[发明专利]基于量子Zeno效应下光学材料折射率的无损耗测量装置

权利要求书

1.一种基于量子Zeno效应下光学材料折射率的测量装置，其特征在于，包括：基膜高斯光束、高阶拉盖尔高斯光束、不等臂MZ干涉仪、以及高分辨率CCD成像系统；

所述基膜高斯光束和高阶拉盖尔高斯光束具有锁定的频率差，用于向不等臂MZ干涉仪输入具有固定频差、横截面光强分布不同的两种光束；

所述的不等臂MZ干涉仪包括经第一分束镜(3)、上臂结构和下臂结构和第二分束镜(23)，所述基膜高斯光束和高阶拉盖尔高斯光束从第一分束镜(3)的同侧入射后，经第一分束镜(3)分为两束光，这两束光分别经上臂结构和下臂结构后从两侧分别入射至第二分束镜(23)，所述高分辨CCD成像系统设置在下臂结构的同侧；其中，上臂结构为链式M-Z干涉仪组，下臂结构中设置有补偿耗散元件和带压电陶瓷的下臂反射镜(18)，还设置有用于增加光程差的传输光纤；

所述高分辨CCD成像系统，用于对所述的不等臂MZ干涉仪的输出信号进行采集和数据分析与处理，获得晶体折射率的参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于量子Zeno效应下光学材料折射率的测量装置，其特征在于：所述基膜高斯光束和高阶拉盖尔高斯光束分别锁定在碱金属铯原子线6²S_1/2,F＝3→6²P_1/2,F′＝4和6²S_1/2,F＝4→6²P_1/2,F′＝4上，频差为9.2GHz。

3.根据权利要求1所述的一种基于量子Zeno效应下光学材料折射率的测量装置，其特征在于，所述链式M-Z干涉仪组中包括7个M-Z干涉仪串联排列，所述链式M-Z干涉仪组中光束分束器的反射率为96.19％，光学材料设置在光束分束器的透射侧。

4.根据权利要求1所述的一种基于量子Zeno效应下光学材料折射率的测量装置，其特征在于：高分辨CCD成像系统的感光芯片由13μm1024×1024像元构成，量子效率>95％，通过软件开发工具包SDK提取出图像信息，以及matlab软件读取与显示，实现图像的分析与处理。

5.根据权利要求1所述的一种基于量子Zeno效应下光学材料折射率的测量装置，其特征在于：所述高阶拉盖尔高斯光束为通过涡旋相位片调制出的高阶Laguerre-Gaussian模，其高斯模式为p＝0,l＝10，其中p表示径向节点数，l表示相位沿圆周方向旋转的圈数。

6.根据权利1要求所述的一种基于量子Zeno效应下光学材料折射率的测量装置，其特征在于：链式M-Z干涉仪组中，将光束分束器上半部分作为光学材料折射率的无相互作用检测通道；在干涉仪组的干涉可见度校准过程中，通过上臂的压电陶瓷加载周期性三角波扫描电压，监视两臂干涉条纹输出情况，当每组干涉仪上臂输出最大光强时，依次将干涉仪相对相位锁定。

7.根据权利要求3所述的一种基于量子Zeno效应下光学材料折射率的测量装置，其特征在于：其测量方法包括以下步骤：

步骤1：测量通道不放置光学材料，微调加载在链式M-Z干涉仪组中第一个M-Z干涉仪上的压电陶瓷上的线性电压，进而改变干涉仪两臂相对相位差，再通过光电探测器探测该干涉仪上臂输出光强，示波器监视其输出电压值，当电压值达到最大值时完成相位锁定；

步骤2：将检测材料LiNbO3晶体放置在第一个M-Z干涉仪上臂路径中，光轴方向与光场传播方向平行，通过高压放大器在检测材料LiNbO3晶体加载线性调制电压，来操控两臂的相对相位差，使下臂输出最大光强；

步骤3：依次对链式M-Z干涉仪组中第二个M-Z干涉仪和后续的所有M-Z干涉仪重复上述步骤1和步骤2，最终使光场全部从链式M-Z干涉仪中输出端下臂输出；

步骤4：通过调节不等臂M-Z干涉仪下臂的补偿损耗元件，使不等臂M-Z干涉仪两臂光强相等；以及通过调节下臂反射镜(18)上的压电陶瓷(19)的加载电压，操控两臂光场相对相位差，使基膜高斯光束和高阶拉盖尔高斯光束在第二分束器(23)输出端完全分开；

步骤5：调节加载在LiNbO₃晶体的电压，进而操控其折射率；通过高分辨CCD成像系统对高斯基膜与高阶高斯模的信息进行数据采集，得到两束光场的横截面光场强度的对比度，根据对比度得到不等臂M-Z干涉仪两臂的相对相位差，进而获得光学材料的折射率。