[發明專利]一種測量時變相位信號的光纖型自適應平衡零拍測量系統

有效

• 申請號: 201810722875.0
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN108801476B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 張勇;張醴丹;鄭凱敏;劉芳;趙威;唐磊;匡澤宇
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 馮艷芬

本發明公開了一種測量時變相位信號的光纖型自適應平衡零拍測量系統，其中，系統的第一光纖分束器接收窄線寬連續激光器的輸出光，相位型電光調制器和振幅型光纖電光調制器分別接收第一光纖分束器輸出的兩束光，第一壓電陶瓷調制器接收相位型電光調制器的輸出光，第二壓電陶瓷調制器接收振幅型光纖電光調制器的輸出光，第二光纖分束器接收第一壓電陶瓷調制器和第二壓電陶瓷調制器的輸出光，信號轉換器接收第二光纖分束器的兩束輸出光，并轉換為電信號相減后輸出，信號發生器分別連接振幅型光纖電光調制器和混頻器，信號轉換器、混頻器、濾波器、第一伺服反饋裝置和相位型電光調制器依次連接，信號轉換器還通過第二伺服反饋裝置連接第一壓電陶瓷調制器。本發明可以達到散粒噪聲極限測量。

技術領域

本發明涉及光學相位估計領域，尤其涉及一種測量時變相位信號的光纖型自適應平衡零拍測量系統。

背景技術

單模光場本身的量子噪聲導致對其的相位估計不可能是完全準確的。在光通信和光傳感領域，信息經常會加載或編碼在相位上，對相位的估計越準確，就意味著接受者或觀測者能得到越多的初始信息。此外，在引力波干涉儀及其他精密測量領域，相位估計的精度也至關重要。量子力學的不確定性原理會限制激光干涉儀等測量設備的測量精度。在利用壓縮光等非經典光提高測量精度之前，必須先將測量系統做到經典極限，即排除熱噪聲，環境噪聲等經典噪聲，實現只包含本征不確定性的理想測量。

相位估計可以分為兩種：自適應型相位估計和非自適應型相位估計。非自適應型測量是一種較傳統的測量手段，比如用光學外差探測手段探測固定相位。自適應相位估計是一種根據先前測量結果實時調節測量條件，使得每一時刻的測量都處在最優條件下進行。

發明內容

發明目的：本發明基于目前大部分散粒噪聲極限的相位估計都集中在對固定相位的測量，光路系統都采用空間光體系的現狀下，提供一種測量時變相位信號的光纖型自適應平衡零拍測量系統。

技術方案：本發明所述的測量時變相位信號的光纖型自適應平衡零拍測量系統包括：窄線寬連續激光器、第一光纖分束器、相位型電光調制器、振幅型光纖電光調制器、第一壓電陶瓷調制器、第二壓電陶瓷調制器、第二光纖分束器、信號轉換器、信號發生器、混頻器、濾波器、第一伺服反饋裝置和第二伺服反饋裝置，其中，第一光纖分束器接收窄線寬連續激光器的輸出光，相位型電光調制器和振幅型光纖電光調制器分別接收第一光纖分束器輸出的兩束光，第一壓電陶瓷調制器接收相位型電光調制器的輸出光，第二壓電陶瓷調制器接收振幅型光纖電光調制器的輸出光，第二光纖分束器接收第一壓電陶瓷調制器和第二壓電陶瓷調制器的輸出光，信號轉換器接收第二光纖分束器的兩束輸出光，并轉換為電信號相減后輸出，信號發生器分別連接振幅型光纖電光調制器和混頻器，信號轉換器、混頻器、濾波器、第一伺服反饋裝置和相位型電光調制器依次連接，信號轉換器還通過第二伺服反饋裝置連接第一壓電陶瓷調制器。

進一步的，所述信號轉換器具體包括第一平衡探測器、第二平衡探測器和減法器，第一平衡探測器和第二平衡探測器分別接收第二光纖分束器發出的其中一束輸出光，并轉換為電信號后經由減法器相減后輸出，其中，所述第一平衡探測器和第二平衡探測器增益相近，以保證能減去系統中的經典振幅噪聲，降低系統噪聲。

進一步的，所述濾波器包括依次連接的低通濾波器和帶通濾波器。所述低通濾波器具體為1MHz的低通濾波器。所述帶通濾波器具體為100Hz-1KHz的帶通濾波器。

進一步的，所述第一光纖分束器和所述第二光纖分束器具體為50/50保偏光纖分束器。所述第一壓電陶瓷調制器和所述第二壓電陶瓷調制器具體為保偏光纖型壓電陶瓷調制器。

進一步的，所述信號發生器具體用于產生1.5MHz的正弦信號。

進一步的，所述振幅型光纖電光調制器用于根據信號發生器產生的正弦信號，將接收的光束調制為一個主頻項和兩個1.5MHz的高頻邊帶，再經過第二壓電陶瓷調制器引入相位擾動信號。