[发明专利]一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关及控制方法，该全光开关包括透明的真空腔室和位于其内部的左腔镜和右腔镜，左腔镜和右腔镜水平对称设置，真空腔室外部左侧设置入射激光器和反射信号探测器，真空腔室外部右侧设置透射信号探测器；所述真空腔室内设置铷释放剂，真空腔室外设置磁光阱装置，在磁光阱装置的作用下，铷释放剂释放的铷‑85冷原子汇聚在由左腔镜和右腔镜形成的共焦腔的中心位置处，形成铷‑85冷原子团；所述真空腔室外部垂直于铷‑85冷原子团位置设置控制激光器。本发明所公开的全光开关可实现原子多能级激发的无相互作用、宽带、双向可用、多通道的目的，并且该全光开关结构简单、便于使用和易于调节。

技术领域

本发明涉及全光开关和光通信技术领域，特别涉及一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关及控制方法。

背景技术

传统的信号传输网络主要基于光-电-光的骨干网络传播模式建立，在进行信号传输工作时，由于必须涉及到光电信号变换和处理，从而极大地限制了信号传输速度和正确率。全光网络是指信号从发出到用户接收全部采用光信号模式进行传输和工作，从而可以极大地提高信号的传输速度，满足将来建立快速化信息网络的需求。光交叉连接设备和光分插复用设备是全光网络的核心器件，而光交叉连接设备和光分插复用设备主要基于全光开关操作和全光开关阵列来工作，因此，全光开关是建立全光网络和未来实现高速光通信的核心器件之一。此外，全光开关在基础量子逻辑器件、量子光学、量子信息等实验与应用领域中的用途也十分广泛。

全光开关主要依赖光场与特定介质的非线性作用来实现，目前比较有前景的方案主要是基于波导、光纤环路和原子介质三大类。波导定向耦合方案通常需要强光来产生大的非线性相互作用，光纤环路方案则面临制作工艺复杂、难以标准化生产、级联不方便、难以集成化等问题，因此这两类全光开关方案目前还难以走向实用。

传统的基于原子体系的全光开关主要基于电磁诱导透明(EIT)效应制成，原子能级构型采用lambda型、V型、cascaded型、N型、Y型等，由于光束在原子介质中产生量子干涉破坏现象，从而可实现全光开关操作。这类全光开关的明显缺点是信号光和控制光只能作用在原子某两个能级的共振频率处且必须同时满足双共振条件，即只能实现某确定的、单一频率的全光开关操作，无法实现多个频率或宽频带区域的全光开关操作，这大大限制了其实用性。其次，这类传统全光开关基于原子对光场的吸收作用，因此，开关效率取决于原子介质与光场作用的非线性特征。在实际当中，当光强较弱时，很难获取大的非线性效应，要想获取大的非线性，就不得不寻找更复杂的原子能级构型以及增加激光束和激光器的数量，这无疑使系统更加复杂以及实验条件更加苛刻。此外，为了提高原子与光场的相互作用，传统的全光开关往往要求信号光和控制光在光路上尽可能的重合以及光场作用于原子的路径尽可能的长，以此作为增强光谱信号的手段，这样一来，由于控制光的存在，很容易在信号光中引入噪声，使获取的信号光不纯净，也非常不利于系统的小型化和精简化的应用需求和目标。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关及控制方法，可实现原子多能级激发的无相互作用、宽带、双向可用、多通道的目的，并且该全光开关结构简单、便于使用和易于调节。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关，包括透明的真空腔室和位于其内部的左腔镜和右腔镜，所述左腔镜和右腔镜水平对称设置，所述真空腔室外部左侧设置入射激光器和反射信号探测器，所述真空腔室外部右侧设置透射信号探测器；所述真空腔室内设置铷释放剂，真空腔室外设置磁光阱装置，在磁光阱装置的作用下，铷释放剂释放的铷-85冷原子汇聚在由左腔镜和右腔镜形成的共焦腔的中心位置处，形成铷-85冷原子团；所述真空腔室外部垂直铷-85冷原子团位置设置控制激光器。

上述方案中，所述入射激光器发出的入射信号光场频率为相对铷-85冷原子D₂线|5S_1/2，F＝2〉→|5P_3/2，F＝2跃迁负失谐15MHz的激光束。