[发明专利]一种测量激光干涉仪中量子噪声的教学演示装置及演示方法

权利要求书

1.一种测量激光干涉仪中量子噪声的教学演示装置，其特征在于，包括：信号发射模块、平衡零拍探测模块以及M-Z干涉模块，分别用来进行量子真空场测量、相干光的量子噪声测量以及激光干涉仪量子噪声测量；其中，

所述信号发射模块由相干光源(1)构成，用于产生单色的频率稳定的入射激光；

所述平衡零拍探测模块由第一分束器(7)、第二反射镜(4)、第一光电探测器(11)、第二光电探测器(12)、减法器(13)以及频谱仪(15)构成，其用于量子真空场测量和相干光的量子噪声测量；

所述M-Z干涉模块由第二分束器(8)、第三反射镜(5)、第四反射镜(6)以及合束器(9)构成，结合所述平衡零拍探测模块，用于待测光场量子态的测量；

所述平衡零拍探测模块和所述M-Z干涉模块通过折叠反射镜(2)连接；

当所述折叠反射镜(2)竖起时，所述信号发射模块发出的单色的频率稳定的入射激光经过折叠反射镜(2)和第一反射镜(3)注入平衡零拍探测模块，进行量子真空场测量和相干光的量子噪声测量；

当所述折叠反射镜(2)放下时，所述信号发射模块发出的单色的频率稳定的入射激光，注入所述M-Z干涉模块，改变相位调制器(10)的相位，通过所述平衡零拍探测模块，进行激光干涉仪精度测量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过折叠反射镜的切换，控制光束走向，可以分别完成实现量子真空场测量、相干光的量子噪声测量以及激光干涉仪量子噪声测量。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述M-Z干涉模块还包括信号发生器(14)，其与所述相位调制器(10)连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述量子真空场测量和相干光的量子噪声测量的具体光路如下：

所述折叠反射镜(2)竖起，所述相干光源(1)发出的入射激光依次经过所述折叠反射镜(2)、所述第一反射镜(3)、所述第一分束器(7)后分束，分别注入所述第一光电探测器(11)和所述第二光电探测器(12)，光电探测器的输出经所述减法器(13)处理后由所述频谱仪(15)记录。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光干涉仪精度测量的具体光路如下：

所述折叠反射镜(2)放下，所述相干光源(1)发出的入射激光经所述第二分束器(8)分束，一束由所述第三反射镜(5)反射注入合束器(9)，另一束由所述第四反射镜(6)反射注入合束器(9)；在所述合束器(9)干涉的光经过所述第一分束器(7)后分束，分别注入所述第一光电探测器(11)和所述第二光电探测器(12)，光电探测器的输出经所述减法器(13)处理后由所述频谱仪(15)记录。

6.一种测量激光干涉仪中量子噪声的教学演示方法，其特征在于，采用如权利要求1-5之任一项所述的测量激光干涉仪中量子噪声的教学演示装置，包括以下步骤：

步骤1：信号发射模块发出单色的频率稳定的入射激光；

步骤2：将折叠反射镜竖起，所述入射激光通过折叠反射镜和第一反射镜(3)注入平衡零拍探测模块；

步骤3：调整光路，保证第一光电探测器和第二光电探测器的直流输出电压一致，并利用频谱仪记录输出的功率谱；

步骤4：改变所述入射激光的能量，测量并记录一系列功率谱；

步骤5：遮蔽注入光，利用频谱仪记录输出的噪声谱，即为光电探测器的电子学噪声；

步骤6：将所述步骤4中记录的一系列功率谱分别与步骤5中记录的电子学噪声相减，即为不同入射光功率情况下，真空的能量起伏曲线；

步骤7：将能量起伏曲线积分，得到的结果与入射光功率拟合，即获得入射光功率与真空场之间的关系；

步骤8：利用频谱仪记录光电探测器单臂输出的噪声谱，即为激光器输出的相干光源的强度噪声谱；

步骤9：将折叠反射镜放下，所述入射激光注入M-Z干涉模块，调整M-Z干涉模块对比度大于90％；

步骤10：改变相位调制器的相位，通过平衡零拍探测，记录不同相位下频谱仪输出的功率谱，即为激光干涉仪的量子噪声。

7.如权利要求6所述的测量激光干涉仪中量子噪声的教学演示方法，其特征在于，步骤9中，通过调整光路，使Path 3和Path 4光程一致，从而使M-Z干涉模块对比度大于90％；其中，

Path3:相干光源-第二分束器-第四反射镜-合束器-第一分束器-第一光电探测器-减法器-频谱仪；

Path4:相干光源-第二分束器-第三反射镜-合束器-第一分束器-第二反射镜-第二光电探测器-减法器-频谱仪。