[发明专利]基于弱测量泵浦光调制动态范围的高精度温度测量方法

说明书

本发明提供一种基于弱测量泵浦光调制动态范围的高精度温度测量方法。搭建一套含有前选择和后选择的弱测量光学实验平台，并在后选择中引入附加相位，其中附加相位由光泵浦的液晶和相位调节器构成；放入弱耦合模块，由引入微小时延的温控液晶构成；调节附加相位，选择最灵敏的线性工作区，并根据线性区来模拟仿真出噪声强度和平均频率；记录初始温度以及此时接收光谱，改变弱耦合模块的液晶的温度，使系统和探针耦合，根据接收光谱信息看系统是否处在线性工作区；采集接收光谱，计算其平均频率的变化，推导出微小的温度变化值，根据初始温度和温度变化值计算出当前温度。由于附加相位的调节范围大和控制精度高，从而使系统处在高灵敏度的线性区。

技术领域

本发明涉及温度测量技术领域，具体地，涉及一种基于弱测量泵浦光调制动态范围的高精度的温度测量方法。

背景技术

弱测量作为一种出色的精密测量方法，已经被广泛应用于对一些物理现象的发现或证实、对微小参数的精密测量。弱测量是由系统和探针的弱耦合，以及系统的两个近乎垂直的前选择和后选择组成。当前后选择越接近垂直，它对待估参数的放大作用也越明显。因此，弱测量是通过是牺牲后选择成功的概率，来换取待估参数高精度的方案。

对于传统的测温方法，比如热电偶和热敏电阻等，这些方法已经被广泛研究并应用在工业、农业等各行各业。但它们却在更高精度的温度测量中存在很多困难和限制。弱测量可以用来测量温度，实现高精度的可调动态范围的温度测温。当在后选择上引入一个可调附加相位，系统可以选定最佳的高灵敏度线性工作区，从而实现高精度温度测量。对于高灵敏度的线性区，当要实现动态范围的温度测量时，也需要用附加相位来进行调控，此时需要的附加相位的分辨率也需要有所提升。另一方面，噪声对系统也有很大的影响。由于光源的不稳定性、偏振片的低消光比、安装向列相液晶的两块玻璃的影响、探测器的底噪影响以及光纤的影响等等，这些都会在探测接收端引起噪声。因此，在系统中纳入对噪声影响的考虑至关重要。

专利文献CN110388995A公开基于量子弱测量理论的光学高精度温度监测装置及方法，包括：LED光源、第一准直透镜、前选择偏振片、温度控制腔、液晶样片、索累-巴比涅补偿器、四分之一波片、后选择偏振片、第二准直透镜、光谱分析仪以及计算机；利用温度测量装置测量温度控制腔中初始温度，根据初始温度将索累-巴比涅补偿器调节至初始温度对应的偏置相位；根据光谱分析仪接收光的光谱，计算接收光的平均频率，根据接收光的平均频率推导计算当前温度；根据当前温度，将索累-巴比涅补偿器调节至当前温度对应的偏置相位；重复前述后两个步骤，实现对温度的实时监测与修正。本发明与专利文献CN110388995A都是利用弱测量的方法实现温度测量，但在实验原理尤其是后选择模块进行了改进，并且增加了对噪声影响的分析，使得温度测量结果更精确。首先，弱测量最重要的模块就是后选择部分，本发明提出了用泵浦光泵浦液晶来对后选择进行改进，在后选择上引入了同时由泵浦光功率进行调制的相位和大范围的相位调制器共同组成的附加相位，实现了高分辨率和大范围的附加相位，从而实现了高精度调制动态范围，其附加相位的分辨率高于专利文献CN110388995A的后选择引入的相位2个数量级。其次，本发明分析了噪声对线性区灵敏度的影响。在实验装置中，结合实际噪声的影响，在噪声鲁棒性较满意的线性工作区中，选择最灵敏的线性工作区进行温度测量。本发明将高分辨率和大范围的附加相位引入到弱测量的后选择中，并分析噪声的影响，从而实现高精度的可调动态范围的温度测量。在噪声的影响下，本发明能够在8℃至 68℃的可调动态范围内，实现温度测量精度达到8.03×10-7℃。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于弱测量泵浦光调制动态范围的高精度温度测量方法。

根据本发明提供的一种基于弱测量的泵浦光调制动态范围的高精度温度测量方法，包括：

步骤A：搭建一套含有前选择和后选择的弱测量光学实验平台，并在后选择中引入附加相位，其中附加相位由光泵浦的液晶和相位调节器构成；

步骤B：放入弱耦合模块，由引入微小时延的温控液晶构成；