噪声环境中弱测量信噪比和探测极限研究

发布时间：2021-03-26 09:14

　　弱测量作为间接测量之一,因其所得的观察量的弱值远大于系统观察量的本征值,近年来被广泛应用到不同领域来观测微小测量效果,比如光学精密测量和引力波探测领域。然而对任意微小测量效果的测量都不可避免地存在一定的噪声,因此如何有效抑制环境噪声对测量体系的影响,提高或者改善测量信噪比和探测极限,一直是备受研究者关注的课题。显然,要想通过抑制噪声来改善测量,就必须清楚系统中影响测量的有哪些噪声。就光学弱测量系统而言,目前研究者们已普遍认可光量子散粒噪声是影响测量的主导噪声。但是系统的另一种基本噪声,即频率噪声,对微弱物理量测量的影响关键与否还尚不明确。本文以此为切入点,以MZ干涉仪中镜子位移测量为研究对象,定量地研究测量系统中各种环境噪声对测量信噪比和探测极限的影响,进而说明了频率噪声对测量影响的关键性,为进一步改善测量有一定的促进作用。此外,为了更进一步发展光学精密测量,本文还定量地研究了当MZ干涉仪的两个输入端均输入压缩态光场时的测量改善效果。本文的主要内容如下:第一章主要介绍本文的研究背景和研究目的。简单阐述了弱测量在光学干涉仪中的研究现状和噪声环境下弱测量的研究进展,以及论文框架和主要内容等... 

【文章来源】：湖南师范大学湖南省 211工程院校

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．１：?ＭＺ干涉仪中相位测量原理图

??§３．１测量系统模型及信号得出??考虑如图３．１所示的系统，对ＭＺ千涉仪中的镜子位置移动进行测量，??测量原理与§２．４中所述的相似，不同的是引入了电磁场及其场算符，同??时也不考虑辐射压力作用引起的镜子移动，从而由输出端的光子数统计??信息得到测量信号。我们得到了该测量下对于任意态光场输入都适用的??光子数输出关系，因此就可以在同一框架下讨论不同量子态光场输入时??

对（３．４）式进行傅里叶变换得：ｉ（ｗ）?＝?＃玟⑴，由此可??以看出算符包含电磁场算符４⑷的全部信息。在图３．１中经过第二个??分束器之后输出端的电磁场场算符满足关系：＝?士［Ａ⑴－成，⑴］，??那么输出端的算符户Ｍ表达为：??Ｆ（ｕｊ）?＝?－＾［Ｃ＇Ｈ?－?Ｂ＇（ｕｊ）｝?（３．５）??由的定义，同理也可知户卜）、和旮（〇；）的表达式，由他们的??表达式再结合（３．５）式，可以得输出端算符／为：??ｆ?＝?±（ｃ＇－ｙ）?（３．６）??同理由输入端电磁场算符间关系总⑴＝￥［爲⑴－戽⑴］和４⑴＝??￥［岛（／）?＋?４（〇］，以及合Ｍ、（？（Ｗ）和的定义式，得Ｓ和可表示为：??Ｌ?＝?－?＆）?６＝＂＾７１（亡＋?在）?（３．７）??其中１｝?＝?？?＋义表示干涉仪亮端输入的激光脉冲的场算符，包括经典部??分ａ和量子部分ｄ。??接下来考虑光束沿ＭＺ干涉仪每条臂传播的延迟效应，其中入射光束??经第一个分束器后分成两束并沿两条不同的路径传播，分别到达反射镜??后改变方向继续传播

【参考文献】：
期刊论文
[1]光量子噪声对激光干涉仪引力波探测器灵敏度的影响[J]. 王运永,钱进,韩森,张齐元.  光学仪器. 2016(06)



本文编号：3101353