一种高阶干涉仪制造技术

本发明专利技术涉及光的干涉测量设备技术领域，尤其是一种高阶干涉仪，其特征在于：所述干涉仪至少包括光源、菲涅尔双棱镜、正柱透镜、光纤阵列和单光子探测器阵列，其中所述光源依次经过所述菲涅尔双棱镜、所述正柱透镜和所述光纤阵列进入至所述单光子探测器阵列，所述菲涅尔双棱镜使所述光源产生干涉，所述正柱透镜将产生干涉的光在竖直方向上进行垂直压缩，所述光纤阵列接收光信号并将光传输至所述单光子探测器阵列，所述单光子探测器阵列用于记录所述光纤阵列中不同光纤所传送的光子计数和光子抵达时间。本发明专利技术的优点是：结构简单，保持干涉图案完整性的同时，又增加了耦合效率；能够在空间和时间上观察到干涉图案的积累，同时实现高阶相干测量。

【技术实现步骤摘要】
一种高阶干涉仪
本专利技术涉及光的干涉测量设备
，尤其是一种高阶干涉仪。
技术介绍
光作为人类生存不可或缺的物质和接受外界信息的载体，吸引了很多科学工作者对其进行探索和研究。学者们关于光的粒子说和波动说的争论持续了很久，对于光的研究也不曾停止。1801年，ThomasYoung通过著名的双缝干涉实验，为光学波动说奠定了实验基础。1905年，Einstein通过对光电效应的研究，提出光量子假说，认为光的能量本质上是一份一份地传播的，光也具有粒子性。1926年德国物理学家MaxBorn制定了Born原则，它指出时刻t，在位置r处发现粒子的概率密度与该点处的粒子波函数的振幅的平方成正比。P(r,t)=Ψ*(r,t)Ψ(r,t)=∣Ψ(r,t)∣²随着现代量子理论的建立，光的波粒二象性被人们广泛接受。光学干涉效应就很好地印证了光的波粒二象性。干涉现象通常表现为光场强度在空间上相当稳定的明暗相间的条纹分布。双光束或者多光束之间的干涉效应是最简单的干涉效应。只有频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源，才能产生光的干涉。而现实中，两个独立光源产生的两束光无法满足这些干涉条件，就无法产生稳定的干涉条纹。为了弥补这个弊端，一般通过干涉仪对同一个光源发出的光束进行分束，从而产生满足干涉条件的两束光或者多束光。产生干涉的两束光会在相遇的空间区域内形成稳定的明暗相间的干涉条纹，干涉条纹的明暗对比，需要用可见度来表示，其定义是：V=(Imax-Imin)⁄（Imax+Imin）当Imin=0（暗条纹全黑）时，V=1，条纹最清晰；当Imax≈Imin时，V≈0，条纹模糊不清，甚至不可分辨。2005年，V.Jacques小组利用基于金刚石纳米晶体中单个氮空穴（NV）色心的单光子源，实现了单光子干涉实验。实验中使用波长为532nm，脉冲持续时间为800ps的自制脉冲激光器，来激发单个NV色心产生单光子源。产生的单光子源经过菲涅尔双棱镜产生干涉，随后在电荷耦合器件（CCD）相机上进行干涉图像的显示，从而体现光的波动性。也可以使经过菲涅尔双棱镜产生干涉的两束相干光分别通过两个雪崩光电二极管（APD）来进行二阶自相关测量，体现了光的粒子性。该实验利用单光子源验证了光的波动性和粒子性，但是却只能实现光的一阶干涉和二阶干涉，无法实现更高阶的干涉。并且在实验中一阶干涉图案的显示和二阶干涉的测量需要单独使用CCD或者APD，无法使用同一个装置来进行测量。2008年，该小组又利用菲涅尔双棱镜和具有可调透射狭缝的光栅进行单光子干涉实验，可以通过改变光栅狭缝的宽度来改变干涉图像的可见度。该实验很好地验证了波尔的互补原则，但是由于光栅本身会产生衍射现象，对实验结果也有一定的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种高阶干涉仪及利用其进行相干测量的方法，光源经过菲涅尔双棱镜产生干涉，再利用柱透镜将光在竖直方向上垂直压缩，使其方便耦合到光纤阵列中，并输送到单光子探测器阵列，从而构建可以同时观测到一阶干涉和高阶干涉的更为精密的干涉仪。本专利技术目的实现由以下技术方案完成：一种高阶干涉仪，其特征在于：所述干涉仪至少包括光源、菲涅尔双棱镜、正柱透镜、光纤阵列和单光子探测器阵列，其中所述光源依次经过所述菲涅尔双棱镜、所述正柱透镜和所述光纤阵列进入至所述单光子探测器阵列，所述菲涅尔双棱镜使所述光源产生干涉，所述正柱透镜将产生干涉的光在竖直方向上进行垂直压缩，所述光纤阵列接收光信号并将光传输至所述单光子探测器阵列，所述单光子探测器阵列用于记录所述光纤阵列中不同光纤所传送的光子计数和光子抵达时间。菲涅尔双棱镜是分波前干涉装置的本质，使发出的光波经上下两棱镜折射后形成两束相干的折射光，它们可看作是从两个虚光源发出，在重叠区域可产生干涉。光束经过菲涅尔双棱镜后产生干涉，干涉条纹性质与杨氏干涉条纹相同。可以在菲涅尔双棱镜后放置一个电荷耦合器件（CCD）,CCD相机记录了在双棱镜后面形成的干涉图案。