CN115962841A - 基于弱测量的噪声谱探测方法及系统 - Google Patents

基于弱测量的噪声谱探测方法及系统 Download PDF

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CN115962841A CN202310094034.0A CN202310094034A CN115962841A CN 115962841 A CN115962841 A CN 115962841A CN 202310094034 A CN202310094034 A CN 202310094034A CN 115962841 A CN115962841 A CN 115962841A
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黄靖正
石广健
李洪婧
曾贵华
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Shanghai Jiaotong University
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Abstract

本发明提供了一种基于弱测量的噪声谱探测方法及系统，包括：步骤1：搭建噪声谱探测的量子弱测量光学平台，在弱耦合过程中引入噪声，产生时变的相位参量，步骤2：确定需要探测的频率位置f,并据此调整两路后选择态。步骤3：通过光谱仪接收经过弱测量的光谱中心，计算频率f处的噪声谱。步骤4：重复执行步骤2和步骤3，实现对噪声功率谱的实时探测。步骤5：待测量结束后，根据实际需要对估计结果进行数据处理。本发明弥补了现有噪声探测技术带宽小，容易产生混叠失真的缺陷,利用了弱值放大技术，可以达到非常高的灵敏度和精度,并且拓展了以弱测量为理论基础的众多测量系统的应用场景，可以延伸到含噪信号恢复的场景。

Description

基于弱测量的噪声谱探测方法及系统
技术领域
本发明涉及弱测量的技术领域，具体地，涉及基于弱测量的噪声谱探测方法及系统。
背景技术
测量过程中得到的噪声，是参与到测量系统中的所有对象包括测量仪器，被测量对象，环境以及测量方法的共同产物，因而通过分析测量得到的噪声数据来研究整个测量系统的结构与特征。对噪声的一种常见分析方法是计算它的各种统计量，例如特征函数、k阶矩等，在这些统计量中最重要的一个是功率谱，这是因为它通过傅里叶变换与噪声的自相关函数联系起来，在本质上体现了噪声在各种时间尺度上的时间相关性。近年来，由于快速傅里叶变换(FFT)的提出，人们能够以超高速处理数字信号，所以噪声的功率谱在越来越多的物理场景中都有了重要的应用。现行的噪声谱探测方案，噪声数据以一定频率均匀采样得到的，这就导致可能产生很严重的混叠失真，这极大降低了噪声分析的准确性，并且存在着探测带宽小、实验结构复杂、实验难度大的不足等缺陷，上述缺陷可能对噪声谱探测技术起到了限制。
在公开号为CN112925008A的专利文献中公开了一种基于量子弱测量实现的高精度保模光纤偏振光地震陀螺仪，包括：发光二极管、高斯滤波片、半反半透镜、第一偏振控制器、偏振分束器、SOLEIL-BABINET补偿器、第二自准直透镜、第一自准直透镜、保偏光纤环、第二偏振控制器、第一光谱仪、第二光谱仪、AD采集模块、FPGA数据处理模块、DA转换模块和LED显示屏显示和USB储存模块；经过AD采集模块采集后传入到FPGA数据处理模块，进而经处理后得到的光谱与初始光谱进行比较，计算得到中心波长的移动，进而得到中心波长的移动与地震陀螺仪旋转角速度的关系，实现通过弱测量检测到高精度保模光纤偏振光的目的。
因此，需要提出一种新的技术方案以改善上述技术问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于弱测量的噪声谱探测方法及系统。
根据本发明提供的一种基于弱测量的噪声谱探测方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：搭建噪声谱探测的量子弱测量光学平台，并在弱耦合过程中引入噪声，产生时变的相位参量；
步骤S2：确定需要探测的频率位置f，并根据此调整两路后选择态；
步骤S3：通过光谱仪接收经过弱测量的光谱中心，计算频率f处的噪声谱；
步骤S4：重复执行步骤S2和步骤S3，对噪声功率谱进行实时探测；
步骤S5：待测量结束后，根据实际需要对估计结果进行数据处理。
优选地，所述步骤S1包括如下步骤：
步骤S1.1：将光源发射的光子调制成两个正交偏振的线性叠加状态，进行噪声谱的探测；
步骤S1.2：将光调制为前选择态
Figure BDA0004071164990000021
步骤S1.3：在弱耦合过程中，引入噪声，产生时变的相位参量n(t)，相互作用表示为
Figure BDA0004071164990000022
其中，
Figure BDA0004071164990000023
