一种光学场干涉位相差的锁定方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种光学场干涉位相差的锁定方法，是将光电探测器输出的直流信号与混频器输出的具有正弦形式的微分信号相加或相减，获得锁定光学场任意干涉位相差的误差信号；将所获得的误差信号经过比例积分控制器和高压放大器反馈到光路中的压电陶瓷上，完成光学场任意干涉位相差的锁定。本发明专利技术还提供了实现上述光学场干涉位相差锁定方法的装置，该装置可用于两束光学场以任意位相差耦合；也可用于测量任意角度的光学场正交分量的量子起伏，优化量子逻辑操作和量子计算的结果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学场干涉位相锁定方法，具体是ー种光学场任意角度干渉位相差的锁定方法和装置。
技术介绍
光学场干涉位相锁定是量子光学实验中的ー个重要技术，它在平衡零拍探测、制备多组份纠缠态光场、量子信息、量子计算等方面具有重要作用和广阔的应用前景。平衡零拍探测是量子光学实验中的ー个重要工具，用于测量压缩态光场和纠缠态光场的量子起伏。在平衡零拍探测系统中，一束强的本地振荡光和一束待测量的微弱信号光在ー个分束比为50%的光学分束器上稱合,通过锁定两束光学场之间的相对位相差，即 可測量信号光场的正交振幅或正交位相分量的量子起伏。当两束光学场的干渉位相锁定到零位相差时，可測量信号光场的正交振幅分量；当两束光学场的干渉位相锁定到η /2位相差时，可测量信号光场的正交位相分量。在制备多组份纠缠态光场的系统中，需要将多束压缩态光场在分束器上耦合，此时需要锁定相耦合的两束光学场的干渉位相差。在执行量子信息和量子计算方案吋，多处涉及到光学场在光学分束器上的耦合，需要锁定光学场之间的相对位相差，以获得所需的光学场量子态。两束频率相同、偏振相同的光学场在ー个光学分束器上干涉时，其干渉信号正比于余弦波信号COS Θ，Θ称为初始位相差,对应于扫描两束光学场相对位相时所对应的角度。当锁定两束光学场的相对位相差到零位相差或η位相差时，其误差信号为干涉信号COS Θ微分得到的sin Θ。由于sin 0=sin π =0,如果有位相起伏,贝U此误差信号的值在零点附近上下起伏。将此误差信号反馈到位相控制元件上，即可完成对零位相差或η位相差的锁定。当锁定两束光学场的相对位相差到η/2位相差时，干渉信号cos Θ可直接作为误差信号。由于(3Ο8(π/2)=0，如果有位相起伏，则此误差信号的值在零点附近上下起伏。将此误差信号反馈到位相控制元件上，即可完成对π /2位相差的锁定。在目前的量子光学实验中，通常是锁定两束光学场的干渉位相差到零位相差、π位相差或η/2位相差，即锁定干渉位相差到容易锁定的几个固定位相差。这就限制了量子逻辑操作和量子计算的执行結果。如果将两束光学场的干渉位相锁定到任意位相差，则可測量任意角度的光学场正交分量的量子起伏，优化量子逻辑操作和量子计算的結果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供ー种光学场任意干渉位相差的锁定方法和装置。本专利技术提供的ー种光学场干涉位相差的锁定方法，是将光电探测器输出的直流信号与混频器输出的正弦信号相加或相减，获得锁定光学场任意干渉位相差的误差信号；将所获得的误差信号经过比例积分控制器和高压放大器反馈到光路中的压电陶瓷上，完成光学场任意干渉位相差的锁定。所述的任意干渉位相差(对应于任意角度炉)的误差信号是sin0 土kcoS0，其中Θ称为初始位相差，对应于扫描两束光学场相对位相时所对应的角度，通过衰减器调节正弦波信号和余弦波信号耦合的比列系数k可得到锁定任意位相差的误差信号。由于sin0土たcos0 = λ/1 +左2‘sin(0±^))，其中p^arctan—1 k，k = tan<p ,则此イ目号可作为锁定干涉位相差到0 +炉或O-炉的误差信号，这里取初始位相差θ=0。通过选取合适的比例系数k，可将两束光场之间的干渉位相差从Θ =0平移任意角度《P，即锁定干渉位相差到任意角度P ,的取值范围为/2到π/2，则此误差信号可用于锁定-JI/2到π/2之间的任意角度，其锁定范围为π。将误差信号反相，则可锁定η/2到3π/2之间的任意角度。由于三角函数的周期性，则此误差信号可用于锁定任意位相差。本专利技术设计的ー种光学场干涉位相差的锁定装置，包括第一信号发生器、第一高压放大器、第二信号发生器、位相调制器、光电探测器、混频器、低通滤波器和比例积分控制器，其特征在于光电探测器输出的直流信号经过衰减器后，与混频器输出的经过低通滤波器的具有正弦波形式的微分信号，通过加/減法器相加或相减，得到锁定任意干渉位相差的误差信号，该误差信号经过比例积分控制器、电子学开关和第一高压放大器后，反馈到第ー压电陶瓷上，完成任意干涉位相差的锁定。