[发明专利]多通道光机寻址单元

说明书

本发明涉及一种用于将相互平行的光束的第一组物侧组(S1)成像到图像表面上的光学装置(100)，包括光束扩展单元(161、162)；光学重新排列单元(130、140)，被配置为在保持相互平行的同时重新排列第一组(S1)相互平行的光束，以获得第二组(S2)相互平行的光束；光学元件(150)，被配置为通过集束将第二组(S2)一个或多个光束引导到光束扩展单元(161、162)处，使得光束扩展单元(161、162)由第三组(S3)光束到达，其中光束扩展单元(161、162)被配置为扩展第三组(S3)中的每个光束以获得第四组(S4)经扩展光束；以及光学成像单元(170)，被配置为将第四组(S4)经扩展光束成像到图像表面(190)上。

技术领域

本发明涉及一种用于将相互平行的光束的物侧组成像到图像表面上的设备。

背景技术

存在这样的应用情况，其中来自可以由若干光纤提供的多个光源的光被引导到图像平面内的非常小的区域上。这方面的一个示例是量子计算，其中光束指向位于合适的离子阱内的离子。离子间距离约为几微米。所用光的波长取决于所用离子的特性，通常范围从UV到NIR。阱内离子之间的距离取决于各种参数。当阱加载不同数量的离子时，离子间距会发生显著变化。例如，由于阱内的干扰场，会发生微小的变化。因此，应该可以以可变地可调节的方式将光束引导到离子阱平面内的区域上，同时具有焦点位置的高精度可跟踪性。

然而，类似的问题也出现在其他技术领域，诸如在光数据通信中。

寻址不同离子的简单变体包括使用单个源和单个离子的顺序寻址，如：Crain,S.等人，在“Individual addressing of trapped 171Yb+ion qubits using amicroelectromechanical systems-based beam steering system(《使用基于微机电系统的束控制系统对捕获的171Yb+离子量子位进行单独寻址》)”Applied Physics Letters,pp.181115,1-4,2014中。然而，随着离子数的增加，顺序操作成为在不同离子位置快速执行量子位(Qubit)操作的瓶颈。此外，在包括更大的离子数方面扩展该方案会导致中间图像平面的尺寸增加，如Crain,S.等人或Knoernschild,C.等人的“MEMS-based optical beamsteering system for quantum information processing in two-dimensional atomicsystems(《基于MEMS用于二维原子系统中量子信息处理的光束转向系统》)”，OpticsLetters，第273-275页，2008年，并因此导致对后续光学成像单元的需求不断增加。

使用MEMS镜阵列，多通道输入的位置可以与接收器平面内的目标位置相关联。在光纤开关设置中，准直和相同的聚焦透镜通常用于输入侧和输出侧通道，以实现1:1的图像形成。在这种背景下，镜阵列导致对于输入与输出的任何关联，束在输出侧撞击中心和垂直的相应通道位置。这需要根据输出通道的固定排列对输出侧镜进行预定的固定定位。因此，使用这种设置很难实现输出通道的可变位置。

基于光纤阵列内固定的输入侧源位置，MEMS镜阵列可以与从属光学元件结合使用，用于在不使用中间成像的情况下寻址离子位置：参见Rickert,J.，“Simultaneous andindividual ion addressing for quantum information processing(《用于量子信息处理的同时和单个离子寻址》)，”Leopold-Franzens-Innsbruck，实验物理研究所，2018年。在这种背景下，从光纤开始的准直束被扩展。随后的物镜将其焦平面内的光束变换为适合成像任务要求的高斯腰(waist)。然而，如果光学单元没有广泛打开，则源位置位于光轴外部以及朝向光轴的倾斜实现焦平面内的期望位置偏移，导致传输损失。因此，将光学单元直径本身与通道的数量成比例的方法是不合适的，因为如果光学设备的尺寸有限，则通道的数量因此从一开始就受到限制。

发明内容