JPH03257353A - 空気の屈折率測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は干渉を利用した空気の屈折率を測定する装置に
関し、特に測定精度の改善に関する。

〈従来の技術〉 第２図（イ）は一般的な干渉を利用した空気の屈折率測
定装置の原理例を示す構成図である。

第２図（イ）において、レーザ光源１１の出力は干渉計
１２で２つに分岐され、これら２つの光は基準間隔部１
３に入射され、基準間隔部１３の反射面１３ａ、１３ｂ
で反射されて再び干渉計１２に戻り干渉信弓として光検
出器１４に入射される。干渉信号は光検出器１４で電気
信号に変換されて演算器１５に入射される。演算器１５
にて基準間隔部１３から反射された光の光路長変化に伴
う干渉信号の変化から空気の屈折率を演算している。こ
の時、空気の屈折率（ｎ）が変化し、光路長差が（Δｎ
Ｌ＞変化したとすると、干渉信号の光路長変化出力（Ｍ
）とは次の関係か成り立つ。

Δ　ｎ　Ｌ＝Ｍ たたし、Ｌは基準間隔部１３の反射面１３ａと１３ｂと
の間隔（長さ基準）である。したがって、長さ基準（Ｌ
）を予め求めておくことにより、干渉信月の光路長変化
出力（Ｍ）から空気の屈折率変化（△ｎ〉が求められる
。

しかし」二記の構成では、空気の屈折率変化は求められ
るが、絶対値は求められない。そのため、第２図（ロ）
に示すように、基準間隔部１３を真空容器１６内に保持
し、真空から大気に開放する操作を行い、反射面間の光
路長差を測定することにより、次式から空気の屈折率の
絶対値を求めることができる。

ｎ＝１＋−（Δｍ／Ｌ）（λ／２） ただし、Δｍ＝真空から大気に雰囲気を変化させた時の
干渉次数変化 λ：レーサ光源の真空中の波長 である。

〈発明か解決しようとする課題〉 しかしながら上記従来技術に示ず空気の屈折率測定装置
ては、基準間隔部１３の反射面１３ａと１、３　ｂの間
隔である長さ基準（Ｌ）は、雰囲気の温度や気圧や基準
間隔部の材料の経年変化等により変動するため、空気の
屈折率を求める場合には誤差となり、高精度に空気の屈
折率が測定できないという課題があった。

本発明は上記従来技術の課題を踏まえて成されたもので
あり、基準間隔部の長さ基準の変動を補正でき、高精度
の空気の屈折率の絶対値を測定できる空気の屈折率測定
装置を提供することを目的としたものである。

〈課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するための本発明の構成は、レザ光源と
、このレーザ光源の出力光が入力される干渉計と、光軸
と垂直な面内では光軸方向での長さの変化が均一である
材料で形成されたスペザを備え、このスペーサの光軸に
対して垂直な両端面に同一方向を向いた１対の反射面を
２組配置すると共に一方の組の反射面間は真空部に、他
方の組の反射面間は周囲の空気か流通できるような連通
孔を有する空気部にそれぞれ配置された構成の基準間隔
部と、この基準間隔部から反射された光の光路長変化に
伴って前記干渉計により得られる前記真空部と空気部と
におけるそれぞれの干渉の強度信号を測定し電気信号に
変換する２つの光検出器と、この光検出器から出力され
た電気信号を位相信号に変換し、位相信号の変化から前
記空気部内の空気の屈折率の絶対値を演算する演算器と
を設けた構成としたことを特徴とするものである。

く作用〉 本発明によると、同一部材中に真空部と空気部を設け、
長さ変化の比が常に等しくなるような構成としており、
温度や圧力や材料の経年変化等による基準間隔部の長さ
基準の変動による影響を小さくできる。

〈実施例〉 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図〈イ〉は本発明に係わる空気の屈折率測定装置の
一実施例を示す構成図である。

