关系，得到空气折射率为:
权利要求
1.一种调制式激光干涉空气折射率测量方法，其特征在于:双频激光器输出波长为A1和入2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、偏振分光镜分光后由两个探测器接收，参考角锥棱镜固定在直线位移工作台上，测量角锥棱镜固定在压电陶瓷驱动器上，在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；测量空气折射率前，首先通过直线位移工作台移动参考角锥棱镜，检测八和X2的干涉信号的相位差变化2 时参考角锥棱镜移动的位移AL，即为波长^和X2形成的合成波长值X s/2;然后，直线位移工作台不动，通过压电陶瓷驱动器调制测量角锥棱镜在Al = 0.5 Pm范围内往返运动，先将石英真空腔抽成真空，测得波长X i和X 2的干涉信号相位差为A扔，接着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，再测得此时波长^和X2的干涉信号相位差为Mh ;最后根据石英真空腔长度L、合成波长\ s和波长X i和X 2的干涉信号的相位差变化量A炉=A奶_ A约与空气折射率n的关系，得到空气折射率为:
2.根据权利要求1所述方法的一种调制式激光干涉空气折射率测量装置，其特征在于:包括双频激光器(I)，分光镜(2)，参考角锥棱镜(3)，直线位移工作台(4)，石英真空腔(5)，测量角锥棱镜￠)，压电陶瓷驱动器(7)，偏振分光镜(8)，第一探测器(9)和第二探测器(10);双频激光器⑴输出波长为^和\ 2的正交线偏振光射向由分光镜(2)、参考角锥棱镜(3)和测量角锥棱镜(6)组成的迈克尔逊干涉仪，形成各自的干涉信号，再经分光镜(2)、偏振分光镜(8)分光后，分别由第一探测器(9)和第二探测器(10)接收，第一探测器(9)和第二探测器(10)接收的信号分别经相位差测量模块对两路干涉信号的相位差进行检测后，送计算机显示，在分光镜(2)和测量角锥棱镜(6)之间的测量光路中还置有石英真空腔(5)，参考角锥棱镜(3)固定在直线位移工作台上(4)，测量角锥棱镜(6)固定在压电陶瓷驱动器(7)上。
全文摘要
本发明公开了一种调制式激光干涉空气折射率测量方法及装置。双频激光器输出波长为和的正交线偏振光，射向由分光镜、参考角锥棱镜和测量角锥棱镜构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，由两个探测器接收；石英真空腔放置在测量光路中与光线传播方向平行，通过移动参考角锥棱镜检测和的干涉信号的相位差变化2π测得合成波长，通过移动压电陶瓷驱动器调制测量角锥棱镜运动，测得石英真空腔被抽成真空和通入空气时和干涉信号的相位差和，根据真空腔长度、合成波长和相位差变化量，可测得空气折射率n。本发明测量精度达到10-9以上，抗环境干扰能力强等优点，可应用于精密测量和激光干涉仪等技术领域。
文档编号G01N21/45GK103076304SQ20131000416
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月5日 优先权日2013年1月5日
发明者严利平, 陈本永, 刘燕娜, 董文钧 申请人:浙江理工大学