量子度量学结合了统计学和量子力学,是一门采用量子手段提高参数估计精度的综合性学科,在引力波探测,量子成像,量子光刻以及高精度原子钟等领域有着广阔的应用前景。如何制备合适的探测态,选择最优测量方案,构造最优相位估计量使相位测量精度突破经典极限是量子度量学研究的核心问题。为了突破经典极限,有学者提出采用N光子纠缠态,压缩真空态等量子态作为探测态,但这些量子态难制备,易损耗,于是我们考虑通过简单的相干态以及合适的测量方案突破经典极限。本文基于相干光干涉仪,采用了多输出零拍探测(Multi-outcome homodyne detection)的测量方法,深入研究测量结果的输出信号和相位灵敏度,具体研究内容如下:1、以相干光和真空光的直积态作为输入光入射到Mach-Zehnder干涉仪的两端,通过零拍探测的测量方法,构造出反函数估计量,解析推出输出态的Wigner函数及测值概率表达式。对测量结果进行数据分类,得到两输出和多输出零拍探测的输出信号,得出相位灵敏度接近于散粒噪声极限,输出信号实现超分辨,与实验结果一致。2、用蒙特卡洛的方法,对多输出零拍探测实验进行数值模拟,分析不同本征值情况下的输出信号及其相位灵敏度,研究了多输出零拍探测方案的经典Fisher信息及其相位测量精度的Cramer-Rao下限。3、对于特定本征值(即相邻可观测量的本征值互为相反数),得到最优力学量及平均输出信号。数值计算基于输出信号的反函数估计量,发现该估计量是渐近无偏的,且其相位涨落可以饱和Cramer-Rao下限,使我们获得更完整的相位信息。这可能也适用于其他多输出测量中参数估值的情况。本论文在第一章介绍了量子度量学的背景,实验模型,研究方法以及相关研究进展和选题依据。第二章描述了光子数态,单模光场相干态以及路径纠缠态等光场量子态,相干态Wigner准几率分布的推导过程以及量子Fisher信息和量子Cramer-Rao定理。第三章与第四章,我们根据近年的实验进展,从理论上计算了相干态的Fisher信息及Cramer-Rao下限(简称CR下限)。我们通过双输出测量和多输出测量分别对输出信号和相位灵敏度进行研究。最后,我们对全文进行总结。