为系统的可观测量，经过相互作用后，输出光的状态表示为
Figure BDA0004071164990000024
步骤S1.4：将后选择态调制为|f(t)>，将弱耦合以后的光投影到后选择态上，经投影后的输出光的状态表示为|φf(t)>＝<f∣Φi>。
优选地，所述步骤S2中根据需要探测的频率f，两路后选择态调制为
Figure BDA0004071164990000025
Figure BDA0004071164990000026
以及
Figure BDA0004071164990000027
优选地，所述步骤S3中，采用光子的中心频率作为探测指标
Figure BDA0004071164990000028
用光谱仪进行检测，光谱仪探测时间为T，则光谱仪的输出为
Figure BDA0004071164990000029
收集数据进行高精度的噪声功率谱的估计；
对应于后选择态|f1(t)>和|f2(t)>的两路光谱仪输出<pf>T，分别计算出
Figure BDA00040711649900000210
以及
Figure BDA00040711649900000211
Figure BDA00040711649900000212
应于这时噪声对应频率f的频谱的实部和虚部，计算出噪声对应频率f的频谱
Figure BDA00040711649900000213
Figure BDA0004071164990000031
优选地，所述步骤S4中，平稳噪声的功率谱由维纳辛钦定理为：
Figure BDA0004071164990000032
Figure BDA0004071164990000033
每次探测设置长的探测时间T，并且多次进行探测，对步骤S3的各次探测结果取模求平均即得到噪声在频率f处的功率谱SN(f)。
本发明还提供一种基于弱测量的噪声谱探测系统，所述系统包括如下模块：
模块M1：搭建噪声谱探测的量子弱测量光学平台，并在弱耦合过程中引入噪声，产生时变的相位参量；
模块M2：确定需要探测的频率位置f，并根据此调整两路后选择态；
模块M3：通过光谱仪接收经过弱测量的光谱中心，计算频率f处的噪声谱；
模块M4：重复调用模块M2和模块M3，对噪声功率谱进行实时探测；
模块M5：待测量结束后，根据实际需要对估计结果进行数据处理。
优选地，所述模块M1包括如下模块：
模块M1.1：将光源发射的光子调制成两个正交偏振的线性叠加状态，进行噪声谱的探测；
模块M1.2：将光调制为前选择态
Figure BDA0004071164990000034
模块M1.3：在弱耦合过程中，引入噪声，产生时变的相位参量n(t)，相互作用表示为
Figure BDA0004071164990000035
其中，
Figure BDA0004071164990000036
为系统的可观测量，经过相互作用后，输出光的状态表示为
Figure BDA0004071164990000037
模块M1.4：将后选择态调制为|f(t)＞，将弱耦合以后的光投影到后选择态上，经投影后的输出光的状态表示为|φf(t)>＝<f∣Φi＞。
优选地，所述模块M2中根据需要探测的频率f，两路后选择态调制为
Figure BDA0004071164990000038
Figure BDA0004071164990000039
以及
Figure BDA00040711649900000311
优选地，所述模块M3中，采用光子的中心频率作为探测指标
Figure BDA00040711649900000312
用光谱仪进行检测，光谱仪探测时间为T，则光谱仪的输出为
Figure BDA00040711649900000313
收集数据进行高精度的噪声功率谱的估计；
对应于后选择态|f1(t)>和|f2(t)>的两路光谱仪输出<pf>T，分别计算出
Figure BDA00040711649900000314
以及
Figure BDA00040711649900000315
Figure BDA0004071164990000041
应于这时噪声对应频率f的频谱的实部和虚部，计算出噪声对应频率f的频谱
Figure BDA0004071164990000042
Figure BDA0004071164990000043
优选地，所述模块M4中，平稳噪声的功率谱由维纳辛钦定理为：
Figure BDA0004071164990000044
Figure BDA0004071164990000045
每次探测设置长的探测时间T，并且多次进行探测，对模块M3的各次探测结果取模求平均即得到噪声在频率f处的功率谱SN()。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明弥补了现有技术探测带宽小，容易产生混叠失真的缺陷；
2、本发明利用了弱值放大技术，达到非常高的灵敏度和精度；
