CN117518347B - 一种可编程光纤阵列的装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可编程光纤阵列的装置及其应用，涉及光纤阵列技术领域，包括若干组呈阵列式排布于基底上的光纤和间距调节模块；其中，间距调节模块用于独立调节各组光纤之间的距离，以适应不同间距的需求，本发明在光纤‑光子芯片耦合、阵列波导光栅耦合中能够有效提高耦合效率，增加各个通道的灵活性；尤其对于激光雷达和成像系统中，使用可调节间距的光纤阵列，能够灵活地接收目标信号，应用前景广阔；同时，本发明还能够大幅提升光纤阵列在离子阱和冷原子系统中，作为寻址激光阵列的发射器件，或者作为离子、原子荧光的接收器件，都能够通过调节光纤间距实现光纤通道与离子、原子的一一对应，解决了离子、原子间距非均匀的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光纤阵列技术领域，具体涉及一种可编程光纤阵列的装置及其应用。
背景技术
光纤阵列是一种依靠精密刻化的V型槽来实现定位，把一束光纤或一条光纤带按照规定间隔安装在基片上，所构成的阵列，现有结构和制作是在基板上设置好固定槽位、放置光纤后固化；光纤阵列在光纤传感和光通信、光纤-光子芯片耦合、阵列波导光栅耦合、微机电系统、多通道光学模块等中具有广泛应用，然而，目前光纤阵列的间距基本是固定的。
现有的光纤阵列将光纤以固定间距稳定排列，可以实现多个光学通道的同时耦合，是一种高效便捷的光学器件，但光纤阵列固定的间距无法满足一些需要调节的应用场景，例如需要经历大范围温度变化的光纤-波导芯片耦合、目标间距非均匀的信号发送和接收、在离子阱量子计算系统中，固定间距的光纤阵列被用于囚禁离子的独立激光寻址和荧光收集，但随着离子间距的改变，光纤阵列无法随之做出改变，极大地限制了光纤阵列的应用能力；
目前，如公告号为CN116099739B的专利文件公开了一种可转换间距的光纤阵列夹具以及光纤阵列布置方式，虽然实现了在制作过程中将光纤自动移动至不同间距V型槽的基片的目标槽上，但该方法只能在使用和制作前计算好所需的不同光纤间距，并不能在之后的使用中进行实时间距调节。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可编程光纤阵列的装置及其应用，解决以下技术问题：
1.目前光纤阵列的间距是固定的，无法根据具体需要进行实时调节；
2．固定光纤阵列与光波导阵列耦合时，多个通道间的耦合无法独立微调，会导致耦合效率低下；
3.在离子阱系统中使用光纤阵列进行多离子激光寻址操控，或者收集离子荧光时，固定的光纤阵列无法实现与间距非均匀的所有离子对准，影响离子的独立操控保真度和离子阱扩展性。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种可编程光纤阵列的装置，包括若干组呈阵列式排布于基底上的光纤和间距调节模块；
其中，所述间距调节模块用于独立调节各组光纤之间的距离，以适应不同间距的需求。
优选的，所述间距调节模块包括：
斜劈，滑动布设于两组相邻光纤之间；
驱动件，用于驱动斜劈发生位移。
优选的，所述驱动件包括：
磁性材料，布设于斜劈底部；
电磁线圈，布设于斜劈一侧，其中，所述电磁线圈基于其通电状态用于调节斜劈的位置。
优选的，所述驱动件还包括布设于斜劈底部的偏心轮，所述偏心轮与驱动其转动的机械电机驱动端连接。
优选的，所述间距调节模块包括布设于两组相邻光纤之间的电磁线圈，电磁线圈两侧与光纤之间设有间隙以使光纤能发生移动；
其中，所述基底的两侧以及各组光纤的两侧均附着有磁性材料。
优选的，所述间距调节模块包括：
伸缩材料，填充于凹槽中或光纤之间；
温控机构，用于对伸缩材料进行加热。
优选的，所述间距调节模块包括：
