空氣折射率測量裝置的製作方法

2023-05-31 14:49:41 2

專利名稱:空氣折射率測量裝置的製作方法
本發明是一個用交流比相儀直接測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BENGT EDLEN 1966年在METROLOGIA VOl、2 NO.2發表的公式(n-1)tp= (p(n-1)s)/720.775 × (1+p(0.81)-0.0133t)×10-6)/(1+0.0036610t)(n-1)S是標準狀態下的空氣折射率。測量實際的大氣壓力p，空氣溫度t後，則可以計算出實際空氣折射率(n-1)tp，還可以再引入空氣溫度的修正使計算更精確。但限於溫度、壓力測量的精度，在美國HP公司5526A雙頻雷射幹涉儀中，僅這兩項測量引起空氣折射率的誤差已達△u＝±3×10-7。還沒考慮由於空氣成份與標準狀態偏離所引起的誤差。因而直接測量空氣折射率對於精密幹涉計量是十分必要的。
已有的直接測定空氣折射率方法採用的是幹涉儀的方式。光源發出的光束經過分光後通過兩個光路，一路經過一個真空腔，另一路經過待測的空氣，從這兩個光臂通過的兩路光再會合產生幹涉效應，測量幹涉效應可以得到兩個光路的光程差，而光程差決定於兩個光路的幾何尺寸及折射率，對於已知的幾何尺寸，則可得到折射率。國際計量局在1966年METROLOGIA上發表的用真空腔小數重合法，是用幾個單色光源，尺寸為一米以上的真空腔，用比較幹涉條紋的分數進行測量的。1979年在中國計量學會幾何量專業委員會年會上發表的雷日幹涉儀是用類似方法測量的。
這兩種方法可以得到比較高的精度，但測試儀器很笨大，只能固定在實驗室用。
清華大學在他們的未發表報告中採用在真空腔抽氣過程中記錄幹涉條紋移動的數目的方法，測試精度為△u＝±2×10-7。設備要包括抽真空的設備，真空腔也很長。西德的F.LEBO WSKY在81年4月91卷PTB-MITTEILUNG上發表的文章中設想，用雙縱模得到的雙頻雷射作光源，將其中的一部分分出作參比信號，另一個頻率的光又分為兩支，分別通過一個兩端面平行的真空腔內外，在端面被反射會合後作為測量信號與參比信號一起送進比相計比相，可以求出真空腔內外的光路差，從而得到空氣折射率。按照構想應可達到1×10-8的精度。這是基於兩支光路完全對稱而構出的。在實際上根本作不到所要求的加工和調整精度。這在發明人的實踐中已經證明了。
本發明的任務是獲得一種比較簡單而精度更高的測量空氣折射率的裝置。
本發明是這樣實現的一束雙頻雷射，通過λ/4波片變成兩個正交的線偏振光。經過分光鏡分成兩束，一束作為參考信號，另一束經過偏振分光鏡被分成為各含一種頻率的兩支相互正交的線偏振光，這兩束光分別通過一個真空腔的內外，這個真空腔的一個或兩個端面與入射光相傾斜，真空腔可以沿垂直於雷射的方向精密移動。兩個光束再會合成為測量信號，將測量信號與參考信號比相，得到真空腔內、外兩個光路的光程差，從而求出折射係數△n。
圖1是一個實施例。雷射器1在磁鐵2的作用下發生一束雙頻雷射，通過λ/4波片3變成兩個正交線偏振光，經過分光鏡4分成兩束，一束通過偏振片5作為參考信號進入比相計的參考信號輸入光電管6。另一束通過偏振分光鏡鏡7被分成各含一種頻率的兩路相互正交的線偏振光。一路通過真空腔9的內部到達反射鏡10被反射，又通過真空腔9的內部到達分光鏡7被反射至λ/4波片8。另一路光在分光鏡7上被反射通過真空腔9的兩端面，但不通過腔體內部，而是通過腔外到達反光鏡10被反射，又通過真空腔體外到達分光鏡7被反射至λ/4波片8，兩路光會合後通過λ/4波片8，再通過檢波片11，即作為測量信號通入比相計的測量信號輸入光電管12。移動真空腔使得真空腔內外的光程差變化4△nl，式中n為折射率，4l為真空腔變化的長度。l值可以由兩個端面的合傾斜角Q及真空腔的移動距離算出，通過參考信號與測量信號的比相可測出4△nl，從而得到△n值。
真空腔端面的傾斜受到全反射的限制;最大約為30°。使兩個斜面同時傾斜可以擴大折射率的測量範圍。採用對稱傾斜30°的設計，可以最有效的發揮這一特性。
反射鏡10脫離真空腔9固定在腔後，並且安放得使得兩次通過真空腔內外的光路成對稱。這樣可以使穩定性提高，也便於生產。
用這一裝置實際測量的空氣折射率精度為5×10-8，比已有裝置提高一個數量級，不但裝置簡單得多，而且給自動化測量開闢了途徑。
權利要求
1.一個測量空氣折射率的裝置，它由一個塞曼雙頻雷射幹涉儀和一個真空腔組成，幹涉儀的兩個光臂分別通過真空腔內外，其特徵在於a.真空腔9的一個端面與光線相傾斜。b.真空腔裝在可以使真空腔在垂直於光線方向精密移動的導軌上。
2.根據權利要求
1所述的裝置，其特徵在於兩個端面都相對於入射線成傾斜。
3.根據權利要求
1、2所述的裝置，其特徵在於兩個端面相對於入射線傾斜的角度分別為30°。
4.根據權利要求
1所述的裝置，其特徵在於反射鏡10固定於真空腔後，並安置得使通過真空腔內外的光線成對稱。
專利摘要
一個由塞曼雙頻雷射比相干涉儀和真空腔組成的空氣折射率測量裝置，真空腔內外分別構成幹涉儀的兩個光臂。真空腔有傾斜的端面，並可垂直於光線橫向移動。可以進行高精度空氣折射率測量。
文檔編號G01B9/02GK86107252SQ86107252
公開日1988年5月4日 申請日期1986年10月21日
發明者侯文玫, 裘惠孚 申請人:北京機械工業管理學院分部導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan