[发明专利]基于量子弱值放大的静力水准测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于量子弱值放大的光纤静力水准测量装置进行测量的方法，其特征在于，所采用的一种基于量子弱值放大的光纤静力水准测量装置，包括：

窄线宽激光器、第一准直器、45°起偏片、第一保偏光纤及准直器、第二保偏光纤及准直器、油封膜片管、油封无膜片管、相位补偿片、-45°检偏片、第二准直器、光功率数据处理电路板和蓄水外壳；

所述窄线宽激光器的输出与所述第一准直器的光纤输入端相连；所述第一准直器的输出端先通过45°起偏片，形成45°线偏振光，经过第一保偏光纤及准直器，第一保偏光纤及准直器与第二保偏光纤及准直器尾纤相互连接，两保偏光纤的猫眼相互垂直；第二保偏光纤及准直器的输出光，先通过相位补偿片，再经过

-45°检偏片后，耦合到第二准直器中，其尾纤与光功率数据处理电路板连接；所述的油封膜片管将第一保偏光纤及准直器的尾纤封装在油内，所述的油封无膜片管封装第二保偏光纤及准直器的尾纤；环境温度发生变化时，第一保偏光纤及准直器和第二保偏光纤及准直器的光路相互补偿；油封膜片管的膜片设置在蓄水外壳的底部；

测量方法包括以下步骤：

第一准直器获取窄线宽激光器的波长及波长半峰宽；

光经过45°起偏片后，使得光形成线偏振光，光的偏振方向与水平方向形成45°夹角；

线偏振光入射到第一保偏光纤及准直器时，第一保偏光纤及准直器耦合进入的光与光纤快轴方向形成45°夹角，使线偏振光分为H光和V光，H光与V光为相互正交光；

H光和V光的光纤先通过油封膜片管的膜片传导外界水压的压力至油封膜片管，油封膜片管传导后形成油压，然后加压在保偏光纤上；两光路再通过油封无膜片管，油封无膜片管对有膜油封管内的光纤进行补偿，同等外界温度下，光纤受到的油压与管内的光纤长度都是相同的，进行温度补偿；通过第二保偏光纤及准直器后，光进入相位补偿片，从而对光路进行相位补偿；最后调整-45°检偏片的角度，再调试相位补偿角，使输出光功率变化，最后耦合到第二准直器中，光功率数据处理电路板处理相关的信号。

2.如权利要求1所述的一种基于量子弱值放大的光纤静力水准测量装置进行测量的方法，其特征在于，测试初始状态，所述的油封膜片管和油封无膜片管内的压力、温度和光纤长度相等。

3.如权利要求1所述的一种基于量子弱值放大的光纤静力水准测量装置进行测量的方法，其特征在于，测试状态，所述的油封膜片管和油封无膜片管内的压力和光纤长度发生变化。

4.如权利要求1所述的一种基于量子弱值放大的光纤静力水准测量装置进行测量的方法，其特征在于，所述的窄线宽激光器、第一准直器、45°起偏片、第一保偏光纤及准直器、第二保偏光纤及准直器、相位补偿片、-45°检偏片、第二准直器和光功率数据处理电路板安装在控制室；所述的蓄水外壳、膜片、油封无膜片管和油封膜片管放置在需要测量的测试点上。

5.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述的-45°检偏片的角度为0.01~0.03rad。

6.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，光通过45°起偏片时，光的初选态为：

其中，为水平偏振态，为垂直偏振态，与水平偏振形成的夹角，。

7.如权利要求1所述的测量方法，光纤受到油压后，产生一定的相位值，此时光偏振态为：

光输出-45°检偏片的后选态为：

其中，为检偏片与水平方向夹角，为相位变化量；

根据量子弱值放大原理，系统的弱值放大倍数为：

光的功率值表示为：

其中，为后选前的光功率值，通过实验，当光功率计的功率最小识别为nW时，相位的最小识别精度为。

8.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，油封膜片管内的油压可表示如下：

其中，为管内油压；为未有水压前，管内油压；为水压转为油压的转换系数，可通过不同水位深度测量而得到；为水准测量仪内水压；

油封无膜片管内油压可表示如下：

光路时间的延迟最后引起光的相位变化：

其中，为油压，为光纤长度，为光传播常数，为泊松系数，为光纤杨氏模量，为光纤的泡克尔效应系数，为光纤的折射率；

则。