Analýza a ověření metody měření indexu lomu vzduchu pro laserovou interferometrii

Abstract

Práce se zabývá teoretickou analýzou a experimentálním ověřením nové přímé metody měření indexu lomu vzduchu, která využívá kombinaci laserové interferometrie a interferometrie nízké koherence. Základem metody je Michelsonův interferometr s trvale evakuovanou dvoukomorovou kyvetou. Rozdíl optických drah v komorách kyvety, který závisí na indexu lomu vzduchu, je nejprve vypočítán přibližně ze dvou bílých interferenčních signálů. Jejich analýzou ve frekvenční oblasti je zjištěna závislost fázového posunutí způsobeného vzduchem na vlnové délce ve vakuu, která je následně fitována teoretickou závislostí sestavenou pomocí Edlénových rovnic, čímž je získáno fázové posunutí pro vlnovou délku laseru. Pomocí dvojice laserových interferenčních signálů je tato hodnota zpřesněna a použita pro výpočet indexu lomu vzduchu. Nová metoda byla experimentálně ověřena, přičemž naměřené hodnoty byly srovnány se dvěma referenčními metodami, a byly též vyhodnoceny nejistoty provedených měření.

This thesis deals with a theoretical analysis and experimental verification of a new method for the refractive index of air measurement. This method uses a combination of laser and low-coherence interferometry. The experimental setup is based on the Michelson interferometer equipped with a double-spaced glass cell. The optical path difference between the inner and outer part of the cell that is proportional to air refractivity is estimated using two low-coherence interference signals. These signals are analysed in the frequency domain which results in the dependence of the phase change caused the by air on vacuum wavelength. This dependency is fitted by a theoretical function based on Edlén's equations in order to calculate the phase difference for laser wavelength. This value is then made more accurate utilising two laser interference signals and used for the air refractive index calculation. The new method was experimentally verified and compared to two different techniques. Moreover, the measurement uncertainty was evaluated.