一種空氣折射率測量系統(tǒng)及其測量方法技術(shù)方案

一種空氣折射率測量系統(tǒng)及其測量方法，主要基于光頻梳和F-P腔技術(shù)。從光頻梳發(fā)出兩個相鄰的飛秒脈沖，調(diào)整光頻梳的重復(fù)頻率，可使走過不同光程的兩脈沖產(chǎn)生相干疊加；通過精確控制F-P腔的腔長變化，可以得到在不同位置處的光頻梳重復(fù)頻率的變化量，從而計算當(dāng)前的空氣折射率，具有系統(tǒng)簡單，使用方便的優(yōu)點(diǎn)，另外，系統(tǒng)對外界震動、溫度和氣流等環(huán)境因素的變化有較強(qiáng)的抗干擾能力。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于激光測量
，具體涉及一種空氣折射率測量系統(tǒng)及其測量方法。
技術(shù)介紹
空氣折射率是干涉測量、光學(xué)設(shè)計領(lǐng)域重要的參數(shù)。在非真空環(huán)境中進(jìn)行高精度的激光干涉測量以及光學(xué)設(shè)計時，必須要考慮空氣折射率的影響。傳統(tǒng)的折射率測量方法包括Edlen公式法、真空腔干涉測量法。1965年，Edlen利用大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出經(jīng)驗(yàn)公式，即Edlen公式——空氣折射率與氣壓、溫度、濕度和二氧化碳含量有關(guān)。由于大氣條件不斷變化，即使后來人們多次修正Edlen公式也很難保證較高的測量精度，而且這種方法測量精度依賴于氣壓、溫度、濕度以及二氧化碳濃度的測量。真空腔干涉測量法使用較為廣泛，其基本原理是設(shè)置真空光路作為參考光路，空氣光路為測量光路，獲得包含有空氣折射率信息的干涉信號。通過對信號的分析處理，可獲得空氣折射率。但是這種方法由于引入真空腔導(dǎo)致測量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大且操作復(fù)雜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本專利技術(shù)的目的在于提供一種空氣折射率測量系統(tǒng)及其測量方法，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)簡單，使用方便的優(yōu)點(diǎn)，另外對外界震動和溫度氣流等環(huán)境因素的變化有較強(qiáng)的抗干擾能力。為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：一種空氣折射率測量系統(tǒng)，包括光頻梳3，光頻梳3的出射光路上設(shè)置有反射鏡4，反射鏡4的反射鏡面面對著光頻梳3的出射光路，在反射鏡4的出射光路上依次設(shè)置有第一分束鏡5和第二分束鏡8，第一分束鏡5和第二分束鏡8的分束鏡面面對著反射鏡4的出射光路，第一分束鏡5的一路分束光方向同反射鏡4的出射光路方向一致而第一分束鏡5的另一路分束光方向同反射鏡4的出射光路方向相垂直，所述的第一分束鏡5的另一路分束光方向上設(shè)置有第一光電探測器6，第一光電探測器6的光電探測頭面對該第一分束鏡5的另一路分束光方向，第一光電探測器6同計數(shù)器7相通信連接，而計數(shù)器7同計算機(jī)14相通信連接，計算機(jī)14還接入有第二光電探測器11，第二光電探測器11的光電探測頭面對第二分束鏡8的同反射鏡4的出射光路方向相垂直的一路分束光方向的逆方向，而該第二分束鏡8的同反射鏡4的出射光路方向相垂直的一路分束光方向上依次平行相對設(shè)置有能透射光的第一平行平板9和第二平行平板10，第一平行平板9和第二平行平板10組成F-P腔，第一平行平板9和第二平行平板10的法線方向同第二分束鏡8的同反射鏡4的出射光路方向相垂直的一路分束光方向相一致，第一平行平板9和第二平行平板10相對的表面上鍍有高反膜，第二平行平板10的外表面上設(shè)置有同驅(qū)動電源13相電連接且能推動第二平行平板10沿第二平行平板10的法線方向做一維運(yùn)動的壓電陶瓷12。