[发明专利]一种用于囚禁离子成像的分通道成像系统

说明书

本发明公开了一种用于囚禁离子成像的分通道成像系统，包括物镜、多个目镜系统以及光电探测模块；所述物镜的物方视场上具有点光源，所述点光源经过所述物镜出射平行光束并经第一分镜组切换光路；每条光路上布设有对应的所述目镜系统，且不同光路上的所述目镜系统放大倍数不相同；所述目镜系统的出射光路上设有第二分镜组，通过调整所述第二分镜组将所述目镜系统的出射光束照射至所述光电探测模块中进行成像。本发明让多个目镜系统共用单个大数值孔径的物镜，并通过切换光路的方式，改变成像光路的放大倍数，不仅能够对单个离子进行高分辨成像，也能够对离子链整体进行成像；且本成像结构具有一定的集成性，有利于成像光路的扩展。

技术领域

本发明涉及光学成像领域，尤其涉及一种用于囚禁离子成像的分通道成像系统。

背景技术

随着量子计算机发展的热潮，离子阱系统被认为是最有前景做成量子计算机的一种方案，即离子阱量子计算机。使用离子阱系统执行在量子计算中用到的量子算法的运算过程需要多个作为量子比特的离子同时参与，这需要离子阱系统事先囚禁住一串离子，形成离子链。目前，囚禁的离子链能够囚禁多达80个离子，但可用来执行量子计算只有中间十几个离子。而位于中间的十几个离子的状态和空间位置需要被准确地观察和探测，才可检验囚禁效果和系统效能，并计算离子阱系统执行量子算法的保真度。

为了获得较好的囚禁效果，对单个离子和离子链成像需要不同放大倍数的成像光路才可准确观察和探测其状态；但是，在搭建和日常调试离子阱系统时，通常只搭建包含一套固定放大倍数的成像光路，满足不同的成像需求要么手动更换成像光路，要么牺牲成像效果，无法同时实现对单个离子和离子链的高精度成像需求。而手动更换、装配、调试成像系统是一件非常耗时耗力的事情，难以保证精确度。成像系统如何同时兼容对单个离子和离子链的良好成像是有待解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于囚禁离子成像的分通道成像系统，通过切换光路的方式改变光路放大倍数，实现对单个离子或者离子链的成像，保证精准度的同时还可简化手动更换成像光路的步骤。

本发明采用如下技术方案实现：

一种用于囚禁离子成像的分通道成像系统，包括物镜、多个目镜系统以及光电探测模块；

所述物镜的物方视场上具有点光源，所述点光源经过所述物镜出射平行光束并经第一分镜组切换光路；每条光路上布设有对应的所述目镜系统，且不同光路上的所述目镜系统的放大倍数不相同；

所述目镜系统的出射光路上设有第二分镜组，通过调整所述第二分镜组将所述目镜系统的出射光束照射至所述光电探测模块中进行成像。

进一步地，所述第一分镜组包括第一反射镜以及用于切换光路的第一翻转镜；

所述物镜出射的平行光直接照射至所述第一反射镜，经过所述第一反射镜的反射进入该光路所对应的第二目镜系统；或，

所述物镜出射的平行光经所述第一翻转镜弯折其光路后照射至该光路所对应的第一目镜系统。

进一步地，所述物镜与所述第一目镜系统的总放大倍数，和所述物镜与所述第二目镜系统的总放大倍数相差5～6倍。

进一步地，所述目镜系统包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜之间设有针孔；经所述第一分镜组出射的平行光经过所述第一透镜会聚至针孔的中心点上，经过针孔使发散的光束经过所述第二透镜会聚后出射。

进一步地，所述针孔的开孔大小＝选择的成像范围×(物镜+第一透镜)组合的放大倍数。

进一步地，所述第二分镜组包括第二反射镜以及用于切换光路的第二翻转镜；

所述第一目镜系统出射的光束依次经过所述第二反射镜、所述第二翻转镜成像至所述光电探测模块；

所述第二目镜系统出射的光束直接成像至所述光电探测模块。