光致伸缩材料，粘接于两组相邻光纤之间；
光控模块，用于实现光致伸缩材料的伸缩。
优选的，所述光纤阵列中的任意一根光纤为输出端或输入端。
一种所述的可编程光纤阵列的装置在集成光波导耦合中的应用：
将可编程光纤阵列与目标阵列直接对齐或者通过光学器件变换后对齐；
通过调节光纤阵列的整体位置进行第一次耦合，实现光纤阵列与目标阵列多个通道之间的初步耦合；
通过控制施加于可编程光纤阵列上的多通道控制信号，对各组光纤通道的间距进行调节，实现各个通道光信号的精确耦合。
一种所述的可编程光纤阵列的装置在多离子荧光收集中的应用：
通过控制光纤阵列的间距，以实现将多离子或多原子的荧光独立收集到各组光纤中，其中，各组光纤中的荧光信号进入多通道的光电探测装置，以实现对多离子或多原子的独立量子态探测。
优选的：
所述离子还为其他量子态的载体，包括原子、分子、电子、空位缺陷和量子点。
一种所述的可编程光纤阵列的装置在多离子独立寻址中的应用，包括单侧独立寻址；
其中，单侧独立寻址包括：
激光器出射的激光被分光器按照预先设定的比例分成至少2路激光；
至少2路激光分别经过激光调制模块的至少2路调制后，分别进入可编程光纤阵列的至少2路通道，该通道经过光学匹配模块后与至少2个离子一一对应；
在至少2路通道激光与离子对齐时，或者离子阵列的间距改变时，控制施加于可编程光纤阵列上的多路控制信号，对各组光纤通道的间距进行调节，实现各个通道激光与各个离子的精确寻址。
优选的：
所述光学匹配模块用于将多束入射光学匹配模块的激光入射参数调整到预设参数后射出，其中，
激光入射参数包括激光入射的形状、空间指向、发散角、光斑大小以及光束质量；
其中，所述光学匹配模块为光学器件，包括反射镜、透镜、光调制器或它们的任意组合。
优选的：
所述激光调制模块能对激光的参数进行调节，其中，所述激光的参数包括激光的强度、频率、频率组分、相位、偏振、角动量以及波长。
一种所述的可编程光纤阵列的装置在多离子独立寻址中的应用，包括双侧独立寻址；
其中，双侧独立寻址包括：
双侧都通过可编程光纤阵列做独立寻址，通过单侧独立寻址操作的方法实现光纤阵列与离子的精准对齐。
一种所述的可编程光纤阵列的装置在多离子独立寻址中的应用，包括多侧独立寻址；
多侧独立寻址包括：
多侧均通过可编程光纤阵列做独立寻址，通过单侧独立寻址操作的方法实现光纤阵列与离子的精准对齐。
一种利用可编程光纤阵列单侧独立寻址实现多离子受激拉曼跃迁的方法，所述单侧独立寻址，采用所述可编程光纤阵列的装置在多离子独立寻址中的应用中的单侧独立寻址，所述方法包括：
可编程光纤阵列的第i个通道与第j个离子对齐，其中，第i个通道中的激光包含至少两个频率的激光，且所述两个频率之差与第j个离子的两个能级间的共振频率满足预设的频率条件，能实现两个能级间的受激拉曼跃迁；
对于{j1,j2,j3,…,jn}多个离子，可编程光纤阵列的第{i1,i2,i3,…,in}个通道与之一一对应。
一种利用可编程光纤阵列双侧独立寻址实现多离子受激拉曼跃迁的方法，所述双侧独立寻址，采用所述可编程光纤阵列的装置在多离子独立寻址中的应用中的双侧独立寻址，所述方法包括：
可编程光纤阵列A和可编程光纤阵列B分别从不同方向与离子对齐，可编程光纤阵列A的第i个通道与第j个离子对齐，可编程光纤阵列B的第k个通道与第j个离子对齐，第i个通道中的激光和第k个通道中的激光之间的频率之差与第j个离子的两个能级间的共振频率满足预设的频率条件，可以实现两个能级间的受激拉曼跃迁；
对于{j1,j2,j3,…,jn}多个离子，可编程光纤阵列A的第{i1,i2,i3,…,in}个通道与离子一一对应, 可编程光纤阵列B的第{k1,k2,k3,…,kn}个通道与离子一一对应。
优选的，所述第i个通道中的激光和第k个通道中的激光来自同一个激光光源或不同的激光光源，其中，两个激光之间具有稳定的相位关系。
