[发明专利]使用圆柱形光学器件的椭圆形光束设计

说明书

本公开描述了用于使用圆柱形光学器件设计椭圆形光束的技术的各个方面，这些技术可以用于不同的应用中，包括量子信息处理(QIP)系统。在一个方面，本公开描述了一种光学系统，其具有：具有第一焦距的第一光学组件、具有第二焦距并与第一方向对准的第二光学组件、具有第三焦距并与正交于第一方向的第二方向对准的第三光学组件。所述光学系统配置为接收一个或多个光束(例如圆形或椭圆形)，并且在第一方向和第二方向对所述一个或多个光束施加不同的放大倍率，以对一个或多个椭圆形高斯光束进行成像。还公开了一种使用上述系统生成椭圆形光束的方法。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2019年7月29日提交的名称为“ELLIPTICAL BEAM DESIGN USINGCYLINDRICAL OPTICS”的美国非临时申请No.16/524,637和2018年7月30日提交的名称为“ELLIPTICAL BEAM DESIGN USING CYLINDRICAL OPTICS”的美国临时专利申请No.62/711,995的优先权，这两个申请的内容通过整体引用合并于此。

技术领域

本公开的各方面总体上涉及光学系统，更具体地，涉及其中将圆柱形光学器件用于椭圆形光束设计的光学系统。

背景技术

受俘(trapped)原子或离子是用于量子信息处理的主要实施方式之一。基于受俘离子的量子位(qubit)可以用作量子存储器、量子计算机和模拟器中的量子门，并且可以充当量子通信网络的节点。然而，使用俘获离子作为量子位的系统需要精确控制激光的相位、频率、振幅和/或偏振，以操纵存储在单个量子位中的量子信息。因为受俘离子可能需要单独寻址才能实现这种操纵水平，并且由于受俘离子彼此非常靠近，因此需要一种光学系统，允许将激光束或光束更好地聚焦到特定离子上，以便对该离子进行更好的操纵。

发明内容

下面给出一个或多个方面的简要概述，以便对这些方面有一个基本的了解。该概述不是对所有预期方面的广泛概述，并且既不意在识别所有方面的关键或决定性要素，也不意在描绘任何或所有方面的范围。其目的是以简化的形式给出一个或多个方面的一些概念，作为稍后给出的更详细描述的序言。

总体上描述了用于使用圆柱形光学器件设计椭圆形光束的系统和方法，该光学器件可在不同类型的系统中使用，例如包括量子信息处理系统。

在一个示例中，描述了一种用于生成椭圆形光束的光学系统，其包括：第一光学组件，其具有第一焦距；第二光学组件，其具有第二焦距，并对准第一方向；以及第三光学组件，其具有第三焦距，并对准与上述第一方向正交的第二方向，其中，上述光学系统配置为接收一个或多个光束，并且在上述第一方向和上述第二方向上对上述一个或多个光束施加不同的放大倍率，以对一个或多个椭圆形高斯光束(也简称为椭圆形光束或椭圆形光束)进行成像。由上述光学系统接收的一个或多个光束可以是圆形高斯光束或椭圆形高斯光束。

在另一示例中描述了一种生成椭圆形光束的方法，包括：通过光学系统接收一个或多个光束，上述光学系统包括：具有第一焦距的第一光学组件、具有第二焦距并对准第一方向的第二光学组件、以及具有第三焦距并对准与上述第一方向正交的第二方向的第三光学组件。上述方法还包括通过上述光学系统对一个或多个椭圆形高斯光束成像，其中上述光学系统配置为在上述第一方向和上述第二方向上对上述一个或多个光束施加不同的放大倍率，以对上述一个或多个椭圆形高斯光束进行成像。由上述光学系统接收的一个或多个光束可以是圆形高斯光束或椭圆形高斯光束。

附图说明

附图仅示出了一些实施方式，因此不应视为限制范围。

图1A和1B是示出用于用光束寻址表面阱中的量子位的两种可能的配置的图。

图1C是扫描电子显微镜(SEM)图像，其示出了在桑迪亚国家实验室制造的高光通道(HOA)阱的目前几何形状的示例。

图2A和图2B是分别示出根据本公开的各方面的圆形高斯光束和椭圆形高斯光束的图。