弱测量系统中抑制偏振诱导相位噪声的方法及系统

1.本发明涉及弱测量技术领域，具体地，涉及一种弱测量系统中抑制偏振诱导相位噪声的方法及系统，尤其是一种基于光纤的弱测量系统中抑制偏振诱导相位噪声的方法。


背景技术：

2.量子传感利用量子力学的特性，突破了经典传感的局限，规避了海森堡测不准原理，可以对物理量进行更灵敏、更准确的测量，在许多技术应用中性能远超经典传感。弱测量作为一种量子测量，与强测量的区别在于它对系统的干扰极小，只能获得有限的量子态信息。然而，当前选和后选共同作用时，弱测量可以得到远超过本征值的惊人测量结果。弱测量自1988年被aharonov等人发现以来，已经应用到各个领域并取得了大量研究成果，其中最著名的便是自旋霍尔效应的超高灵敏度测量。尽管弱测量技术的应用已经有了长足的发展，但目前的研究大多是基于自由空间平台的设计和实现。由于成本、稳定性、便携性等原因，难以应用于实际场景中。随着光纤传感技术的发展和成熟，采用光纤元件代替系统中的自由空间元件是解决这一问题的方法之一。
3.尽管光纤具有许多优点，如抗电磁干扰、抗腐蚀和高稳定性等，但其易受双折射效应影响的缺点是其不可忽视的影响。在光纤传感中，存在光纤双折射会导致偏振诱导相位噪声的现象，这在长光纤中尤为明显。特别是在以光的偏振态作为系统态的弱测量中，光纤双折射成为影响测量精度的关键因素。
4.公开号为cn101917233b的专利文献公开了一种适用于相干检测的全光相位噪声抑制方法，针对目前改善本振相干接收相位噪声特性需要超低噪声性能光源和复杂电路处理技术的现状，提出使用全光方法抑制相位噪声，提高接收性能，该专利文献发射端将一对具有相关特性的光载波，一路经加载信息得到信号光，另一路作为相干光与信号光合波后进入到光纤中传输；接收端将提取的信号光和相干光进行混频，经光电转换后进行信号解调。但是该专利文献的技术方案和解决的技术问题与本技术不同。
5.公开号为cn101453274b的专利文献公开了一种抑制噪声的方法及装置，属于光通信领域，所述方法包括：将劣化信号与泵浦光耦合后进行调制，得到承载劣化信号中信息的泵浦光；对所述承载劣化信号中信息的泵浦光进行差分时延处理，得到具有相对时延的两路矢量合成的泵浦光；对所述具有相对时延的两路矢量合成的泵浦光进行偏振滤波处理，以抑制“0”码噪声。但是该专利文献与本技术的技术方案不同。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种弱测量系统中抑制偏振诱导相位噪声的方法及系统。
7.根据本发明提供的一种弱测量系统中抑制偏振诱导相位噪声的方法，包括如下步骤：
8.步骤1：搭建具有时分偏振切换功能的基于光纤的量子弱测量光学系统，使光源以
预设的频率发射光脉冲，用偏振切换仪以相同的频率调制每一个入射光脉冲的偏振态，改变弱测量系统的前选择，并通过在相互作用过程中引入外部信号产生时变的相位参量；
9.步骤2：引入参考相位，使系统工作在预设的灵敏度以及动态范围内；
10.步骤3：通过外部时钟同步控制光路切换器，使得不同的前选择能够对应各自的后选择；
11.步骤4：通过平衡探测器接收光脉冲，通过计算得到当前输出信号的信噪比；
12.步骤5：若当前信噪比高于预设信噪比，则达到抑制噪声效果，反之，提高偏振切换速率，并重复步骤2～5。
13.优选的，所述步骤1具体包括如下步骤：
14.步骤1.1：将光源以预设频率输出的光脉冲分别调制为四种前选择态|i1》、|i2》、|i3》、|i4》，四个光脉冲为一个周期；
15.步骤1.2：待测信号在相互作用中编码成为时变的相位参量相互作用过程表示为其中，为斯托克斯偏振算符。
16.优选的，所述步骤2中，在相互作用后利用相位推迟器插入参考相位表示为
17.优选的，当光脉冲的偏振态以预设频率进行切换时，在一个周期内的四路弱测量视为进行同一个弱相互作用，受到光纤双折射的影响视为同一个影响。
18.优选的，所述步骤3具体包括如下步骤：
