空气折射率高精度测量：结合表面等离子体共振与双频激光干涉

"本文介绍了一种利用表面等离子体共振(SPR)和双频激光干涉相位测量技术来实时测定空气折射率的系统。该系统结合了双频激光外差干涉光路和一种具备角漂移自适应结构的SPR传感器，能够显著提高测量精度并降低角漂移带来的误差。通过理论分析，确定了测量光信号的p、s分量相位差与空气折射率之间的线性关系，并据此建立测量公式。实验结果显示，该系统的测量精度在44.0°入射角（接近共振角）和0.1°相位测量精度下优于5×10^-6，为更高精度的空气折射率测量提供了准确的初始值。" 本文是《中国激光》杂志2013年第1期刊登的一篇研究论文，由北京理工大学的研究团队撰写。他们提出了一种创新的空气折射率测量方法，该方法的核心在于将表面等离子体共振技术和双频激光干涉相位测量相结合。表面等离子体共振(SPR)是一种物理现象，当光照射到金属表面时，会在金属-介质界面上激发振荡的电荷密度波，即等离子体振荡。这种现象对于检测微弱的物质变化极其敏感，尤其适用于检测气体如空气的折射率。 论文中提到的双频激光外差干涉光路，是通过两个频率相近的激光同时照射到样品上，利用它们的相位差变化来测量空气折射率。而角漂移自适应结构的SPR传感器则解决了传统SPR传感器容易受到角漂移影响的问题，提高了测量的稳定性与准确性。角漂移是由于环境因素如温度、压力变化或机械振动导致的，这通常会影响光路的几何参数，从而引入测量误差。 实验结果表明，即使在44.0°的入射角（接近SPR的共振角度）和高精度的0.1°相位测量下，该系统仍能实现优于5×10^-6的空气折射率测量精度。这一成就对于大气科学、光学工程以及精密测量等领域具有重要意义，因为精确的空气折射率数据对于理解和预测光在大气中的传播行为至关重要，同时也为未来更高精度的测量设备设计提供了基础。 关键词涵盖了测量技术、空气折射率、表面等离子体共振、角漂移自适应、相位测量和干涉测量等方面，强调了这项工作在多领域的交叉应用价值。通过这种综合技术，研究人员可以实现对空气折射率的实时、高精度监测，为气象预报、航空航天、光学通信等领域的科学研究和技术发展提供有力支持。