[发明专利]一种基于量子弱测量放大的晶体温度测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于量子弱测量放大的晶体温度测量的装置及方法，将双折射晶体温度变化转变为相位变化，再通过极小相位放大从而实现对温度的测量。此方法结合光学干涉与量子弱测量，以简单的结构实现了高精度高分辨度的温度测量；与传统的测温方法相比，省去了复杂的电学架构。本发明在军事国防、工程工业等各种需高精度温度测量的领域均可广泛使用。

技术领域

本发明涉及测量领域，尤其涉及一种基于量子弱测量放大的晶体温度测量的装置及方法。

背景技术

随着科技的发展，精密测量的需求已经越来越大，从科学研究到工业生产，从军事国防到日常生活，精密测量起着不可忽视的作用。而在各个领域内均起着指标作用的物理量温度，对其的高精度测量更是亟待解决。

为实现温度的精密测量，一般利用半导体器件的电阻随温度变化来测定温度，或者利用某些物理的固有频率随温度变化来测量温度。但这些方法或多或少涉及了较为复杂的电学设备，从而限制了其的适用范畴和使用成本。

1988年，YakirAharonov，David Z.Albert和LevVaidman等人发表论文(Phys.Rev.Lett.60，1351(1988))，引入了量子弱测量的概念：量子弱测量是一种基于间接测量理论提出的新的测量方式，不同于投影测量，进行弱测量时，探针与系统之间的耦合强度很小，测量本身对系统的扰动很小，从而使观察者得到的信息也相对较小。

单纯的相位放大，并没有过多的物理意义，本发明则将实在的物理量温度转化成相位，间接实现了对温度的精密测量。对于现有的测温方法，要么需要接触测量限制了使用范围，要么测量精度不够高，无法达到精密测量的要求。本发明中所提出的这种方法不仅可广泛运用于各个需要测量监控温度的地方，还给其他物理量的测量提供了一种新的思路。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于量子弱测量放大的晶体温度测量装置及方法。通过将温度变化转变为相位变化，以相位放大的方式放大温度变化，从而实现对温度的测量，精度灵敏度均高于现有方法。此外，本发明基于基本的马赫曾得干涉仪实现，结构简单，成本低廉，可广泛用于各个领域。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于量子弱测量放大的晶体温度测量装置，包括：信号发生部分、温度信号转换部分、信号放大部分、提取部分和计算部分；

信号发生部分，包括激光源装置、半波片、光束偏振位移器以及半波片；激光源装置提供稳定的横向偏振的激光；半波片转至22.5°使得激光的偏振由横向变为45°偏振，即产生二能级量子态系统的初始偏振态|H和|V分别表示水平和竖直两个偏振态；光束偏振位移器让横向偏振的光子与垂直偏振的光子沿着两条平行的路径分开，实现光子偏振态与路径态的纠缠，即经过光束偏振位移器后量子态变为其中的|0和|1表示沿着两个路径的光束的路径态；此光束继续通过置于22.5°的半波片，得到新的量子态为二能级量子态系统的初始态包括指针态与系统态即光子偏振态与光子路径态，信号发生部分所制备的光子初始态为

温度信号转换部分，包括光依次通过处于温度T的待测晶体和处于温度T₀的标准晶体，二者光轴相互垂直；信号发生部分制备出光子初始态后，晶体温度信号变化转化成相位变化，光子的量子态变为θ(T)和θ(T₀)分别为待测晶体和标准晶体引入的相位，为后续部分放大和测量的对象；

信号放大部分，包括一个置于22.5°+δ/2的半波片和一个光束位移器；经过温度信号转换部分的光束通过一个置于22.5°的半波片，未归一化的光子量子态变成再利用光束位移器对系统态，即路径态，进行后选择，化简后得到未归一化的指针态为θ＜＜1，并进一步化简近似得到指针态为通过选取满足条件δ＜θ的δ，i为虚数单位，实现极小相位θ放大，所述极小相位指远小于1弧度的相位；θ＝θ(T)-θ(T₀)为待测晶体与标准晶体引入的相位差，需满足θ＜＜1，1/δ为信号放大部分引入的放大因子；