本发明的有益效果：
（1）本发明公开了一种可编程光纤阵列的装置，光纤之间的距离可以独立调节，适应不同间距的需求，在光纤-光子芯片耦合、阵列波导光栅耦合中能够有效提高耦合效率，增加各个通道的灵活性；尤其对于激光雷达和成像系统中，使用可调节间距的光纤阵列，能够灵活地接收目标信号，应用前景广阔；
（2）本发明还能够大幅提升光纤阵列在离子阱和冷原子系统中，作为寻址激光阵列的发射器件，或者作为离子、原子荧光的接收器件，都能够通过调节光纤间距实现光纤通道与离子、原子的一一对应，解决了离子、原子间距非均匀的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种可编程光纤阵列的装置中实施例1的结构示意图；
图2是本发明一种可编程光纤阵列的装置中实施例2的结构示意图；
图3是本发明一种可编程光纤阵列的装置中实施例3的结构示意图；
图4是本发明一种可编程光纤阵列的装置中实施例4的一种结构示意图；
图5是本发明一种可编程光纤阵列的装置中实施例4的另一种结构示意图；
图6是本发明一种可编程光纤阵列的装置中实施例5的结构示意图；
图7是本发明一种可编程光纤阵列的装置中实施例6的结构示意图；
图8是本发明一种可编程光纤阵列的装置在单侧独立寻址中的应用的结构示意图；
图9是本发明一种可编程光纤阵列的装置在双侧独立寻址中的应用的结构示意图；
图10是本发明一种可编程光纤阵列的装置中实施例10的一种结构示意图；
图11是本发明一种可编程光纤阵列的装置中实施例10的另一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1所示，本发明为一种可编程光纤阵列的装置，包括光纤和间距调节模块。
其中，间距调节模块用于独立调节各组光纤之间的距离，以适应不同间距的需求。
各组光纤呈阵列式布设于基底中，即基底上可以设有多个凹槽，各组光纤呈阵列式布设于多个凹槽中，示例性的，基底可为石英等材料制成，且光纤通过阵列式布设的方式，形成光纤阵列，且光纤阵列中的任意一根光纤为输出端或输入端；在本实施例的一种实施方式中，布设于凹槽中的第一根光纤固定或连接于设置在基底上的伸缩材料，例如弹簧进行固定，以使其在未受到外部作用力时不会随意移动。
此外，凹槽的表面设置成与光纤表面相匹配粗糙度，以使光纤仅在受到外部力时可以移动，没有外力时处于原始位置。
实施例2
在实施例1的基础上，请参阅图1，间距调节模块包括可滑动布设于两组相邻光纤之间的斜劈，还包括驱动件，驱动件用于驱动斜劈发生位移；具体的，在调节光纤的位置时，通过驱动件驱动斜劈首先移动，而后通过斜劈倾斜面对光纤的抵接作用实现对光纤的位置调节。
驱动件包括布设于斜劈底部的磁性材料；具体的，磁性材料可以采用铁、钴、镍等金属及铁氧体、钡铁氧体等陶瓷材料及其组合，磁性材料通过调整电源的正负极来使其磁化；
驱动件还包括布设于斜劈一侧的电磁线圈，其中，电磁线圈基于其通电状态以调节斜劈的位置；需要说明的是，当电磁线圈没有通电时，斜劈与电磁线圈处于紧贴的状态，当需要改变光纤的位置时，通过给电磁线圈通电，斜劈可以通过改变电磁线圈的电流方向而产生引力或斥力，并通过改变电流大小来改变其磁力的大小，从而控制斜劈的定量移动。
在另一种实施方式中，请参阅图2，驱动件还包括布设于斜劈底部的偏心轮，偏心轮与驱动其转动的驱动机构驱动端连接，示例性的，驱动机构可以采用机械电机或其他均可适用于本发明中，驱动偏心轮转的结构；本实施方式中，基于机械电机驱动端驱动偏心轮转的，偏心轮通过与斜劈相切而使得其在转动的过程中可以驱动斜劈运动，以驱动光纤移动；
具体的，对于该组斜劈，其tanθ=A/B，表示为：当斜劈沿着电磁线圈贴芯方向移动B个长度单位时，光纤移动A个长度单位；本实施例中，假设该斜劈的tanθ=1:10，表示为，当斜劈沿着铁芯方向移动10微米时，光纤移动1微米，且每根光纤都可以在小范围内移动，其精度较高，从而实现可编程的离子寻址。