19.步骤3.1：用外部时钟同步控制偏振切换仪和光路切换器，使得不同偏振态的光脉冲进入不同的后选择光路；
20.步骤3.2：四道后选择光路的后选择态分别对应四种前选择态，表示为|f1》、|f2》、|f3》、|f4》，不同前选择态的光脉冲分别投影到各自的后选择态上。
21.优选的，光路切换器的切换频率与偏振切换速率相同。
22.优选的，所述步骤4中，采用光强作为探测指标进行弱测量，不同偏振态的光脉冲依次进入平衡探测器，最终形成时分的四路弱测量；
23.输出光脉冲的光强表示为：其中i0为初始光强，表示光纤作用系统的幺正算符；
24.采用平衡探测器探测四路时分弱测量输出光脉冲光强的值，并进行相关运算：
[0025][0026][0027]
其中θ(t)为光纤主轴旋转角，ξ(t)为光纤双折射引入的相位差；
[0028]
利用这两个光强差之比得到差分光强对比度：
[0029]
通过计算可以从不含噪声项的g值中得到输出信号。
[0030]
优选的，偏振切换速率越快，噪声抑制效果越好。
[0031]
优选的，所述步骤5具体包括如下步骤：
[0032]
步骤5.1：预设一个需要的信噪比snrs，若snrr大于等于snrs，则达到了需要的抑制偏振诱导相位噪声的效果；
[0033]
步骤5.2：若snrr小于snrs，则提高偏振切换速率，并重复步骤2～5，直至达到需要的抑制噪声效果。
[0034]
本发明还提供一种弱测量系统中抑制偏振诱导相位噪声的系统，包括如下模块：
[0035]
模块m1：搭建具有时分偏振切换功能的基于光纤的量子弱测量光学系统，使光源以预设的频率发射光脉冲，用偏振切换仪以相同的频率调制每一个入射光脉冲的偏振态，改变弱测量系统的前选择，并通过在相互作用过程中引入外部信号产生时变的相位参量；
[0036]
模块m2：引入参考相位，使系统工作在预设的灵敏度以及动态范围内；
[0037]
模块m3：通过外部时钟同步控制光路切换器，使得不同的前选择能够对应各自的后选择；
[0038]
模块m4：通过平衡探测器接收光脉冲，通过计算得到当前输出信号的信噪比；
[0039]
模块m5：若当前信噪比高于预设信噪比，则达到抑制噪声效果，反之，提高偏振切换速率，并重复触发模块m2～m5执行迭代。
[0040]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0041]
1、本发明可以抑制单模光纤被扰动从而引起的偏振诱导相位噪声，实现对时变参量的高精度测量；
[0042]
2、本发明解决了现有技术中的存在光纤双折射会导致偏振诱导相位噪声的问题；
[0043]
3、本发明增大了弱测量技术在实际场景应用中的适用性。
附图说明
[0044]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0045]
图1为本发明的弱测量系统中抑制偏振诱导相位噪声的方法的步骤流程图；
[0046]
图2为本发明的原理示意图；
[0047]
图3为本发明的偏振切换速率的反馈调节调节流程图。
[0048]
图中示出：
[0049]
光源1
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第一后选择过程7
[0050]
偏振切换仪2
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第二后选择过程8
[0051]
外部时钟3
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第三后选择过程9
[0052]
相互作用过程4
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第四后选择过程10
[0053]
参考相位5
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平衡探测器11