所述的空氣折射率測量系統(tǒng)的測量方法，首先光頻梳3發(fā)出重復(fù)頻率為fp的飛秒脈沖激光，則依次相鄰的第一飛秒脈沖1和第二飛秒脈沖2的時間間隔為1/fp，第一飛秒脈沖1經(jīng)過第一分束鏡5分光，第一飛秒脈沖1經(jīng)由所述的第一分束鏡5的另一路分束光進(jìn)入第一光電探測器6，同時將獲取的光信號轉(zhuǎn)換成電信號并發(fā)送到計數(shù)器7進(jìn)行計數(shù)，第一飛秒脈沖1經(jīng)由第一分束鏡5的同反射鏡4的出射光路方向一致的一路分束光入射第二分束鏡8，經(jīng)由第二分束鏡8分光后，第二分束鏡8的同反射鏡4的出射光路方向相垂直的一路分束光透射第一平行平板9和第二平行平板10組成的F-P腔，經(jīng)過兩次往返后從第一平行平板9透射到達(dá)第二分束鏡8，而第二飛秒脈沖2經(jīng)過第一分束鏡5分光，第二飛秒脈沖2經(jīng)由所述的第一分束鏡5的另一路分束光進(jìn)入第一光電探測器6，同時第一光電探測器6將獲取的光信號轉(zhuǎn)換成電信號并發(fā)送到計數(shù)器7進(jìn)行計數(shù)，第二飛秒脈沖2經(jīng)由第一分束鏡5的同反射鏡4的出射光路方向一致的一路分束光入射第二分束鏡8，經(jīng)由第二分束鏡8分光后，第二飛秒脈沖2經(jīng)由第二分束鏡8的同反射鏡4的出射光路方向相垂直的一路分束光被第一平行平板9的內(nèi)表面反射到達(dá)第二分束鏡8，這樣第一飛秒脈沖1和第二飛秒脈沖2在第二分束鏡8內(nèi)疊加相干后透射至第二光電探測器11接收，計算機(jī)14接收到從計數(shù)器7發(fā)送來的計數(shù)信號、第二光電探測器11的電信號，此時調(diào)整光頻梳3的重復(fù)頻率，直到使得第一飛秒脈沖1和第二飛秒脈沖2在第二分束鏡8內(nèi)完全疊加相干，這時第一平行平板9和第二平行平板10之間的距離為L而光頻梳的重復(fù)頻率為fp1，啟動驅(qū)動電源13驅(qū)動壓電陶瓷12，壓電陶瓷12推動第二平行平板10沿第二平行平板10的法線方向做一維運(yùn)動移動距離ΔL，使得第一平行平板9和第二平行平板10之間的距離為L+ΔL，此時繼續(xù)調(diào)整光頻梳3的重復(fù)頻率，直到使得第一飛秒脈沖1和第二飛秒脈沖2在第二分束鏡8內(nèi)完全疊加相干，此時光頻梳的重復(fù)頻率為fp2，然后計算機(jī)14利用公式來實(shí)現(xiàn)對空氣折射率ng的計算，其中c表示光在真空中的速度。本專利技術(shù)與傳統(tǒng)的真空腔干涉法相比，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)中沒有真空腔，所以系統(tǒng)簡單，使用方便；使用準(zhǔn)共路系統(tǒng)，對外界震動和溫度氣流等環(huán)境因素的變化有較強(qiáng)的抗干擾能力。附圖說明附圖是本專利技術(shù)的工作原理結(jié)構(gòu)示意圖，第一平行平板和第二平行平板之上的虛線部分上的波折箭頭表示第一飛秒脈沖和第二飛秒脈沖的光路。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作更詳細(xì)的說明。如附圖所示，空氣折射率測量系統(tǒng)，包括光頻梳3，光頻梳3的出射光路上設(shè)置有反射鏡4，反射鏡4的反射鏡面面對著光頻梳3的出射光路，在反射鏡4的出射光路上依次設(shè)置有第一分束鏡5和第二分束鏡8，第一分束鏡5和第二分束鏡8的分束鏡面面對著反射鏡4的出射光路，第一分束鏡5的一路分束光方向同反射鏡4的出射光路方向一致而第一分束鏡5的另一路分束光方向同反射鏡4的出射光路方向相垂直，所述的第一分束鏡5的另一路分束光方向上設(shè)置有第一光電探測器6，第一光電探測器6的光電探測頭面對該第一分束鏡5的另一路分束光方向，第一光電探測器6同計數(shù)器7相通信連接，而計數(shù)器7同計算機(jī)14相通信連接，計算機(jī)14還接入有第二光電探測器11，第二光電探測器11的光電探測頭面對第二分束鏡8的同反射鏡4的出射光路方向相垂直的一路分束光方向的逆方向，而該第二分束鏡8的同反射鏡4的出射光路方向相垂直的一路分束光方向上依次平行相對設(shè)置有能透射光的第一平行平板9和第二平行平板10，第一平行平板9和第二平行平板10組成F-P腔，第一平行平板9和第二平行平板10的法線方向同第二分束鏡8的同反射鏡4的出射光路方向相垂直的一路分束光方向相一致，第一平行平板9和第二平行平板10相對的表面上鍍有高反膜，第二平行平板10的外本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．