本实施例中，将参考光纤标记为N0，后续每一根光纤依次标记为：N1，...,N-1,其中，第N根光纤的偏移量为D为：sum{[D1，...,DN-1]}。
实施例3
在实施例1的基础上，请参阅图3，间距调节模块包括布设于两组相邻光纤之间的电磁线圈，电磁线圈两侧与光纤之间设有间隙以使光纤能发生移动，其中，凹槽的两侧以及各组光纤的两侧均附着有磁性材料；
需要说明的是，电磁线圈的通电状态可以使得光纤发生移动，通过改变电磁线圈的电流方向从而产生引力或斥力，并通过改变电流大小来改变光纤两侧磁力的大小，从而使得光纤定量移动，以此类推，后续的每一根光纤都可以通过调节两侧的电流方向以及大小来实现每根光纤中对应光束的独立调节，以达到独立寻址的目的。
实施例4
在实施例1的基础上，请参阅图4，间距调节模块包括填充于凹槽中的伸缩材料，还包括用于对伸缩材料进行加热的温控机构；
具体的，可以举例说明的是，该伸缩材料为PDMS（Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷）及其固化剂的混合物，其中，本实施例中，可以按照质量比为10：1进行混合（两者的混合比例也可以根据实际需求进行其他方式的设定）；该伸缩材料在温度为80摄氏度时可固化，固化后的PDMS薄膜具有可伸缩性，其热膨胀系数通常为150-200ppm/K，即当温度上升1℃时，PDMS的长度或者体积将增加0.15%至0.2%；
需要说明的是，当通过温控机构改变伸缩材料的温度时，光纤两侧的伸缩材料的长度或者体积发生相应改变，此时光纤两侧的受力不平衡，以使光纤发生位移，以此类推，后续各组光纤均可以通过调节温度来实现每束光束的独立调节。
在一种实施方式中，温控机构包括布设于两组光纤之间的加热部件，示例性的，加热部件可为通电后能进行加热的加热丝；通过对光纤两侧的加热丝进行通电来改变温度以实现调节。
具体的，将光纤阵列与加热部件先放置在凹槽中，接着将可伸缩材料的溶液倒入凹槽中，并通过加热等形式将其固化。
另一种实施方式中，温控机构还可以采用飞秒激光刻蚀凹槽以改变伸缩材料的温度，将光纤阵列埋入刻蚀好的凹槽中，既可以保证光纤不随意改变位置，又可以在受到挤压时发生位移。
此外，请参阅图5，间距调节模块包括布设于相邻两组光纤之间的热膨胀材料和加热器件（图5中未示出），加热器件用于对热膨胀材料进行加热，示例性的，加热器件也可为通电后能进行加热的加热丝，且通过在热膨胀材料中设置加热丝通电进行温度的改变来调节热膨胀材料的膨胀体积，进而改变光纤的位置；
本实施例中，两组相邻光纤之间可设置若干组温度探头来测试其平均温度，具体的，温度探头可以设置3-5组。
实施例5
在实施例1的基础上，请参阅图6，间距调节模块包括粘接于两组相邻光纤之间的光致伸缩材料，还包括光控模块，以用于实现光致伸缩材料的伸缩；
在本发明实施例中，光致伸缩材料可采用在被光照射后能发生形变的材料，示例性的，例如为液晶聚合物、钒酸铅陶瓷等，液晶聚合物，将高度有序的液晶相作为转变单元将应变能锁在纤维中，再通过光控有序—无序液晶相转变使应变能被解锁并释放来实现一维收缩形变，可通过470nm的激光照射产生81%的收缩形变；钒酸铅陶瓷在520nm波长的激光照射下，0.185kW/m2的较低光强照射下，可实现约0.01%的光致膨胀，在64.6kW/m2的较高光强照射时，可实现0.4%的光致伸缩。
为了实现每根光纤的独立调节，需要说明的是，光控模块通过调整激光的光强与照射时间来改变该光致伸缩材料所对应的伸缩量，将光能转化为机械能，实现每根光纤的侧面都可以独立控制伸缩量，进而调节相应光纤的位置。
