为提高真空度测量的准确性和测量系统的稳定性,使用气体密度对真空量值进行表征。依托法布里-珀罗激光谐振腔,利用电磁波与气体分子的相互作用,通过量子动力学建立宏观介电常数与微观极化参数的联系,可实现气体密度的精密测量,从而建立量子真空计量标准。为减小谐振腔腔长变化对测量结果的影响,选用10 ³ Pa恒压参考点的谐振频率作为参考,进行氦气折射率的测量。利用从头计算理论,得出了各压力点下氦气折射率理论值。推导出了低真空恒压参考点下的折射率测量表达式,利用基于法布里-珀罗激光谐振腔的量子真空测量装置,在10 ³ Pa恒定压力参考点下,通过Pound-Drever-Hall锁频技术和拍频技术精确测量腔内激光频率变化,测出了氦气折射率,并得出折射率参数的测量不确定度。与10 ^-5 Pa高真空参考点下的折射率测量值进行对比分析,结果表明基于恒压参考点的折射率测量方法可有效提高折射率测量准确度。

研发了基于Fabry-Perot激光谐振腔的量子真空计量装置,利用拍频和PDH(Pound Drever Hall)激光锁频技术,精确测量了充气前后腔内谐振激光的频率变化。在温度为299.1485 K,真空度为10 2~10 5 Pa的条件下,对干燥Ar折射率进行了测量;结合电容薄膜真空计的测量结果,得到折射率与真空度之间的相关系数为2.50835×10 -9,并对比分析了反演真空度与测量结果之间的差异,最后评定了激光频率不确定度及折射率和真空度测量不确定度。结果显示,激光频率不确定度为5×10 -12,折射率测量不确定度为1.64×10 -8, 真空度测量不确定度为2.5×10 -4。所研制的基于Fabry-Perot激光谐振腔的量子真空测量装置初步实现了量子化真空测量,对我国量子真空计量技术的研究提供了参考。