基于多次穿过超稳干涉仪诱导相干的高精度相位测量方法

本发明涉及光学相位测量，具体涉及基于多次穿过超稳干涉仪诱导相干的高精度相位测量方法。

背景技术：

1、对整个科学领域来说，精确测量是至关重要的，它是所有定量科学的基础，特别是，光学相位测量用于精确测量长度、位移、速度、光学性质等。精确的相位测量对于成像、传感和信息处理等各种应用具有特别重要的意义，广泛应用于光学成像、光纤通信等领域；随着技术的不断进步，相位测量已经发展成为一种高精度、高分辨率的测量技术，其应用范围涵盖了机械、电子、光学、材料、生物等领域。

2、光干涉相位测量的基本原理是利用干涉现象测量光的相位差。经典干涉测量法，以马赫-曾德尔(mach-zehnder)干涉仪为典型，在重新组合之前，将光分成两种模，一种模与被测量的物体(即样品)相互作用，这样，所产生的干涉图样就能提供关于样品的相位信息，该干涉仪及其改进型，通常依靠经典光来进行测量，这使得最小可测量的相移不低于称为散粒噪声极限或标准量子极限(snl)；其中，是最小的可测量相移(或称为精度、误差)，<ncoh>是经典光或相干光的平均光子数。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供基于多次穿过超稳干涉仪诱导相干的高精度相位测量方法。该方案包括：选择测量光分别输入到超稳干涉仪的输入模a和输入模b中，得到输入模a对应的信号光，以及输入模b对应的第一闲频光；第一闲频光经过第一非线性分束器，在q次穿过相移器后经过第二非线性分束器，到达分束器；将测量光输入超稳干涉仪的输入模c中，得到输入模c对应的第二闲频光；第二闲频光依次经过第一非线性分束器和第二非线性分束器后，到达分束器；第一闲频光和第二闲频光在分束器进行混合输出模db和模dc，采用强度差方法确定相位测量误差。本发明通过强度相减的测量方法来抑制噪声的影响，从而大幅提高测量精度。

2、本发明采用如下技术方案，基于多次穿过超稳干涉仪诱导相干的高精度相位测量方法，包括：

3、选择测量光分别输入到超稳干涉仪的输入模a和输入模b中，得到输入模a对应的信号光，以及输入模b对应的第一闲频光；

4、所述第一闲频光首先经过第一非线性分束器，在q次穿过相移器后经过第二非线性分束器，到达50:50的分束器；其中，q＝2n，n为正整数；

5、将测量光输入超稳干涉仪的输入模c中，得到输入模c对应的第二闲频光；

6、所述第二闲频光依次经过第一非线性分束器和第二非线性分束器后，到达50:50的分束器；

7、所述第一闲频光和第二闲频光在所述50:50的分束器进行混合，输出模db和模dc，采用强度差方法确定相位测量误差。

8、进一步的，所述输入模b中输入的测量光为相干光。

9、进一步的，采用强度差方法进行相位测量，包括：

10、通过输入算符表述输出的操作算符，将输出模的测量操作表示为操作算符作用在初态上的形式；

11、测量每个输出模的强度，并根据强度差获取强度算子；

12、根据所述强度算子、第一非线性分束器的第一压缩因子，以及第二非线性分束器的第二压缩因子获取模db和模dc之间的最小相位测量误差。

13、进一步的，通过输入算符表述输出的操作算符，将输出模的测量操作表示为操作算符作用在初态上的形式，具体为：

14、

15、

16、其中，in的下标n表示单位矩阵的阶数，μi＝coshγi，表示第i个非线性的压缩因子，是相移，bs表示分束器，s1表示第一压缩，s2表示第二压缩，表示要测量的相位，ain是表示由所有算子组成的输入算符；

17、通过应用变换得到输出模的操作算符为：aout＝bs·s2·φ1·s1·ain。

18、进一步的，测量每个输出模的强度，并根据强度差获取强度算子，具体为：

19、每个输出模的强度测量为：

20、根据每个输出模的强度采用强度差方法获取强度算子，表达式为：其中，下标i,j为a,b,c中的任意两个模。

21、进一步的，获取模db和模dc之间的最小相位测量误差，表达式为：

22、

23、其中，表示测量相位均方差的最小值，q表示测量相位次数，β表示相干态的振幅，γ1表示第1个非线性的压缩因子；γ2表示第2个非线性的压缩因子。

24、本发明的有益效果是：本发明利用光压缩态能够使相位测量精度打破标准量子极限，以至逼近海森堡极限，同时，本发明基于多次穿过(设为q次)的超稳干涉仪，采用简单的测量结构即可进一步提高相位测量精度，其精度比单次的可提高q倍。

技术特征：

1.基于多次穿过超稳干涉仪诱导相干的高精度相位测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于多次穿过超稳干涉仪诱导相干的高精度相位测量方法，其特征在于：所述输入模b中输入的测量光为相干光。

3.根据权利要求1所述的基于多次穿过超稳干涉仪诱导相干的高精度相位测量方法，其特征在于：采用强度差方法进行相位测量，包括：

4.根据权利要求3所述的基于多次穿过超稳干涉仪诱导相干的高精度相位测量方法，其特征在于：通过输入算符表述输出的操作算符，将输出模的测量操作表示为操作算符作用在初态上的形式，具体为：

5.根据权利要求3所述的基于多次穿过超稳干涉仪诱导相干的高精度相位测量方法，其特征在于：测量每个输出模的强度，并根据强度差获取强度算子，具体为：

6.根据权利要求3所述的基于多次穿过超稳干涉仪诱导相干的高精度相位测量方法，其特征在于：获取模db和模dc之间的最小相位测量误差，表达式为：

技术总结
本发明涉及光学相位测量技术领域，具体涉及基于多次穿过超稳干涉仪诱导相干的高精度相位测量方法。选择测量光分别输入到超稳干涉仪的输入模a和输入模b中，得到输入模a对应的信号光，以及输入模b对应的第一闲频光；第一闲频光经过第一非线性分束器，在q次穿过相移器后经过第二非线性分束器，到达分束器；将测量光输入超稳干涉仪的输入模c中，得到输入模c对应的第二闲频光；第二闲频光依次经过第一非线性分束器和第二非线性分束器后，到达分束器；第一闲频光和第二闲频光在分束器进行混合输出模D<subgt;b</subgt;和模D<subgt;c</subgt;，采用强度差方法确定相位测量误差。本发明通过强度相减的测量方法来抑制噪声的影响，从而大幅提高测量精度。

技术研发人员：夏立新,夏雨
受保护的技术使用者：喀什大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/17