CN116053900B

CN116053900B - 一种谐振器

Info

Publication number: CN116053900B
Application number: CN202310333904.5A
Authority: CN
Inventors: 文凯; 马寅; 魏海
Original assignee: Beijing Bose Quantum Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Bose Quantum Technology Co ltd
Priority date: 2023-03-31
Filing date: 2023-03-31
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2043-03-31
Also published as: CN116053900A

Abstract

本发明涉及量子计算技术领域，提供了一种谐振器，包括：激光器、第一偏振控制器、单向器、第二偏振控制器、倍频器、过滤器、谐振腔、第一反光镜、多通单元和第二反光镜。通过使用本发明的技术方案，可以有效地延长光路，同时还可以保证腔内的净色散较低，从而可以保证运行过程中的信号光脉冲宽度不会因色散过大导致展宽。

Description

一种谐振器

技术领域

本申请涉及量子计算技术领域，尤其涉及一种基于多通单元的谐振器。

背景技术

量子计算是基于量子力学的全新计算模式，具有原理上远超经典计算的强大并行计算能力。相干伊辛机起源于美国斯坦福大学，又称量子神经网络计算机，是光量子计算的基础，经过的长时间的演进，预计能在较短时间内就能投入实用化的场景中。

在现有技术中，斯坦福Yamamoto教授研究组的王哲、Alireza Marandi、文凯、Robert Byer等人提出了使用一种称为简并光学参量振荡器（DOPO）的网络构建相干伊辛机（Coherent Ising Machine，CIM）。在DOPO中，称为泵浦光的激光束入射到非线性光学晶体上，然后在晶体中出现非线性现象分出两束光。这两束光称为信号光和闲频光，频率都为ω，是频率为2ω的泵浦光的一半，两束光的偏振方向相同。这两束光的状态处于量子力学中光的“压缩态”，可以作为一个量子比特。与注射同步激光类型一样,可以逐步增加泵浦光的功率。当泵浦光较弱时，DOPO产生的光处于“真空压缩态”；但当泵浦光变得强于某个阈值时，产生的光则变为“相干态”。然而，上述装置的全空间的结构导致其体积庞大，同时需要精确控制大量光延迟线，不适用于进一步拓展。

随后，该课题组提出了测量反馈式DOPO，测量反馈型CIM的基本配置与光学延迟线型CIM相同，但附加了测量仪器而不是光学延迟线。绕过光纤环的光脉冲的一部分被取出并测量其状态；然后，将测量结果输入到现场可编程门阵列（FPGA）的高速电子电路中，高速计算伊辛模型中的交互作用。随后，将计算结果快速发送到调制器，通过调制器调制出反馈脉冲的状态，再将这一反馈光脉冲注入回光纤环路中，与在环路内部运行的原有光脉冲相遇，实现自旋的相互作用。这样就可以用一对测量仪和FPGA实现任意的自旋耦合，解决需要大量的光学延迟线问题。

然而，在上述的结构中，波导式的PPLN晶体仍处于研发阶段，除此之外，光纤将带来大量的色散且需要精确的温度调节，使得这一方案的进一步推广面临巨大的挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种谐振器，从而可以有效地延长光路，同时还可以保证腔内的净色散较低。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种谐振器，该谐振器包括：激光器、第一偏振控制器、单向器、第二偏振控制器、倍频器、过滤器、谐振腔、第一反光镜、多通单元和第二反光镜；

所述激光器，用于每间隔预设的一段时间输出一次脉冲激光；

所述第一偏振控制器，用于将所述激光器输出的脉冲激光的偏振态转换为预设的偏振态，并输出至单向器；

所述单向器，用于将接收到的脉冲激光单向传输至所述第二偏振控制器；

所述第二偏振控制器，用于将接收到的脉冲激光的偏振态转换为与所述倍频器匹配的偏振态，并输出至所述倍频器；

所述倍频器，用于将接收到的脉冲激光的频率加倍，并输出至所述过滤器；

所述过滤器，用于仅允许具有第一波长的第一脉冲激光通过，并输出至所述谐振腔；

所述谐振腔中设置有转换器，用于将接收到的具有第一波长的第一脉冲激光转换为具有第二波长的第二脉冲激光，并输出至所述第一反光镜；

所述多通单元中设置有第一凹面镜和第二凹面镜，所述第一凹面镜和第二凹面镜之间相隔预设的距离；所述第一凹面镜和第二凹面镜均具有一个切槽；

所述第一反光镜，用于将接收到的具有第二波长的第二脉冲激光输出至所述多通单元中的第一凹面镜的一个切槽；

从所述多通单元中的第一凹面镜的一个切槽射入所述多通单元中的第二脉冲激光，在所述第一凹面镜和第二凹面镜上多次反射，往返传输，符合预设出射条件的具有第二波长的脉冲激光从所述第二凹面镜的一个切槽输出至所述第二反光镜；

