利用信号循环提升弱测量系统信号强度的理论研究

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近年来,基于弱值放大技术的量子精密测量发展迅速,因其具有放大微小参数的特点而受到人们的广泛关注,并大量运用到诸如测量微小速度、光束微小偏转角、频移、相移、光的自旋霍尔效应等方面。但是,在实际应用中,弱值放大技术也面临着诸多难题,其中最大的难点是由于后选择过程导致的信号强度弱。因此,弱值放大系统的测量精度就与探测信号的强度相互制约,从而限制了测量精度的进一步提升。为了解决这一问题,研究人员提出了多种解决方案。本文提出利用信号循环技术来提升标准弱测量系统的信号强度,主要开展了以下几个方面的研究:1.高灵敏度温度变化测量。高精度的温度变化测量在冷原子物理、材料物理等领域都有着重要的意义。本文提出了一种基于弱值放大技术的微小温度变化测量方案,将微小的温度改变引起的长度伸缩转换为光束经过波片的角度偏转进行测量并加以放大,温度变化量的检测灵敏度达到mK量级。然后,针对这一标准弱测量系统信号强度较弱这一不足,本文在原有实验系统基础上构造信号循环系统。理论分析表明,在不降低灵敏度的条件下,信号强度提升了约12倍。2.超低角速度的测量与优化。超低角速度测量在科研领域同样发挥着重要作用。本文首先利用弱值放大技术测量微小角速度,测量精度达到0.34±0.09 mrad/s。然后,本文利用信号循环技术对系统加以改进,将信号强度提升13.6倍,信噪比提升3.1倍。研究结果表明信号循环技术可以有效提升标准弱测量系统的信号强度以及信噪比,为提高弱测量的探测精度提供了可能。
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