3、本发明拓展了以弱测量为理论基础的众多测量系统的应用场景，并且延伸到含噪信号恢复的场景。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的原理示意图。
其中：
光源1         后选择过程4
前选择过程2   光谱仪5
弱耦合过程3   计算机6
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
根据本发明提供的一种基于弱测量的噪声谱探测方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：搭建噪声谱探测的量子弱测量光学平台，并在弱耦合过程中引入噪声，产生时变的相位参量；
步骤S1.1：将光源发射的光子调制成两个正交偏振的线性叠加状态，进行噪声谱的探测；
步骤S1.2：将光调制为前选择态
Figure BDA0004071164990000051
步骤S1.3：在弱耦合过程中，引入噪声，产生时变的相位参量n(t)，相互作用表示为
Figure BDA0004071164990000052
其中，
Figure BDA0004071164990000053
为系统的可观测量，经过相互作用后，输出光的状态表示为
Figure BDA0004071164990000054
步骤S1.4：将后选择态调制为|f(t)＞，将弱耦合以后的光投影到后选择态上，经投影后的输出光的状态表示为|φf(t)>＝<f∣Φi＞。
步骤S2：确定需要探测的频率位置f，并根据此调整两路后选择态；根据需要探测的频率f，两路后选择态调制为
Figure BDA0004071164990000055
以及
Figure BDA0004071164990000056
Figure BDA0004071164990000057
步骤S3：通过光谱仪接收经过弱测量的光谱中心，计算频率f处的噪声谱；采用光子的中心频率作为探测指标
Figure BDA0004071164990000058
用光谱仪进行检测，光谱仪探测时间为T，则光谱仪的输出为
Figure BDA0004071164990000059
收集数据进行高精度的噪声功率谱的估计；对应于后选择态|f1(t)>和|f2(t)>的两路光谱仪输出<pf〉T，分别计算出
Figure BDA00040711649900000510
以及
Figure BDA00040711649900000511
Figure BDA00040711649900000512
应于这时噪声对应频率f的频谱的实部和虚部，计算出噪声对应频率f的频谱
Figure BDA00040711649900000513
Figure BDA00040711649900000514
步骤S4：重复执行步骤S2和步骤S3，对噪声功率谱进行实时探测；平稳噪声的功率谱由维纳辛钦定理为：
Figure BDA00040711649900000515
每次探测设置长的探测时间T，并且多次进行探测，对步骤S3的各次探测结果取模求平均即得到噪声在频率f处的功率谱SN(f)。
步骤S5：待测量结束后，根据实际需要对估计结果进行数据处理。
本发明还提供一种基于弱测量的噪声谱探测系统，所述基于弱测量的噪声谱探测系统通过执行所述基于弱测量的噪声谱探测方法的流程步骤予以实现，即本领域技术人员将所述基于弱测量的噪声谱探测方法理解为所述基于弱测量的噪声谱探测系统的优选实施方式。
实施例2：
本发明还提供一种基于弱测量的噪声谱探测系统，所述系统包括如下模块：
模块M1：搭建噪声谱探测的量子弱测量光学平台，并在弱耦合过程中引入噪声，产生时变的相位参量；
模块M1.1：将光源发射的光子调制成两个正交偏振的线性叠加状态，进行噪声谱的探测；
模块M1.2：将光调制为前选择态
Figure BDA0004071164990000061
模块M1.3：在弱耦合过程中，引入噪声，产生时变的相位参量n(t)，相互作用表示为
Figure BDA0004071164990000062
其中，
Figure BDA0004071164990000063
为系统的可观测量，经过相互作用后，输出光的状态表示为
Figure BDA0004071164990000064
模块M1.4：将后选择态调制为|f(t)>，将弱耦合以后的光投影到后选择态上，经投影后的输出光的状态表示为|φf(t)>＝<f∣Φi>。
模块M2：确定需要探测的频率位置f，并根据此调整两路后选择态；根据需要探测的频率f，两路后选择态调制为
Figure BDA0004071164990000065
以及
Figure BDA0004071164990000066
Figure BDA0004071164990000067
模块M3：通过光谱仪接收经过弱测量的光谱中心，计算频率f处的噪声谱；采用光子的中心频率作为探测指标
Figure BDA0004071164990000068
用光谱仪进行检测，光谱仪探测时间为T，则光谱仪的输出为
Figure BDA0004071164990000069
收集数据进行高精度的噪声功率谱的估计；
