一种基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量系统及方法技术方案

一种基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量系统及方法，本发明专利技术涉及基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量系统及方法。本发明专利技术为了解决现有干涉仪分辨率低的缺点。系统包括同步信号器(1)、脉冲激光器(2)、奇偶探测器(9)、干涉仪(10)；所述奇偶探测器(9)包括光子数分辨计数器(7)和控制及信号处理系统(8)；同步信号器(1)产生两束同步信号，一束同步信号传输到脉冲激光器(2)产生脉冲激光，经干涉仪产生两束脉冲激光，选择其中任意一束传输至光子数分辨计数器(7)，对脉冲激光进行探测；将探测结果传输至控制及信号处理系统(8)进行数据处理及显示。本发明专利技术用于量子探测领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量系统及方法。
技术介绍
干涉仪是现代光学测量技术中最基础也最常用的系统。当两束相干电磁波发生干涉，例如杨氏双缝干涉实验或是标准的马赫曾德尔(MZ)干涉仪中发生的情况，在接收屏上能看到一个强度随干涉仪两臂光程差变化而变化的干涉条纹图样，该图样的变化周期由电磁场的波长λ决定。通常我们将引起干涉光强变化二分之一周期的光程差(相位差)变化称为干涉仪的标准分辨率极限，即λ/2π。从相位探测的角度来看，该分辨率是固定的，无法通过换用短波长电磁波进行干涉来提高，对于需要更高相位探测分辨率的场合，经典干涉仪就无法再满足要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有干涉仪分辨率低的缺点，而提出一种一种基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量系统及方法。一种基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量系统，其特征在于它包括：同步信号器(1)、脉冲激光器(2)、奇偶探测器(9)、干涉仪(10)；所述奇偶探测器(9)包括光子数分辨计数器(7)和控制及信号处理系统(8)；同步信号器(1)产生两束同步信号，一束同步信号传输到脉冲激光器(2)，驱动脉冲激光器(2)产生脉冲激光，脉冲激光经干涉仪产生两束脉冲激光，选择其中任意一束脉冲激光传输至光子数分辨计数器(7)，光子数分辨计数器(7)对脉冲激光进行探测；将探测结果传输至控制及信号处理系统(8)进行数据处理及显示；另一束同步信号传输到控制及信号处理系统(8)，控制及信号处理系统(8)控制光子数分辨计数器(7)的快门开门准备接收经干涉仪(10)的出射端口发出的脉冲激光。一种基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量方法具体是按照以下步骤进行的；步骤一、脉冲激光器(2)产生波函数为|α〉的单模相干态脉冲激光入射到干涉仪(10)一入射端口，干涉仪另一入射端口以真空态|0>入射；则干涉仪的入射光场波函数为|ψin>＝|α〉|0>；步骤二、干涉仪两干涉臂相位差为则干涉仪入射光场经干涉仪干涉后获得干涉仪的出射光场波函数为步骤三、光子数分辨计数器(7)对步骤二中获得的干涉仪的出射光场波函数进行探测，探测每次脉冲激光传输至光子数分辨计数器(7)的光子数个数，即可获得奇偶探测算符的平均值为本专利技术的有益效果为：奇偶探测器(9)包括光子数分辨计数器(7)和控制及信号处理系统(8)；一方面可以控制位于干涉仪出射端口的光子数分辨计数器(6)的快门开门准备接收干涉仪出射的光脉冲，另一方面也能接收计数器的探测结果进行数据处理及显示。激光脉冲经非偏振分光棱镜1(3)分束后在干涉仪两臂中传输而携带了干涉仪两臂的光程信息，于非偏振分光棱镜2(4)处发生干涉后两臂的光程差(相位差)信息将反应在干涉仪两出射端口的光子数分布上。