原始数据，如图4所示。
[0038]第三步，对待测信号进行方波调制，设置光学斩波器的频率为65Hz，如式（1)所示； 并利用正交的两路信号来解调待测信号，如式(3)和式(4);根据多通道交叉调制的原理，调 制信号与待测信号通过相敏感器相互作用，如式(5)和式(6);其输出经过低通滤波器之后， 大部分高频信号被去除，如式(7)和式(8);两路解调信号经过矢量加法器，输出信号lU t，如 式(9)。
[0039] Sig(t) =Vr · Sq( ω t) (1)
[0040] 式中，Sig(t)表示待测信号，Vr表示待测信号的幅值，Sq( cot)表示方波调制函数， ω表示角频率。根据傅立叶级数，将公式(1)展开为如下表达式：
[0041 ]
(2)
[0042] Refi(t) =ViC〇s( ω t+θ) (3)
[0043] Ref2(t) =Visin( ω t+θ) (4)
[0044] 式中，RefKt)表示调制信号l;Ref2(t)表示调制信号2,它与调制信号1有90°相位 差;1表示调制信号的幅值，Θ表示调制信号的偏置相位角；
[0050] 式中，化^⑴表示待测信号与调制信号1进行调制的结果，％_(0表示待测信 号与调制信号2进行调制的结果，Τ表示积分时间，1]_表示待测信号的幅值。
[0051] 第四步，参考步骤三，可以准确获取反射光信号Ir和入射光信号Ιιη，进行相关数据 拟合，便可得到薄壁封闭玻璃腔室光学参数(物理壁厚、折射率），如式(10)所示：
[0052]
[0053]式中，λ表不激光器的波长;η表不待测样品的折射率;d表不待测样品的物理厚度； α表不激光的入射角;β表不激光的出射角;Ro表不测量样品表面的反射率;Iin表不入射激光 的光强；Ir表不反射激光的光强；It表不透射激光的光强。
[0054]以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中 的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这 些等同变换均属于本发明的保护范围。
[0055]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛 盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可 能的组合方式不再另行说明。
【主权项】
1. 一种薄壁封闭玻璃腔室光学参数的检测系统，包括：用于产生输入光的光源，用于信 号调制解调的锁相放大器、光学斩波器和光电探测器，用于光路调节的元器件分光片、透 镜、光阑，以及计算机； 光源产生激光进入主光路，经两个透镜调节光斑尺寸，再经光阑整形光斑、控制光强； 输入光经过分光片后形成参考光路和测量光路，测量光路的激光经过腔室的表面，反射到 光电探测器中，其输出信号经锁相放大器调制后，连接计算机;参考光路的激光直接由光电 探测器检测，其输出信号经另一锁相放大器调制后，连接计算机。2. -种薄壁封闭玻璃腔室光学参数的检测方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 对实验所用激光器进行标定； 2) 改变激光器的控制温度调节激光的频率，并通过相关实验设备记录原始数据，包括 测量信号的幅值和频率、参考信号的幅值和频率； 3) 对待测信号进行方波调制，设置光学斩波器的频率，如式（1);并利用正交的两路信 号来解调待测信号，如式(3)和式(4);根据多通道交叉调制的原理，调制信号与待测信号通 过相敏感器相互作用，如式(5)和式(6);其输出经过低通滤波器之后，大部分高频信号被去 除，如式⑴和式(8);两路解调信号经过矢量加法器，输出信号U? t，如式(9); Sig(t)=Vr · Sq( ω?) (1) 式中，Sig(t)表示待测信号，Vr表示待测信号的幅值，Sq( cot)表示方波调制函数，ω表 示角频率； Refi(t) = Vicos( ω t+θ) (3) Ref2(t) =Visin( ω t+θ) (4) 式中，RefKt)表示调制信号l，Ref2(t)表示调制信号2,它与调制信号1有90°相位差，Vi 表示调制信号的幅值，Θ表示调制信号的偏置相位角； 1 !C4V ^ 1 ^-sin[(2// - \)ω?}· V. cos[w(/ -τ) + θ]? (5 ) J π- "^2n-l 1 ''(.4 V * i A,,, ,'v,'⑴=τ? Σ：^5?η[(2 計 i) _ _]哥 sin[? ·(卜 - T J0 π 2n -\ (6) 1 2 · V. V (r) = lim - I --·sin(w/) V. cos[oj(/ - r) ^ θ]? ^i~~-sin^ ( n) T \ π π 1 >4Κ 2 ?.? - 片 ν,ρ (r) = ^- * sin(iyr) · ?η[ω-(β-r) + Θ](Η ^1~~L·cc)sΘ (：8) ' r，.TJQ π π i 2. F * V 、 ? . ν，. V 、 ：2H U0Ht=M 1 rsin^r + (~ J J cos^r = 1 r (9) V π: .7t K- 式中，表示待测信号与调制信号i进行调制的结表示待测信号 与调制信号2进行调制的结果，Τ表示积分时间，1]_表示待测信号的幅值； 4) 参考步骤3,获取反射光信号和入射光信号，进行相关数据拟合，得到薄壁封闭玻璃 腔室光学参数，即壁厚和折射率，具体如式(10)所示： Ιη Λ If , (1 -Rj- i二1--L=l------ ( 10) / / . _ η, , ,2π , 2nd " , . , , * ^ 1-2/?0 *cosf * ( - 2d tan β sin a)) + R{: λ cc)s./? 式中，Iin表不入射激光的光强，Ir表不反射激光的光强，It表不透射激光的光强，Ro表不 测量样品表面的反射率，λ表示激光器的波长，η表示待测样品的折射率，d表示待测样品的 物理厚度，a表示激光的入射角，β表示激光的出射角。
【专利摘要】本发明公开了一种薄壁封闭玻璃腔室光学参数的检测系统，包括光源、锁相放大器、光学斩波器、光电探测器、分光片、透镜、光阑和计算机；光源产生激光进入主光路，经两个透镜调节光斑尺寸，再经光阑整形光斑、控制光强；输入光经分光片形成参考光路和测量光路，测量光路的激光经过腔室的表面，反射到光电探测器中，其输出信号经锁相放大器调制，连接计算机；参考光路的激光直接由光电探测器检测，其输出信号经另一锁相放大器调制，连接计算机。本发明还提出一种与之相应的检测方法。本发明解决了薄壁封闭玻璃腔室光学参数(物理壁厚、折射率)无损检测的问题，为超高灵敏惯性与磁场测量装置后续的深入研究提供了基础。
【IPC分类】G01B11/06, G01N21/41
【公开号】CN105466887
【申请号】CN201510824142
【发明人】陈熙源, 邹升, 张红
【申请人】东南大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月24日