本發(fā)明涉及對微小量的測量，具體的，涉及一種基于二階關聯(lián)技術的弱測量過程。
背景技術：
：傳統(tǒng)的弱測量技術可以對一個微小的量進行弱放大，AAV弱測量技術通過合適的后選擇，將本來很微小的偏移量適當?shù)姆糯蟮揭粋€可觀測的位置，從而實現(xiàn)對小量的測量。弱測量技術有很大的技術優(yōu)勢，但也存在一些問題。例如：1、雖然有一定的放大倍數(shù)，但放大倍數(shù)還是很小，因此對探測器的要求較高。2、可利用的數(shù)據較少，因為傳統(tǒng)的AAV弱測量在光束經過后選擇后，直接被探測器接受，這樣的過程雖然簡單，并且很直觀的觀測到偏移量，但一次實驗采集的數(shù)據較少，無法改變偏移量的大小。3、在某些條件下，無法通過探測器直接掃描測出偏移量。技術實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于二階關聯(lián)技術弱測量實現(xiàn)方法，適合對放大效果要求更高的系統(tǒng)中。根據本發(fā)明提供的一種基于二階關聯(lián)技術的弱測量新方法，包括：步驟1：將光源分成完全相同的兩光束，分別標記為信號光路和參考光路；步驟2：在信號光路中：將光束通過前選擇后變成線偏振光，將線偏振光通過雙折射晶體，由于雙折射晶體的雙折射效應，一束線偏振光會產生兩束折射光線，分別為尋常光和非尋常光，其中，將偏振方向垂直于光軸的尋常光定義為V光，將偏振方向平行于光軸的非尋常光定義為H光；H光和V光再經過后選擇，使H光和V光干涉；并通過帶有空間分辨能力的探測器A接收；在參考光路中，利用帶有空間分辨能力的探測器B接收；其中，所述帶有空間分辨能力的探測器是指帶有像素點的、能夠成像的探測器；步驟3：通過探測器A和探測器B探測到的光測量數(shù)據，計算偏移量和弱放大值，其中，所述光測量數(shù)據即為光強值。優(yōu)選地，所述光源為贗熱光源，贗熱光源是由激光打到旋轉的毛玻璃上產生的。優(yōu)選地，在步驟1中，將光源經過50/50分束器后分成完全相同的兩路光。優(yōu)選地，所述將光束通過前選擇后變成線偏振光，具體為：將光束通過光軸在45度方向的一個二分之一波片A，輸出為線偏振光；這束線偏振光的前選擇態(tài)為：|i>＝cosα|H>+sinα|V>其中，i表示前選擇態(tài)，H表示偏振方向平行于光軸的非尋常光，V表示偏振方向垂直于光軸的尋常光，符號|·>表示希爾伯特態(tài)矢；α＝45°。優(yōu)選地，所述后選擇，具體為：透過雙折射晶體的光束經過一個二分之一波片B，這個二分之一波片B的光軸與前選擇中二分之一波片A的光軸夾角不超過2.2×10-3度時；經過二分之一波片B后的光束的后選擇態(tài)為|f>＝cosβ|H>+sinβ|V>其中，f表示后選擇態(tài)，H表示偏振方向平行于光軸的非尋常光，V表示偏振方向垂直于光軸的尋常光，符號|·>表示希爾伯特態(tài)矢；β＝α+90°+ε，ε為偏轉角度，0＜ε＜2.2×10-3度。優(yōu)選地，所述步驟3包括如下步驟：步驟301：探測器A和探測器B同時進行探測且采用不同的掃描方式；步驟302：通過探測器A和探測器B獲得兩路一維的光測量數(shù)據，即光強值；步驟303：根據兩路一維的光測量數(shù)據，建立二維的二階關聯(lián)函數(shù)圖樣。優(yōu)選地，所述步驟303包括如下步驟：步驟303.1：選取探測器A的一個像素點；步驟303.2：計算對應該像素點的一維的二階關聯(lián)函數(shù)并得出一維圖樣，具體為：將該像素點的數(shù)據與另一路探測器B的每一個像素點的數(shù)據進行二階關聯(lián)計算，得到一個一維的二階關聯(lián)函數(shù)圖樣；這個二階關聯(lián)函數(shù)的橫坐標值為偏移量，這個偏移量與雙折射晶體厚度的比值定義為弱放大值；步驟303.3：選取探測器A的另一個像素點，進入步驟303.2繼續(xù)執(zhí)行；直到對探測器A的全部像素點均已執(zhí)行過步驟303.2，得到由多個一維的二階關聯(lián)函數(shù)圖樣構成 的一個二維的二階關聯(lián)函數(shù)圖樣；步驟303.4：對二維的二階關聯(lián)函數(shù)圖樣中對應不同掃描方式的圖樣進行分析，得到不同的偏移量和弱放大值，并計算信噪比，得到信噪比高于所設定閾值的掃描方式，從而將該掃描方式對應的偏移量和弱放大值作為測量結果。