选取任意一个出射端口经奇偶探测模块进行量子奇偶探测即可获得与干涉仪两臂相位差相关的干涉条纹，该条纹相较经典干涉仪具有更高的条纹锐度且条纹锐度随着干涉光强的提高而增高，这使得本系统具有更高的相位探测灵敏度。本专利技术公开了一种基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量系统。干涉仪的干涉条纹宽度决定了其探测分辨率，经典激光干涉仪的标准分辨率极限为λ/2，换算为相位即π。通过提高干涉条纹的锐度可以有效的提高干涉仪的探测分辨率。本专利技术利用光场的粒子性，在干涉仪的出射端口采用光子数分辨探测器进行量子奇偶探测，所获得的干涉条纹峰宽为经典探测仪的N为入射光场的平均光子数。因此该系统具有高于干涉仪标准分辨率极限的超分辨探测性能，且分辨率随着干涉光强的增强而变高。如图4所示，本专利技术奇偶探测策略下干涉条纹在附加相位为-3时，奇偶探测算符的平均值为0，现有强度差探测的归一化干涉条纹在附加相位为-3时，奇偶探测算符的平均值为-1；本专利技术奇偶探测策略下干涉条纹在附加相位为-1时，奇偶探测算符的平均值为0，现有强度差探测的归一化干涉条纹在附加相位为-1时，奇偶探测算符的平均值为0.6；本专利技术奇偶探测策略下干涉条纹在附加相位为0时，奇偶探测算符的平均值为1，现有强度差探测的归一化干涉条纹在附加相位为0时，奇偶探测算符的平均值为1；本专利技术奇偶探测策略下干涉条纹在附加相位为1时，奇偶探测算符的平均值为0，现有强度差探测的归一化干涉条纹在附加相位为1时，奇偶探测算符的平均值为0.6；本专利技术奇偶探测策略下干涉条纹在附加相位为3时，奇偶探测算符的平均值为0，现有强度差探测的归一化干涉条纹在附加相位为3时，奇偶探测算符的平均值为-1；可看出本专利技术提出的奇偶探测方法的信号峰比传统强度差探测的信号峰窄得多，按照经典的半峰宽的分辨率定义，本专利奇偶探测方法的分辨率可以得到极大的提高，从而实现超分辨的性能优势。附图说明图1为基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量系统A框图；图2为基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量系统B框图；图3为干涉仪光路示意图，A、B为干涉仪入射端口，C、D为干涉仪出射端口；图4为奇偶探测策略下干涉条纹与归一化强度差干涉条纹的对比图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，一种基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量系统，其特征在于它包括：同步信号器(1)、脉冲激光器(2)、奇偶探测器(9)、干涉仪(10)；所述奇偶探测器(9)包括光子数分辨计数器(7)和控制及信号处理系统(8)；同步信号器(1)产生两束同步信号，一束同步信号传输到脉冲激光器(2)，驱动脉冲激光器(2)产生脉冲激光，脉冲激光经干涉仪(10)产生两束脉冲激光，选择其中任意一束脉冲激光传输至光子数分辨计数器(7)，光子数分辨计数器(7)对脉冲激光进行探测；将探测结果传输至控制及信号处理系统(8)进行数据处理及显示；另一束同步信号传输到控制及信号处理系统(8)，控制及信号处理系统(8)控制光子数分辨计数器(7)的快门开门准备接收经干涉仪(10)的出射端口发出的脉冲激光。这里的意思是只有光源发射对探测有用的脉冲激光后，探测器的快门才开门准备探测，否则快门关闭，避免接收杂光。具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述干涉仪(10)包括第一非偏振分光棱镜(3)、第一全反射镜(4)、第二全反射镜(5)和第二非偏振分光棱镜(6)；同步信号器(1)产生两束同步信号，一束同步信号传输到脉冲激光器(2)，驱动脉冲激光器(2)产生脉冲激光，脉冲激光经过第一非偏振分光棱镜(3)分成两束，一束经过第一全反射镜(4)反射到达第二非偏振分光棱镜(6)，另一束经过第二全反射镜(5)反射到达第二非偏振分光棱镜(6)，两束到达第二非偏振分光棱镜(6)的激光脉冲进行干涉，经第二非偏振分光棱镜(6)分成两束激光脉冲；选择其中任意一束脉冲激光传输至光子数分辨计数器(7)，光子数分辨计数器(7)对脉冲激光进行探测；将探测结果传输至控制及信号处理系统(8)进行数据处理及显示。