[0054]
光路切换器6
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计算机12
具体实施方式
[0055]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术
人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0056]
实施例1：
[0057]
如图1～3所示，本实施例提供一种弱测量系统中抑制偏振诱导相位噪声的方法，包括如下步骤：
[0058]
步骤1：搭建具有时分偏振切换功能的基于光纤的量子弱测量光学系统，使光源以预设的频率发射光脉冲，用偏振切换仪以相同的频率调制每一个入射光脉冲的偏振态，改变弱测量系统的前选择，并通过在相互作用过程中引入外部信号产生时变的相位参量；具体包括如下步骤：
[0059]
步骤1.1：将光源以预设频率输出的光脉冲分别调制为四种前选择态|i1》、|i2》、|i3》、|i4》，四个光脉冲为一个周期；
[0060]
步骤1.2：待测信号在相互作用中编码成为时变的相位参量相互作用过程表示为其中，为斯托克斯偏振算符。
[0061]
步骤2：引入参考相位，使系统工作在预设的灵敏度以及动态范围内；在相互作用后利用相位推迟器插入参考相位表示为
[0062]
步骤3：通过外部时钟同步控制光路切换器，使得不同的前选择能够对应各自的后选择；具体包括如下步骤：
[0063]
步骤3.1：用外部时钟同步控制偏振切换仪和光路切换器，使得不同偏振态的光脉冲进入不同的后选择光路；
[0064]
步骤3.2：四道后选择光路的后选择态分别对应四种前选择态，表示为|f1》、|f2》、|f3》、|f4》，不同前选择态的光脉冲分别投影到各自的后选择态上。
[0065]
步骤4：通过平衡探测器接收光脉冲，通过计算得到当前输出信号的信噪比；采用光强作为探测指标进行弱测量，不同偏振态的光脉冲依次进入平衡探测器，最终形成时分的四路弱测量；
[0066]
输出光脉冲的光强表示为：其中i0为初始光强，表示光纤作用系统的幺正算符；
[0067]
采用平衡探测器探测四路时分弱测量输出光脉冲光强的值，并进行相关运算：
[0068][0069][0070]
其中θ(t)为光纤主轴旋转角，ξ(t)为光纤双折射引入的相位差；
[0071]
利用这两个光强差之比得到差分光强对比度：
[0072]
通过计算可以从不含噪声项的g值中得到输出信号。
[0073]
步骤5：若当前信噪比高于预设信噪比，则达到抑制噪声效果，反之，提高偏振切换速率，并重复步骤2～5；具体包括如下步骤：
[0074]
步骤5.1：预设一个需要的信噪比snrs，若snrr大于等于snrs，则达到了需要的抑制偏振诱导相位噪声的效果；
[0075]
步骤5.2：若snrr小于snrs，则提高偏振切换速率，并重复步骤2～5，直至达到需要的抑制噪声效果。
[0076]
当光脉冲的偏振态以预设频率进行切换时，在一个周期内的四路弱测量视为进行同一个弱相互作用，受到光纤双折射的影响视为同一个影响。光路切换器的切换频率与偏振切换速率相同。偏振切换速率越快，噪声抑制效果越好。
[0077]
实施例2：
[0078]
本实施例提供一种弱测量系统中抑制偏振诱导相位噪声的系统，包括如下模块：
[0079]
模块m1：搭建具有时分偏振切换功能的基于光纤的量子弱测量光学系统，使光源以预设的频率发射光脉冲，用偏振切换仪以相同的频率调制每一个入射光脉冲的偏振态，改变弱测量系统的前选择，并通过在相互作用过程中引入外部信号产生时变的相位参量；
[0080]
模块m2：引入参考相位，使系统工作在预设的灵敏度以及动态范围内；
[0081]
模块m3：通过外部时钟同步控制光路切换器，使得不同的前选择能够对应各自的后选择；
[0082]
