ＨＶ４００　
"温度圧力によるレーザ波長の変動の修正"

機能詳細

レーザ波長は温度、圧力により、非常にわずかですが変化します。
そして、ＨｅＮｅレーザ波長の温度、圧力依存性に関する実験式が数種類提案されています。
ここでは、そのうちのひとつＥｄｌｉｎの式を用います。
その実験式によると、空気の屈折率、ｎ（ｐ、Ｔ）、は温度、Ｔ，圧力、ｐ、により
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．００１３８８２３ｐ
　　　ｎ（ｐ，Ｔ）−１＝（ｎ０−１）×ー−−−−−−−−
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１＋０．００３６７１Ｔ
と記述されます。ここで、ｎ０は標準状態での空気の屈折率です。圧力は［Ｔｏｒｒ］単位、温度は[℃］単位です。
理科年表によりますと，６３３ｎｍ波長での標準状態での空気の屈折率は、
　　　１．０００２７６６
です。
真空中では１ｍの距離でも、レーザ光測定では１．０００２７６６ｍになります。つまり、２７６．６μｍ、だけ長いと判断してしまいます。
絶対距離では、この大きさになりますが、変位量測定において、１ｍの変位はありえなく、１００μｍ程度です。この場合、真空では、１００μｍの変位ですが、標準状態の空気中では、１００．０２７６６μｍ、の変位と観測されます。つまり、１００μｍの変位に対して、２８ｎｍ程度の誤差が発生します。ただこの誤差は系統的誤差ですので、上記のような判断をすれば、解決できます。
問題は、圧力、温度が変動している場合です。この場合にはレーザ波長が変化しますので、時々刻々のレーザ波長を用いないと、その誤差を解消することができません。ただ、これから説明しますように、温度圧力の依存は特殊でない限り、あまり考慮しても意味がありません。

”特殊でない限り、どうしてあまり意味がないか”を説明します。
環境が変わって低気圧が近づき、９８０ｍｂに下がり、温度が５度上がったとします。空気の屈折率は、１．０００２６３０になります。標準状態に比し、０．００００１３６の変化です。つまり、変位量の０．００１％の誤差が発生することになります。この誤差は非常に小さく、他の要因がはるかに問題になります。また、通常、この程度の制度測定を行う環境は５度変動をもたらさないと思われますので、更に小さいと思われます。
では、特殊な場合につき説明します。
プローブから被測定物までの距離が長い場合が特殊な場合です。ＨＶ３５０でも説明させていただいていますが、この距離は３０ｃｍ程度までに抑えることが好ましいのですが、測定条件では１ｍ、２ｍの場合もあります。２ｍは往復で４ｍです。今の場合を当てはめてみると、標準状態では、４．０１１０６４ｍ、の計測値となり、環境変動で、４．００１０５２ｍとなります。なんと、１０ｍｍ近く値が揺らぐことになります。

これを防ぐには、２つの方法があります。
ひとつは、”相対計測”をすることです。この方法はＨＶ４００で行っています。これにより、往復が４ｍであっても、被測定物とベース面が１０ｍｍ程度の差であれば、環境変動でも、０．０００１３６ｍｍ、の誤差に抑えられます。ありえない環境変化でも、この程度ですので、環境を整えれば、高精度計測の必然性が知りえます。
もうひとつは、相対計測の高精度化に加えて、時々刻々変動する環境に合わせて、波長の値を変えて計測値を算出することです。

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　　　　　　”光で物理量を高精度に計測”