LU500859B1 - Device and method for measuring refractive index of middle and upper atmosphere - Google Patents
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Claims (8)
1. Dispositif pour mesurer un indice de réfraction de la moyenne et la haute atmosphère, comprenant : un laser, avec une structure de cavité semi-externe, et comprend un tube de gain, où deux extrémités de tube de gain sont scellées avec un miroir de cavité optique fixe et une vitre antireflet, respectivement, et la vitre antireflet est positionnée à une extrémité émettant la lumière du tube de gain ; un séparateur de faisceaux polarisant, disposé de côté extérieur de la vitre antireflet et forme un angle avec de la lumière émise, où la lumière émise du tube de gain est reflétée dans une lumière laser de référence et transmise dans une lumière laser de mesure à l’aide du séparateur de faisceaux polarisant, et des directions de polarisation de la lumière laser de référence et de la lumière laser de mesure sont orthogonales entre elles ; un premier miroir de cavité optique indépendant, disposé à une extrémité de reflet du séparateur de faisceaux polarisant et forme une cavité optique de résonance de référence avec le tube de gain ; un deuxième miroir de cavité optique indépendant, disposé à une extrémité de transmission du séparateur de faisceaux polarisant et forme une cavité optique de résonance de mesure avec le tube de gain ; un tube à vide poussé, disposé entre le séparateur de faisceaux polarisant et le premier miroir de cavité optique indépendant dans la cavité optique de résonance de référence ; une cavité optique du tube de détection, disposée entre le séparateur de faisceaux polarisant et le deuxième miroir de cavité optique indépendant dans la cavité optique de résonance de mesure, où la longueur de la cavité optique du tube de détection est égale à la longueur du tube à vide poussé, et la cavité optique du tube de détection comprend une extrémité d'ouverture qui peut être introduite dans la moyenne et la haute atmosphère à mesurer ; un polariseur, disposé de côté extérieur du miroir de cavité optique fixe ; un détecteur de différence de fréquence, disposé à une extrémité polarisée du laser pour détecter une différence de fréquence entre la lumière laser de référence et la lumière laser de mesure ; LU500859 un fréquencemètre, connecté au détecteur de différence de fréquence pour enregistrer une valeur détectée de la différence de fréquence ; et un système de traitement de données, connecté au fréquencemètre et configuré pour calculer l'indice de réfraction de la moyenne et la haute atmosphère sur la base de la différence de fréquence.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif comprend en outre : un séparateur de faisceaux, disposé entre le polariseur et le miroir de cavité optique fixe, et forme un angle de 45 degrés avec une direction de transmission de lumière du miroir de cavité optique fixe, où le polariseur est positionné sur le chemin de transmission de lumière du séparateur de faisceaux ; prisme de Wollaston, disposé sur un chemin de réflexion de la lumière du séparateur de faisceaux, où la lumière reflétée du séparateur de faisceaux est séparée en une première lumière polarisée et une deuxième lumière polarisée par le prisme de Wollaston selon deux positions orthogonales polarisées ; un premier détecteur photoélectrique, disposé sur un chemin de lumière de la première lumière polarisée et configuré pour obtenir une intensité lumineuse de la première lumière polarisée ; un deuxième détecteur photoélectrique, disposé sur un chemin de lumière de la deuxième lumière polarisée et configuré pour obtenir une intensité lumineuse de la deuxième lumière polarisée ; un système de traitement de données, connecté au premier détecteur photoélectrique et au deuxième détecteur photoélectrique, et configuré pour enregistrer l'intensité lumineuse de la première lumière polarisée et l'intensité lumineuse de la deuxième lumière polarisée et produire un premier signal de commande sur la base d'une valeur de différence entre l'intensité lumineuse de la première lumière polarisée et l'intensité lumineuse de la deuxième lumière polarisée ; un mécanisme de contrôle de température, connecté au système de traitement de données et à un fil chauffant à la surface du tube de gain et configuré pour recevoir le premier signal de commande pour contrôler le fonctionnement du fil chauffant, de sorte à compenser une déformation télescopique du tube de gain provoqué par un facteur environnemental ; et LU500859 un actionneur piézoélectrique céramique, connecté au système de traitement de données et au premier miroir de cavité optique indépendant et configuré pour recevoir un deuxième signal de commande pour actionner le premier miroir de cavité optique indépendant.
3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le détecteur de différence de fréquence est une diode PIN ou une photodiode à avalanche.