模块m4：通过平衡探测器接收光脉冲，通过计算得到当前输出信号的信噪比；
[0083]
模块m5：若当前信噪比高于预设信噪比，则达到抑制噪声效果，反之，提高偏振切换速率，并重复触发模块m2～m5执行迭代。
[0084]
实施例3：
[0085]
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。
[0086]
本实施例提供了一种基于光纤的弱测量系统中抑制偏振诱导相位噪声的方法，包括：
[0087]
步骤1：搭建具有时分偏振切换功能的基于光纤的量子弱测量光学系统，光源以一定的频率发射光脉冲，用偏振切换仪以相同的频率(光脉冲发射频率和偏振切换仪调制频率始终相同，简称偏振切换速率)调制每一个入射光脉冲的偏振态，等效于改变弱测量系统的前选择，并通过在弱耦合过程中引入外部信号产生时变的相位参量；
[0088]
步骤2：引入参考相位，使系统工作在预设的灵敏度以及动态范围内；
[0089]
步骤3：利用外部时钟同步控制光路切换器，使得不同的前选择能够对应各自的后选择；
[0090]
步骤4：利用平衡探测器接收光脉冲，通过计算得到当前输出信号的信噪比；
[0091]
步骤5：若当前信噪比高于预设信噪比则达到抑制噪声效果，反之提高偏振切换速率重复步骤2，步骤3以及步骤4。
[0092]
所述步骤1包括：
[0093]
步骤1.1：将光源以一定频率输出的光脉冲分别调制为四种前选择态|i1》、|i2》、|i3》、|i4》，四个光脉冲为一个周期；
[0094]
步骤1.2：待测信号在相互作用中编码成为时变的相位参量相互作用过程表
示为其中，为斯托克斯偏振算符。
[0095]
所述步骤2包括：在相互作用后利用相位推迟器插入参考相位表示为
[0096]
当光脉冲的偏振态以一定频率进行切换时，在一个周期内的四路弱测量可视为进行同一个弱相互作用，受到光纤双折射的影响亦可视为同一个影响。
[0097]
所述步骤3包括：
[0098]
步骤3.1：用外部时钟同步控制偏振切换仪和光路切换器，使得不同偏振态的光脉冲进入不同的后选择光路；
[0099]
步骤3.2：四道后选择光路的后选择态分别对应四种前选择态，表示为|f1》、|f2》、|f3》、|f4》，不同前选择态的光脉冲分别投影到各自的后选择态上。
[0100]
光路切换器的切换频率与偏振切换速率相同。
[0101]
所述步骤4包括：采用光强作为探测指标进行弱测量，不同偏振态的光脉冲依次进入平衡探测器，最终形成时分的四路弱测量。输出光脉冲的光强表示为：其中i0为初始光强，表示光纤作用系统的幺正算符。
[0102]
采用平衡探测器探测四路时分弱测量输出光脉冲光强的值，并进行相关运算：
[0103][0104][0105]
其中θ(t)为光纤主轴旋转角，ξ(t)为光纤双折射引入的相位差；
[0106]
接着利用这两个光强差之比得到差分光强对比度(简称g值)：
[0107]
从g值的表达式可以看出，偏振诱导相位噪声得到了完全消除。
[0108]
事实上，偏振切换速率再快，也只能说明一个周期内受到的干扰非常接近，而不能说完全相同，因此得到的g值是包含噪声的。通过计算可以得到输出信号的信噪比snrr。
[0109]
偏振切换速率越快，噪声抑制效果越好。
[0110]
所述步骤5包括：
[0111]
步骤5.1：预设一个需要的信噪比snrs，若snrr大于等于snrs，则说明该方案达到了需要的抑制偏振诱导相位噪声的效果；
[0112]
步骤5.2：若snrr小于snrs，则提高偏振切换速率，并重复步骤2、3、4、5，直至达到需要的抑制噪声效果。
[0113]
实施例4：
[0114]
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。
[0115]
本实施例提供一种基于光纤的弱测量系统中抑制偏振诱导相位噪声的系统，包
括：
[0116]