具體地，根據兩路一維的光測量數(shù)據，建立二維二階關聯(lián)函數(shù)圖樣；此處的建立方法和計算過程具體為：首先計算一維的二階關聯(lián)函數(shù)并得出一維圖樣，具體為選取探測器A的一個像素點(一般首先選取為原點)的數(shù)據，將這個像素點的數(shù)據與另一路探測器B的每一個像素點的數(shù)據進行二階關聯(lián)計算，得到一個一維的二階關聯(lián)函數(shù)圖樣；這個二階關聯(lián)函數(shù)的橫坐標值為偏移量，這個偏移量與雙折射晶體厚度的比值定義為弱放大值。進而，在探測器A選取第二個像素點(可以是原點右移一個單位或左移一個單位)的數(shù)據，并與另一路探測器B的每一個像素點的數(shù)據進行二階關聯(lián)計算，得到第二個一維的二階關聯(lián)函數(shù)圖樣，同時計算出在這種條件下的偏移量和弱放大值；以此類推，直到選取所有的探測器A的像素點，這樣就可以得到多個一維的二階關聯(lián)函數(shù)圖樣，也就是一個二維的二階關聯(lián)函數(shù)圖樣。所述二維的二階關聯(lián)函數(shù)的本質就是分別任意分別選取探測器A和探測器B的一個像素點，將這兩個像素點的數(shù)據做二階關聯(lián)計算，以探測器A的像素點的位置為橫坐標，探測器B的像素點的位置為縱坐標，得到的一個二維函數(shù)圖樣，稱為二維的二階關聯(lián)函數(shù)圖樣。優(yōu)選地，所述不同的掃描方式，具體為：根據探測器A的像素點的坐標與探測器B的像素點的坐標的不同對應關系，得到不同的掃描方式。具體地，掃描方式的確定。如步驟303所述，選取探測器A的一個像素點，分別與探測器B的所有像素點做二階關聯(lián)，得到的一維二階關聯(lián)函數(shù)圖樣為一種掃描方式，對應得到這種掃描方式的一個偏移量和弱放大值，同時，這種掃描方式在二維二階關聯(lián)函數(shù)圖樣上為一條水平線。如果用x1表示探測器A的像素點的位置坐標，用x2表示探測器B的像素點的位置坐標，上述掃描方式用x1＝0,x2＝x表示。類似的方法還可以確定其他的掃描方式，比如，選取探測器A和探測器B位置相同的像素點進行二階關聯(lián)計算，也可以得到一個一維二階關聯(lián)函數(shù)圖樣，對應得到這種掃描方式的偏移量和弱放大值。這種掃描方式用x1＝x,x2＝x表示，相應的，這種掃描方式在二維二階關聯(lián)函數(shù)圖樣上為一條斜率為45度的直線。所以，當探測器A的像素點的坐標與探測器B的像素點的坐標 有某種對應關系，就可以確定一種掃描方式，比如x1＝x,x2＝2x，x1＝x,x2＝-x等，這些都對應在二維二階關聯(lián)函數(shù)上一條斜率不同的直線，相應的，不同掃描方式會得到不同的偏移量和弱放大值。最后，對二維二階關聯(lián)函數(shù)圖樣中對應不同掃描線的圖樣進行分析，得到不同的偏移量和弱放大，并計算信噪比，得到信噪比高于所設定閾值的掃描方式，從而將該掃描方式對應的偏移量和弱放大值作為測量結果。優(yōu)選地，所述帶有空間分辨能力的探測器為電荷耦合器件或CCD圖像傳感器。優(yōu)選地，所述帶有空間分辨能力的探測器為線陣CCD，所述線陣CCD經過一次曝光后，能夠捕捉到一維的圖像從而得到不同位置點的光強值。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：1、與傳統(tǒng)的弱測量方案相比，偏移量更大，放大倍數(shù)更高；2、可以降低對探測器的分辨率要求；3、由于后選擇概率小，低飽和強度的探測器可以應用在弱測量系統(tǒng)中，從而降低對探測器的要求；4、可以有效的降低第一類技術噪聲；5、在弱測量光路中不需要測出所有數(shù)據，只需要測量固定某一點的數(shù)據就可以。