第１図（イ）において、１は安定した波長のレザ光を発
生するレーザ光源、２はレーザ光源１の出力光を２つに
分岐するハーフミラ−１３はミラー、４．５は干渉計で
あり、測定精度を上げるために差動型の干渉計を使用す
る。６は空気部６ａと真空部６ｂから成る基準間隔部で
あり、この基準間隔部６は光軸方向での長さの変化（即
ち温度による膨脂や圧力による収縮、及び材料の持つ経
年変化等）が光軸と垂直な面内では均一な材料で形成さ
れたスペーサ６１とこのスペーサ６１の両開に配置され
た透明なカラスで形成された窓６２．６３から構成され
ている。ここで第１図（ロ）に示すように、スペーサ６
１は光軸方向での長さの変化が光軸と垂直な面内では均
一な材料に光軸方向に沿って２つの孔６１ａ、６１ｂが
開けられ、一方の孔（例えば６１ａ）には側面から開け
られた開孔６　］、　ｃが合流している。又、両端面６
１ｄ。

６１ｅは光軸に対して垂直とされている。第１図（イ）
に戻り、このスペーサの両端面６１ｄ、６１ｅに窓６２
．６３が組み合わされて空気部６ａと真空部６ｂが形成
される。又、空気部６ａ及び真空部６ｂにはスペーサ６
１の両端で光軸に対して垂直な面（窓１２．１３上）に
同一方向を向いた１対２組の反射面６４と６５．６６と
６７がそれぞれ同一長さ基準を有して平行に支持されて
いる。６８はスペーサ６１の開孔６１ｃ、即ち空気部６
ａに設けた周囲の空気を流通させるための連通孔である
。７．８は基準間隔部６の空気部６ａ及び真空部６ｂか
らの干渉信号を電気信号に変換する光検出器、９は光検
出器７．８から得られる電気信号を位相信号に変換して
空気の屈折率の絶対値を演算する演算器である。

この様な構成において、レーザ光源１の出力光はハーフ
ミラ−２で２つに分岐され、一方の光はハーフミラ−２
を透過し干渉計４に入射される。

入射光は干渉計４にて更に２つに分岐され基準間隔部６
の空気部６ａの１対の反射面６４．６５でそれぞれ反射
され、再び干渉計４に戻り干渉信号として光検出器７に
入射される。他方の光はハフミラー２、ミラー３で反射
されて干渉計５に入射される。入射光は干渉計５にて更
に２つに分岐され、基準間隔部６の真空部６ｂの１対の
反射面６６．６７でそれぞれ反射され、再び干渉計５に
戻り干渉信号として光検出器８に入射される。干渉信号
は光検出器７．８でそれぞれ電気信号に変換されて演算
器９に送られる。演算器９では電気信号を位相信号に変
換後、空気の屈折率の絶対値が演算される６ 以下に演算器９での演算動作について説明する。

空気部６ａの長さ基準Ｌａと真空部６ｂの長さ基準ＬＶ
は同一比率で変化するので、その関係は次式で表される
。

Ｌｖ　＝　ｋ　−Ｌａ　　　　−−−（１）ただし、ｋ
：比例定数 である。ここで、光学系を真空中に保持したとすると、
空気部６ａも真空となるので基準間隔部６の屈折率は１
となる。この時、光検出器７．８から得られる位相信号
をそれぞれθａＯ１θ■０とすると、 θａｏ＝（２π／λＯ）　Ｌａ０・１　　　　・（２）
θｖｏ＝（２π／λＯ）　ＬＶｏ・１　　　−（３）た
だし、λ：レーザ光源１の真空中の波長０：光学系が真
空中にある状態 である。したがって、位相信号の差分は、θａＯ−θｖ
ｏ＝（２ｙｒ／λＯ）　　（ＬａＯ−ＬｖＯ）＝（２ｇ
ＬａＯ／λＯ）（１−ｋ） となり、比例定数には、次式で表される。

ｋ＝１−［（（θａＯ−θｖＯ）　／　２　ｙｒ　Ｌ　
ａｏ）λ０ｌ−（４）一方、光学系が空気中にある待は
、光検出器７゜８から得られる位相信号をそれぞれθａ
１．θ■１とすると、 θａ１＝（２π／λ１）Ｌａ１−Ｎａ　　　−（５）θ
ｖ１＝（２ｇ／λ１　）　ＬＶｌ　・１　　　−（６）
ただし、Ｎａ：空気の屈折率 １　：光学系が空気中にある状態 である。したがって、位相信号の差分は、θａ１−θ■
１ （２π／λ１　　）　　（Ｌａ１−　Ｎａ１−Ｌｖｌ−
１）（２πＬａ１／λ１　　）　　（Ｎａ　　−ｋ）と
なり、空気の屈折率Ｎａは、次式で表される。

