基于量子弱测量技术的平板玻璃折射率梯度测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于量子弱测量技术的平板玻璃折射率梯度测量装置，包括前选择偏振片、第一偏振分束器、第二偏振分束器、待测材料、第三偏振分束器、第四偏振分束器、半波片、1/4波片、后选择态偏振片和光电探测器。本发明专利技术基于量子弱测量技术的平板玻璃折射率梯度测量在能力上实现了新型的高灵敏度、高精度测量；在测量结构上同时在两个正交方向上的剪切干涉实现自参考干涉，可实现传统干涉测量技术难以实现的无需参考的折射率梯度测量。难以实现的无需参考的折射率梯度测量。难以实现的无需参考的折射率梯度测量。

【技术实现步骤摘要】
基于量子弱测量技术的平板玻璃折射率梯度测量装置


[0001]本专利技术属于折射率测量以及量子弱测量
，尤其涉及一种基于量子弱测量技术的平板玻璃折射率梯度测量装置。

技术介绍

[0002]光学玻璃材料的折射率直接影响着其透射波前。在高精度要求的条件下，波前的变化会导致成像模糊，质量变差，光线聚焦的焦点变大，光波波前的精度降低，整体品质也随之下降。因此在提升光学系统的性能方面，使用更低误差的玻璃材料折射率数据是不可或缺的。因此，需要更高检测的手段来执行。根据测量结果可以使用针对性的解决办法来降低误差的引入，从而不断的改善加工的质量。
[0003]传统的玻璃材料的折射率测量的主要方法是干涉测量法、三角法、点衍射干涉测量、波前传感测量。波前测量法检测精度受受微透镜阵列制作的限制，子孔径数目有限，采样点数相对较少，空间分辨率不高。存在采样误差，重构出的波前相位只能反应出大致的分布情况，对细节部分不能精确反应。干涉测量法取得了丰富的研究成果，并且一部分发展为稳定的商用产品，其原理使用了参考镜产生参考波前作为测量基准进行干涉测量。三角法受限于现有的光学加工及装配工艺，材料和设备都很难进一步提高。因此暂时都无法在已有的基础上继续提高测量精度。
[0004]量子弱测量技术最早是由Aharonov、Albert和L.Vaidman(AAV)三位科学家1998年在分析量子自旋问题的时候所提出的。它是一种通过前后选择测量来确定量子系统统计性质的一种测量方法，可以抑制技术噪声，从而使被测信号得到放大，提高系统的灵敏度和稳定性。在量子弱测量的理论体系中，系统本身与测量仪器之间的耦合强度十分的弱，但是在加入了前后选择态并且两者接近正交的条件下，这种弱耦合对应的弱值却可以远远超出可观测量的最大本征值，并且弱值的本身可以构造为复数的形式。这种通过将系统可观测量显著放大的现象被称为弱值放大效应，在精密测量领域有着十分重要的实用价值