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：圖1為本發(fā)明中基于二階關聯(lián)的弱測量新方法結構示意圖；圖2為本發(fā)明中得到的二維二階關聯(lián)函數(shù)圖樣和不同的掃描方式示意圖，其中，(a)-(d)表示對應4種不同掃描方式的直線。圖中：1為贗熱光源；2為分束器；3為二分之一波片；4為雙折射晶體；5為二分之一波片；6為點探測器；7為帶有空間分別能力的探測器。具體實施方式下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明提供了一種基于二階關聯(lián)技術的弱測量新方法，包括：光學模塊、電學模塊和數(shù)據處理模塊；其中，所述光學模塊用于生成兩路光信號；所述電學模塊用于將光轉換成電信號并進行處理，以獲得測量數(shù)據并存儲；所述數(shù)據處理模塊用于對所測量數(shù)據進行分析和處理，獲得合適的弱測量的偏移量和弱放大。本發(fā)明采用二階關聯(lián)技術，可以通過弱測量技術對晶體厚度這一參量進行弱放大，并且比傳統(tǒng)弱測量放大的效果更好，放大倍數(shù)更大。因此，可以有效解決檢測器分辨率和技術噪聲的問題。本發(fā)明將二階關聯(lián)技術和弱測量技術結合到一起，利用兩路光的二階關聯(lián)得到偏移量和弱放大倍數(shù)，進一步，將兩路光同時進行掃描，得到二維二階關聯(lián)函數(shù)圖樣，根據不同的掃描方法，得到不同的偏移量和弱放大倍數(shù)，在權衡偏移量和信噪比后，得到一個比較理想的弱放大倍數(shù)。在本實施例中，部署有光學模塊、電學模塊和數(shù)據處理模塊；其中，所述光學模塊用于生成兩路光信號；所述電學模塊用于將光轉換成電信號，以獲得測量數(shù)據并存儲；所述數(shù)據處理模塊用于對所測量數(shù)據進行分析和處理，獲得合適的弱測量的偏移量和弱放大。所述基于二階關聯(lián)的弱測量新方法，包括：光學二階關聯(lián)部分和數(shù)據處理部分；其中，所述光學二階關聯(lián)部分用于弱測量實驗和二階關聯(lián)結合，所述數(shù)據處理部分用于對數(shù)據采集和處理并得到弱放大倍數(shù)。所述光學二階關聯(lián)部分具體過程如下：生成贗熱光源，將光束通過一個分束器分成兩路光，一路為進行弱測量的光路，另一路為不加任何實驗一起的參考光路。執(zhí)行弱測量的光路中，光束先通過前選擇后，變成偏振光，之后經過一個雙折射晶體使H光和V光空間分離一定的距離，最后經過后選擇，使H光和V光干涉，這兩路光分別被兩個型號相同的帶有空間分辨能力的探測器(通常為電荷耦合器件)接收，實驗中只接收一維數(shù)據。所述數(shù)據處理部分具體過程如下：采用二階關聯(lián)算法對探測器A和探測器B探測到的兩路光信號的光強數(shù)據進行處理，得到偏移量和弱放大值；二階關聯(lián)函數(shù)為兩束光中任意兩個位置點的光強的相干程度，相干程度越好，計算得到的二階關聯(lián)函數(shù)值越大。本方案中，首先選取探測器A的其中一點和探測器B的所有點分別計算二階關聯(lián)函數(shù)，得到一個一維數(shù)據，這個一維數(shù)據稱為一維的二階關聯(lián)函數(shù)圖樣，同時，找出峰值點所對應探測器B的橫坐標位置，這個橫坐標位置稱為偏移量，相應的，偏移量與雙折射晶體厚度的比值成為弱放大值。通過實施上述過程，可以得到如下結論，一是證明二階關聯(lián)函數(shù)與弱測量結合的可行性，二是證明探測器A只要一點的數(shù)據就可以得到偏移量和弱放大值。但由于偏移量較小，放大倍數(shù)較低以及探測器A沒有充分利用所有的數(shù)據，所以對實驗進行進一步改進。