CN109238220A - 物体空间转动角度的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种物体空间转动角度的测量方法，包括：控制一探测光投射到待测旋转角度的物体上；控制一平衡零拍探测器，通过所述平衡零拍探测器检测经待测旋转角度的物体反射或透射的探测光，获取反射或透射的探测光的光参数；根据平衡零拍探测器检测得到的光参数计算待测旋转角度的物体转过的旋转角度。本发明装置简单，易于操控，实用性强；测量精度高，可以实现突破散粒噪声的转角测量；本发明可以应用于精密制造、空间遥感及生物成像的高科技领域。

Description

物体空间转动角度的测量方法
技术领域
本发明涉及角度测量领域，尤其涉及一种物体空间转动角度的测量方法。
背景技术
量子测量是量子力学原理与测量理论的有机结合。它为我们提供了新的测量手段和方法，可以帮助我们更好的了解量子系统的性能和进行准确的量子操控，并进一步推动基础科学研究的快速发展。
在现有技术中，对于转角的测量使用具有轨道角动量的NOON态作为探测光源，虽然其可以实现了超越量子极限的转角测量，但是NOON的平均光子数较少，其测量的绝对精度较差；另一方面，NOON态对测量损耗特别敏感，不利于实际应用；其他技术是通过弱测量技术进行转角的精密测量，实验装置较为简单，但是理论证明这种方法无法实现突破量子极限的转角测量。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种物体空间转动角度的测量方法。
本发明的目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种物体空间转动角度的测量方法，包括：控制一探测光投射到待测旋转角度的物体上，；控制一平衡零拍探测器，通过所述平衡零拍探测器检测经待测旋转角度的物体反射或透射的探测光，获取反射或透射的探测光的光参数；根据平衡零拍探测器检测得到的光参数计算待测旋转角度的物体转过的旋转角度。
其中，在控制探测光投射到待测旋转角度的物体上的步骤之前，还包括对探测光进行调制的步骤，探测光是将弱的厄米高斯模HG01模与强的厄米高斯模HG10模相干光在分束器上耦合得到。
其中，在控制探测光投射到待测旋转角度的物体上的步骤之前，还包括对弱的厄米高斯模HG01模进行压缩的步骤。
其中，反射或投射的探测光的光参数至少包括探测光的光子数、压缩度和物体对探测光的反射或透射系数。
其中，待测旋转角度的物体的旋转角度表示为：
其中，N为探测光的光子数，r为轨道角动量压缩的压缩度，A为物体对探测光的反射或透射系数。
区别于现有技术，本发明的物体空间转动角度的测量方法包括：控制一探测光投射到待测旋转角度的物体上，并控制所述待测旋转角度的物体发生旋转；控制一平衡零拍探测器，通过所述平衡零拍探测器检测经待测旋转角度的物体反射或透射的探测光，获取反射或透射的探测光的光参数；根据平衡零拍探测器检测得到的光参数计算待测旋转角度的物体转过的旋转角度。本发明装置简单，易于操控，实用性强；测量精度高，可以实现突破散粒噪声的转角测量；本发明可以应用于精密制造、空间遥感及生物成像的高科技领域。
附图说明
图1是本发明提供的一种物体空间转动角度的测量方法的流程示意图；
图2是本发明提供的一种物体空间转动角度的测量方法的测量结果的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
参阅图1，图1是本发明提供的一种物体空间转动角度的测量方法的流程示意图。该方法的步骤包括：
S110：控制一探测光投射到待测旋转角度的物体上。
S120：控制一平衡零拍探测器，通过所述平衡零拍探测器检测经待测旋转角度的物体反射或透射的探测光，获取反射或透射的探测光的光参数。
S130：根据平衡零拍探测器检测得到的光参数计算待测旋转角度的物体转过的旋转角度。
其中，在控制探测光投射到待测旋转角度的物体上的步骤之前，还包括对探测光进行调制的步骤，探测光是将弱的厄米高斯模HG01模与强的厄米高斯模HG10模相干光在分束器上耦合得到。