原理：同步信号器(1)产生同步信号分成两束，一束同步信号传输到脉冲激光器(2)，驱动脉冲激光器(2)产生激光脉冲，激光脉冲经干涉仪产生两束激光脉冲，其中一束激光脉冲传输至光子数分辨计数器(7)，将光子数分辨计数器的探测结果传输至控制及信号处理系统(8)进行数据处理及显示；另一束同步信号传输到控制及信号处理系统(8)，控制及信号处理系统(8)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量系统，其特征在于它包括：同步信号器(1)、脉冲激光器(2)、奇偶探测器(9)、干涉仪(10)；所述奇偶探测器(9)包括光子数分辨计数器(7)和控制及信号处理系统(8)；同步信号器(1)产生两束同步信号，一束同步信号传输到脉冲激光器(2)，驱动脉冲激光器(2)产生脉冲激光，脉冲激光经干涉仪(10)产生两束脉冲激光，选择其中任意一束脉冲激光传输至光子数分辨计数器(7)，光子数分辨计数器(7)对脉冲激光进行探测；将探测结果传输至控制及信号处理系统(8)进行数据处理及显示；另一束同步信号传输到控制及信号处理系统(8)，控制及信号处理系统(8)控制光子数分辨计数器(7)的快门开门准备接收经干涉仪(10)发出的脉冲激光。

【技术特征摘要】
1.一种基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量系统，其特征在于它包括：同步信号器(1)、脉冲激光器(2)、奇偶探测器(9)、干涉仪(10)；所述奇偶探测器(9)包括光子数分辨计数器(7)和控制及信号处理系统(8)；同步信号器(1)产生两束同步信号，一束同步信号传输到脉冲激光器(2)，驱动脉冲激光器(2)产生脉冲激光，脉冲激光经干涉仪(10)产生两束脉冲激光，选择其中任意一束脉冲激光传输至光子数分辨计数器(7)，光子数分辨计数器(7)对脉冲激光进行探测；将探测结果传输至控制及信号处理系统(8)进行数据处理及显示；另一束同步信号传输到控制及信号处理系统(8)，控制及信号处理系统(8)控制光子数分辨计数器(7)的快门开门准备接收经干涉仪(10)发出的脉冲激光。2.根据权利要求1所述一种基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量系统，其特征在于：所述干涉仪(10)包括第一非偏振分光棱镜(3)、第一全反射镜(4)、第二全反射镜(5)和第二非偏振分光棱镜(6)；同步信号器(1)产生两束同步信号，一束同步信号传输到脉冲激光器(2)，驱动脉冲激光器(2)产生脉冲激光，脉冲激光经过第一非偏振分光棱镜(3)分成两束，一束经过第一全反射镜(4)反射到达第二非偏振分光棱镜(6)，另一束经过第二全反射镜(5)反射到达第二非偏振分光棱镜(6)，两束到达第二非偏振分光棱镜(6)的激光脉冲进行干涉，经第二非偏振分光棱镜(6)分成两束激光脉冲；选择其中任意一束脉冲激光传输至光子数分辨计数器(7)，光子数分辨计数器(7)对脉冲激光进行探测；将探测结果传输至控制及信号处理系统(8)进行数据处理及显示。3.根据权利要求2所述一种基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量系统，其特征在于：所述干涉仪为马赫曾德尔干涉仪。4.一种基于权利要求1所述的基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量方法，其特征在于：一种基于奇偶探测策略的超分辨量子干涉测量方法具体是按照以下步骤进行的；步骤一、脉冲激光器(2)产生波函数为|α>的单模相干态脉冲激光入射到干涉仪(10)一入射端口，干涉仪另一入射端口以真空态|0>入射；则干涉仪的入射光场波函数为|ψin>＝|α>|0>；步骤二、干涉仪两干涉臂相位差为则干涉仪入射光场经干涉仪干涉后获得干涉仪的出射光场波函数为步骤三、光子数...

【专利技术属性】
技术研发人员：张子静，赵远，岑龙柱，苏建忠，王峰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23