[发明专利]一种大角度入射简并光学谐振腔

说明书

本发明公开了一种大角度入射简并光学谐振腔，包括：超窄线宽激光器、电光调制器、由四个腔镜依次连接构成的口字形的光学谐振腔、第一与第二光电探测器、射频信号发生器、PDH反馈控制模块以及压电陶瓷片；该简并光学谐振腔采用椭球面镜作为腔镜，克服了激光大角度入射、球面镜作为腔镜的情况下的原理性障碍，使得方形简并光学谐振腔的设计问题得到完美的解决；更进一步的，考虑到四面腔镜完全一致性，本发明设计的简并光学谐振腔具有完美的对称性，便于将类似的光学谐振腔彼此耦合级联起来，构建可以进行量子模拟的实验系统。

技术领域

本发明涉及光学信息处理技术领域，尤其涉及一种大角度入射简并光学谐振腔。

背景技术

光学谐振腔是激光系统的必要组成部件，可以为激光提供正反馈、约束光子的方向、频率等，随着激光技术的进步，以及量子信息技术的发展，光学谐振腔作为一种强大的光信息处理模块，在如火如荼的光计算和量子计算的研究中开始扮演重要的角色。

光学谐振腔种类繁多，其中一种完全简并光学谐振腔，以其同时完美兼容各种激光模式而具有强大的信息处理以及缓存的能力。但是，传统的激光谐振腔通常由球面镜和平面镜组成，激光的入射角度增大会破坏激光的谐振条件，简并腔的设计也局限在驻波腔以及小角度入射的行波腔的范畴内，这种设计的局限性严重制约着简并腔在光信息处理以及光量子计算中的使用。

简并腔的基本设计思想如下：

首先光学谐振腔通常由球面镜以及平面镜构成，在激光原理中，可以用一个传输矩阵T描述腔镜对光束的约束变幻情况[周炳坤，高以智，陈周荣，陈家骅.激光原理(第6版).北京：国防工业出版社，2013年.]，例如，曲率半径为R的球面镜，激光正入射，传输矩阵为[1 0；-2/R 1]；若激光入射角度为θ，传输矩阵则劈裂为两个——一个是在由光轴组成的平面内传输的子午光线，传输矩阵为[1 0；Rcosθ/21]，另一个是在与之垂直的平面内传输的弧矢光线，传输矩阵为[1 0；R/2cosθ1]。平面镜的传输矩阵为[1 0:0 1]。

要构造简并腔，根据激光原理教程，所有元器件的传输矩阵相乘必须严格满足单位阵的条件。这样严格来讲，有角度入射的球面镜组成的光学谐振腔都不可能满足简并腔的条件，但是在误差允许的范围内，小角度入射的构造还是可以达到简并的效果，但是这样构造严重制约着简并腔的级联使用。而正入射的驻波腔的构造虽然可以满足简并性条件，但是更不便于多个腔的级联使用，进一步限制了简并腔的试用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种大角度入射简并光学谐振腔，解决了球面镜大角度入射带来的原理性致命缺陷，且便于集成。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种大角度入射简并光学谐振腔，包括：超窄线宽激光器、电光调制器、由四个椭球面腔镜依次连接构成的口字形的光学谐振腔、第一与第二光电探测器、射频信号发生器、PDH反馈控制模块以及压电陶瓷片；其中：

所述电光调制器与超窄线宽激光器连接，用于调制超窄线宽激光产生频率边带来辅助实施PDH锁腔技术；

电光调制器输出的调制后的激光射入光学谐振腔中，光学谐振腔输出的激光分别由第一与第二光电探测器进行探测；第一光电探测器、PDH反馈控制模块以及压电陶瓷片依次连接，压电陶瓷片与光学谐振腔相连；第一光电探测器的探测结果用于辅助PDH反馈控制模块实施PDH锁腔技术稳定光学谐振腔相位，并通过压电陶瓷片做出响应；第二光电探测器的探测结果用于检测光学谐振腔的稳定状态；

所述射频信号发生器的一个输出端连接电光调制器，用于驱动电光调制器，另一输出端连接PDH反馈控制模块，用于辅助PDH反馈控制模块实施PDH锁腔技术，解调误差信号。

所述四个椭球面腔镜，分别记为第一、第二、第三与第四椭球面腔镜；