[发明专利]三真空管气体折射率测量仪

说明书

技术领域

本发明属于气体折射率测量技术领域，特别适用于在光学精密测长、光学设计等技术领域中监测环境气体折射率。

背景技术

气体折射率是光学精密干涉测量、光学设计等领域中的重要参数。工作在空气环境中的仪器在设计以及数据处理时均需考虑空气折射率的影响。通常情况下空气折射率约为1.00027，且变化范围在10^-6，因此一般将空气折射率近似为1。但在高精度的长度测量时，这一项近似所引入的误差将不容忽视，为实现纳米甚至亚纳米的测量不确定度，需要将空气折射率值精确测量到万分之一、十万分之一，甚至是更高精度。其次，某些光学仪器需要在保护气体(例如氮气等惰性气体)的环境下工作，为了得到满足设计要求的成像效果，需要对保护气体的折射率进行精确测量。此外，在大气环境监测、温室气体效应监测中，也需要对大气折射率进行精确测量。

目前常见的气体折射率测量方法可分为两类：间接测量法和直接测量法。其中，间接测量法是在由Edlen于1966年推导得出的经验公式基础上发展而来，它通过测量环境的温度、湿度、压力和CO₂含量计算得到空气折射率。该方法的最大问题在于它只适用于空气折射率的测量，对于其他气体则完全不适用。直接测量法是根据折射率的定义对其进行直接测量。根据实现方法不同，又可细分为表面等离子波测量法、瑞利干涉仪法、抽/充气干涉测量法、梯形真空腔法、多波长干涉测量法和双真空室干涉测量法等。这些测量方法各有特点，同时也各自存在不足：要么测量准确度有限，要么测量时间过长，要么仪器加工困难，要么测量范围受限等。例如，清华大学殷纯永等人发明的双真空室双频测相空气折射率干涉仪(CN1095542C)，该仪器使用两根真空管，这就大大限制了仪器的测量范围，使得测量范围有限，只能测量3×10^-5范围内的空气折射率变化(例如，1.00024～1.00030)不适用于环境条件变化较为剧烈的场合，且仅适用于空气折射率的测量，不能测量除空气以外的其他气体。

发明内容

本发明提出的三真空管气体折射率测量仪，有效弥补了上述方法的不足，它的主要特点为：气体折射率的测量范围大、可测多种气体、测量速度快，测量准确度高等。

本发明提出了一种基于三真空管的气体折射率测量仪，该测量仪测量范围更大，可达4×10^-4，可满足不同场合下气体折射率的测量；另外，本发明不但可用于测量空气折射率，更可用于测量其他气体(如氮气，二氧化碳等)的折射率。另外，本发明还具有测量速度快、测量准确度高的优点。

本发明的目的在于提出一种新型的气体折射率测量方法和装置，有效解决现有方法的不足，该发明可对环境气体的折射率进行精确、实时监控，从而有望在光学精密测长、光学设计和大气监测中获得应用。

根据本发明的一个方面，提供了一种气体折射率测量仪，其特征在于包括：

平板分光镜，用于把来自一个正交偏振双频激光光源的光分成正交偏振的第一光束和第二光束，

气体池，用于容纳待测气体，

并行设置在所述气体池中的第一真空管、第二真空管、第三真空管，

角锥棱镜，用于反射所述第一光束和第二光束，其中所述第二光束比所述第一光速更靠近所述角锥棱镜的轴线。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的三真空管气体折射率测量仪的系统图。

图2是根据本发明的一个实施例的圆形玻璃板(31)和1/4波片的左视图。

图3是根据本发明的一个实施例的等效合成波长链构造过程示意图。

图4是根据本发明的一个实施例的利用等效合成波长链进行折射率测量的原理图。

图5是根据本发明的一个实施例的气体折射率测量的流程图。

具体实施方式