4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le système de traitement de données est configuré pour calculer l’indice de réfraction de la moyenne et la haute atmosphère selon la méthode suivante : calculer l’indice de réfraction de la moyenne et la haute atmosphère sur la base de la différence de fréquence entre la lumière laser de référence dans la cavité optique de résonance de référence et la lumière laser de mesure dans la cavité optique de résonance de mesure ;
A A n=—|1-— |+1 2/ A A= A +A, > 2 dans laquelle, 7 est l'indice de réfraction de la moyenne et la haute atmosphère, À, est une première différence de fréquence entre la lumière laser de mesure à une extrémité descendante et la lumière laser de référence, A, est une deuxième différence de fréquence entre la lumière laser de mesure à une extrémité ascendante et la lumière laser de référence, A est un espacement du mode longitudinal de la lumière laser de mesure, À est une longueur d'ondes de la lumière laser de mesure et / est une longueur, dans une direction du faisceau laser, de la cavité optique du tube de détection.
5. Méthode pour mesurer l'indice de réfraction de la moyenne et la haute atmosphère, en utilisant le dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la méthode comprend des étapes suivantes : étape 1 : introduire l'atmosphère à mesurer dans la cavité optique du tube de détection : LU500859 étape 2 : détecter une première différence de fréquence entre une lumière laser de référence et une lumière laser de mesure à l'aide du détecteur de différence de fréquence et du fréquencemètre quand la lumière laser de mesure est à l'extrémité descendante, et détecter une deuxième différence de fréquence entre la lumière laser de référence et la lumière laser de mesure à l'aide du détecteur de différence de fréquence et du fréquencemètre quand la lumière laser de mesure est à l'extrémité ascendante ; et étape 3 : calculer l'indice de réfraction de la moyenne et la haute atmosphère sur la base de la première différence de fréquence et la deuxième différence de fréquence via le système de traitement de données.
6. Méthode selon la revendication 5, dans laquelle l’étape 2 comprend en outre des étapes suivantes : ajuster le mécanisme de contrôle de température et le fil chauffant selon des intensités lumineuses du premier détecteur photoélectrique et du deuxième détecteur photoélectrique, pour faire en sorte que la lumière laser de mesure soit à l'extrémité descendante et égale à la lumière laser de référence au niveau d'intensité lumineuse afin d’atteindre un premier niveau d'intensité lumineuse égale, et détecter la première différence de fréquence entre la lumière laser de référence et la lumière laser de mesure à l’aide du détecteur de différence de fréquence et du fréquencemetre ; continuer à ajuster le mécanisme de contrôle de température et le fil chauffant en changeant la température, pour faire en sorte que la lumière laser de mesure soit à l'extrémité ascendante et égale à la lumière laser de référence au niveau d'intensité lumineuse afin d'atteindre un deuxième niveau d'intensité lumineuse égale, et détecter la deuxième différence de fréquence entre la lumière laser de référence et la lumière laser de mesure à l’aide du détecteur de différence de fréquence et du fréquencemetre.
7. Méthode selon la revendication 5, dans laquelle la méthode comprend en outre des étapes suivantes : aspirer d’abord la cavité optique du tube de détection avant de réaliser l’étape 1, enregistrer une troisième différence de fréquence A, quand la lumière laser de référence et la lumière laser de mesure atteignent un premier niveau d'intensité LU500859 lumineuse égale et une quatrième différence de fréquence A, quand la lumière laser de référence et la lumière laser de mesure atteignent un deuxième niveau d'intensité lumineuse égale ; calculer une différence d'indice de réfraction équivalent initial Ar, : An _ À A» — A, = 21 Ay +A, une fois que l’indice de réfraction de la moyenne et la haute atmosphère est calculé selon l’étape 3, compenser la différence d'indice de réfraction équivalent initial An, dans l’indice de réfraction calculé.
8. Méthode selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, dans laquelle une méthode pour calculer l'indice de réfraction de l’étape 3 est comme suit :
A A n=—|1-— |+1 2/ A A= A +A, > 2 dans laquelle, ” est l'indice de réfraction de la moyenne et la haute atmosphère, A est la première différence de fréquence entre la lumière laser de mesure a l'extrémité descendante et la lumiére laser de référence, A, est la deuxième différence de fréquence entre la lumière laser de mesure à l'extrémité ascendante et la lumière laser de référence, À est un espacement du mode longitudinal de la lumière laser de mesure, À est une longueur d'ondes de la lumière laser de mesure et ! est la longueur, dans la direction du faisceau laser, de la cavité optique du tube de détection.
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