模块m1：搭建具有时分偏振切换功能的基于光纤的量子弱测量光学系统，光源以一定的频率发射光脉冲，用偏振切换仪以相同的频率(光脉冲发射频率和偏振切换仪调制频率始终相同，简称偏振切换速率)调制每一个入射光脉冲的偏振态，等效于改变弱测量系统的前选择，并通过在相互作用过程中引入外部信号产生时变的相位参量；
[0117]
模块m2：引入参考相位，使系统工作在预设的灵敏度以及动态范围内；
[0118]
模块m3：利用外部时钟同步控制光路切换器，使得不同的前选择能够对应各自的后选择；
[0119]
模块m4：利用平衡探测器接收光脉冲，通过计算得到当前输出信号的信噪比；
[0120]
模块m5：若当前信噪比高于预设信噪比则达到抑制噪声效果，反之提高偏振切换速率并重复模块m2，模块m3，模块m4以及模块m5。
[0121]
所述模块m1包括：
[0122]
模块m1.1：将光源以一定频率输出的光脉冲分别调制为四种前选择态|i1》、|i2》、|i3》、|i4》，四个光脉冲为一个周期；
[0123]
模块m1.2：待测信号在相互作用中编码成为时变的相位参量相互作用过程表示为其中，为斯托克斯偏振算符。
[0124]
所述模块m2包括：在相互作用后利用相位推迟器插入参考相位表示为
[0125]
当光脉冲的偏振态以一定频率进行切换时，在一个周期内的四路弱测量可视为进行同一个弱相互作用，受到光纤双折射的影响亦可视为同一个影响。
[0126]
所述模块m3包括：
[0127]
模块m3.1：用外部时钟同步控制偏振切换仪和光路切换器，使得不同偏振态的光脉冲进入不同的后选择光路；
[0128]
模块m3.2：四道后选择光路的后选择态分别对应四种前选择态，表示为|f1》、|f2》、|f3》、|f4》，不同前选择态的光脉冲分别投影到各自的后选择态上。
[0129]
光路切换器的切换频率与偏振切换速率相同。
[0130]
所述模块m4包括：采用光强作为探测指标进行弱测量，不同偏振态的光脉冲依次进入平衡探测器，最终形成时分的四路弱测量。输出光脉冲的光强表示为：其中i0为初始光强，表示光纤作用系统的幺正算符。
[0131]
采用平衡探测器探测四路时分弱测量输出光脉冲光强的值，并进行相关运算：
[0132][0133][0134]
其中θ(t)为光纤主轴旋转角，ξ(t)为光纤双折射引入的相位差；
[0135]
利用这两个光强差之比得到差分光强对比度：从g值的表达式可以看出，偏振诱导相位噪声得到了完全消除。
[0136]
事实上，偏振切换速率再快，也只能说明一个周期内受到的干扰非常接近，而不能说完全相同，因此得到的g值是包含噪声的。通过计算可以得到输出信号的信噪比snrr。
[0137]
偏振切换速率越快，噪声抑制效果越好。
[0138]
所述m5包括：
[0139]
步骤m5.1：预设一个需要的信噪比snrs，若snrr大于等于snrs，则说明该方案达到了需要的抑制偏振诱导相位噪声的效果；
[0140]
步骤m5.2：若snrr小于snrs，则提高偏振切换速率，并重复模块m2、m3、m4、m5，直至达到需要的抑制噪声效果。
[0141]
实施例5：
[0142]
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1～4的更为具体的说明。
[0143]
弱测量自1988年被aharonov等人发现以来，已经应用到各个领域并取得了大量研究成果，其中最著名的便是自旋霍尔效应的超高灵敏度测量。尽管弱测量技术的应用已经有了长足的发展，但目前的研究大多是基于自由空间平台的设计和实现。由于成本、稳定性、便携性等原因，难以应用于实际场景中。随着光纤传感技术的发展和成熟，采用光纤元件代替系统中的自由空间元件是解决这一问题的方法之一。尽管光纤具有许多优点，如抗电磁干扰、抗腐蚀和高稳定性等，但其易受双折射效应影响的缺点是其不可忽视的影响。在光纤传感中，存在光纤双折射会导致偏振诱导相位噪声的现象，这在长光纤中尤为明显。特别是在以光的偏振态作为系统态的弱测量中，光纤双折射成为影响测量精度的关键因素。本实施例的目的是提供一种基于光纤的弱测量系统中抑制偏振诱导相位噪声的方案。