对应于后选择态|f1(t)>和|f2(t)>的两路光谱仪输出＜pf>T，分别计算出
Figure BDA00040711649900000610
以及
Figure BDA00040711649900000611
Figure BDA00040711649900000612
应于这时噪声对应频率f的频谱的实部和虚部，计算出噪声对应频率f的频谱
Figure BDA00040711649900000613
Figure BDA00040711649900000614
模块M4：重复调用模块M2和模块M3，对噪声功率谱进行实时探测；平稳噪声的功率谱由维纳辛钦定理为：
Figure BDA00040711649900000615
每次探测设置长的探测时间T，并且多次进行探测，对模块M3的各次探测结果取模求平均即得到噪声在频率f处的功率谱SN()。
模块M5：待测量结束后，根据实际需要对估计结果进行数据处理。
实施例3：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于弱测量技术的噪声功率谱探测方案。
测量过程中得到的噪声，是参与到测量系统中的所有对象包括测量仪器，被测量对象，环境以及测量方法的共同产物，因而通过分析测量得到的噪声数据来研究整个测量系统的结构与特征。对噪声的一种常见分析方法是计算它的各种统计量，例如特征函数，k阶矩等，在这些统计量中最重要的一个是功率谱，这是因为它通过傅里叶变换与噪声的自相关函数联系起来，在本质上体现了噪声在各种时间尺度上的时间相关性。近年来，由于快速傅里叶变换(FFT)的提出，人们能够以超高速处理数字信号，所以噪声的功率谱在越来越多的物理场景中都有了重要的应用。现行的噪声谱探测方案，噪声数据以一定频率均匀采样得到的，这就导致可能产生很严重的混叠失真，这极大降低了噪声分析的准确性，并且存在着探测带宽小、实验结构复杂、实验难度大的不足等缺陷，上述缺陷可能对噪声谱探测技术起到了限制。本发明的目的是提供的一种基于量子弱测量理论的高精度的噪声谱探测方案。
如图1所示，本发明提供的一种基于量子弱测量理论的高精度时变相位的实时估计方法，包括：1-光源；2-前选择过程3-弱耦合过程；4-后选择过程；5-光谱仪；6-计算机。
所述光源1发射的光经过前选择过程2，然后在弱耦合过程3产生因噪声作用产生的相位，经过后选择过程4，被光谱仪5接收进行中心频率探测。光谱仪5连接计算机6对探测结果进行数据处理，包括如下步骤：
步骤1：搭建噪声谱探测的量子弱测量光学平台，并在弱耦合过程中引入噪声，产生时变的相位参量。
步骤2：确定需要探测的频率位置f，并据此调整两路后选择态。
步骤3：通过光谱仪接收经过弱测量的光谱中心，计算频率f处的噪声谱。
步骤4：重复执行步骤2和步骤3，实现对噪声功率谱的实时探测。
步骤5：待测量结束后，根据实际需要对估计结果进行数据处理。
其中，所述的步骤1，包括如下步骤：
步骤1.1：从光源发射的光子被调制成两个正交偏振的线性叠加状态，用于进行噪声谱的探测。
步骤1.2：将光调制为前选择态
Figure BDA0004071164990000081
步骤1.3：在弱耦合过程中，引入噪声，产生时变的相位参量n(t)，相互作用表示为
Figure BDA0004071164990000082
其中，
Figure BDA0004071164990000083
为系统的可观测量，经过相互作用后，输出光的状态表示为
Figure BDA0004071164990000084
步骤1.4：将后选择态调制为|f(t)>,将弱耦合以后的光投影到后选择态上，经投影后的输出光的状态表示为|φf(t)>＝＜f∣Φi＞。
在步骤1.4中，根据需要探测的频率f，两路后选择态调制为
Figure BDA0004071164990000085
Figure BDA0004071164990000086
以及
Figure BDA0004071164990000087
其中，所述的步骤3，采用光子的中心频率作为探测指标
Figure BDA0004071164990000088
用光谱仪进行检测，光谱仪探测时间为T，则光谱仪的输出为
Figure BDA0004071164990000089
收集尽可能长时间的数据进而实现高精度的噪声功率谱的估计。对应于后选择态|f11(t)>和|f2(t)>的两路光谱仪输出<pf>T，分别计算出
Figure BDA00040711649900000810
以及
Figure BDA00040711649900000811
Figure BDA00040711649900000812
应于这时噪声对应频率f的频谱的实部和虚部，所以进一步计算出噪声对应频率f的频谱
Figure BDA00040711649900000813
其中，所述的步骤4，包括如下步骤：
因为平稳噪声的功率谱由维纳辛钦定理为：
Figure BDA00040711649900000814
