[发明专利]使用圆柱形光学器件的椭圆形光束设计

权利要求书

1.一种量子信息处理系统，其用于生成椭圆形光束以操纵其中的离子，所述量子信息处理系统包括：

光学控制器，其包括：

第一光学组件，其具有第一焦距；

第二光学组件，其具有第二焦距，并对准第一方向；以及

第三光学组件，其具有第三焦距，并对准与所述第一方向正交的第二方向；以及

表面阱，其与所述光学控制器对准并且被配置为俘获一个或多个所述离子，

其中：

所述光学控制器配置为接收一个或多个光束，并且在所述第一方向和所述第二方向上对所述一个或多个光束施加不同的放大倍率，以对一个或多个椭圆形高斯光束进行成像，并且所述一个或多个椭圆形高斯光束中的每一个光束成像在所述一个或多个离子中的单个相应离子上，以控制所述相应离子。

2.根据权利要求1所述的量子信息处理系统，其中，由所述光学控制器接收的所述一个或多个光束中的每一个光束是圆形高斯光束或椭圆形高斯光束。

3.根据权利要求2所述的量子信息处理系统，其中，当由所述光学控制器接收的所述一个或多个光束中的每一个光束是椭圆形高斯光束时，由所述光学控制器成像的所述一个或多个椭圆形高斯光束中的相应一个光束在所述第一方向上的焦点比在所述第二方向上的焦点松散。

4.根据权利要求1所述的量子信息处理系统，其中，

所述一个或多个椭圆形高斯光束中的每一个光束在所述第一方向上的束腰大于在所述第二方向上的束腰，并且

所述一个或多个椭圆形高斯光束中的每一个光束在所述第一方向上的束腰位置与在所述第二方向上的束腰位置在沿着传播方向的位置重合。

5.根据权利要求4所述的量子信息处理系统，其中，所述传播方向与所述第一方向和所述第二方向均正交。

6.根据权利要求1所述的量子信息处理系统，其中，所述第一方向上的放大倍率为缩小倍率M，所述第二方向上的放大倍率为缩小倍率aM，并且a为椭圆度比。

7.根据权利要求1所述的量子信息处理系统，其中，所述第一光学组件、所述第二光学组件和所述第三光学组件中的每一个光学组件都包括单个透镜或复合透镜。

8.根据权利要求1所述的量子信息处理系统，其中，

所述第二光学组件沿传播方向位于所述第一光学组件之后，

所述第三光学组件沿所述传播方向位于所述第二光学组件之后，并且

所述一个或多个椭圆形高斯光束在沿着所述传播方向的位置成像，该位置与所述第二光学组件的所述第二焦距和所述第三光学组件的所述第三焦距都重合。

9.根据权利要求1所述的量子信息处理系统，其中，

所述第一光学组件是球面透镜，

所述第二光学组件是第一柱面透镜，

所述第三光学组件是第二柱面透镜。

10.根据权利要求9所述的量子信息处理系统，其中，所述第一柱面透镜和所述第二柱面透镜均为正柱面透镜。

11.根据权利要求10所述的量子信息处理系统，还包括成像系统，所述成像系统配置为在所述第一柱面透镜和所述第二柱面透镜两者的实像平面执行图像质量测量和分析。

12.根据权利要求10所述的量子信息处理系统，还包括在所述第一柱面透镜和所述第二柱面透镜之后的一个或多个附加光学组件，所述一个或多个附加光学组件包括空间滤波器、光圈或场透镜中的一个或多个。

13.根据权利要求9所述的量子信息处理系统，其中，所述球面透镜是复合透镜。

14.根据权利要求9所述的量子信息处理系统，其中，所述球面透镜包括慢速负透镜和其后的快速正透镜，并且所述慢速负透镜和所述快速正透镜之间的间隔是可控制的，使得所述球面透镜为净正透镜。