所述第二反光镜，用于将接收到的具有第二波长的第二脉冲激光输出至所述谐振腔中。

较佳的，所述倍频器包括：第一凸透镜、倍频晶体和第二凸透镜；

所述第一凸透镜和第二凸透镜相对设置，且具有预设的距离；

所述倍频晶体设置在所述第一凸透镜和第二凸透镜之间。

较佳的，所述倍频晶体为三硼酸锂晶体。

较佳的，所述过滤器包括：第一平面镜和第二平面镜；

其中，所述第一平面镜和第二平面镜均为对于具有第一波长的激光高透并对于具有第二波长的激光高反的双色镜。

较佳的，所述谐振腔包括：第三凹面镜、第四凹面镜、转换器和第三凸透镜；

所述第三凹面镜和第四凹面镜分别设置在谐振腔的两端；

所述转换器设置在所述第三凹面镜和第四凹面镜之间；

所述第三凹面镜、第四凹面镜和转换器组成谐振腔的腔体；

所述第三凸透镜设置在腔体的外侧。

较佳的，所述第三凹面镜和第四凹面镜均为对于具有第一波长的激光高透并对于具有第二波长的激光高反的双色镜。

较佳的，所述转换器为偏硼酸钡晶体。

较佳的，所述激光器为掺镱激光器；所述掺镱激光器的重复频率为48.9MHz、中心波长为1030nm，脉冲宽度为218飞秒。

较佳的，所述第一偏振控制器和第二偏振控制器为半波片。

较佳的，所述第一波长为515nm，第二波长为1030nm。

如上可见，在本发明中的谐振器中，由于采用了全固态的腔结构，并设置了多通单元，因此可以有效地延长光路，同时还可以保证腔内的净色散较低，从而可以保证运行过程中的信号光脉冲宽度不会因色散过大导致展宽。

另外，上述谐振器中所使用的多通单元可以保证只延长光路，而不影响腔内光斑模式。而且，上述多通单元的使用还可以根据实际应用场景的需要，有效地增加腔内循环脉冲个数。例如，增加多通单元中第一凹面镜和第二凹面镜之间的距离，从而有效地增加腔内循环脉冲的个数。

此外，与现有技术中的谐振器常用的延长光路的方法相比，本发明中的谐振器由于使用了多通单元，因此可以使得整体结构更为紧凑。

附图说明

图1为本发明的具体实施例中的谐振器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

本发明中提出了一种基于多通单元的谐振器。

图1为本发明的具体实施例中的谐振器的结构示意图。如图1所示，在本具体实施例中，所述谐振器包括：激光器101、第一偏振控制器102、单向器103、第二偏振控制器104、倍频器105、过滤器106、谐振腔107、第一反光镜108、多通单元（MPC，Multi Pass Cell）109和第二反光镜110；

所述激光器101，用于每间隔预设的一段时间输出一次脉冲激光；

所述第一偏振控制器102，用于将所述激光器101输出的脉冲激光的偏振态转换为预设的偏振态，并输出至单向器103；

所述单向器103，用于将接收到的脉冲激光单向传输至所述第二偏振控制器104；

所述第二偏振控制器104，用于将接收到的脉冲激光的偏振态转换为与所述倍频器105匹配的偏振态，并输出至所述倍频器105；

所述倍频器105，用于将接收到的脉冲激光的频率加倍（波长减半），并输出至所述过滤器106；

所述过滤器106，用于仅允许具有第一波长的第一脉冲激光通过，并输出至所述谐振腔107；

所述谐振腔107中设置有转换器，用于将接收到的具有第一波长的第一脉冲激光转换为具有第二波长的第二脉冲激光，并输出至所述第一反光镜108；

所述多通单元109中设置有第一凹面镜91和第二凹面镜92，所述第一凹面镜91和第二凹面镜92之间相隔预设的距离；所述第一凹面镜91和第二凹面镜92均具有一个切槽；

所述第一反光镜108，用于将接收到的具有第二波长的第二脉冲激光输出至所述多通单元中的第一凹面镜91的一个切槽；

从所述多通单元中的第一凹面镜91的一个切槽射入所述多通单元109中的第二脉冲激光，在所述第一凹面镜91和第二凹面镜92上多次反射，往返传输，符合预设出射条件的具有第二波长的脉冲激光从所述第二凹面镜92的一个切槽输出至所述第二反光镜110；