所以每次探测尽量设置长的探测时间T，并且尽可能的多次进行探测，对步骤3的各次探测结果取模求平均即可得到噪声在频率f处的功率谱SN(f)。
根据本发明提供的基于弱测量技术的时变参量实时估计系统，包括：模块M1：搭建噪声谱探测的量子弱测量光学平台，并在弱耦合过程中引入噪声，产生时变的相位参量。模块M2：确定需要探测的频率位置f，并据此调整两路后选择态。模块M3：通过光谱仪接收经过弱测量的光谱中心，计算频率f处的噪声谱。模块M4：重复调用模块M2和模块M3，实现对噪声功率谱的实时探测。模块M5：待测量结束后，根据实际需要对估计结果进行数据处理。
模块M1.1：将光源输出的光经过分叉光纤束，一路用于监测光强变化，一路进行基于弱测量方法的参数测量。模块M1.2：将参量测量路的光调制为前选择态|i〉；模块M1.3：从光源发射的光子被调制成两个正交偏振的线性叠加状态，用于进行噪声谱的探测。模块M1.4：将光调制为前选择态
Figure BDA0004071164990000091
模块M1.5：在弱耦合过程中，引入噪声，产生时变的相位参量n(t)，相互作用表示为
Figure BDA0004071164990000092
其中，
Figure BDA0004071164990000093
为系统的可观测量，经过相互作用后，输出光的状态表示为
Figure BDA0004071164990000094
模块M1.6：将后选择态调制为|f(t)＞，将弱耦合以后的光投影到后选择态上，经投影后的输出光的状态表示为|φf(t)>＝<f∣Φi＞。
所述模块M2包括:根据需要探测的频率f，两路后选择态调制为
Figure BDA0004071164990000095
Figure BDA0004071164990000096
以及
Figure BDA0004071164990000097
所述模块M3包括：采用光子的中心频率作为探测指标
Figure BDA0004071164990000098
用光谱仪进行检测，光谱仪探测时间为T，则光谱仪的输出为
Figure BDA0004071164990000099
收集尽可能长时间的数据进而实现高精度的噪声功率谱的估计。对应于后选择态|f1(t)＞和|f2(t)<的两路光谱仪输出<pf>T，分别计算出
Figure BDA00040711649900000910
Figure BDA00040711649900000911
以及
Figure BDA00040711649900000912
应于这时噪声对应频率f的频谱的实部和虚部，所以进一步计算出噪声对应频率f的频谱
Figure BDA00040711649900000913
所述模块M4包括：因为平稳噪声的功率谱由维纳辛钦定理为：
Figure BDA00040711649900000914
所以每次探测尽量设置长的探测时间T，并且尽可能的多次进行探测，对步骤3的各次探测结果取模求平均即可得到噪声在频率f处的功率谱SN(f)。
本领域技术人员将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也视为硬件部件内的结构；也将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既是实现方法的软件模块又是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于弱测量的噪声谱探测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：搭建噪声谱探测的量子弱测量光学平台，并在弱耦合过程中引入噪声，产生时变的相位参量；
步骤S2：确定需要探测的频率位置f，并根据此调整两路后选择态；
步骤S3：通过光谱仪接收经过弱测量的光谱中心，计算频率f处的噪声谱；
步骤S4：重复执行步骤S2和步骤S3，对噪声功率谱进行实时探测；
步骤S5：待测量结束后，根据实际需要对估计结果进行数据处理。
2.根据权利要求1所述的基于弱测量的噪声谱探测方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：
步骤S1.1：将光源发射的光子调制成两个正交偏振的线性叠加状态，进行噪声谱的探测；
步骤S1.2：将光调制为前选择态
Figure FDA0004071164970000011
步骤S1.3：在弱耦合过程中，引入噪声，产生时变的相位参量n(t)，相互作用表示为
Figure FDA0004071164970000012
其中，
Figure FDA0004071164970000013
为系统的可观测量，经过相互作用后，输出光的状态表示为
Figure FDA0004071164970000014
步骤S1.4：将后选择态调制为|f(t)>，将弱耦合以后的光投影到后选择态上，经投影后的输出光的状态表示为|φf(t)>＝<f|Φi>。
3.根据权利要求1所述的基于弱测量的噪声谱探测方法，其特征在于，所述步骤S2中根据需要探测的频率f，两路后选择态调制为
