CN103135197A - 基于等倾干涉原理的光路重合和平衡的调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于等倾干涉原理的光路重合和平衡的调节方法。该方法通过在原光路中引入辅助激光束，利用两激光束的等倾干涉产生的明暗相间的环状干涉条纹将干涉仪中两臂光路调节重合；调节其中一臂光路的光程，观察等倾干涉条纹的移动过程，在条纹移动方向发生改变的位置即为干涉仪两臂光路的平衡位置或等光程位置。通过该方法可以快速精确的将HOM干涉仪两臂光路调节重合和平衡，但该方法不仅限于HOM干涉仪的调节，也可应用于需要调节重合和平衡的其他场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种光路的调节方法，具体涉及基于等倾干涉原理的光路重合和平衡的调节方法，尤其适用于纠缠光子HOM干涉仪中调节光路重合和平衡的方法。
背景技术
纠缠双光子对的HOM(Hong-Ou-Mandel)干涉是量子信息中的关键技术，在量子时钟同步、量子定位测距、量子相干层析测量等应用中起重要的作用。进行HOM干涉时，纠缠光子对分别从两个端口入射到50/50分束器上，当这两个光子在分束器上完全重合时就会产生干涉相消效应，通过对分束器两个出射端口的符合测量即可测得HOM干涉凹陷。
在实际实验和应用过程中，调节两个光子入射到分束器上的位置和经历的光程是费时且艰难的事情。通常做法是利用辅助的准直光束将光路大致调重合，使两臂光束入射到分束器的同一个位置上，并通过大范围扫描来找平衡点或等光程位置。这种方法利用人眼观察来判断两光束是否重合，判别误差大。由于扫描过程中的步长通常在几到几十微米数量级，对于大范围扫描需要很长的时间，通常要花费数十小时甚至更长时间才能完成。这种传统的做法不仅效率低、不精确，同时也阻碍了该技术在实际中的应用。
发明内容
为了实现纠缠光子对HOM干涉仪光路精确快速的调节，本发明提供一种基于等倾干涉原理的光路重合和平衡的调节方法。该方法在原光路中引入辅助激光束，利用等倾干涉原理，通过观察干涉条纹图样将两束光路调节重合；再根据等倾干涉图样中心条纹干涉级最大的原理，观察干涉条纹的移动方向将光路调节平衡。
本发明的具体技术解决方案如下：
该基于等倾干涉原理的光路重合和平衡的调节方法，包括以下步骤：
1]在原光路中引入辅助光束，并对引入的辅助光束进行分束处理，得到两束光；所述经分束处理得到的两束光分别耦合入干涉仪两臂中；
2]调节干涉仪任一臂，或对干涉仪两臂均进行调整，使两束光重合在观察终端入射方向上设置的分束器上；
3]辅助光束分束处理前的光路中增设透镜，并使辅助光束沿透镜光轴垂直入射，调节干涉仪两臂中任一臂的反射镜，或对干涉仪两臂的反射镜均进行调整，使观察终端上出现明暗相间的环状等倾干涉条纹；
4]调节干涉仪两臂中任一臂内反射棱镜的位置，改变两路光束的到达步骤2中分束器经历的光程差，观察终端上相应出现等倾干涉条纹的移动方向，根据等倾干涉中心条纹干涉级最高的原理，确定等倾干涉条移动方向发生改变的位置即为干涉仪两臂光路的平衡位置或等光程位置。
上述步骤4具体是：
调节干涉仪两臂中任一臂内反射棱镜的位置，观察终端上相应出现等倾干涉条纹的运动轨迹，对整个扫描范围进行搜索，通过等倾干涉条纹移动方向和条纹间距的变化将光路的平衡位置定位在较小范围内；在该较小范围内依次扫描，在条纹移动方向发生改变的位置即为干涉仪两臂光路的平衡位置或等光程位置。
上述步骤4中平衡位置定位具体是利用二分法和条纹移动方向结合进行。
上述观察终端是光学屏、光电探测器或CCD。
该基于等倾干涉原理的光路调节装置包括沿入射光路依次设置的透镜、第一分束器、干涉仪光路、第二分束器和观察终端，所述干涉仪光路包括两个相同的干涉仪分光光路，干涉仪分光光路包括直角反射棱镜和反射镜。
本发明的优点在于：
该基于等倾干涉原理的双光子HOM干涉光路调节方法利用双光束等倾干涉的理论，通过干涉图样的形状来将两臂光束调重合，通过干涉图样移动的方向将光路调节平衡。利用该方法可以精确的将两束光调节重合并且可以在几分钟内完成光路平衡调节。
同时，该方法还能将光学屏换成光电探测器，通过对信号的处理和***的反馈控制可以实现光路的自动调节，为基于HOM干涉的量子技术应用提供方法。
附图说明
图1是共线情况下纠缠光子对HOM干涉仪的调节示意图；
图2是非共线情况下纠缠光子对HOM干涉仪的调节示意图；
图3是两光束完全不重合时光学屏上的光斑；
图4是两光束部分重合时光学屏上观测到的干涉图样；
图5是两光束完全重合时光学屏上观测到的等倾干涉图样。
图中标号如下：1.激光束、2.透镜、3.第一分束器、4.直角反射棱镜、5.反射镜、6.第二分束器、7.光学屏、8.两个分离的光斑、9.两个相交的光斑、10.两光斑部分重合时的干涉图样、11.两个完全重合的光斑、12.两光斑完全重合时的干涉图样。
具体实施方式
本发明的原理如下：
在原HOM干涉光路中引入辅助激光束，通过调节两臂光路中的分束器、直角反射棱镜和反射镜的垂直俯仰和水平偏转使两束光在分束器上重合并且在光学屏上看到线状干涉条纹，此时两光路大致调节重合。在光路中加入透镜，并调节透镜的位置和俯仰使辅助激光沿透镜的光轴垂直入射。
