[其他]空氣折射率測(cè)量裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 101986000007252
• 申請(qǐng)日: 1986-10-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN86107252B
• 公開(kāi)（公告）日: 1988-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯文玫;裘惠孚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京機(jī)械工業(yè)管理學(xué)院分部
• 代理公司: 冶金專利事務(wù)所
• 代理人: 吳甘棠;侯文泰

一個(gè)由塞曼雙頻激光比相干涉儀和真空腔組成的空氣折射率測(cè)量裝置，真空腔內(nèi)外分別構(gòu)成干涉儀的兩個(gè)光臂。真空腔有傾斜的端面，并可垂直于光線橫向移動(dòng)。可以進(jìn)行高精度空氣折射率測(cè)量。

本發(fā)明是一個(gè)用交流比相儀直接測(cè)定空氣折射率的裝置。

常用的獲得空氣折射率的方法是根據(jù)BENGT EDLEN1966年在METROLOGIA VO1.2No.2發(fā)表的公式

(n-1)tp=p(n-1)_s/720.775×1+p(0.01)-0.0133t)×10^-6/1+0.0036100t

（n-1）_s是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣折射率。測(cè)量實(shí)際的大氣壓力p，空氣溫度t后，則可以計(jì)算出實(shí)際空氣折射率（n-1）tp，還可以再引入空氣濕度的修正使計(jì)算更精確。但限于溫度、壓力測(cè)量的精度，在美國(guó)HP公司5526A雙頻激光干涉儀中，僅這兩項(xiàng)測(cè)量引起空氣折射率的誤差已達(dá)△n＝±3×10^-7。還沒(méi)考慮由于空氣成分與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)偏離所引起的誤差。因而直接測(cè)量空氣折射率對(duì)于精密干涉計(jì)量是十分必要的。

已有的直接測(cè)定空氣折射率方法采用的是干涉儀的方式。光源發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)分光后通過(guò)兩個(gè)光路，一路經(jīng)過(guò)一個(gè)真空腔，另一路經(jīng)過(guò)待測(cè)的空氣，從這兩個(gè)光臂通過(guò)的兩路光再會(huì)合產(chǎn)生干涉效應(yīng)，測(cè)量干涉效應(yīng)可以得到兩個(gè)光路的光程差，而光程差決定于兩個(gè)光路的幾何尺寸及折射率，對(duì)于已知的幾何尺寸，則可得到折射率。國(guó)際計(jì)量局在1966年METROLOGIA上發(fā)表的用真空腔小數(shù)重合法，是用幾個(gè)單色光源，尺寸為一米以上的真空腔，用比較干涉條紋的分?jǐn)?shù)進(jìn)行測(cè)量的。1979年在中國(guó)計(jì)量學(xué)會(huì)幾何量專業(yè)委員會(huì)年會(huì)上發(fā)表的雷日干涉儀是用類似方法測(cè)量的。

這兩種方法可以得到比較高的精度，但測(cè)試儀器很笨大，只能固定在實(shí)驗(yàn)室用。

清華大學(xué)在他們發(fā)表的報(bào)告中采用在真空腔抽氣過(guò)程中記錄干涉條紋移動(dòng)的數(shù)目的方法，測(cè)試精度為dn/n＝±2×10^-7。設(shè)備要包括由真空的設(shè)備，真空腔也很長(zhǎng)。西德的F·LEBO WSKY在81年4月91卷PTB-MITTEILUNG上發(fā)表的文章中設(shè)想，用雙縱模得到的雙頻激光作光源，將其中的一部分分出作參考信號(hào)，另一部分的光又分為兩支不同頻率的光，分別通過(guò)一個(gè)兩端面平行的真空腔內(nèi)外，在端面被反射會(huì)合后作為測(cè)量信號(hào)與參考信號(hào)一起送進(jìn)比相計(jì)比相，可以求出真空腔內(nèi)外的光路差，從而得到空氣折射率。按照構(gòu)想應(yīng)可達(dá)到1×10^-8的精度。這是基本兩支光路完全對(duì)稱而構(gòu)出的。在實(shí)際上根本作不到所要求的加工和調(diào)整精度。這在發(fā)明人的實(shí)踐中已經(jīng)證明了。

本發(fā)明的任務(wù)是獲得一種比較簡(jiǎn)單而精度高的測(cè)量空氣折射率的裝置。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一束雙頻激光，通過(guò)λ/4波片變成兩個(gè)相互正交的線偏振光。經(jīng)過(guò)普通分光鏡分為兩束，一束作為參考信號(hào)，另一束經(jīng)過(guò)偏振分光鏡被分成兩支各含一種頻率的相互正交的線偏振光，這兩支光分別通過(guò)一個(gè)楔形真空腔的內(nèi)外，這個(gè)真空腔的一個(gè)或兩個(gè)端面與真空腔軸線，也就是入射光線的方向相傾斜，真空腔可以沿垂直于激光的X方向，也就是楔角θ的角平分線的方向精密移動(dòng)，這兩支分別通過(guò)真空腔內(nèi)外的正交線偏振光走過(guò)了相同的幾何路程，然而由于空氣與真空的不同，它們走過(guò)的光程是不同的，會(huì)合以后成為干涉測(cè)量信號(hào)。將測(cè)量信號(hào)與參考信號(hào)比相，可以得到真空腔內(nèi)外兩個(gè)光路的光程差，從而求出空氣與真空的折射系數(shù)差△n，△n＝n-1，n為空氣折射率。