针对空气折射率测量中Edlén公式法测量精度受限于传感器精度，以及固定长度真空腔的激光干涉法条纹整周期难以确定的问题，提出了一种融合激光单频干涉和PTF传感的空气折射率测量方法。设计了基于固定长度单真空腔的正弦相位调制激光干涉空气折射率测量光路。利用低精度传感器获得的空气折射率预测值来确定干涉条纹整数，采用PGC-Arctan算法精确解调干涉信号相位来获得小数干涉条纹，实现空气折射率的大范围高精度实时测量。搭建了实验装置，开展了与Edlén公式法的空气折射率测量比对实验。实验结果显示，在12 min和1 h内，两种方法测得结果具有较好的一致性，两者偏差的标准偏差分别为1.5×10^-8和2.3×10^-8，表明本文方法可应用于激光干涉精密位移测量中空气折射率的实时补偿。

提出了一种基于双波长法补偿空气折射率的激光追踪测量系统的ZEMAX仿真分析方法。利用光学器件对偏振光的变换特性来建立系统的能量模型, 建立了基于ZEMAX软件的光学系统模型, 分析了光学系统中非理想的光学元件性能对干涉条纹对比度的影响。仿真分析结果表明, 当光学系统分光部分、追踪部分和接收部分的分光镜的分光比分别为2∶8、6∶4和5∶5时, 条纹对比度达到0.99, 光学系统的干涉效果最好。光学系统中的偏振分光镜在非理想条件下, 对干涉信号的条纹对比度的影响较小。

基于Edlen公式法理论精度高的特点,采用小型数字传感器测量温度、湿度、大气压等参数,间接计算了空气折射率的值。针对传统方法精度不足的问题,提出利用二等标准铂电阻温度计和气压传感器对数字传感器测量值进行校准和修正的方法,并利用温度值对大气压值进行修正,提高了空气折射率的计算精度。使用修正后的传感器进行测量,结果表明空气折射率的精度达到±5.13×10 ^-8,接近Edlen公式所提的10 ^-8量级的理论精度。与测距法相比,Edlen公式法的空气折射率测量值的准确度为10 ^-7量级,该方法可广泛用于需求小型化空气折射率测量装置的场合。

利用色散脉冲传播理论和空气折射率Ciddor公式, 推导了空气中飞秒脉冲激光器的互相关函数; 根据互相关函数结果表达式取决于激光器光源的光谱分布, 建立了在空气中不同光程路径差及环境参量变化下, 不同光谱分布的飞秒脉冲激光器的脉冲之间互相关模式的数值模型.结果表明：随着传播距离的增大, 互相关模型具有稳定啁啾及线性加宽; 环境参量的变化只引起互相关图案的移动, 并不产生任何额外线性加宽或啁啾.

介绍了光学追迹计算中采用的空气折射率公式，分析了在水平和垂直两种检测情形下，不同曲率半径球面反射镜因空气温度分层导致的像质变化。对Φ1.5 m 、离轴量为12 m 近抛物面拼接子镜在水平和垂直状态检验时受温度梯度影响情况进行了计算和分析。最后在上述两种状态下仿真计算了温度梯度分布对Φ4 m，焦比f /2的大口径抛物面反射镜的影响情况。结果显示，一般来说水平检验光路像质变化远大于垂直检验，其中大口径快焦比的抛物面镜垂直检测空气温度分层因素的影响结果也需考虑和控制。

目前公式法测量空气折射率大多采用Boensch等于1998年提出的改进Edlen公式，其对湿空气的修正系数是基于4个波长(644.0、508.7、480.1、467.9 nm) 并在19.6 ℃～20.1 ℃范围内测得的数据，这与当前光学精密测量多采用633 nm He-Ne激光波长且环境温度范围更大的实际情况存在矛盾，从而导致其应用时产生的误差较大。为此，提出了以相移干涉光路为基础的折射率测量实验光路，在较大温度范围内(14.6 ℃～24.0 ℃)测得了在633 nm波长下对湿空气折射率的修正系数并得到其修正公式。与文献结果比对表明其精度高于Boensch公式。该修正公式可广泛应用于633 nm激光精密测量中的空气折射率补偿。

设计了一种基于表面等离子体共振和相位检测的空气折射率实时测量系统，该系统采用双频激光外差干涉光路和具有角漂移自适应结构的表面等离子体共振传感器。理论分析表明测量光信号的p、s分量的相位差相对于参考光信号的变化与空气折射率近似呈线性关系，并由此得到测量公式，传感器的自适应结构将角漂移引起的误差降低了一个数量级并大幅提高了测量灵敏度。与Edlen公式的测量比对实验结果表明，在44.0°入射角(共振角附近)和0.1°的相位测量精度下，空气折射率的测量精度优于5×10-6。该测量系统还可为更高精度的空气折射率测量仪提供足够精确的初值。