激光合成波长干涉测量空气折射率波动的方法

摘要

本发明公开了一种激光合成波长干涉测量空气折射率波动的方法。在由双频激光器、分光镜、两个偏振分光镜、参考角锥棱镜和测量角锥棱镜构成的激光合成波长干涉仪中，固定干涉仪的测量角锥棱镜，则测量臂的第一偏振分光镜和测量角锥棱镜之间的光路构成了空气折射率波动传感腔；该腔内空气折射率的波动引起的干涉仪测量臂的光程变化等效为一个微小的被测位移，通过激光合成波长干涉位移测量原理，将该微小被测位移的测量转换成参考角锥棱镜移动位移（毫米或微米级）的测量，从而实现了对空气折射率波动的高精度检测。本发明空气折射率波动的测量精度达到10^-11，可应用于空气折射率和精密长度测量等技术领域。

主权项

1.一种激光合成波长干涉测量空气折射率波动的方法，其特征在于，该方法的步骤如下：1）双频激光器输出波长为λ₁和λ₂的正交线偏振光，射向由分光镜，第一偏振分光镜，参考角锥棱镜，测量角锥棱镜和第二偏振分光镜构成的激光合成波长干涉仪；2）当激光合成波长干涉仪的参考角锥棱镜移动时，波长λ₁和λ₂的干涉信号分别由第一探测器和第二探测器接收，由数字信号处理器测量这两路干涉信号之间的相位差；3）固定激光合成波长干涉仪的测量角锥棱镜，第一偏振分光镜和测量角锥棱镜之间的测量臂光路构成了长度为L的空气折射率波动传感腔；4）开始测量空气折射率之前，移动参考角锥棱镜使波长λ₁和λ₂的干涉信号相位差为0；5）当传感腔内的空气折射率变化波动Δn_air时，引起激光合成波长干涉仪测量臂光路变化一个等效的被测位移Δl_equva＝Δn_air·L，导致波长λ₁和λ₂的干涉信号相位差发生变化；6）再次移动参考角锥棱镜使波长λ₁和λ₂干涉信号相位差为0，记录参考角锥棱镜移动的位移ΔL；7）根据激光合成波长干涉位移测量原理：Δl、ΔL分别为测量角锥棱镜和参考角锥棱镜的位移，将空气折射率波动引起的等效被测位移Δl_equva、参考角锥棱镜移动位移ΔL代入该公式，得到空气折射率波动为：$\Delta n_{\mathrm{air}}=\frac{1}{L}·\frac{{\lambda }_2}{{\lambda }_S}·\mathrm{\Delta L}$式中：λ_S为λ₁和λ₂形成的合成波长，且λ_S＝λ₁λ₂/|λ₁-λ₂|。