Ｎａ＝（（θａ１−θｖｌ）／２　　ｘ　）（λ１／Ｌ
ａ１）＋に−（７）（４）式及び（７）式より、 Ｎａ　−１ ＝（（θａ１−θｖ１）　／　２　ｙｒ　）（λ１／Ｌ
ａ１）（（θａＯ−θｖｏ）　／　２　ｙｒ　）（λ０
　／　Ｌ　ａｏ）　・（８）ここで、λ０−λ１　（１
＋α〉 Ｌａ０＝　Ｌａｌ　（１＋ε） とすると、（８）式は、 Ｎａ−１ （１／２ｇ）（λ１　／Ｌａ１）［（（θａ１−θＶ１
）（θａＯ−θｖｏ）（（１＋α）／（１＋ε））Ｊ・
・・（９）又、Ｉ、ＶＯ＝　Ｌｖｌ　（１＋ε）であり
、前記（３）　、　（６）式％式％） ［ 故に、（９）式及び００式より、 Ｎａ　　−１ ＝（１／２π）（λ１／Ｌａ１）（（θａ１−θｖ１）
（θａＯ−θｖＯ）　　θｖ１／θＶＯ）　　・・・０
１）となる。したかって、空気部６ａの長さ基準Ｌａ１
、レーザ光源１の真空中での波長λ１、空気部６ａ及び
真空部６ｂでの位相信号測定値θａｌ、θ■１、光学系
を真空にした状態での空気部６ａ及び真空部６ｂでの位
相信号測定値θａＯ１θ■０を求めることにより、空気
の屈折率Ｎａを算出することができる。

又、空気部６ａ及び真空部６ｂの長さ基準ＬａＬｖを長
くして、その長さ基準の数分の−の短い長さ基準を有す
る空気部だけの基準間隔部を別に設け、その内挿を用い
て空気部６ａでの位相信号測定値θａを推定することに
より、より精度良く空気の屈折率の絶対値を測定するこ
とができる。

更にスペーサ６１の材料として膨ＩＩ！係数の小さいガ
ラスセラミックを使用することにより、温度補正等をし
なくても干渉信号のみで空気の屈折率を求めることかで
きる。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように、本発明に
よれば、真空部と空気部との長さの比が常に等しくなる
ような基準間隔部を用いて両者の位相の差をとっており
、温度や圧力や材料の経年変化等の基準間隔部の長さ基
準の変動による影響を補正できるため高精度な空気の屈
折率の絶対値を測定することかできる空気の屈折率測定
装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる空気屈折率測定装置の一実施例
を示す構成図、第２図は従来例である。 Ｊ・・・レーザ光源、２・・・ハーフミラ−１３・・・
ミラ、４，５・・・干渉計、７，８・・・光検出器、９
・・・演算器、６・・・基準間隔部、６ａ・・・空気部
、６ｂ・・・真空部、６１・・・スペーサ、６２．６３
・・・窓、６４〜６７・・・反射面、６８・・・連通孔
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザ光源と、 このレーザ光源の出力光が入力される干渉計と、光軸と
   垂直な面内では光軸方向での長さの変化が均一である材
   料で形成されたスペーサを備え、このスペーサの光軸に
   対して垂直な両端面に同一方向を向いた１対の反射面を
   ２組配置すると共に一方の組の反射面間は真空部に、他
   方の組の反射面間は周囲の空気が流通できるような連通
   孔を有する空気部にそれぞれ配置された構成の基準間隔
   部と、 この基準間隔部から反射された光の光路長変化に伴って
   前記干渉計により得られる前記真空部と空気部とにおけ
   るそれぞれの干渉の強度信号を測定し電気信号に変換す
   る２つの光検出器と、この光検出器から出力された電気
   信号を位相信号に変換し、位相信号の変化から前記空気
   部内の空気の屈折率の絶対値を演算する演算器とを設け
   た構成としたことを特徴とする空気の屈折率測定装置。