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于量子弱测量技术的平板玻璃折射率梯度测量装置。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于量子弱测量技术的平板玻璃折射率梯度测量装置，包括前选择偏振片、第一偏振分束器、第二偏振分束器、待测材料、第三偏振分束器、第四偏振分束器、第五偏振分束器、半波片、1/4波片、后选择态偏振片和光电探测器；其中：
[0007]入射光经过前选择偏振片形成前选择偏振光，入射到所述第一偏振分束器获得水平偏振光与竖直偏振光；所述水平偏振光经过第二偏振分束器形成一对与水平方向平行且偏振方向相互垂直的平行光；所述竖直偏振光经过第三偏振分束器形成一对与垂直方向平行且偏振方向相互垂直的平行光；产生的两对平行光射入所述待测材料，分别穿过所述第
四偏振分束器、第五偏振分束器，合束干涉后形成两束后依次经过所述半波片、1/4波片、后选择态偏振片，然后射入所述光电探测器。
[0008]进一步地，所述前选择偏振片偏振方向水平方向夹角为45
°
，获得线偏振光，所述后选择态偏振片偏振方向与水平方向夹角为
‑
45
°
，与前选择态偏振方向互相垂直。
[0009]进一步地，所述第一偏振分束器光轴沿水平方向，进行偏振分束后，获得的水平偏振光记为|H>，竖直偏振光记为|V>。获得的偏振方向互相垂直的两束，分别射入到所述第二偏振分束器中和所述第三偏振分束器之中。
[0010]进一步地，所述第二偏振分束器光轴与水平方向夹角为45
°
，通过所述第二偏振分束器后在平行于水平方向上产生相互平行的两束光，且偏振方向相互垂直。所述第三偏振分束器光轴垂直于表面向内夹角为45
°
，通过所述第三偏振分束器后垂直于表面向内产生相互平行的两束光，且偏振方向相互垂直。
[0011]进一步地，所述第四偏振分束器光轴与水平方向夹角为
‑
45
°
，通过所述第四偏振分束器后在平行于水平方向上相互平行的两束光合束成一束。所述第五偏振分束器光轴垂直于表面向内夹角为
‑
45
°
，通过所述第五偏振分束器后垂直于表面向内相互平行的两束光合束成一束。
[0012]进一步地，所述光电探测器为CCD相机、CMOS相机或者ICCD相机。
[0013]进一步地，对光电探测器所采集的图像的光斑亮度数据进行灰度值变化，然后计算其图像的质心位置；图像的质心位置是该时刻光束的质心位置。
[0014]进一步地，所述前选择偏振态的表达式为|ψ
i
>＝cosα|H>+sinα|V>，这里α根据描述为前选择偏振片与水平方向的夹角，|H>和|V>分别代表水平偏振光和竖直偏振光的本征态。后选择偏振态表示为其中，β为后选择偏振片与前选择偏振态正交方向的夹角，为两个偏振分量之间的相位差；结合弱值的定义，弱值的表达式为其中A
w
为测量折射率的放大因子，为本实例采用的可观测算符。本系统中可以求出出射光斑质心移动量表达式为：<x>＝4ka2/Δnd；式中，<x>表示基于量子弱测量技术的平板玻璃折射率梯度测量原理推理所得到的测量光束光斑质心位移，Δn表示所述待测材料折射率梯度在某方向上的波动，a是光束的初始尺寸，k是光的波数，d是所述待测材料的厚度。
[0015]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0016](1)本专利技术基于量子弱测量技术的平板玻璃折射率梯度测量方法实现了新型的高灵敏度、高精度检测。
[0017](2)本专利技术通过差分测量可以实现无需参考面的绝对测量，对于每个被测设备不需要进行两次测量，降低了系统误差。解除了参考表面本身的制造精度限制可测量精度的问题。
[0018](3)本专利技术通过布置剪切方向相互垂直的两个偏振分束器可以实现对正交方向的折射率分布进行同时测量，实现梯度测量。
[0019]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例提供的基于量子弱测量技术的平板玻璃折射率梯度测量装置整体结构示意图。
[0021]图2为本专利技术实施例提供的无待测件时光电探测器探测到的光强示意图。
[0022]图3为本专利技术实施例提供的穿过待测件时光电探测器探测到的光强示意图。
[0023]图4为本专利技术实施例提供的基于量子弱测量技术的平板玻璃折射率梯度测量方法的流程图。
[0024]图中：1
‑
前选择偏振片、2
‑
第一偏振分束器、3
‑
第二偏振分束器、4
‑
第三偏振分束器、5
‑
待测材料、6
‑
第四偏振分束器、7
‑
第五偏振分束器、8
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于量子弱测量技术的平板玻璃折射率梯度测量装置，其特征在于，包括前选择偏振片、第一偏振分束器、第二偏振分束器、待测材料、第三偏振分束器、第四偏振分束器、第五偏振分束器、半波片、1/4波片、后选择态偏振片和光电探测器；其中：入射光经过前选择偏振片形成前选择偏振光，入射到所述第一偏振分束器获得水平偏振光与竖直偏振光；所述水平偏振光经过第二偏振分束器形成一对与水平方向平行且偏振方向相互垂直的平行光；所述竖直偏振光经过第三偏振分束器形成一对与垂直方向平行且偏振方向相互垂直的平行光；产生的两对平行光射入所述待测材料，分别穿过所述第四偏振分束器、第五偏振分束器，合束干涉后形成两束后依次经过所述半波片、1/4波片、后选择态偏振片，然后射入所述光电探测器。2.根据权利要求1所述的基于量子弱测量技术的平板玻璃折射率梯度测量装置，其特征在于，所述前选择偏振片偏振方向水平方向夹角为45
°
，获得线偏振光；所述后选择态偏振片偏振方向与水平方向夹角为
‑
45
°
，与前选择态偏振方向互相垂直。3.根据权利要求1所述的基于量子弱测量技术的平板玻璃折射率梯度测量装置，其特征在于，所述第一偏振分束器光轴沿水平方向，进行偏振分束后，获得的水平偏振光记为|H＞，竖直偏振光记为|V＞；获得的偏振方向互相垂直的两束，分别射入到所述第二偏振分束器中和所述第三偏振分束器之中。4.根据权利要求1所述的基于量子弱测量技术的平板玻璃折射率梯度测量装置，其特征在于，所述第二偏振分束器光轴与水平方向夹角为45
°
，通过所述第二偏振分束器后在平行于水平方向上产生相互平行的两束光，且偏振方向相互垂直。5.根据权利要求4所述的基于量子弱测量技术的平板玻璃折射率梯度测量装置，其特征在于，所述第三偏振分束器光轴垂直于表面向内夹角为45
°
，通过所述第三偏振分束器后垂直于表面向内产生相互平行的两束光，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李力，陈兴，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：