本专利技术设计的ー种光学场干涉位相差的锁定装置，包括第一信号发生器、第一高压放大器、光电探测器，比例积分控制器，锁相放大器和第二高压放大器，其特征在于光电探测器输出的直流信号经过衰减器后，与锁相放大器输出的具有正弦波形式的微分信号，通过加/減法器相加或相减，得到锁定任意干渉位相差的误差信号，误差信号经过比例积分控制器、电子学开关和第一高压放大器后，反馈到第一压电陶瓷上，完成任意干渉位相差的锁定。本专利技术设计的光学场干涉位相差的锁定方法和装置的特点在于可以锁定两束光学场之间的干渉位相差到任意角度。总之，本专利技术采用将光电探测器输出的直流信号与混频器输出的正弦波信号相加或相减的方法，获得了锁定任意位相差的误差信号，完成了光学场任意干渉位相差的锁定。本专利技术装置可用于两束光学场以任意位相差耦合；也可用于测量任意角度的光学场正交分量的量子起伏，优化量子逻辑操作和量子计算的結果。附图说明图I是光学场干涉位相差锁定装置示意2是利用锁相放大器实现的光学场位相差锁定装置示意3是光学场位相差锁定装置在平衡零拍探测系统中应用示意4是锁定两束光学场干涉位相差为60度时的误差信号图5是锁定两束光学场干涉位相差为60度时的结果具体实施方式 —种实施方式，如图I所不，第一信号发生器I产生约IOHz的锯齿波信号(或正弦波信号)，经过电子学开关2和第一高压放大器3后，加载到粘在ー个光学反射镜背面的第一压电陶瓷13上,扫描两束光场之间的相对位相；第二信号发生器4产生ー个频率约为IOMHz的调制信号，经过位相调制器5对一束光场进行位相调制；两束光场在ー个光学分束器12上干渉；位于光学反射镜14后的光电探测器6探測到干渉信号后，输出的交流信号与第二信号发生器4的调制信号在混频器7中混频，混频器输出的具有正弦波形式的微分信号经过ー个低通滤波器8滤波，光电探测器6输出的直流信号经过衰减器9后，与经过低通滤波器8的微分信号通过ー个加/減法器10相加或相减，得到误差信号，误差信号经过比例积分控制器11、电子学开关2和第一高压放大器3后，反馈到第一压电陶瓷13上，完成任意干渉位相差的锁定。当电子学开关2处于扫描状态时，第一信号发生器I所产生的信号，经过电子学开关2和第一高压放大器3被加载到第一压电陶瓷13上；当电子学开关2处于锁定状态时，加/減法器10所输出的误差信号，经过电子学开关2和第一高压放大器3被加载到第一压电陶瓷13上。另ー种实施方式,如图2所不,第一信号发生器I产生约IOHz的锯齿波信号(或正弦波信号)，经过电子学开关2和第一高压放大器3后，加载到粘在ー个光学反射镜上的第 ー压电陶瓷13上，扫描两束光场之间的相对位相；锁相放大器15产生ー个频率约为几十kHz的调制信号，经过第二高压放大器16加载到ー个粘在光学反射镜背面的第二压电陶瓷17上，对一束光学场进行调制；位于光学反射镜14后的光电探测器6探測到干渉信号后，输出的交流信号进入锁相放大器15解调,输出ー个具有正弦波形式的微分信号；光电探测器6输出的直流信号经过衰减器9后，与锁相放大器15输出的微分信号,通过加/减法器10相加或相减，得到锁定任意位相差的误差信号；该误差信号经过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学场干涉位相差的锁定方法，是将光电探测器输出的直流信号与混频器输出的具有正弦形式的微分信号相加或相减，获得锁定光学场任意干涉位相差的误差信号；将所获得的误差信号经过比例积分控制器和高压放大器反馈到光路中的压电陶瓷上，完成光学场任意干涉位相差的锁定。2.如权利要求I所述的一种光学场干涉位相差的锁定方法，其特征在于，所述的任意干涉位相差的误差信号是sin Θ 土kcos Θ，其中Θ称为初始位相差,对应于扫描两束光学场相对位相时所对应的角度，A = tan，炉为任意位相差，其取值范围为-Ji/2到/2，通过调节比例系数k，将干涉位相差锁定到任意角度φ。3.一种实现权利要求I或2所述光学场干涉位相差的锁定方法的锁定装置，包括第一信号发生器(I)、第一高压放大器(3)、第二信号发生器(4)、位相调制器(5)、光电探测器(6)、混频器(7)、低通滤波器(8)和比例积分控制器(11)，其特征在于光电探测器(6)输...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏晓龙，贾晓军，郝树宏，张天才，彭堃墀，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：