马赫-曾德尔干涉仪中位相测量系统的误差分析.pdf

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1、第32卷第3期深圳大学学报理工版Vol_32No．32015年5月JOURNALOFSHENZHENUNIVERSITYSCIENCEANDENGINEERINGMav2015【光电工程／OptoeleetronieEngineering】马赫．曾德尔干涉仪中位相测量系统的误差分析牛青，李岩，李卫东山西大学理论物理研究所，太原030006摘要：利用蒙特卡罗(Monte—Carlo)方法对一端输入相干态，另一端输入真空态的马赫．曾德尔(Mach—Zehnder)干涉仪的位相测量误差进行了研究．通过分析粒子数差的测量结果，验证该测量方法所测得的位相值的误差依赖于待测位相：当靠近O或盯

2、时，测量误差较大，当0靠近0．5叮r时，可达到测量误差的最小极限(散粒噪声极限)．理论分析发现，待测位相与测量结果之间的函数关系广的非线性导致位相的估计出现偏差．关键词：凝聚态物理；马赫．曾德尔干涉仪；蒙特卡罗方法；矩估计；位相；粒子数差；高斯分布中图分类号：O469文献标志码：Adoi：10．3724／SP．J．1249．2015．03306，~1ystJematJi■cerroranalysi■stn0rp’hasemeasurement．withtheMach．．ZehnderinterferometerNiuQing，LiYan，andLiWeidongInstitute

3、ofTheoreticalPhysics，ShanxiUniversity，Taiyuan030006，P．R．ChinaAbstract：UsingtheMonte—Carloalgorithm，weinvestigatethephasemeasurementerroroftheMach—Zehnderinterferometerwithacoherentstateinoneinputportandavacuumstateintheotherinputport．Byanalyzingthephasemeasurementsbasedonthedifferenceofpartic

4、lenumbers，wefindthatthephaseaccuracyoftheMach-Zehnderinterferometerisdependentonthemeasuredphase0．Theminimumlimitonmeasurementaccuracy(theshotnoiselimit)isobtainedwhen0isaround0．51v，whilethemeasurementerrorislargerfor0closeto0or'IT．Throughtheoreticalanalysis，wefindthattheresultiscausedbytheno

5、n—linearityofthefunction厂，whichisafunctionbetweenthephasetobemeasuredandthemeasurementtobeestimated．Keywords：condensedmatterphysics；Mach—Zehnderinterferometer；Monte—Carloalgorithm；themethodofmoments；phase；particlenumberdifference；Gaussiandistribution马赫-曾德尔(Mach—Zehnder，MZ)干涉仪是而达到海森堡量子极限(Heise

6、nberglimit)[6-9]．随一种被广泛应用的，通过光子、原子和电子来测量着对零误差测量的追求，人们发现了越来越多有趣位相的方案．早在20世纪80年代，Yurke等]的现象，比如对重力加速度的测量．科学家发现，就指出利用非经典光的特性可使位相测量的误差大通过对某地重力加速度的测量就可以分析得到该地大降低，超越散粒噪声极限(shot—noiselimit)的地理情况，也有人预测随着测量误差的不断降Received：2015-02—04；Accepted：2015—03-20Foundation：NationalNaturalScienceFoundationofChina(1

7、1374197)十Correspondingauthor：ProfessorLiWeidong．E—mail：wdli@SXU．edu．caCitation：NiuQing，LiYan，LiWeidong．SystematicerroranalysisforphasemeasurementwiththeMach—Zehnderinterferometer[J]．JournalofShenzhenUniversityScienceandEngineering，2015，32(3)：