在另一种实施方式中，该光致伸缩材料作为凹槽的基底，通过飞秒激光刻蚀凹槽，将光纤阵列埋入刻蚀好的凹槽中，通过改变光强或激光照射时间来实现光致伸缩材料的伸缩量，从而实现每个光束的独立调节，还可以通过照射所有光致伸缩材料来实现整体的联动。
实施例6
在实施例1的基础上，一种可编程光纤阵列的装置在集成光波导耦合中的应用，具体为：
S101、如图7所示，将可编程光纤阵列与目标阵列直接对齐（该对齐表示一种对应关系，并非单独指空间上对齐）或者通过光学器件变换后对齐；
具体的，可编程光纤阵列可以作为光信号的输入端，也可作为输出端；目标阵列可以是光信号的输入端，也可作为输出端；其中，输出端可以是目标阵列的某个通道直接作为输出端，也可以是目标阵列在接收信号后，再次把信号耦合回可编程光纤阵列，而此时可编程光纤阵列作为输出端；
目标阵列可以是固定间距的光纤阵列、可变间距的光纤阵列、基于微纳加工得到的光波导芯片、多通道光学波导、波分复用器件、光纤路由器件、多通道空间光调制器件、多通道空间光耦合器件、微透镜阵列、光电探测器阵列、囚禁离子阵列、冷原子阵列、量子点阵列或NV色心阵列中的任一种及其组合。
本实施方式中，光学器件包括反射镜、透镜、光调制器或它们的任意组合。
S102、通过调节光纤阵列的整体位置进行第一次耦合，实现光纤阵列与目标阵列多个通道之间的初步耦合；
S103、通过控制施加于可编程光纤阵列上的多通道控制信号，对各组光纤通道的间距进行调节，实现各个通道光信号的精确耦合；
具体的，初步耦合或精确耦合的效果可以通过测量输出端的光强监测信号，或由此计算耦合效率进行表征；如上所述的输出端的光强检测信号可以通过接入探测器测量光强得到，也可以由输出端经过光学变换后再被探测器测量得到，包括：
测量输出端的光强检测信号At，手动调节使其达到预设值A0；
将该信号At输入到PID控制器中，该控制器根据At与A0的差值确定反馈信号的值；
反馈信号则通过改变控制可编程光纤的控制信号来实时调节光纤的位置（示例性的，例如通过控制信号控制上述的驱动件，从而最终调节光纤的位置，即光纤之间的距离），使得At始终稳定在A0；
如上所述的初步耦合或精确耦合可以通过伺服系统进行反馈控制，实现各个通道耦合的独立闭环锁定。
实施例7
在实施例1的基础上，一种可编程光纤阵列的装置在多离子荧光收集中的应用，具体为：
通过控制光纤阵列的间距，以实现将多离子或多原子的荧光独立收集到各组光纤中，其中，各组光纤中的荧光信号进入多通道的光电探测装置，以实现对多离子或多原子的独立量子态探测。其中，所述离子还为其他量子态的载体，包括原子、分子、电子、空位缺陷和量子点。
实施例8
在实施例1的基础上，一种可编程光纤阵列的装置在多离子独立探测中的应用，具体为：
通过物镜（即光学匹配模块）收集所有离子的荧光，各个离子的荧光被汇聚到不同的通道上，通过改变光纤阵列间距，实现所有离子的独立荧光耦合；其中，该光纤的输出端接入独立的探测器，或者探测器阵列。
实施例9
在实施例1的基础上，请参阅图8，一种可编程光纤阵列的装置在多离子独立寻址中的应用，具体包括单侧独立寻址与双侧独立寻址：
单侧独立寻址包括：激光器出射的激光被分光器按照预先设定的比例分成至少2路激光，至少2路激光分别经过激光调制模块的至少2路调制后，耦合入可编程光纤阵列的至少2路通道，至少2路通道经过光学匹配模块后与至少2个离子一一对应（对应表示能分别照亮至少2个离子），在离子数量增多，造成离子阵列中离子之间的距离改变时，控制施加于可编程光纤阵列上的多路控制信号，对各组光纤通道的间距进行调节，实现各个通道光信号与各个离子的精确寻址，光学匹配模块包括光学透镜，其中，所述离子还可以为其他量子态的载体，包括原子、分子、电子、空位缺陷（色心）和量子点等；
