[發(fā)明專利]基于多模波導中光場橫向模式的干涉測量儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710069330.6
• 申請日: 2007-06-15
• 公開（公告）號: CN101071057A
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發(fā)明（設計）人: 符建;王冬云
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 張法高

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及干涉測量儀，尤其涉及一種基于多模波導中光場橫向模式的干涉測量儀。

背景技術(shù)

精密測量是一項在科學研究和工業(yè)生產(chǎn)中具有極其重要意義的技術(shù)，其中基于光學干涉原理實現(xiàn)的精密測量尤其得到廣泛應用。這種干涉測量的基本原理非常簡單，利用分束器將一束相干光分為兩束，其中一束作為參考光，另一束經(jīng)過相位調(diào)制器產(chǎn)生一個相位差，這個相位調(diào)制器與待測的物理量有關，然后兩束光重新匯聚，由于相位差的產(chǎn)生，匯聚到一起的兩束光發(fā)生干涉，輸出的光強隨著相位差變換而變化，這樣通過光強的測量就能夠獲得相位差的值，進而獲得待測物理量的值。由于光波的相位非常敏感，因此這樣測得的物理量可以實現(xiàn)非常高的精度。因此，目前許多的精密測量是利用光學干涉方法來實現(xiàn)的，例如引力波探測、微納米位移測量、光纖陀螺和光纖聲納探測等。雖然不同的測量系統(tǒng)采用不同的干涉儀，如馬赫-增德爾干涉儀、邁克爾遜干涉儀、Sagnac干涉儀等，但這些干涉儀的基本原理都是基本相同的。

由于受到量子力學測不準原理的限制，這種基于光學干涉的測量都存著一個標準的量子力學精度極限，也就是相位測量的誤差Δθ必定大于等于N^-1/2，其中N為場的平均光強有關。這主要是由于測量采用的激光光源屬于相干態(tài)，對相干態(tài)光強測量的起伏等于其平均光強的1/2次方，即N^-1/2，而根據(jù)測不準原理，相位和光強(與光子數(shù)有關)是測量精度上相互制約的物理量，因此相位測量精度受制于光強的大小。但是這種標準的量子力學精度極限并不是最基本的限制，可以通過一些方法超越這種極限，例如利用壓縮態(tài)和量子糾纏就能夠使相位測量的精度突破這一極限。將壓縮態(tài)作為測量光源，可以實現(xiàn)相位測量精度與N^-3/4成正比。提高測量精度最理想的方法是基于量子糾纏態(tài)的非局域測量方法，利用量子糾纏所具有的非局域性質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)相位測量精度與N^-1成正比，這達到了量子力學對測量精度的最基本限制，即所謂海森堡極限。但是這種方法的實現(xiàn)依賴于多粒子量子糾纏態(tài)的產(chǎn)生，而多粒子量子糾纏態(tài)的產(chǎn)生極其困難，因此這種提高測量精度的方法難以實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于多模波導中光場橫向模式的干涉測量儀。

基于多模波導中光場橫向模式的干涉測量儀包括相連接的光源組件、模式交換組件、傳感組件、相關測量組件，模式交換組件具有多個多模波導方向耦合器，傳感組件具有多個多模波導相位調(diào)制器，相關測量組件具有多個相連接的Y型分支器、光探測器、差分器，多個差分器與相關器相連接。

所述的光源組件由多個相互獨立的，互相連接的相干光源、模式疊加態(tài)生成器構(gòu)成。光源組件具有相連接的相干光源、分束器，分束器分別接有多個相連接相位調(diào)制器、模式疊加態(tài)生成器。模式疊加態(tài)生成器具有雙模波導馬赫-增德爾干涉儀，雙模波導馬赫-增德爾干涉儀中的一臂具有π/2相位調(diào)制器。模式疊加態(tài)生成器是一個雙模波導Y型合路器。

本發(fā)明利用經(jīng)典場實現(xiàn)多粒子量子糾纏態(tài)經(jīng)典模擬的方法，這種經(jīng)典模擬產(chǎn)生了類似于量子糾纏的非局域性質(zhì)，本發(fā)明能夠達到相位測量精度與N^-1成正比，與量子糾纏方案一樣達到測量精度的海森堡極限。更為重要的是，本發(fā)明所公開的方案，只需要一般的相干光源(如激光)以及線性光學元件，因此在實現(xiàn)上比量子糾纏方案要容易得到多，在引力波探測、微納米位移測量、光纖陀螺和光纖聲納探測等領域具有重要的應用前景。

附圖說明

圖1是基于多模波導中光場橫向模式的干涉測量儀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的多模干涉測量儀的實施單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(a)是圖2實施單元的相位θ為0時計算機模擬結(jié)果示意圖；

圖3(b)是圖2實施單元的相位θ為π/2時計算機模擬結(jié)果示意圖；

圖3(c)是圖2實施單元的相位θ為π時計算機模擬結(jié)果示意圖；

圖4是本發(fā)明的方向耦合器實現(xiàn)模式分離的計算機模擬結(jié)果示意圖；

圖5是本發(fā)明的一種光源組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的另一種光源組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明的一種模式疊加態(tài)生成器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明的另一種模式疊加態(tài)生成器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9(a)是圖7的計算機模擬結(jié)果示意圖

圖9(b)是圖8的計算機模擬結(jié)果示意圖