[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

说明书

本发明属于量子精密测量技术领域，公开了一种基于量子Zeno效应下光学材料折射率的测量装置，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；基膜高斯光束和高阶拉盖尔高斯光束具有锁定的频率差；其中不等臂MZ干涉仪包括经第一分束镜、上臂结构和下臂结构和第二分束镜，基膜高斯光束和高阶拉盖尔高斯光束从第一分束镜的同侧入射后，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，高分辨CCD成像系统设置在下臂结构的同侧。本发明结构简单紧凑、可在无损耗条件下实现精确测量。

技术领域

本发明属于量子精密测量技术领域，具体涉及一种基于量子Zeno效应下光学材料折射率的无损耗精确测量装置。

背景技术

随着科学技术的需求与发展，对物理量的精确测量手段也呈多样化，其中被广泛地应用在各类光学材料(如晶体、高分子、生物组织等)折射率检测的研究中。在量子精密测量系统中光场作为传输源，结合量子效应以及精密测量技术对光场的振幅、位相、噪声等物理量进行检测，实现对被测量相关参数的测量，深入促进了物理学与应用型交叉学科的发展。

传统的折射率检测技术包括折油浸法、掠入射法、V棱镜法、最小偏向角法、自准直法以及通过晶体薄片的透射光谱测量，这些方案在精度上存在误差偏大，且对于易损坏、脆弱的光学材料，在测量过程中难免会对光学材料的物理化学特性产生破坏。因此，在保证高精度测量的前提下，更需要提供一种低损耗甚至无损耗测量方案，实现对特殊光学材料的测量与操控。

1993年Elitzur和Vaidman首次提出了无相互作用测量(IFM:interaction-freemeasurement)模型【Found.Phys.23,987】，该方案利用马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪模型可以使量子态在没有与光子的作用下成功获取被测物信息。2013年Salih等人利用量子Zeno效应构建内嵌式M-Z干涉仪组，当干涉仪个数趋近无穷时光子完全不会在信道中传输【Phys.Rev.Lett.110,170502】。但是，在实际应用中仍存在诸多缺陷，比如测量通道的噪声引入、光学路径的耗散，以及光学元件的损耗，都会降低检测系统的无相互作用效率。因此，采用传统的无相互作用测量装置，无法实现在高效无相互作用条件下精确测量以及操控光学材料的折射率。

发明内容

针对现有测量技术所存在的缺陷，本发明提出了一种在链式量子Zeno效应模型中精确测量及操控光学材料折射率的装置及方法，通过无相互作用测量以及固定频差光场的空间分离技术，实现在无损耗条件下提取被测物相关信息，检测方法新颖，精确度高、可行性强。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于量子Zeno效应下光学材料折射率的测量装置，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。