通过调整双棱镜的位置，CCD上显示了图案的演变，从而确定最清晰的干涉条纹。运用了菲涅尔双棱镜对光束进行分波前干涉，还使用了柱透镜。柱透镜可以分为正柱透镜和负柱透镜，正柱透镜对光有会聚作用，负柱透镜对光有发散作用。该干涉仪使用的就是正柱透镜。光束经过菲涅尔双棱镜折射后产生两束相干光，相干光以垂直柱面的方向入射到柱透镜。柱透镜可以在竖直方向上对这些光进行垂直压缩，同时也使产生的干涉条纹进行了压缩，从而使其方便耦合到光纤阵列中。所述光源指的是激光器产生的激光光束，或者是所述激光器打在旋转的毛玻璃上产生的赝热光源，或者是所述激光器激发金刚石单个氮空穴色心来产生的单光子源。所述光纤阵列包含呈一维线性排列的多根光纤，多根所述光纤用于接收光信号并分别将不同位置干涉条纹的光输送到所述单光子探测器阵列相应的探测通道中。所述单光子探测器阵列由多个光纤耦合的分立硅雪崩光电二极管组成，所述单光子探测器阵列具有与所述光纤阵列的光纤数量相对应的探测通道。所述单光子探测器阵列连接至一逻辑分析仪或者连接至一单光子计数器。用来进行一阶干涉和高阶干涉测量的是基于硅雪崩光电二极管（Si-APD）的单光子探测器阵列。Si-APD是高速、高敏并且具有内部增益机制的高增益频宽光电二极管，在低光和快速响应时间的要求下，具有非常出色的测量效果。被柱透镜压缩的光通过光纤阵列，分别耦合到单光子探测器阵列相应的探测通道上。将单光子探测器阵列的不同探测通道连接到逻辑分析仪上，就可以同时记录每个通道上的光子计数和光子抵达时间，再进行数据处理，就可以实现一阶相干测量和高阶相干测量。也可以将单光子探测器阵列的不同探测通道连接到时间相关的单光子计数器（TCSPC）上，进行任意通道之间的相干性测量。本专利技术的优点是：结构简单，通过菲涅尔棱镜可以产生光的干涉，柱透镜的设置可以将发生干涉的光完美地聚焦到光纤阵列上，保持干涉图案完整性的同时，又增加了耦合效率；不仅能够在空间和时间上观察到具有高分辨率的干涉图案的积累，还能同时实现高阶相干测量；适用范围广，适用于激光、来自金刚石晶体单个氮空穴色心的单光子源和激光打在旋转的毛玻璃上所产生的赝热光源。附图说明图1为本专利技术的一阶干涉实验的结构示意图；图2为本专利技术的一阶干涉实验测量图；图3为本专利技术的二阶干涉实验的结构示意图；图4为本专利技术的二阶干涉实验测量图。具体实施方式以下结合附图通过实施例对本专利技术特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：如图1-4所示，图中标号1-7分别表示为：光源1、菲涅尔双棱镜2、正柱透镜3、光纤阵列4、单光子探测器阵列5、逻辑分析仪6、单光子计数器7。实施例一：如图1所示，本实施例中的高阶干涉仪包括一激光器，激光器可以发射作为光源1的激光光束。在光源1的后方设置有菲涅尔双棱镜2，菲涅尔双棱镜2用于对光束进行折射并使其产生两束相干光，它们可看作是从两个虚光源发出，在重叠区域可产生干涉，即菲涅尔双棱镜2可使光源1产生干涉。在菲涅尔双棱镜2的后方设置有用于对光在竖直方向上进行垂直压缩的正柱透镜3，同时正柱透镜3也可对光源1经过菲涅尔双棱镜2后产生干涉的光进行压缩，从而使其方便耦合到光纤阵列4之中。在正柱透镜3的后方设置有接受光信号并输送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高阶干涉仪，其特征在于：所述干涉仪至少包括光源、菲涅尔双棱镜、正柱透镜、光纤阵列和单光子探测器阵列，其中所述光源依次经过所述菲涅尔双棱镜、所述正柱透镜和所述光纤阵列进入至所述单光子探测器阵列，所述菲涅尔双棱镜使所述光源产生干涉，所述正柱透镜将产生干涉的光在竖直方向上进行垂直压缩，所述光纤阵列接收光信号并将光传输至所述单光子探测器阵列，所述单光子探测器阵列用于记录所述光纤阵列中不同光纤所传送的光子计数和光子抵达时间。

【技术特征摘要】
1.一种高阶干涉仪，其特征在于：所述干涉仪至少包括光源、菲涅尔双棱镜、正柱透镜、光纤阵列和单光子探测器阵列，其中所述光源依次经过所述菲涅尔双棱镜、所述正柱透镜和所述光纤阵列进入至所述单光子探测器阵列，所述菲涅尔双棱镜使所述光源产生干涉，所述正柱透镜将产生干涉的光在竖直方向上进行垂直压缩，所述光纤阵列接收光信号并将光传输至所述单光子探测器阵列，所述单光子探测器阵列用于记录所述光纤阵列中不同光纤所传送的光子计数和光子抵达时间。2.根据权利要求1所述的一种高阶干涉仪，其特征在于：所述光源指的是激光器产生的激光光束，或者是所述激光器打在旋转的毛玻璃上产生的...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦梦瑶，陈凌霄，戎有英，陈昱，李召辉，陈修亮，吴光，武愕，潘海峰，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31