精密测量是人们探索世界的重要手段。一直以来,人们都在努力利用量子技术来达到更高的测量精度和更广的测量范围。高精度的测量技术不仅能帮助人们了解微观世界,促进科学技术的发展,也在人们的日常生活中发挥了重要作用。如今,人们对精密测量的要求越来越高。精密测量技术越来越受到人们重视。人们很早就将光束应用于非接触高精度测量领域。自激光器问世以来,量子光学更是飞速发展,其在精密测量上的重要性也日益凸显。利用光束进行微振动测量时,测量系统与被测物体之间没有直接接触,所以相比于传统测量方法,利用光束进行微振动测量能够更准确的获得振动信息。本文主要研究了基于高阶模光场的微振动测量,主要内容如下:1.设计了基于平衡零拍探测的高阶模小位移测量系统,分别以HG模和HG模作为平衡零拍探测的信号光和本底光进行了位移测量。测量了实验中环境噪声的分布情况。实验上测量了不同光功率下测量系统的最小可测位移量,证明了提升信号光功率能够减小系统的最小可测位移量,提升测量精度。在信号光为90μW时,测得的最小可测位移量为1.76(?)。此外还分析了测量系统的误差,约为0.01(?)。2.设计了基于平衡零拍探测和弱值放大的高阶模小倾角测量系统。实验上分别以HG模和HG模作为平衡零拍探测的信号光和本底光进行了倾角测量,通过引入弱值技术,突破了平衡零拍探测器饱和功率对信号光功率的限制,将信号光功率提升至m W量级。研究了在信号光功率不变的条件下,测得的倾角信息与弱值系统暗端口出射光功率的关系。通过提升信号光功率,证明了信号光功率越大,测量系统的最小可测倾角越小,测量精度越高。将信号升至1 m W时在2MHz处测得了3.8nrad的最小可测倾角。通过分析HG模系数计算出了系统的测量范围。
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