[发明专利]一种全光纤量子层析扫描装置及扫描方法

权利要求书

1.一种全光纤量子层析扫描方法，其特征在于，所述扫描方法采用全光纤量子层析扫描装置，所述全光纤量子层析扫描装置包括：相干光源（1），隔离器（2），第一光纤分束器（3），第一相位调制器（4），第二相位调制器（5），可调衰减器（6），第二光纤分束器（7），第一探测器（8），第二探测器（9），减法器（10），第二信号发生器（11），混频器（12），低通滤波器（13），第一信号发生器（14）和数据采集模块（15）；

所述相干光源（1）发出的光场经过所述隔离器（2）后进入由所述第一光纤分束器（3）和所述第二光纤分束器（7）组成的全光纤马赫曾德干涉仪中；

所述全光纤马赫曾德干涉仪的一个信号臂作为本振光场，放置了所述第一相位调制器（4），所述第一相位调制器（4）由所述第一信号发生器（14）驱动；

所述全光纤马赫曾德干涉仪的另一个信号臂作为信号光场模拟光量子态，放置了所述第二相位调制器（5）和所述可调衰减器（6），所述第二相位调制器（5）由所述第二信号发生器（11）驱动；

所述全光纤马赫曾德干涉仪的两个输出端口分别接入所述第一探测器（8）和所述第二探测器（9）中探测，所述第一探测器（8）和所述第二探测器（9）输出的信号经过所述减法器（10）后进入所述混频器（12）与所述第二信号发生器（11）的输出信号混频；所述混频器（12）输出信号进入所述低通滤波器（13）滤波后进入所述数据采集模块（15）进行数据采集；同时，所述数据采集模块（15）实时记录所述第一信号发生器（14）的输出信号；

所述扫描方法包括以下步骤：

步骤一，控制相干光源（1）的输出功率在0.1-5mW；

步骤二，设置第一信号发生器（14）的扫描信号为三角波，调整所述第一信号发生器（14）的输出幅值使得驱动第一相位调制器（4）调制的相位超过2π；

步骤三，设置第二信号发生器（11）的调制信号为0.1-10MHz的正弦信号，使得驱动第二相位调制器（5）调制具有特定频率的光场态；

步骤四，设置可调衰减器（6），保证信号光功率为本振光功率的1/10以下；

步骤五，数据采集模块（15）采集低通滤波器（13）输出的信号和所述第一信号发生器（14）的扫描信号；

步骤六，利用获得的所述第一信号发生器（14）的扫描信号，确定当前本振光的相位信息，并作为采集到的所述低通滤波器（13）输出信号的相位信息{_i}；

步骤七，初始化全光纤量子层析扫描装置：断开全光纤马赫曾德干涉仪的信号臂，依照步骤五、六采集并处理信号{X_i}，确定所述全光纤量子层析扫描装置的归一化参数A_i；

步骤八，所述装置归一化参数A确定后，将信号臂接入全光纤马赫曾德干涉仪，采集输出信号{Y_i}，获得归一化信号数据{x_i}={ A*Y_i }，得到可用于量子层析扫描还原的统计分布函数；

步骤九，利用获得的统计分布函数和如下反Radon变换即可实现系统态函数的还原：

；

其中，分别为复平面上的实坐标轴和虚坐标轴，η为积分变量，其区间为（-∞，+∞），x为信号数据{x_i}积分变量，θ为相位数据{_i}对应的积分变量。

2.根据权利要求1所述的全光纤量子层析扫描方法，其特征在于，步骤七中，在还原出准确的系统态函数前，采集到的低通滤波器（13）输出信号需进行归一化操作，首先将干涉仪信号臂断开，依照上述方法采集并处理数据，获得的信号{X_i}作为归一化基准；此时归一化常数A的计算方法为：

；

其中，为信号{X_i}的均方差值。

3.根据权利要求1所述的全光纤量子层析扫描方法，其特征在于，在步骤八中采集到的低通滤波器（13）输出信号{Y_i}乘上归一化参数A后，得到归一化后的信号数据x_i= A*Y_i，结合步骤六给出的相位信息{_i}，每一个相位_i对应一个归一化后的x_i= A*Y_i，统计后可得到用作量子层析扫描还原的统计分布函数。

4.根据权利要求1所述的全光纤量子层析扫描方法，其特征在于，所述低通滤波器（13）频带为0-50kHz，3dB处的压制比为6dB及以上。