[其他]空气折射率测量装置

说明书

本发明是一个用交流比相仪直接测定空气折射率的装置。

常用的获得空气折射率的方法是根据BENGTEDLEN1966年在METROLOGIAVO1.2No.2发表的公式

(n-1)tp=p(n-1)_s/720.775×1+p(0.01)-0.0133t)×10^-6/1+0.0036100t

（n-1）_s是标准状态下的空气折射率。测量实际的大气压力p，空气温度t后，则可以计算出实际空气折射率（n-1）tp，还可以再引入空气湿度的修正使计算更精确。但限于温度、压力测量的精度，在美国HP公司5526A双频激光干涉仪中，仅这两项测量引起空气折射率的误差已达△n＝±3×10^-7。还没考虑由于空气成分与标准状态偏离所引起的误差。因而直接测量空气折射率对于精密干涉计量是十分必要的。

已有的直接测定空气折射率方法采用的是干涉仪的方式。光源发出的光束经过分光后通过两个光路，一路经过一个真空腔，另一路经过待测的空气，从这两个光臂通过的两路光再会合产生干涉效应，测量干涉效应可以得到两个光路的光程差，而光程差决定于两个光路的几何尺寸及折射率，对于已知的几何尺寸，则可得到折射率。国际计量局在1966年METROLOGIA上发表的用真空腔小数重合法，是用几个单色光源，尺寸为一米以上的真空腔，用比较干涉条纹的分数进行测量的。1979年在中国计量学会几何量专业委员会年会上发表的雷日干涉仪是用类似方法测量的。

这两种方法可以得到比较高的精度，但测试仪器很笨大，只能固定在实验室用。

清华大学在他们发表的报告中采用在真空腔抽气过程中记录干涉条纹移动的数目的方法，测试精度为dn/n＝±2×10^-7。设备要包括由真空的设备，真空腔也很长。西德的F·LEBOWSKY在81年4月91卷PTB-MITTEILUNG上发表的文章中设想，用双纵模得到的双频激光作光源，将其中的一部分分出作参考信号，另一部分的光又分为两支不同频率的光，分别通过一个两端面平行的真空腔内外，在端面被反射会合后作为测量信号与参考信号一起送进比相计比相，可以求出真空腔内外的光路差，从而得到空气折射率。按照构想应可达到1×10^-8的精度。这是基本两支光路完全对称而构出的。在实际上根本作不到所要求的加工和调整精度。这在发明人的实践中已经证明了。

本发明的任务是获得一种比较简单而精度高的测量空气折射率的装置。

本发明是这样实现的：一束双频激光，通过λ/4波片变成两个相互正交的线偏振光。经过普通分光镜分为两束，一束作为参考信号，另一束经过偏振分光镜被分成两支各含一种频率的相互正交的线偏振光，这两支光分别通过一个楔形真空腔的内外，这个真空腔的一个或两个端面与真空腔轴线，也就是入射光线的方向相倾斜，真空腔可以沿垂直于激光的X方向，也就是楔角θ的角平分线的方向精密移动，这两支分别通过真空腔内外的正交线偏振光走过了相同的几何路程，然而由于空气与真空的不同，它们走过的光程是不同的，会合以后成为干涉测量信号。将测量信号与参考信号比相，可以得到真空腔内外两个光路的光程差，从而求出空气与真空的折射系数差△n，△n＝n-1，n为空气折射率。