[0144]
如图2所示，本实施例提供的基于光纤的弱测量系统中抑制偏振诱导相位噪声的方案，包括：光源1、偏振切换仪2、外部时钟3、相互作用过程4、参考相位5、光路切换器6、第一后选择过程7、第二后选择过程8、第三后选择过程9、第四后选择过程10、平衡探测器11和计算机12。
[0145]
所述光源1按一定的频率发射光脉冲，经过偏振切换仪2以相同的频率(偏振切换速率)调制每一个光脉冲的偏振态，然后在相互作用过程4由外部信号作用进行相位编码，再经过参考相位5进行相位调节；四个光脉冲为一个周期，由光路切换器6按照偏振切换速率每一个光将脉冲送到相应的后选择光路上；一个周期内第一个光脉冲经过第一后选择过程7，第二个光脉冲经过第二后选择过程8，第三个光脉冲经过第三后选择过程9，第四个光脉冲经过第四后选择过程10；最后光脉冲依次进入平衡探测器11进行接收以及通过计算机11进行数据处理；外部时钟3连接光源1、偏振切换仪2、光路切换器6以及计算机12进行同步控制。包括如下步骤：
[0146]
步骤a：搭建具有时分偏振切换功能的基于光纤的量子弱测量光学系统，光源1以一定的频率发射光脉冲，用偏振切换仪2以相同的频率(光脉冲发射频率和偏振切换仪调制频率始终相同，简称偏振切换速率)调制每一个入射光脉冲的偏振态，等效于改变弱测量系统的前，并通过在相互作用过程4中引入外部信号产生时变的相位参量；
[0147]
步骤b：选择引入参考相位5，使系统工作在预设的灵敏度以及动态范围内；
[0148]
步骤c：利用外部时钟3同步控制光路切换器6，使得不同的前选择能够对应各自的后选择；
[0149]
步骤d：利用平衡探测器11接收光脉冲，通过计算得到当前输出信号的信噪比；
[0150]
步骤e：若当前信噪比高于预设信噪比则达到抑制噪声效果，反之提高偏振切换速率并重复步骤b，步骤c，步骤d以及步骤e。
[0151]
其中，所述的步骤a，包括如下步骤：
[0152]
步骤a1：前选择步骤：将光源以一定频率输出的光脉冲分别调制为四种前选择态|i1》、|i2》、|i3》、|i4》，四个光脉冲为一个周期；
[0153]
步骤a2：相互作用步骤：待测信号在相互作用过程中编码成为时变的相位参量相互作用过程表示为其中，为斯托克斯偏振算符；
[0154]
其中，所述的步骤b，在相互作用后利用相位推迟器插入参考相位表示为
[0155]
在步骤a和步骤b中，当光脉冲的偏振态以一定频率进行切换时，在一个周期内的四路弱测量可视为进行同一个弱相互作用，受到光纤双折射的影响亦可视为同一个影响。
[0156]
其中，所述的步骤c，包括如下步骤：
[0157]
步骤c1：用外部时钟同步控制偏振切换仪和光路切换器，使得不同偏振态的光脉冲进入不同的后选择光路；
[0158]
步骤c2：后选择步骤：四道后选择光路的后选择态分别对应四种前选择态，表示为|f1》、|f2》、|f3》、|f4》，不同前选择态的光脉冲分别投影到各自的后选择态上。
[0159]
在步骤c中，光路切换器的切换频率与偏振切换速率相同。
[0160]
其中，所述的步骤d，采用光强作为探测指标进行弱测量，不同偏振态的光脉冲依次进入平衡探测器，最终形成时分的四路弱测量。输出光脉冲的光强表示为：其中i0为初始光强，表示光纤作用系统的幺正算符。
[0161]
采用平衡探测器探测四路时分弱测量输出光脉冲光强的值，并进行相关运算：
[0162][0163][0164]
其中θ(t)为光纤主轴旋转角，ξ(t)为光纤双折射引入的相位差；
[0165]
利用这两个光强差之比得到差分光强对比度：
[0166]
从g值的表达式可以看出，偏振诱导相位噪声得到了完全消除。
[0167]
事实上，偏振切换速率再快，也只能说明一个周期内受到的干扰非常接近，而不能