Figure FDA0004071164970000015
以及
Figure FDA0004071164970000016
4.根据权利要求1所述的基于弱测量的噪声谱探测方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用光子的中心频率作为探测指标
Figure FDA0004071164970000017
用光谱仪进行检测，光谱仪探测时间为T，则光谱仪的输出为
Figure FDA0004071164970000018
收集数据进行高精度的噪声功率谱的估计；
对应于后选择态|f1(t)>和|f2(t)>的两路光谱仪输出<pf>T，分别计算出
Figure FDA0004071164970000019
以及
Figure FDA00040711649700000110
Figure FDA0004071164970000021
应于这时噪声对应频率f的频谱的实部和虚部，计算出噪声对应频率f的频谱
Figure FDA0004071164970000022
Figure FDA0004071164970000023
5.根据权利要求1所述的基于弱测量的噪声谱探测方法，其特征在于，所述步骤S4中，平稳噪声的功率谱由维纳辛钦定理为：
Figure FDA0004071164970000024
每次探测设置长的探测时间T，并且多次进行探测，对步骤S3的各次探测结果取模求平均即得到噪声在频率f处的功率谱SN(f)。
6.一种基于弱测量的噪声谱探测系统，其特征在于，所述系统包括如下模块：
模块M1：搭建噪声谱探测的量子弱测量光学平台，并在弱耦合过程中引入噪声，产生时变的相位参量；
模块M2：确定需要探测的频率位置f，并根据此调整两路后选择态；
模块M3：通过光谱仪接收经过弱测量的光谱中心，计算频率f处的噪声谱；
模块M4：重复调用模块M2和模块M3，对噪声功率谱进行实时探测；
模块M5：待测量结束后，根据实际需要对估计结果进行数据处理。
7.根据权利要求6所述的基于弱测量的噪声谱探测系统，其特征在于，所述模块M1包括如下模块：
模块M1.1：将光源发射的光子调制成两个正交偏振的线性叠加状态，进行噪声谱的探测；
模块M1.2：将光调制为前选择态
Figure FDA0004071164970000025
模块M1.3：在弱耦合过程中，引入噪声，产生时变的相位参量n(t)，相互作用表示为
Figure FDA0004071164970000026
其中，
Figure FDA0004071164970000027
为系统的可观测量，经过相互作用后，输出光的状态表示为
Figure FDA0004071164970000028
模块M1.4：将后选择态调制为|f(t)>，将弱耦合以后的光投影到后选择态上，经投影后的输出光的状态表示为|φf(t)>＝<f|Φi>。
8.根据权利要求6所述的基于弱测量的噪声谱探测系统，其特征在于，所述模块M2中根据需要探测的频率f，两路后选择态调制为
Figure FDA0004071164970000029
以及
Figure FDA00040711649700000210
9.根据权利要求6所述的基于弱测量的噪声谱探测系统，其特征在于，所述模块M3中，采用光子的中心频率作为探测指标
Figure FDA0004071164970000031
用光谱仪进行检测，光谱仪探测时间为T，则光谱仪的输出为
Figure FDA0004071164970000032
收集数据进行高精度的噪声功率谱的估计；
对应于后选择态|f1(t)>和|f2(t)>的两路光谱仪输出<pf>T，分别计算出
Figure FDA0004071164970000033
以及
Figure FDA0004071164970000034
Figure FDA0004071164970000035
应于这时噪声对应频率f的频谱的实部和虚部，计算出噪声对应频率f的频谱
Figure FDA0004071164970000036
Figure FDA0004071164970000037
10.根据权利要求6所述的基于弱测量的噪声谱探测系统，其特征在于，所述模块M4中，平稳噪声的功率谱由维纳辛钦定理为：
Figure FDA0004071164970000038
每次探测设置长的探测时间T，并且多次进行探测，对模块M3的各次探测结果取模求平均即得到噪声在频率f处的功率谱SN(f)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115165069A (zh) * 2022-06-14 2022-10-11 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 一种基于量子弱测量技术的声场测量阵列

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