详情

原文传递一种高精度激光调制干涉空气折射率绝对测量装置及方法

专利名称：	一种高精度激光调制干涉空气折射率绝对测量装置及方法
摘要：	本发明公开了一种高精度激光调制干涉空气折射率绝对测量装置及方法。单频激光器输出的激光经光隔离和正弦相位调制后，由侧向位移分光镜分成两平行光束，射向正弦相位调制干涉仪获得测量和补偿干涉信号，由两个探测器接收；长度可变真空腔放置在正弦相位调制干涉仪的测量光路中与光线传播方向平行，两平行光束分别经过真空腔内部真空光路和外部空气光路；测量时，直线位移工作台带动运动透光窗移动距离，实时计算两路干涉信号相位变化量，求出空气折射率。本发明测量精度高，抗环境干扰能力强，可广泛应用于激光干涉精密测量技术领域。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	浙江理工大学
发明人：	严利平;陈本永;杨晔
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-29T00:00:00+0800
申请号：	CN201910661278.6
公开号：	CN110389112A
代理机构：	杭州求是专利事务所有限公司
代理人：	林超
分类号：	G01N21/45(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	310018 浙江省杭州市江干经济开发区2号大街928号
主权项：	1.一种高精度激光调制干涉空气折射率绝对测量装置，包括主要由偏振分光镜(5)、第一四分之一玻片(6)、第一角锥棱镜(7)、第二四分之一玻片(8)、第二角锥棱镜(11)和偏振片(12)组成的正弦相位调制干涉仪，其特征在于：包括单频激光器(1)、光隔离器(2)、电光相位调制器(3)、侧向位移分光镜(4)、长度可变真空腔(9)、直线位移工作台(10)、第一探测器(13)、第二探测器(14)和PGC相位解调模块(15)；在正弦相位调制干涉仪中的偏振分光镜(5)的输入端处布置有单频激光器(1)、光隔离器(2)、电光相位调制器(3)和侧向位移分光镜(4)，在正弦相位调制干涉仪中的第二四分之一玻片(8)和第二角锥棱镜(11)之间放置有长度可变真空腔(9)，在正弦相位调制干涉仪中的偏振片(12)输出端处布置有第一探测器(13)和第二探测器(14)，第一探测器(13)和第二探测器(14)均连接到PGC相位解调模块(15)；所述的长度可变真空腔(9)主要由固定透光窗(901)、可伸缩波纹管(902)和运动透光窗(903)构成，固定透光窗(901)和运动透光窗(903)之间连接通过可伸缩波纹管(902)密封连接，形成的内腔为真空腔，固定透光窗(901)保持固定，运动透光窗(903)安装在直线位移工作台(10)上，直线位移工作台(10)带动运动透光窗(903)水平移动改变长度可变真空腔(9)的长度，水平移动方向平行于经过长度可变真空腔(9)的光轴方向。 2.根据权利要求1所述的一种高精度激光调制干涉空气折射率绝对测量装置，其特征在于：单频激光器(1)输出激光，激光经过光隔离器(2)后变成45°线偏振光，45°线偏振光再经电光相位调制器(3)进行正弦相位调制后入射到侧向位移分光镜(4)分束，侧向位移分光镜(4)输出两束平行光束，两束平行光束入射到包含有长度可变真空腔(9)的正弦相位调制干涉仪，经正弦相位调制干涉仪输出到第一探测器(13)和第二探测器(14)获得补偿干涉信号和测量干涉信号，测量干涉信号和补偿干涉信号发送到PGC相位解调模块(15)处理计算获得空气折射率结果。 3.根据权利要求1所述的一种高精度激光调制干涉空气折射率绝对测量装置，其特征在于：两束平行光束入射到正弦相位调制干涉仪输出测量干涉信号和补偿干涉信号，具体为：平行光束入射到偏振分光镜(5)发生透射和反射，偏振分光镜(5)的透射光依次经第二四分之一玻片(8)、长度可变真空腔(9)的固定透光窗(901)和运动透光窗(903)后入射到第二角锥棱镜(11)发生反射，第二角锥棱镜(11)的反射光逆反回到偏振分光镜(5)，再经偏振分光镜(5)反射、偏振片(12)透射后入射到探测器(13、14)；偏振分光镜(5)的反射光依次经第一四分之一玻片(6)后入射到第一角锥棱镜(7)原路折返回到第一四分之一玻片(6)，经第一四分之一玻片(6)再次透射后返回到偏振分光镜(5)，再经偏振分光镜(5)透射、偏振片(12)透射后入射到探测器(13、14)，分别获得补偿干涉信号和测量干涉信号。 4.一种高精度激光调制干涉空气折射率绝对测量方法，其特征在于：方法包括如下步骤： 1)单频激光器(1)输出的激光经光隔离和正弦相位调制后，由侧向位移分光镜(4)分成两束平行光束①和②，射向由一个偏振分光镜(5)、两个四分之一玻片(6、8)、两个角锥棱镜(7)、(11)和一个偏振片(12)组成的正弦相位调制干涉仪，分别形成获得测量干涉信号和补偿干涉信号的两路干涉信号，由两个探测器(13、14)接收，并由PGC相位解调模块(15)根据接收的信号解算出相位，在正弦相位调制干涉仪中放置一个与光线传播方向平行的长度可变的长度可变真空腔(9)，长度可变真空腔(9)的运动透光窗(903)安装在直线位移工作台(10)上，由直线位移工作台(10)带动运动透光窗(903)沿平行光线传播方向移动实现长度变化； 2)空气折射率测量开始之前，保持直线位移工作台(10)固定，PGC相位解调模块(15)算得测量干涉信号和补偿干涉信号的相位分别为和作为初始相位； 3)直线位移工作台(10)带动真空腔的运动透光窗(903)移动固定距离Lv，在此过程中PGC相位解调模块实时获得两路干涉信号的相位变化，并获得测量干涉信号相位变化2π的整周期数N，运动透光窗(903)停止时获得测量干涉信号和补偿干涉信号的相位分别为和 4)根据透光窗的移动距离Lv以及测量和补偿干涉信号的相位变化量，得到待测空气折射率为na为：式中：和分别为运动透光窗(903)移动前后获得的测量干涉信号的相位差和补偿干涉信号的相位差，ng为运动透光窗(903)的玻璃折射率，D为运动透光窗(903)的厚度，H为激光光束的光轴与运动透光窗(903)底部之间的垂直距离。
所属类别：	发明专利