具体的，控制信号2包含至少2路射频信号，用于驱动激光调制模块阵列（激光调制模块包含多个阵列式排布的调制模块），对激光的参数进行调节，即包括但不限于可以实现每一路激光的独立频率、幅度、相位、偏振、强度、频率组分、角动量、波长等的调节，使其满足单侧寻址操作的跃迁条件，其中，每一个通道的调制模块还可以包含声光调制器或声光偏转器以及电光调制器、偏振器件、波片等光学器件。
其中，对于激光的参数进行的调节，示例性的，可通过如下方法实现：每一个通道的调制模块中包含一个或多个声光调制器或声光偏转器，通过改变每个通道驱动射频信号的频率、幅度以及相位，可以实现对每个通道激光的频率、幅度以及相位的独立调节。示例性的，例如，每一个通道的调制模块添加波片、电光调制器和偏振器件，则可以独立改变每一通道中激光的偏振。通过上述方法的组合，则可以实现对每一路激光的频率、幅度、相位、偏振的独立调节。
另外，根据需要，对于激光的参数进行调节，还可以进行强度、频率组分、角动量、波长等的调节。根据需要，在每一个通道的调制模块中还可以增加螺旋相位片、空间光调制器、微镜阵列等光学器件，以达到相应的功能。
在本实施例中，单侧独立寻址操作还包括在实现各个通道光信号与各个离子的精确寻址后，对于囚禁离子中的电子能级的激光操控。所述电子能级包括轨道跃迁对应的光学波段的量子比特，如40Ca+的S-D能级、171Yb+对应的S-D能级等，塞曼劈裂造成的精细结构对应的微波波段的量子比特，如171Yb+中的S能级，以及超精细结构对应的微波波段的量子比特。对于超精细能级、塞曼能级的激光操作可以通过受激拉曼跃迁（Stimulated RamanTransition）过程实现；
其中，跃迁条件是指，激光频率ω1与光学比特频率ω0二者间满足预设的频率差δ，且该频率差为激光相对于光学比特的失谐量；跃迁条件还包括受激拉曼跃迁的条件，激光包含至少两个频率ω1和ω2，且该两个频率的频率差Δω=ω1-ω2接近超精细能级、精细结构能级的频率ω0，Δω与ω0之间满足预设的频率差δ；
另外，在单侧独立寻址操作中，还包括以下方式：
可编程光纤阵列的第i个通道与第j个离子对齐，其中，第i个通道中的激光包含至少两个频率的激光，且所述两个频率之差与第j个离子的两个能级间的共振频率满足预设的频率条件，能实现两个能级间的受激拉曼跃迁；
对于{j1,j2,j3,…,jn}多个离子，可编程光纤阵列的第{i1,i2,i3,…,in}个通道与之一一对应。
请参阅图9，双侧独立寻址包括：双侧都通过可编程光纤阵列做独立寻址，通过单侧独立寻址操作的方法实现光纤阵列与离子的精准对齐，更改频率设置使得双侧的激光光束一一对应，且对应的两束激光满足受激拉曼跃迁条件，可实现双侧受激拉曼寻址；即照射到同一个离子上的两束光，一束来自可编程光纤阵列1，其频率为ω1，一束来自可编程光纤阵列2，其频率为ω2，且两个频率的频率差Δω=ω1-ω2接近超精细能级、精细结构能级的频率ω0，Δω与ω0之间满足预设的频率差δ；
其中，离子对准通过控制信号1来实现，ω1和ω2通过改变激光调制模块的射频信号来改变；
此外，可编程光纤阵列可以实现多维间距可调的光纤阵列，不仅用于离子可编程寻址，还可以应用于其他需要独立调节光束的场景中，另外，本发明中，可编程光纤阵列的应用也不仅限于双侧，也可以拓展到多侧。
另外，双侧独立寻址操作中，还包括以下方式：
可编程光纤阵列A和可编程光纤阵列B分别从不同方向与离子对齐，可编程光纤阵列A的第i个通道与第j个离子对齐，可编程光纤阵列B的第k个通道与第j个离子对齐，第i个通道中的激光和第k个通道中的激光之间的频率之差与第j个离子的两个能级间的共振频率满足预设的频率条件，可以实现两个能级间的受激拉曼跃迁；
对于{j1,j2,j3,…,jn}多个离子，可编程光纤阵列A的第{i1,i2,i3,…,in}个通道与离子一一对应, 可编程光纤阵列B的第{k1,k2,k3,…,kn}个通道与离子一一对应，其中，所述第i个通道中的激光和第k个通道中的激光来自同一个激光光源或不同的激光光源，其中，两个激光之间具有稳定的相位关系。