其中，在控制探测光投射到待测旋转角度的物体上的步骤之前，还包括对弱的厄米高斯模HG01模进行压缩的步骤。
其中，反射或投射的探测光的光参数至少包括探测光的光子数、压缩度和物体对探测光的反射或透射系数。
其中，待测旋转角度的物体的旋转角度表示为：
其中，N为探测光的光子数，r为轨道角动量压缩的压缩度，A为物体对探测光的反射或透射系数。
本发明基于厄米高斯模HG01对于空间转动的敏感性原理。当具有厄米高斯模HG01模的探测光照射到被测物体上并发生小的空间旋转时，其会激发出与其正交的HG10模，并且转动角度正比于激发出的HG10模的幅度。因此，通过具有HG10模的平衡零拍可以将激发出的HG10模的检测出来，对应于实现转动角度的测量。但是，此时测量精度会收到真空噪声的限制，为了进一步提高测量精度，可以将厄米高斯模HG01模的压缩光加入，构造具有轨道角动量压缩的探测光，从而抑制测量中的真空噪声，实现突破量子噪声极限的转角测量，其测量精度为
其中，N为探测光的光子数，r为轨道角动量压缩的压缩度，A为物体对探测光的反射或透射系数。
具体的，通过光学参量振荡器产生的厄米高斯模HG01振幅压缩光与强的厄米高斯模HG10模相干光在98/2的分束器上耦合，并锁定两者相对位相为零，产生的耦合光为具有轨道角动量压缩的探测光。
具有弱的厄米高斯模HG01模的光与探测光在50/50的分束器上耦合，分成两路，进入探测器进行探测，探测器输入的信号相减后送入分析仪器实施信号分析。测量中，弱的厄米高斯模HG01模的光与探测光的相位锁定为零。
实施例实验中，探测光为100uW，通过Dove棱镜模拟物体的微小转动，图2为实验上测到的结果。其中，横轴为物体转动角度；纵轴为测量信噪比；灰线为探测光的压缩度为零时的结果；黑线为探测光的轨道角动量压缩为3dB时的结果；虚线为信噪比为1，此时对应的角度为最小可测角度。结果表明，测量精度为17.7nrad/√Hz，并且通过轨道角动量压缩可以实现精度的大幅提高。通过增加探测光光强及压缩度，可以实现转动角度的测量精度的进一步提高。
区别于现有技术，本发明的物体空间转动角度的测量方法包括：控制一探测光投射到待测旋转角度的物体上，；控制一平衡零拍探测器，通过所述平衡零拍探测器检测经待测旋转角度的物体反射或透射的探测光，获取反射或透射的探测光的光参数；根据平衡零拍探测器检测得到的光参数计算待测旋转角度的物体转过的旋转角度。本发明装置简单，易于操控，实用性强；测量精度高，可以实现突破散粒噪声的转角测量；本发明可以应用于精密制造、空间遥感及生物成像的高科技领域。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种物体空间转动角度的测量方法，其特征在于，包括：
控制一探测光投射到待测旋转角度的物体上，控制一平衡零拍探测器，通过所述平衡零拍探测器检测经待测旋转角度的物体反射或透射的探测光，获取反射或透射的探测光的光参数；
根据平衡零拍探测器检测得到的光参数计算待测旋转角度的物体转过的旋转角度。
2.根据权利要求1所述的物体空间转动角度的测量方法，其特征在于，在控制探测光投射到待测旋转角度的物体上的步骤之前，还包括对探测光进行调制的步骤，探测光是将弱的厄米高斯模HG01模与强的厄米高斯模HG10模相干光在分束器上耦合得到。
3.根据权利要求2所述的物体空间转动角度的测量方法，其特征在于，在控制探测光投射到待测旋转角度的物体上的步骤之前，还包括对弱的厄米高斯模HG01模进行压缩的步骤。
4.根据权利要求1所述的物体空间转动角度的测量方法，其特征在于，反射或透射的探测光的光参数至少包括探测光的光子数、压缩度和物体对探测光的反射或透射系数。
5.根据权利要求1所述的物体空间转动角度的测量方法，其特征在于，待测旋转角度的物体的旋转角度表示为：
其中，N为探测光的光子数，r为轨道角动量压缩的压缩度，A为物体对探测光的反射或透射系数。
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