[发明专利]用于时变随机信号测量的自适应光纤型马赫曾德干涉仪

说明书

本发明公开了一种用于时变随机信号测量的自适应光纤型马赫曾德干涉仪，其激光器发射激光由光纤准直器耦合进光纤内，并通过光纤传输至所述电光幅度调制器，第一信号发生器发出的信号输入至电光幅度调制器，第一光纤分束器一端接收电光幅度调制器发出的信号，另一端输出两路信号，一路依次经过第一电光相位调制器、第一移相器汇聚至第二光纤分束器，另一路依次经过第二电光相位调制器、第二移相器汇聚至第二光纤分束器，第一电光相位调制器还接收第二信号发生器发出的信号，第二光纤分束器的输出信号通过平衡探测器输出两路信号，一路通过第一锁相环反馈至所述第一移相器，另一路通过第二锁相环反馈至所述第二电光相位调制器。本发明对于时变随机相位的估计精度相比其他方式更高。

技术领域

本发明涉及量子精密测量领域，尤其涉及一种用于时变随机相位信号测量的自适应光纤型马赫曾德干涉仪。

背景技术

量子精密测量是当今物理学和光学领域的重要研究方向。迄今为止，光学频率和相位测量是所有物理量中测量精度最高的测量技术之一。在精密测量领域，对于很多物理量的测量都归结为对相位的测量，因而干涉仪成为精密测量中最为常见的实验装置，在基础科学研究以及实际工程应用中都发挥着至关重要的作用。比如，引力波的测量正是利用光学迈克尔逊干涉仪原理，从而对广义相对论中时空变化引起光学相位进行精密测量。此外利用激光干涉原理，可以精密测量折射率，长度等物理量，并且利用激光的相干特性，使得测量精度达到很高。

目前量子精密测量的精度越来越高，可测量的物理量颇为广泛，然而这类精密测量仍然存在两个问题：1.量子测量主要基于自由空间体系，而未来信息化快速发展要求小型化实用化的光学系统；2.量子精密测量主要集中在固定信号的测量，而对随机信号、实时信号的跟踪研究较少，而后者的研究在实际应用体系中十分重要。

专利《一种测量时变相位信号的光纤型自适应平衡零拍测量系统》是基于光纤体系的时变相位信号跟踪装置，然而其采用的平衡零拍探测测量装置对信号光功率的限制导致相位估计精度无法进一步提高，其注入光子数约为～10⁶，最小相位估计方差仅达到0.03。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术估计精度不足的问题，提供一种用于时变随机信号测量的自适应光纤型马赫曾德干涉仪，该干涉仪可测量时变随机信号，且估计精度较高。

技术方案：本发明所述的用于时变随机信号测量的自适应光纤型马赫曾德干涉仪，包括激光器、光纤准直器、第一信号发生器、电光幅度调制器、第一光纤分束器、第一电光相位调制器、第一移相器、第二电光相位调制器、第二移相器、第二光纤分束器、平衡探测器、第二信号发生器、第一锁相环和第二锁相环，其中，所述激光器发射的激光由光纤准直器耦合进光纤内，并通过光纤传输至所述电光幅度调制器，所述第一信号发生器发出的信号输入至电光幅度调制器，所述第一光纤分束器一端接收所述电光幅度调制器发出的信号，另一端输出两路信号，一路依次经过第一电光相位调制器、第一移相器汇聚至第二光纤分束器，另一路依次经过第二电光相位调制器、第二移相器汇聚至第二光纤分束器，所述第一电光相位调制器还接收第二信号发生器发出的信号，所述第二光纤分束器的输出信号通过平衡探测器输出两路信号，一路通过所述第一锁相环反馈至所述第一移相器，另一路通过第二锁相环反馈至所述第二电光相位调制器。

进一步的，所述第一锁相环包括比例积分微分PID控制器和高压放大器，所述平衡探测器、比例积分微分PID控制器、高压放大器和所述第一移相器依次连接。

进一步的，所述第二锁相环包括第三信号发生器、锁相放大器、卡曼滤波器和比例控制器，所述平衡探测器、锁相放大器、卡曼滤波器、比例控制器和第二电光相位调制器依次连接，所述第三信号发生器连接至所述锁相放大器。

进一步的，所述激光器用于输出自由空间型连续波窄线宽1064nm激光。所述第一信号发生器用于产生2.5MHz驱动信号。所述第二信号发生器用于产生时变随机信号。所述第三信号发生器用于产生参考信号。所述电光幅度调制器、第一电光相位调制器、第二电光相位调制器均为波导型，所述第一移相器和所述第二移相器均为光纤型。