实施例10
在本实施例中，在基于上述实施例（实施例1-9）一维结构的可编程光纤阵列的装置的基础上，本实施例中，可编程光纤阵列的装置可以拓展至二维（或多维）结构（本实施例以二维结构进行介绍），即在一维结构的编程光纤阵列的装置基础结构上进行改进，扩展至如图10所示的二维结构的可编程光纤阵列的装置，其中，二维结构的可编程光纤阵列中的光纤分成上下两排并且阵列式的进行布，且间距调节模块布设于每两个相邻的光纤之间。
至于本实施例中，至于光纤如何布设于基底上，可以采用包括但不限于以下的示例性：
示例1：采用图11所示的方式，即基底可以采用向上开口的框型结构，至于上下两排每两个相邻光纤之间的距离调节模块，可以采用实施例4的方式，即间距调节模块包括填充于基底凹槽中的伸缩材料以及用于对伸缩材料进行加热的温控机构（温控机构包括布设于两组光纤之间的加热部件），也可以通过实施例4中采用的将光纤形成的光纤阵列与加热部件先放置在凹槽中，接着将可伸缩材料的溶液倒入凹槽中，并通过加热部件（例如加热丝）加热等形式将其固化。
示例2：在上述图11的光纤布设于基底上基础上，还可以做出如下改进，即将下方一排的光纤布设在基底的凹槽中，然后将下一排的光纤之间的距离调节模块，采用实施例4的方式，即下一排的间距调节模块包括填充于基底凹槽中的伸缩材料以及用于对伸缩材料进行加热的温控机构（温控机构包括布设于两组光纤之间的加热部件），并通过实施例4中采用的方式，将光纤形成的光纤阵列与加热部件先放置在凹槽中，接着将可伸缩材料的溶液倒入凹槽中，并通过加热部件（例如加热丝）加热等形式将其固化。然后再将上一排的每两个光纤之间的距离调节模块，以及上一排与下一排光纤之间的距离调节模块，均采用实施例5的方式进行相互的粘接，即此时间距调节模块包括粘接于两组相邻光纤之间的光致伸缩材料以及用于实现光致伸缩材料的伸缩光控模块。以这样的方式，本实施例二维结构的可编程光纤阵列的装置实现了多样性。
另外，在本实施例中形成二维结构的可编程光纤阵列的装置，也可以扩展到相同二维方式的集成光波导耦合以及离子的独立寻址的应用。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (15)
1.一种可编程光纤阵列的装置，其特征在于，包括若干组呈阵列式排布于基底上的光纤和间距调节模块；
其中，所述间距调节模块用于独立调节各组光纤之间的距离，以适应不同间距的需求，其中，所述间距调节模块包括：
斜劈，滑动布设于两组相邻光纤之间；
驱动件，用于驱动斜劈发生位移。
2.根据权利要求1所述的一种可编程光纤阵列的装置,其特征在于，所述驱动件包括：
磁性材料，布设于斜劈底部；
电磁线圈，布设于斜劈一侧，其中，所述电磁线圈基于其通电状态用于调节斜劈的位置。
3.根据权利要求1所述的一种可编程光纤阵列的装置,其特征在于，所述驱动件还包括布设于斜劈底部的偏心轮，所述偏心轮与驱动其转动的驱动机构连接。
4.根据权利要求1所述的一种可编程光纤阵列的装置,其特征在于，所述光纤阵列中的任意一根光纤为输出端或输入端。
5.一种如权利要求1-4任一所述的可编程光纤阵列的装置在集成光波导耦合中的应用，其特征在于：
将可编程光纤阵列与目标阵列直接对齐或者通过光学器件变换后对齐；
通过调节光纤阵列的整体位置进行第一次耦合，实现光纤阵列与目标阵列多个通道之间的初步耦合；
通过控制施加于可编程光纤阵列上的多通道控制信号，对各组光纤通道的间距进行调节，实现各个通道光信号的精确耦合。
6.一种如权利要求1-4任一所述的可编程光纤阵列的装置在多离子荧光收集中的应用，其特征在于：
通过控制光纤阵列的间距，以实现将多离子或多原子的荧光独立收集到各组光纤中，其中，各组光纤中的荧光信号进入多通道的光电探测装置，以实现对多离子或多原子的独立量子态探测。
