基于法布里-珀罗腔气体折射测量的中真空高分辨率连续测压技术研究

本研究针对光学真空压力标准（OVPS）在中真空范围（4~130 Pa）测量精度受限的问题，开发了基于法布里-珀罗（FP）腔气体折射率测量的OVPS系统。通过对比电容薄膜规（CDG）验证，使用氩气时相对差异低至0.01%~0.835%，并构建铷原子钟频率参考系统实现<5 mPa分辨率。研究提出不确定度评估模型[(31 mPa)2+(77×10-6p)2]1/2，为真空计量提供高精度解决方案。

　　

在航天、工业制造等领域，真空压力测量如同"看不见的尺子"，其精度直接影响设备性能。传统汞压力计和活塞规存在毒性大、响应慢等缺陷，而光学真空压力标准（OVPS）虽覆盖范围广，却在4~130 Pa中真空区间遭遇精度瓶颈——气体分子运动状态复杂化导致折射率测量误差增大。如何突破这一"测量盲区"，成为计量学界亟待解决的难题。

中国计量科学研究院的研究团队在《Vacuum》发表的研究中，创新性地采用双法布里-珀罗（FP）腔设计，通过超低膨胀（ULE）玻璃腔体和99.9%反射率镜片构建测量系统。关键技术包括：基于铷原子钟的高增益低噪声频率测量系统实现纳赫兹级拍频检测；采用氩气作为介质验证压力分辨率；建立包含31 mPa本底噪声和77×10^-6压力相关项的不确定度模型。

【PRESSURE EVALUATION FROM LASER FREQUENCY】
通过锁定FP腔激光频率变化反演气体折射率，推导出压力-频率关系式：n=ν₀/ν_p，其中ν₀为初始共振频率，ν_p为压力相关频率。理论验证氩气测量灵敏度达5 mPa。

【APPARATUS AND METHOD】
双FP腔结构通过中心沟槽实现气体平衡，ULE材料将热膨胀系数控制在10^-8/K量级。相比单腔体设计，双腔方案有效抑制环境扰动引入的测量漂移。

【Comparison measurements between the OVPS and CDG】
与0.025%精度的CDG对比显示：氩气测量差异仅0.835%，重复性达1.19%。但氦气和氖气因分子极化率差异导致偏差增大，揭示气体依赖性需进一步优化。

【CONCLUSION】
该研究首次实现中真空连续测量不确定度突破10^-4量级，建立的评估模型为光学真空计量提供普适框架。值得注意的是，Zhenhua Xi团队发现惰性气体分子特性对测量影响显著，这为后续多气体校准研究指明方向。该成果不仅解决了传统标准器具的环保隐患，更将动态真空监测精度提升至新高度，对半导体制造等精密工业具有重要应用价值。