所述第二反光镜110，用于将接收到的具有第二波长的第二脉冲激光输出至所述谐振腔107中。

在上述的谐振器中，激光器101可以每隔一段预设的时间就输出一次脉冲激光。而第一偏振控制器102则可以根据实际应用场景的需要，将激光器101所输出的脉冲激光的偏振态转换为所需的偏振态后，再通过单向器103输出至第二偏振控制器104。其中，单向器103的作用是使得脉冲激光只能单向传输，而不能双向传输。第二偏振控制器104可以先将接收到的脉冲激光的偏振态转换为与倍频器105匹配的偏振态，然后再输出至倍频器105。

倍频器105的作用是将接收到的脉冲激光的频率加倍（波长减半），例如，可以将波长为1030纳米（nm）的脉冲激光转换为波长为515nm脉冲激光，然后再输出至过滤器106。过滤器106用于对所接收的脉冲激光进行过滤，只允许具有预设波长（例如，波长为515nm）的脉冲激光通过，使得只有预设波长的脉冲激光被输出至谐振腔107。

在本发明的技术方案中，上述谐振腔107可以是一个自由空间谐振腔，该谐振腔107中还设置有可以将具有第一波长（例如，515纳米）的第一脉冲激光转换成具有第二波长（例如，1030纳米）的第二脉冲激光的转换器。因此，第一脉冲激光可以在该谐振腔107中开始光学参量振荡过程，从而产生具有第二波长的参量振荡脉冲（即第二脉冲激光）。

该第二脉冲激光将从谐振腔107中输出至第一反光镜108，并通过第一反光镜108输出至多通单元，从多通单元的第一凹面镜91的一个切槽射入多通单元中，在多通单元的第一凹面镜91和第二凹面镜92上多次反射，往返传输。如果符合预设出射条件，则符合条件的脉冲激光将从第二凹面镜92的一个切槽输出，并通过第二反光镜110输出至谐振腔107中，从而完成在光路中的一个循环。

因此，激光器输出的各个脉冲激光可以在上述光路中进行多次循环。当光路中的脉冲激光符合预设条件时，即可通过第一反光镜108从光路中输出。

在本发明的上述谐振器中，当脉冲激光射入多通单元中后，脉冲激光每经过一次镜面反射就有一个旋转角。改变入射光线相对光轴的角度，反射的光斑在镜面上的分布轨迹将组成一个椭圆或圆。因此，通过使用上述的多通单元，可以有效地增加腔内光路长度，增加腔内循环脉冲个数。当整个谐振器的腔长为泵浦激光器腔长的N倍时，谐振器腔可以实现腔内循环脉冲个数为N的震荡，输出具备相干态的简并点信号光和/或闲频光。

本发明的上述谐振器采用了全固态的腔结构，其中的多通单元可以有效地延长光路，同时还可以保证腔内的净色散较低，从而可以保证运行过程中的信号光脉冲宽度不会因色散过大导致展宽。

另外，上述谐振器中所使用的多通单元可以保证只延长光路，而不影响腔内光斑模式。而且，上述多通单元的使用还可以有效地增加腔内循环脉冲个数。例如，可以根据实际应用场景的需要，增加多通单元中第一凹面镜91和第二凹面镜92之间的距离，从而有效地增加腔内循环脉冲的个数。

另外，在本发明的技术方案中，可以根据实际应用场景的需要，预先设置上述第一波长和第二波长的具体取值。

例如，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，所述第一波长可以是515nm，第二波长可以是1030nm。当然，在本发明的技术方案中，也可以使用其他合适的第一波长和第二波长的取值，在此不再一一列举。

另外，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，所述激光器101是掺镱（Yb）激光器；所述掺Yb激光器的重复频率是48.9MHz、中心波长是1030nm，脉冲宽度是218飞秒（fs）。

当然，在本发明的技术方案中，也可以使用其他合适的激光器，在此不再一一列举。

另外，在本发明的技术方案中，可以通过增加激光器重复频率，来获得更多的循环脉冲的个数。

另外，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，所述第一偏振控制器102和第二偏振控制器104可以是半波片（HWP）。

当然，在本发明的技术方案中，也可以使用其他合适的偏振控制器，在此不再一一列举。

另外，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，所述倍频器105包括：第一凸透镜51、倍频晶体52和第二凸透镜53；

所述第一凸透镜51和第二凸透镜53相对设置，且具有预设的距离；

所述倍频晶体52设置在所述第一凸透镜51和第二凸透镜53之间。

其中，第一凸透镜51用于将所接收到的脉冲激光聚焦后输出至倍频晶体52，而第二凸透镜53则用于将从倍频晶体52中输出的倍频后的脉冲激光准直，并输出至所述过滤器106。