7.根据权利要求6所述的可编程光纤阵列的装置在多离子荧光收集中的应用，其特征在于：
所述离子还为其他量子态的载体，包括原子、分子、电子、空位缺陷和量子点。
8.一种如权利要求1-4任一所述的可编程光纤阵列的装置在多离子独立寻址中的应用，其特征在于，包括单侧独立寻址；
其中，单侧独立寻址包括：
激光器出射的激光被分光器按照预先设定的比例分成至少2路激光；
至少2路激光分别经过激光调制模块的至少2路调制后，分别进入可编程光纤阵列的至少2路通道，该通道经过光学匹配模块后与至少2个离子一一对应；
在至少2路通道激光与离子对齐时，或者离子阵列的间距改变时，控制施加于可编程光纤阵列上的多路控制信号，对各组光纤通道的间距进行调节，实现各个通道激光与各个离子的精确寻址。
9.根据权利要求8所述的可编程光纤阵列的装置在多离子独立寻址中的应用，其特征在于：
所述光学匹配模块用于将多束入射光学匹配模块的激光入射参数调整到预设参数后射出，其中，
激光入射参数包括激光入射的形状、空间指向、发散角、光斑大小以及光束质量；
其中，所述光学匹配模块为光学器件，包括反射镜、透镜、光调制器或它们的任意组合。
10.根据权利要求8所述的可编程光纤阵列的装置在多离子独立寻址中的应用，其特征在于：
所述激光调制模块能对激光的参数进行调节，其中，所述激光的参数包括激光的强度、频率、频率组分、相位、偏振、角动量以及波长。
11.一种如权利要求8-10任一所述的可编程光纤阵列的装置在多离子独立寻址中的应用，其特征在于，包括双侧独立寻址；
其中，双侧独立寻址包括：
双侧都通过可编程光纤阵列做独立寻址，通过单侧独立寻址操作的方法实现光纤阵列与离子的精准对齐。
12.一种如权利要求8-10任一所述的可编程光纤阵列的装置在多离子独立寻址中的应用，其特征在于，包括多侧独立寻址；
其中，多侧独立寻址包括：
多侧均通过可编程光纤阵列做独立寻址，通过单侧独立寻址操作的方法实现光纤阵列与离子的精准对齐。
13.一种利用可编程光纤阵列单侧独立寻址实现多离子受激拉曼跃迁的方法，所述单侧独立寻址，采用权利要求8-10任一所述可编程光纤阵列的装置在多离子独立寻址中的应用中的单侧独立寻址，其特征在于，所述方法包括：
可编程光纤阵列的第i个通道与第j个离子对齐，其中，第i个通道中的激光包含至少两个频率的激光，且所述两个频率之差与第j个离子的两个能级间的共振频率满足预设的频率条件，能实现两个能级间的受激拉曼跃迁；
对于{j1,j2,j3,…,jn}多个离子，可编程光纤阵列的第{i1,i2,i3,…,in}个通道与之一一对应。
14.一种利用可编程光纤阵列双侧独立寻址实现多离子受激拉曼跃迁的方法，所述双侧独立寻址，采用权利要求11所述可编程光纤阵列的装置在多离子独立寻址中的应用中的双侧独立寻址，其特征在于，所述方法包括：
可编程光纤阵列A和可编程光纤阵列B分别从不同方向与离子对齐，可编程光纤阵列A的第i个通道与第j个离子对齐，可编程光纤阵列B的第k个通道与第j个离子对齐，第i个通道中的激光和第k个通道中的激光之间的频率之差与第j个离子的两个能级间的共振频率满足预设的频率条件，可以实现两个能级间的受激拉曼跃迁；
对于{j1,j2,j3,…,jn}多个离子，可编程光纤阵列A的第{i1,i2,i3,…,in}个通道与离子一一对应, 可编程光纤阵列B的第{k1,k2,k3,…,kn}个通道与离子一一对应。
15.根据权利要求14所述的一种利用可编程光纤阵列双侧独立寻址实现多离子受激拉曼跃迁的方法，其特征在于，所述第i个通道中的激光和第k个通道中的激光来自同一个激光光源或不同的激光光源，其中，两个激光之间具有稳定的相位关系。
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