一種空氣折射率測量系統(tǒng)，包括光頻梳（３），其特征在于：光頻梳（３）的出射光路上設(shè)置有反射鏡（４），反射鏡（４）的反射鏡面面對著光頻梳（３）的出射光路，在反射鏡（４）的出射光路上依次設(shè)置有第一分束鏡（５）和第二分束鏡（８），第一分束鏡（５）和第二分束鏡（８）的分束鏡面面對著反射鏡（４）的出射光路，第一分束鏡（５）的一路分束光方向同反射鏡（４）的出射光路方向一致而第一分束鏡（５）的另一路分束光方向同反射鏡（４）的出射光路方向相垂直，所述的第一分束鏡（５）的另一路分束光方向上設(shè)置有第一光電探測器（６），第一光電探測器（６）的光電探測頭面對該第一分束鏡（５）的另一路分束光方向，第一光電探測器（６）同計數(shù)器（７）相通信連接，而計數(shù)器（７）同計算機(jī)（１４）相通信連接，計算機(jī)（１４）還接入有第二光電探測器（１１），第二光電探測器（１１）的光電探測頭面對第二分束鏡（８）的同反射鏡（４）的出射光路方向相垂直的一路分束光方向的逆方向，而該第二分束鏡（８）的同反射鏡（４）的出射光路方向相垂直的一路分束光方向上依次平行相對設(shè)置有能透射光的第一平行平板（９）和第二平行平板（１０），第一平行平板（９）和第二平行平板（１０）組成Ｆ－Ｐ腔，第一平行平板（９）和第二平行平板（１０）的法線方向同第二分束鏡（８）的同反射鏡（４）的出射光路方向相垂直的一路分束光方向相一致，第一平行平板（９）和第二平行平板（１０）相對的表面上鍍有高反膜，第二平行平板（１０）的外表面上設(shè)置有同驅(qū)動電源（１３）相電連接且能推動第二平行平板（１０）沿第二平行平板（１０）的法線方向做一維運(yùn)動的壓電陶瓷（１２）。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種空氣折射率測量系統(tǒng)，包括光頻梳(3)，其特征在于：光頻梳(3)
的出射光路上設(shè)置有反射鏡(4)，反射鏡(4)的反射鏡面面對著光頻梳(3)
的出射光路，在反射鏡(4)的出射光路上依次設(shè)置有第一分束鏡(5)和第二
分束鏡(8)，第一分束鏡(5)和第二分束鏡(8)的分束鏡面面對著反射鏡(4)
的出射光路，第一分束鏡(5)的一路分束光方向同反射鏡(4)的出射光路方
向一致而第一分束鏡(5)的另一路分束光方向同反射鏡(4)的出射光路方向
相垂直，所述的第一分束鏡(5)的另一路分束光方向上設(shè)置有第一光電探測器
(6)，第一光電探測器(6)的光電探測頭面對該第一分束鏡(5)的另一路分
束光方向，第一光電探測器(6)同計數(shù)器(7)相通信連接，而計數(shù)器(7)同
計算機(jī)(14)相通信連接，計算機(jī)(14)還接入有第二光電探測器(11)，第二
光電探測器(11)的光電探測頭面對第二分束鏡(8)的同反射鏡(4)的出射
光路方向相垂直的一路分束光方向的逆方向，而該第二分束鏡(8)的同反射鏡
(4)的出射光路方向相垂直的一路分束光方向上依次平行相對設(shè)置有能透射光
的第一平行平板(9)和第二平行平板(10)，第一平行平板(9)和第二平行平
板(10)組成F-P腔，第一平行平板(9)和第二平行平板(10)的法線方向同
第二分束鏡(8)的同反射鏡(4)的出射光路方向相垂直的一路分束光方向相
一致，第一平行平板(9)和第二平行平板(10)相對的表面上鍍有高反膜，第
二平行平板(10)的外表面上設(shè)置有同驅(qū)動電源(13)相電連接且能推動第二
平行平板(10)沿第二平行平板(10)的法線方向做一維運(yùn)動的壓電陶瓷(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣折射率測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于：
首先光頻梳(3)發(fā)出重復(fù)頻率為fp的飛秒脈沖激光，則依次相鄰的第一飛秒脈
沖(1)和第二飛秒脈沖(2)的時間間隔為1/fp，第一飛秒脈沖(1)經(jīng)過第一


分束鏡(5)分光，第一飛秒脈沖(1)經(jīng)由所述的第一分束鏡(5)的另一路分
束光進(jìn)入第一光電探測器(6)，光電探測器(6)將...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃沛，張繼濤，李巖，
申請(專利權(quán))人：清華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：11