[发明专利]一种基于相干反馈的光学逻辑门装置及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学通讯领域和光学计算领域，尤其一种基于相干反馈的光学逻辑门装置及其工作方法。

背景技术

相干反馈的原理是将输出信号与输入信号在光学系统内相干的进行相互作用。与基于测量的反馈相比，相干反馈在很多应用上部有着显著的优势，例如可以即时控制，保留相干信息和避免引入额外的测量噪声。相干反馈原理之前已经被用来动态的控制，稳定和增强光学系统的表现。例如相干反馈在量子信息领域可以用来进行量子纠错，用来提高量子压缩光源的压缩度，在超低能量光学双稳态中相干反馈控制可以用来压缩自发的开关。现在技术中基于铷原子系综的光学逻辑门的上升时间较慢，很多情况下需要用一个强光去控制弱光，而且输出逻辑水平难以保持一致。

发明内容

本发明克服了现有技术中逻辑门上升速度较慢、需要使用强光控制弱光且输出逻辑水平难以保持一致等缺陷，提出了一种基于相干反馈的光学逻辑门装置及其工作方法。

本发明提出了一种基于相干反馈的光学逻辑门装置，包括：

激光器，其为泵浦源，所述激光器发射的光束作为泵浦光；

极化分束器，其透射水平偏振方向的光束，反射竖直偏振方向的光束；

介质单元，其用于与光束发生四波混频；

逻辑控制门，其用于控制光束通过或关断；

光纤耦合架，其与多模光纤配合，将光束通过所述多模光纤传输，并对所述反馈光进行整形；

其中，所述激光器发射的泵浦光射入第一极化分束器中，所述第一极化分束器反射竖直偏振方向的所述泵浦光；沿所述泵浦光的反射方向依次设置所述介质单元、第二极化分束器，所述泵浦光在所述介质单元中发生四波混频后生成输出光束，由所述第二极化分束器射出形成环形光斑与竖直方向的两个亮点；第三极化分束器从一个所述亮点的光束中生成两束反馈光；沿所述第一束反馈光的光路设置所述第一逻辑控制门，沿所述第二束反馈光的光路设置所述第二逻辑控制门，所述两束反馈光分别经所述第一逻辑控制门与第二逻辑控制门射入所述光纤耦合架和多模光纤；所述两束反馈光经所述光线耦合架、多模光纤相干反馈回所述第一极化分束器中，并在所述介质单元中与所述泵浦光相交。

其中，所述激光器的数量为一个。

其中，所述介质单元的作用介质包括⁸⁵Rb原子、⁸⁷Rb原子；所述介质单元的工作温度为125-135摄氏度。

其中，所述输出光束中包含斯托克斯光子与反斯托克斯光子；所述斯托克斯光子与反斯托克斯光子的相位固定。

其中，所述泵浦光与所述反馈光在所述介质单元中的夹角为5mRad-8mRad。

其中，当相干反馈的所述反馈光与所述泵浦光在所述介质单元中相交发生四波混频，使所述输出光束中沿所述反馈光入射方向的光子得到放大，与所述反馈光入射方向不同的光子被压缩。

其中，进一步包括：光斑阻塞器；所述光斑阻塞器设置在所述第二极化分束器的一侧，用于阻断从所述第二极化分束器反射出的光束的传播。

其中，进一步包括至少一个反射镜；所述反射镜设置于所述反馈光或泵浦光的光路中，用于改变所述反馈光或泵浦光的传播方向。

其中，进一步包括至少一个探测器；所述探测器设置在所述亮点处，用于检测所述亮点的光线功率。

其中，进一步包括：光学隔离器，其设置在所述第一逻辑控制门与光纤耦合架之间，调节光束的透光率。

其中，进一步包括至少一个玻片；所述玻片设置在所述反馈光的光路中，用于以所述反馈光的光轴为基准，调整所述反馈光的偏振方向，并结合极化分束器调整所述反馈光的透射光强。

其中，进一步包括：第五极化分束器，其位于所述第三极化分束器的竖直方向上，用于从另一个所述竖直方向上的亮点的光束中生成第二束反馈光；

所述第三极化分束器生成第一束反馈光射入所述第一逻辑控制门，所述第五极化分束器生成第二束反馈光射入所述第二逻辑控制门。

其中，进一步包括：第四极化分束器，其沿所述反馈光的光路设置在所述第一逻辑控制门与第二逻辑控制门的后方，用于将从所述第一束反馈光与第二束反馈光合并成一束光束发射至所述光纤耦合架中。

本发明还提出了一种基于相干反馈的光学逻辑门装置的工作方法，包括：

步骤一：采用所述激光器发射的泵浦光经过所述介质单元发生四波混频生成输出光束，并经过所述第二极化分束器生成环形光斑与竖直方向上的亮点；