说完全相同，因此得到的g值是包含噪声的。通过计算可以得到输出信号的信噪比snrr。
[0168]
在步骤d中，偏振切换速率越快，噪声抑制效果越好。
[0169]
其中，所述的步骤e，其流程图如图3所示，包括如下步骤：
[0170]
步骤e1：阈值设定步骤：根据实际需求，预设一个需要的信噪比阈值snrs，若snrr大于等于snrs，则说明该方案达到了需要的抑制偏振诱导相位噪声的效果；
[0171]
步骤e2：若snrr小于snrs，则提高偏振切换速率，并重复步骤b、c、d、e，直至达到需要的抑制噪声效果。
[0172]
根据本实施例提供的基于弱测量技术的时变参量实时估计系统，包括：模块m1：搭建具有时分偏振切换功能的基于光纤的量子弱测量光学系统，光源以一定的频率发射光脉冲，用偏振切换仪以相同的频率(光脉冲发射频率和偏振切换仪调制频率始终相同，简称偏振切换速率)调制每一个入射光脉冲的偏振态，等效于改变弱测量系统的前选择，并通过在相互作用过程中引入外部信号产生时变的相位参量；模块m2：引入参考相位，使系统工作在预设的灵敏度以及动态范围内；模块m3：利用外部时钟同步控制光路切换器，使得不同的前选择能够对应各自的后选择；模块m4：利用平衡探测器接收光脉冲，通过计算得到当前输出信号的信噪比；模块m5：若当前信噪比高于预设信噪比则达到抑制噪声效果，反之提高偏振切换速率并重复模块m2，模块m3，模块m4以及模块m5。
[0173]
所述模块m1包括：模块m1.1：将光源以一定频率输出的光脉冲分别调制为四种前选择态|i1》、|i2》、|i3》、|i4》，四个光脉冲为一个周期；模块m1.2：待测信号在相互作用中编码成为时变的相位参量相互作用过程表示为其中，为斯托克斯偏振算符；
[0174]
所述模块m2包括：在相互作用后利用相位推迟器插入参考相位表示为
[0175]
当光脉冲的偏振态以一定频率进行切换时，在一个周期内的四路弱测量可视为进行同一个弱相互作用，受到光纤双折射的影响亦可视为同一个影响。
[0176]
所述模块m3包括：模块m3.1：用外部时钟同步控制偏振切换仪和光路切换器，使得不同偏振态的光脉冲进入不同的后选择光路；模块m3.2：四道后选择光路的后选择态分别对应四种前选择态，表示为|f1》、|f2》、|f3》、|f4》，不同前选择态的光脉冲分别投影到各自的后选择态上。
[0177]
光路切换器的切换频率与偏振切换速率相同。
[0178]
所述模块m4包括：采用光强作为探测指标进行弱测量，不同偏振态的光脉冲依次进入平衡探测器，最终形成时分的四路弱测量。输出光脉冲的光强表示为：其中i0为初始光强，表示光纤作用系统的幺正算符。采用平衡探测器探测四路时分弱测量输出光脉冲光强的值，并进行相关运算：
[0179]
[0180][0181]
其中θ(t)为光纤主轴旋转角，ξ(t)为光纤双折射引入的相位差；
[0182]
利用这两个光强差之比得到差分光强对比度：
[0183]
从g值的表达式可以看出，偏振诱导相位噪声得到了完全消除。事实上，偏振切换速率再快，也只能说明一个周期内受到的干扰非常接近，而不能说完全相同，因此得到的g值是包含噪声的。通过计算可以得到输出信号的信噪比snrr[0184]
偏振切换速率越快，噪声抑制效果越好。
[0185]
所述模块m5包括：模块m5.1：预设一个需要的信噪比snrs，若snrr大于等于snrs，则说明该方案达到了需要的抑制偏振诱导相位噪声的效果；模块m5.2：若snrr小于snrs，则提高偏振切换速率，并重复模块m2、m3、m4、m5，直至达到需要的抑制噪声效果。
[0186]
本发明可以抑制单模光纤被扰动从而引起的偏振诱导相位噪声，实现对时变参量的高精度测量。
[0187]
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
[0188]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。