另外，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，所述倍频晶体52是三硼酸锂（LiB3O5）晶体，简称LBO晶体。

例如，当激光器101输出中心波长为1030nm的脉冲激光时，通过上述的LBO晶体可以对激光器101所输出脉冲激光进行倍频，从而得到输出中心波长为515nm、平均功率为5W的绿光。

当然，在本发明的技术方案中，也可以使用其他合适的倍频晶体，在此不再一一列举。

另外，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，所述过滤器106可以包括：至少一个双色镜。

举例来说，如图1所示，所述过滤器106可以包括：第一平面镜61和第二平面镜62；

其中，第一平面镜61和第二平面镜62均为对于具有第一波长的激光（例如，波长为515nm的绿光）高透并对于具有第二波长的激光（例如，波长为1030nm的近红外光）高反的双色镜。

因此，通过上述的第一平面镜61和第二平面镜62，可以对所接收的脉冲激光进行过滤，只允许具有预设波长的脉冲激光（例如，波长为515nm的绿光）通过，使得只有预设波长的脉冲激光可以被输出至谐振腔107中。

另外，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，所述谐振腔107可以包括：第三凹面镜71、第四凹面镜72、转换器73和第三凸透镜74；

所述第三凹面镜71和第四凹面镜72分别设置在谐振腔107的两端；

所述转换器73设置在所述第三凹面镜71和第四凹面镜72之间；

所述第三凹面镜71、第四凹面镜72和转换器73组成谐振腔的腔体；

所述第三凸透镜74设置在腔体的外侧。

另外，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，所述第三凹面镜71和第四凹面镜72均可以为对于具有第一波长（例如，515nm）的激光高透并对于具有第二波长（例如，1030nm）的激光高反的双色镜。

此外，在本发明的技术方案中，设置在腔体的外侧的第三凸透镜74可以将所接收到的脉冲激光聚焦后通过第三凹面镜71输入谐振腔的腔体中；而转换器73则可以将接收到的具有第一波长的第一脉冲激光转换为具有第二波长的第二脉冲激光，并输出至第四凹面镜72；第四凹面镜72则可以将接收到的脉冲激光输出至所述第一反光镜108。

另外，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，所述转换器73可以是偏硼酸钡(β-BaB2O4)晶体，简称为BBO晶体。

当然，在本发明的技术方案中，也可以使用其他合适的转换器，在此不再一一列举。

综上所述，在本发明的技术方案中，由于在基于多通单元的谐振器中采用了全固态的腔结构，并设置了多通单元，因此可以有效地延长光路，同时还可以保证腔内的净色散较低，从而可以保证运行过程中的信号光脉冲宽度不会因色散过大导致展宽。

另外，上述谐振器中所使用的多通单元可以保证只延长光路，而不影响腔内光斑模式。而且，上述多通单元的使用还可以有效地增加腔内循环脉冲个数。例如，可以根据实际应用场景的需要，增加多通单元中第一凹面镜和第二凹面镜之间的距离，从而有效地增加腔内循环脉冲的个数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种谐振器，其特征在于，该谐振器包括：激光器、第一偏振控制器、单向器、第二偏振控制器、倍频器、过滤器、谐振腔、第一反光镜、多通单元和第二反光镜；

2.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述倍频器包括：第一凸透镜、倍频晶体和第二凸透镜；

所述倍频晶体设置在所述第一凸透镜和第二凸透镜之间。

3.根据权利要求2所述的谐振器，其特征在于：

所述倍频晶体为三硼酸锂晶体。

4.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述过滤器包括：第一平面镜和第二平面镜；

5.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述谐振腔包括：第三凹面镜、第四凹面镜、转换器和第三凸透镜；

所述第三凹面镜和第四凹面镜分别设置在谐振腔的两端；

所述转换器设置在所述第三凹面镜和第四凹面镜之间；

所述第三凹面镜、第四凹面镜和转换器组成谐振腔的腔体；

所述第三凸透镜设置在腔体的外侧。

6.根据权利要求5所述的谐振器，其特征在于：

所述第三凹面镜和第四凹面镜均为对于具有第一波长的激光高透并对于具有第二波长的激光高反的双色镜。

7.根据权利要求5所述的谐振器，其特征在于：

所述转换器为偏硼酸钡晶体。

8.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于：

所述激光器为掺镱激光器；所述掺镱激光器的重复频率为48.9MHz、中心波长为1030nm，脉冲宽度为218飞秒。

9.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于：

所述第一偏振控制器和第二偏振控制器为半波片。

10.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于：

所述第一波长为515nm，第二波长为1030nm。