根据等倾干涉的原理，在光学屏上将看到弯曲的明暗相间的干涉图样或者明暗相间的环状干涉图样。当出现弯曲的明暗相间的干涉图样时，说明两光束只有部分重合，调节光路中的反射镜的俯仰和偏转直到在光学屏上出现明暗相间的环状干涉图样，此时说明两光束完全调节重合。
调节HOM干涉仪光路其中一臂中直角反射棱镜的位置，改变两路光束到达分束器经历的光程差，观察光学屏上环状干涉条纹的移动方向。根据等倾干涉中心条纹干涉级最高的原理，当两路光束的光程差减小时，干涉条纹将由边缘向中心移动并在中心点湮灭；反之，当两路光束的光程差增大时，干涉条纹将在中心点不断产生并由中心向边缘方向移动。
利用二分法对真个扫描范围进行搜索，快速的将平衡点位置定位在条纹移动方向相反的两个位置之间。在该小范围内依次扫描，观察条纹移动方向，在条纹移动方向发生改变的位置即为干涉仪两臂光路的平衡点位置或等光程位置，且此时观察到的视场是均匀的。
下面结合附图详细说明本发明的具体操作方法。
参见图1，引入辅助的激光束1到共线纠缠光子干涉仪光路中，调节光路中的第一分束器3、直角反射棱镜4、反射镜5、第二分束器6的垂直俯仰、水平偏转和相对位置，观察光学屏7上光斑8、9、11和对应的干涉图样10、12的形状和移动方向，最终将光路调节重合和平衡。
在原光路中引入辅助激光束1，通过第一分束器将光耦合到干涉仪的两臂中，调节光路中第一分束器3、直角反射棱镜4、反射镜5、第二分束器6的垂直俯仰和水平偏转将两臂中光束重合在第二分束器上，在光学屏7上看到两个光斑重合并且出现线状干涉条纹。
在光路中加入透镜2，并调节透镜2的位置和俯仰，让光束沿透镜2的光轴垂直入射。微调反射镜5的垂直俯仰和水平偏转，在光学屏7上看到明暗相间的环状等倾干涉条纹12出现。
调节干涉仪光路中其中一臂直角反射棱镜4的位置，观察等倾干涉条纹的移动方向。利用二分法对整个扫描范围进行搜索，通过观察光学屏7上条纹12移动方向和条纹间距的变化将光路的平衡位置定位在很小范围内，然后在该小范围内依次扫描，观察光学屏7上条纹12的变化，在条纹移动方向发生改变的位置即为干涉仪两臂光路的平衡位置或等光程位置。其中图3是两光束完全不重合时光学屏上的光斑；图4是两光束部分重合时光学屏上观测到的干涉图样；图5是两光束完全重合时光学屏上观测到的等倾干涉图样。
参见图2，本发明就是通过引入辅助的激光束1到非共线纠缠光子干涉仪光路中，将光路调剂重合和平衡。其具体操作方法和步骤与图1共线情况中一样。
Claims (4)
1.一种基于等倾干涉原理的光路重合和平衡的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
1]在原光路中引入辅助光束，并对引入的辅助光束进行分束处理，得到两束光；所述经分束处理得到的两束光分别耦合入干涉仪两臂中；
2]调节干涉仪任一臂，或对干涉仪两臂均进行调整，使两束光重合在观察终端入射方向上设置的分束器上；
3]辅助光束分束处理前的光路中增设透镜，并使辅助光束沿透镜光轴垂直入射，调节干涉仪两臂中任一臂的反射镜，或对干涉仪两臂的反射镜均进行调整，使观察终端上出现明暗相间的环状等倾干涉条纹；
4]调节干涉仪两臂中任一臂内反射棱镜的位置，改变两路光束的到达步骤2中分束器经历的光程差，观察终端上相应出现等倾干涉条纹的移动方向，根据等倾干涉中心条纹干涉级最高的原理，确定等倾干涉条移动方向发生改变的位置即为干涉仪两臂光路的平衡位置或等光程位置。
2.根据权利要求1所述的基于等倾干涉原理的光路重合和平衡的调节方法，其特征在于，上述步骤4具体是：调节干涉仪两臂中任一臂内反射棱镜的位置，观察终端上相应出现等倾干涉条纹的运动轨迹，对整个扫描范围进行搜索，通过等倾干涉条纹移动方向和条纹间距的变化将光路的平衡位置定位在较小范围内；在该较小范围内依次扫描，在条纹移动方向发生改变的位置即为干涉仪两臂光路的平衡位置或等光程位置。
3.根据权利要求2所述的基于等倾干涉原理的光路重合和平衡的调节方法，其特征在于，所述步骤4中平衡位置定位具体是利用二分法和条纹移动方向结合进行。
4.根据权利要求3所述的基于等倾干涉原理的光路重合和平衡的调节方法，其特征在于，所述观察终端是光学屏、光电探测器或CCD。
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| CN106597467A (zh) * | 2016-11-22 | 2017-04-26 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种基于hom干涉原理的测距仪 |
| CN111562009A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-08-21 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种共光路角镜干涉仪及干涉方法 |
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| CN101113927A (zh) * | 2007-08-22 | 2008-01-30 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 移相横向剪切干涉仪 |
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