[发明专利]基于双波长干涉的激光追踪测量系统空气折射率补偿方法

权利要求书

1.基于双波长干涉的激光追踪测量系统空气折射率补偿方法，其特征在于：该方法采用两路光源，激光器输出波长不同的两路光束，两路光束经过检偏器，并通过同一分光镜分光，一部分作为测量光射向由分光镜、偏振分光镜，猫眼，标准球，位移探测器构成的系统的追踪测量部分光路，另一部分作为参考光，经反射镜反射后在分光镜处形成各自的干涉信号；此时可得到使用波长λ₁的位移测量值D₁与使用波长λ₂干涉得到的位移测量值D₂，所以两波长位移测量值与待测距离L有以下关系：

其中n₁，n₂为当前大气条件下波长λ₁与λ₂各自对应的空气折射率；

引入系数：

待测距离L为

L＝D₁-A(D₂-D₁) (4)

由和Potulski提出的空气折射率计算公式：

n(λ,t,p,x,p_w)-1＝K(λ)·D(t,p,x)-p_w·g(λ) (5)

上式中λ为波长(以um作为单位)，t为温度，p为气压，x为二氧化碳含量，p_w为水蒸气分压，以pa作为单位；其中：

g(λ)＝10^-10×(3.802-0.0384/λ²) (7)

在干燥空气中：

在潮湿的空气中，待测距离L为：

在干燥的空气，色散系数A中仅与K(λ)有关，温度、大气压和二氧化碳变化造成的影响可以忽略；在潮湿的空气中，水蒸气分压作为唯一需要测量的环境参数；因此可以在不测量实时空气折射率的情况下，只需知道色散系数A在实验条件下的初始值，即使环境参数发生了变化，通过系数A来补偿空气折射率，并确定待测距离L；由于两个波长对应光程差的测量不确定度会被色散系数A放大，进而影响测距精度，所以色散系数越小越有利于提高修正精度；

单频激光器L1和单频激光器L2分别输出波长为λ₁和λ₂的两路线偏振光，分别经检偏器P1与检偏器P2调整，使偏振方向与光轴成45°；波长为λ₁的线偏振光经反射镜R1反射后，与波长为λ₂的线偏振光在分光镜BS1处汇合，并各自分光，波长为λ₁激光的透射光与波长为λ₂激光的反射光作为参考光，由波长为λ₁激光的反射光与波长为λ₂激光的透射光作为测量光；参考光经反射镜R3反射后由分光镜BS3分光；测量光束经反射镜R2和偏振分光镜PBS1后光束中s光反射，经1/4波片Plate1后变为圆偏振光，圆偏振光经过猫眼反射镜反射后旋向相反，经过分光镜BS2分光，反射光经干涉滤波器F1后，只有波长λ₁的光束通过并被位移探测器接收，实现系统的追踪功能；透射光再次经过1/4波片Plate1变为p光，透射通过偏振分光镜PBS1和偏振分光镜PBS2，经1/4波片后再次变为圆偏振光，并在标准球(22)反射后旋向相反，又经第二1/4波片Plate2后变为s光，在偏振分光镜PBS2处发生反射，射向分光镜BS3；在分光镜BS3处，参考光与测量光中波长相同的光束各自进行干涉，分光后的两束激光经过波长为λ₁的干涉滤波器F1和波长为λ₂的干涉滤波器F2后，分别由探测器Detector1和探测器Detector2接收干涉信号，从而获得使用λ₁和λ₂两个波长为基准的的位移信息D₁和D₂，并将其代入公式(8)计算待测距离L。