[发明专利]基于二分光谱探测模块的弱测量方法及其系统

说明书

本发明提供了一种二分光谱探测模块、一种弱测量系统和一种基于二分光谱探测模块的弱测量方法，包括：二分光谱探测模块接收到光信号后，将光束用分束器分成完全相同的两路光；两束光分别经过两个带通滤波器，输出两路光束；滤波后的两路光束分别由两个光电探测器接收，输出两路电压信号；当二分光谱探测模块有电信号输出时，采集读取从二分光谱探测模块输出的两路电压信号；计算机程序接收数据采集卡输出的数据，并将它们分别存入到两个一维数组中去；从两个数组中取出同一时刻的两路信号幅值并进行归一化差分计算；基于归一化差分计算得到的数值解算出弱测量中的待测参量。本发明降低了对探测器的分辨率要求，有效地减小了弱测量方案探测器体积。

技术领域

本发明涉及弱测量技术中提升检测带宽和信噪比的技术，具体的，涉及一种基于二分光谱探测模块及基于二分光谱探测模块的弱测量方法，更为具体地，涉及一种能快速从光谱中提取必要信息的方法及系统，更为具体地，涉及一种在弱测量过程中快速提取光谱信息的探测模块和数据处理算法。

背景技术

弱测量技术是量子测量中的概念。弱测量技术在系统演化之后进行强测量，把系统的状态投影到某种我们想要的状态上去，以期对原系统只产生微弱的影响。弱测量技术可以以丢弃大量测量结果，即多次测量为代价，得到一个待测算符本征值之外的结果，这个结果可以大大偏离待测算符的本征值。这对于精密测量来说，就是可以实现高精度、高灵敏度的测量。

现有的弱测量技术如偏置弱测量、联合弱测量等方案已经实现了高灵敏度的参量测量。在现有的光学弱测量方案中，将光谱作为弱测量中的探针系统，通过测量光谱信息来实现参量测量。因此，探测部分通常采用光谱仪。

专利文献Ultrasensitive biased weak measurement for longitudinal phaseestimation(Zhang,Z.H.,Chen G,Xu X Y,et al.Phys.rev.a,2016,94(5):053843.)中的偏振弱测量方案就采用了光谱仪。光谱仪虽然有较高分辨率，能获取到完整的光谱信息，但存在以下问题：1.光谱仪体积较大，不利于实现弱测量方案的集成化；2.高分辨率光谱仪扫描光谱的时间较长，致使弱测量检测带宽受限；3.光谱仪将信号光按波长分解，致使到达探测器处的光强弱，信噪比难以提高。

专利文献CN107632310A(申请号：CN201710817401.X)公开了一种基于微弱光偏振测量的空间小目标材质判别装置与方法，该发明涉及一种基于微弱光偏振测量的空间小目标材质判别装置与方法，属于光电探测技术领域。该发明通过采用微弱光探测与偏振探测相结合的方式，通过微弱光探测技术实现远距离探测；通过偏振探测实现目标材质判别。但是偏置弱测量方案对探测器的分辨率要求比较高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种二分光谱探测模块、一种弱测量系统和一种基于二分光谱探测模块的弱测量方法。

根据本发明提供的一种二分光谱探测模块，包括：

分束器：将接收到的光束，分成完全相同的两路光，分别记为第一路光、第二路光；

第一带通滤波器：滤波窗口在频谱上位于所述光束的光源中心波长左侧，对第一路光进行滤波，得到滤波后的第一路光；

第二带通滤波器：滤波窗口在频谱上位于所述光束的光源中心波长右侧，对第二路光进行滤波，得到滤波后的第二路光；

第一光电探测器：根据接收到的滤波后的第一路光的光强，输出与光强对应的第一路电压信号；

第二光电探测器：根据接收到的滤波后的第二路光的光强，输出与光强对应的第二路电压信号。

根据本发明提供的一种弱测量系统，包括光学模块和数据处理模块，还包括权利要求1所述的二分光谱探测模块；

光学模块包括：