具體方法為，計算探測器A任意一點與探測器B的任意一點的二階關聯(lián)函數(shù)，得到二維的數(shù)據，生成二維二階關聯(lián)函數(shù)圖樣，對圖樣進行分析，選取不同的掃描方法，得到不同的偏移量和弱放大。同時計算信噪比，因為當弱放大效果越好時，信噪比越差，所以在一個信噪比較為理想的情況下，必須選擇合適的掃描方式(即探測器A的橫坐標與探測器B的橫坐標的對應關系)，才能得到一個合適的偏移量和弱放大倍數(shù)。具體地，所述基于二階關聯(lián)技術的弱測量新方法，包括如下步驟：步驟A1：制造贗熱光，具體為，將激光打到高速旋轉的毛玻璃上產生贗熱光源；步驟A2：將光源經過50/50分束器后分成完全相同的兩路光，分別標記為信號光路和參考光路；步驟A3：信號光路中的光束進行前選擇偏振，具體為，將光束通過光軸在45度方向的二分之一波片A，輸出為線偏振光；其前選擇態(tài)為|i>＝cosα|H>+sinα|V>這里通常選取α＝45°，由此可以看出，經過前選擇后的偏振態(tài)為H光和V光的相干疊加態(tài)。步驟A4：對前選擇后的光束進行弱測量過程，具體為，線偏振光經過一個雙折射晶體，由于雙折射晶體的雙折射效應，H光會按照原來的路徑傳播，而V光會偏離原來的路徑。這樣在H光和V光之間就產生一個微小的偏移量。這個偏移量很小，通常在沒有后選擇時不容易測量。步驟A5：對經雙折射晶體后光束進行后選擇過程，具體為，透過雙折射晶體的光束經過一個二分之一波片B，這個二分之一波片B的光軸與前選擇中二分之一波片A的光 軸角度接近垂直。其后選擇態(tài)為|f>＝cosβ|H>+sinβ|V>這里選取β＝α+90°+ε,ε為一個很小的偏轉角度。經過后選擇后，H光和V光會發(fā)生干涉，由于弱測量作用，這個干涉光相比于光源發(fā)出的光會有一個很大的位置偏移量，這個偏移量通常我們可以通過一個帶有空間分辨能力的探測器獲得。這個偏移量在理論上通過弱值計算公式來獲得，而弱值為放大倍數(shù)或放大效果，具體為Aw=⟨f|A|i⟩⟨f|i⟩]]>將前選擇態(tài)和后選擇態(tài)帶入后，得到Aw=cosαcosβcosαcosβ+sinαsinβ≈12cotϵ]]>通過計算，得到的結論為，當前選擇波片與后選擇波片越接近垂直時，弱值越大，既偏移量越大，放大效果越好，但可以接收到的光子越少。步驟A6：接收過程，具體為，將通過信號光路的光束通過一個單點探測器接收，參考光路信號經過一個帶有空間分辨能力的探測器接收。由于二階關聯(lián)的特點，在信號光路只需要用一個單點探測器接收，就能通過兩束光的強度漲落計算得到最終的偏移量。這樣做的好處是，單點探測器的成本低廉，且計算簡單，不需要存儲大量的數(shù)據；但是由于收集到的數(shù)據較少，可利用的數(shù)據較少，最終經過計算得到的偏移量只能是一個較低的值，放大效果并不好。如果將信號光路的單點探測器換成帶有空間分辨能力的探測器，就可以同時收集兩路數(shù)據，這樣就可以增加可利用的數(shù)據，再通過數(shù)據處理過程，可以明顯增加偏移量和提高弱放大效果。步驟B1：將單點探測器換成與參考光路相同的帶有空間能力的探測器。步驟B2：兩個探測器同時進行探測，但選取不同的掃描方式。具體為，可以將其中一個探測器固定，另外一個探測器按照橫坐標一次探測；還可以將兩個探測器沿著相反的方向探測。步驟B3：記錄不同探測方法所獲得的數(shù)據。步驟C1：采用二階關聯(lián)算法對兩路光測量數(shù)據進行處理；得到偏移量和弱放大值。步驟C2：建立二維二階關聯(lián)函數(shù)圖樣。找到可以使偏移量更大的掃描方式。并以此最終獲得偏移量和弱放大值。以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實質內容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。當前第1頁1 2 3