[发明专利]用于遥感的集成光学量子弱测量放大传感器

说明书

用于使用WMA执行遥感的系统、设备和方法。实施例包括调制询问信号，将询问信号发送到远程振动目标，以及在WMA干涉仪的第一端口处接收反射信号。实施例也包括通过第一分束器将反射信号分裂成沿第一波导和第二波导向下传播的第一部分和第二部分，通过延迟元件延迟反射信号的相位，以及对反射信号进行空间上的相移。实施例还可以包括：通过第二分束器，将反射信号的第一部分和第二部分分裂成沿第一波导和第二波导向下传播的第三部分和第四部分，探测反射信号的第三部分的第一波瓣和第二波瓣之间的强度差，并基于强度差来计算多普勒频率。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年10月22日提交的62/748,990号美国临时申请的优先权，其全部内容在此以引用方式并入本文中以用于所有目的。

背景技术

激光振动计已经用于进行表面的非接触振动测量。在一些实例中，测试束被传输到感兴趣的表面，并且反射激光束被接收和分析以提取由于感兴趣的表面的运动引起的多普勒频移。典型的激光振动计需要使用频率与测试束相同的参考束。在到达感兴趣的表面之前，测试束穿过布拉格单元，这增加了频移。反射束具有包含测试束的频率的频率、频移和多普勒频移。反射束和参考束被馈送入光电探测器，然后通过研究两个波束之间的拍频来估算多普勒频移。

尽管传统的振动计在许多应用中有用，但是对测试束(即参考束)的本地拷贝的使用需求使得传统方法不适用于遥感。相应地，需要新的系统、方法和其他技术。

发明内容

在本发明的第一方面，提供了一种使用弱测量放大(Weak MeasurementAmplification，WMA)来执行遥感的方法。该方法可以包括通过振动计的发送器模块(transmitter module)的询问激光器(interrogation laser)，以询问频率调制询问信号。该方法还可以包括通过发送器模块，将询问信号发送到远程振动目标。该方法还可以包括在振动计的接收器模块的WMA干涉仪的第一端口处，接收由从远程振动目标反射回来的询问信号产生的反射信号。在一些实施例中，反射信号包含询问频率和多普勒频率。该方法还可以包括沿着WMA干涉仪的第一波导向下传播反射信号。该方法还可以包括通过WMA干涉仪的第一分束器，将反射信号分裂成沿第一波导向下传播的第一部分和沿WMA干涉仪的第二波导向下传播的第二部分。该方法还可以包括通过WMA干涉仪的延迟元件(例如，布拉格光栅)，延迟反射信号的第一部分和第二部分中的一者的相位。该方法还可以包括通过WMA干涉仪的一个或多个空间移相器，对反射信号的第一部分和第二部分中的一者或两者进行空间上的相移。该方法还可以包括通过WMA干涉仪的第二分束器，将所述反射信号的所述第一部分和所述第二部分分裂成沿所述第一波导向下传播的第三部分和沿所述第二波导向下传播的第四部分。该方法还可以包括通过WMA干涉仪的分裂式探测器，探测反射信号的第三部分的第一波瓣和第二波瓣之间的强度差。该方法还可以包括通过振动计的处理器，基于强度差来计算多普勒频率。

在一些实施例中，该一个或多个空间移相器包括模式激励器(mode exciter)，模式激励器被配置为激励反射信号中的奇数阶模式的叠加。在一些实施例中，该方法还包括通过发送器模块的无源扩束器来扩展询问信号。在一些实施例中，第一分束器致使反射信号的第一模式在反射信号的第一部分和第二部分之间分裂。在一些实施例中，第二分束器引起反射信号的第一部分和第二部分的第一模式的相消干涉，以使得反射信号的第三部分不包含第一模式。在一些实施例中，第二分束器引起反射信号的第二模式的相长干涉，以使得反射信号的第三部分包含第二模式。在一些实施例中，该方法包括通过接收器模块的接收器望远镜，收集来自视场内的特定目标位置的反射信号。在一些实施例中，该方法包括通过接收器望远镜，将反射信号成像到被耦合到第一端口的锥形光纤耦合器上。在一些实施例中，第一分束器是通过将第一波导和第二波导定位在距离彼此阈值距离以内来形成的。在一些实施例中，所述第二分束器是通过将第一波导和第二波导定位在距离彼此阈值距离以内来形成的。在一些实施例中，延迟元件沿着第二波导进行定位，以延迟反射信号的第二部分的相位。