在精密测量领域，对于很多物理量的测量都归结为对相位的测量，因而干涉仪成为精密测量中最为常见的实验装置，在基础科学研究以及实际工程应用中都发挥着至关重要的作用。比如，引力波的测量正是利用光学迈克尔逊干涉仪原理，从而对广义相对论中时空变化引起光学相位进行精密测量。

对于一个未知参数的测量，系统测量的精度首要取决于对探测系统的变化幅度的区分能力，这包括探测态的量子涨落和参数化过程中实验系统的噪声。另外未知参数自身也会对测量精度有影响，例如对光学随机相位进行跟踪测量，相位的相干时间长度将影响跟踪的误差。

目前光学干涉测量的精度越来越高，然而这类精密测量仍然存在两个问题：1.光学测量主要基于自由空间体系，而未来信息化快速发展要求小型化实用化的光学系统；2.光学测量主要针对在固定信号，而对随机信号、实时信号的跟踪研究较少，而后者的研究在实际应用体系中十分重要。

基于此，我院刘芳老师课题组提出一种自适应光纤型马赫曾德干涉仪系统，（如图1）。该光学干涉系统可用于随机相位估计（如图2），光纤干涉仪两臂分别加载了信号传感单元和信号反馈单元。在激光干涉相位测量的线型高斯系统中，采用了卡尔曼滤波器构建随机相位估计环路，给出最小测量方差下的最优相位估计值。系统采用PID器件构建一个低频低增益慢环，用于抵消振动、温度等环境扰动引入的相位漂移。装置采用电光调制转移技术，对光纤干涉仪的光学输入态进行幅度调制，探测信号再解调至低频段，实现了接近标准散粒噪声受限的低频相位测量。相比于现有技术，该方法可大幅度提高干涉仪输入端的注入光子数至3.7×10¹⁰s^-1，将随机相位估计的最小方差降低至。同时该光纤系统体积小可搬运且集成度高，在航天航海探测工程中有更有应用潜力。

图1.用于时变随机信号测量的自适应光纤型马赫曾德干涉仪。

图2.时变随机相位估计的时域图。红线为待估计的随机信号，蓝线为卡尔曼滤波器给出的最佳相位估计值。

图3.该研究获得中国发明专利证书。

该工作以《Approaching quantum-limited phase tracking with a large photon flux in a fiber Mach-Zehnder interferometer》为题发表于量子信息期刊Quantum Information Processing（DOI: https://doi.org/10.1007/s11128-021-03097-x）。物理系刘芳副教授为论文的第一作者，南京大学张勇教授为论文的通信作者，张利剑教授提供了理论指导，新利18彩票 为该论文第一单位。同时该研究已申请国家发明专利ZL202010460999.3，题为《用于时变随机信号测量的自适应光纤型马赫曾德干涉仪》并获得授权证书（图3示）。

该项研究得到了国家自然科学基金委、新利18彩票 人才计划等项目的支持。