TW202409510A - 用於使用光學干涉儀之量子光發射器之激發場之抑制 - Google Patents

用於使用光學干涉儀之量子光發射器之激發場之抑制 Download PDF

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Abstract

藉由控制或設定一相位差，使用與一激發抵消光束之干涉來抵消用於產生冷光之激發。一激發光束及一激發抵消光束從一共同源產生，且該激發光束經引導至一量子光發射器以產生冷光。一殘餘激發光束及該激發抵消光束經耦合以相消地干涉，使得該冷光可用於偵測，或另外無該激發光束之大部分。

Description

用於使用光學干涉儀之量子光發射器之激發場之抑制
本發明係關於區分激發光與回應於激發光產生之冷光。
在回應於一激發光束產生光束之光源之應用中，可能難以將由激發光束產生之光束與激發光束本身分離。此對於產生諸如單一或少量光子之低光束功率之光源尤其成問題。例如，藉由將一激發光束引導至一冷光材料而產生之單一光子之偵測通常因激發光束以及冷光發射之存在而複雜化。在一些實施方案中，冷光發射及激發光束具有類似之特性，諸如波長及偏光狀態，且兩者皆指向一偵測器，此係因為其等難以分離，因此降低可用信雜比。需要將冷光與激發光分離之替代方法。期望抑制偵測器處之激發光束，以改良冷光發射之偵測中之信雜比。
提供系統、方法及設備以抵消與由激發光產生之冷光一起傳播之激發光。通常，一激發光束經引導至一冷光發射器以產生冷光及一殘餘激發光束。冷光及殘餘激發光束與一激發抵消光束組合。選擇殘餘激發光束與激發抵消光束之間的一相對相位，使得殘餘激發光束及激發抵消光束相消地干涉。激發光束及激發抵消光束通常由一共同源光束及使用非引導或引導光束傳播界定之光學路徑形成。
從參考附圖進行之以下實施方式，上述及其他特徵以及優點將變得更明顯。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2022年8月23日申請且題為「SUPPRESSION OF EXCITATION FIELD FOR QUANTUM LIGHT EMITTERS USING OPTICAL INTERFEROMETERS」之美國申請案第17/821,755號之優先權，該申請案出於所有目的以引用的方式併入本文中。為美利堅合眾國之目的，本申請案根據35 U.S.C. §119規定主張2022年8月23日申請且題為「SUPPRESSION OF EXCITATION FIELD FOR QUANTUM LIGHT EMITTERS USING OPTICAL INTERFEROMETERS」之美國申請案第17/821,755號之權利，該申請案出於所有目的以引用的方式併入本文中。
雖然分離冷光及激發光之問題對於涉及單一光子發射之應用尤其重要，但在許多其他情況下，亦期望抑制激發光束。本文揭示解決來自冷光發射之一激發光之抑制之系統、方法及設備。在此等實例中，提供一額外光束(一「激發抵消光束」)以減小用於產生冷光之一激發光束之振幅。此一激發抵消光束可在無主動光束塑形之情況下從一激發光束被動地產生； 定義及術語
如本文所使用，一冷光發射或冷光係指回應於一或多個激發光子之吸收而產生之光致發光。特定言之，實例參考螢光發光來描述，其中光子在激發光子之吸收之小於1、10、100 ns、1 μs或10 μs內產生。可使用其他類型之冷光發射器，諸如磷光發光發射器，但對於其中激發光子及冷光發射具有足夠時間間隔之發射器，可取代本文揭示之激發抵消方法或作為其等之補充，基於時間間隔來實現激發光及冷光之分離。如本文所使用，一量子發射器(QE)係可操作以回應於用一激發光束照射而產生一單一光子之一冷光發射器。雖然所揭示之方法係關於光致發光中之激發抵消來描述，但可使用與其他類型之螢光發光及磷光發光相關聯之發射器。
所揭示之方法可基於各種類型之冷光發射器，諸如(例如)量子點或色彩中心。色彩中心係固態系統中之缺陷，其中電子躍遷位於一主體材料之一帶隙內。此等躍遷導致光之一特性吸收及發射，且在高濃度下向主體材料賦予一特性色彩。雖然存在許多類型之色彩中心，但此等之一些可整合至矽中，且本質上在介於大約1200 nm與1650 nm之間的電信波長下操作。此等色彩中心之一個實例係矽中之輻射損害中心。一個特定輻射損害中心係T中心，即被視為由兩個碳原子及一個氫原子組成之一順磁性缺陷。T中心尤其擁有高度相干之電子及核自旋自由度，以及在電信O帶中之1326 nm附近之狹窄、自旋相依整體光學躍遷。此等性質使T中心成為整合至應用(諸如具有長壽命量子記憶體及運算能力之量子網路)中之一方便候選者。回應於一激發光束之色彩中心及其他冷光發射器之發射性質可藉由耦合至一光學腔來增強。
與一輸入激發光束在一共同方向上傳播之光束部分在本文被稱為前向傳播或前向光束，而在相反方向上傳播之光束被稱為後向傳播或後向光束。
如本文所使用，一諧振發射器包括位於一光學諧振器中之一冷光材料。冷光材料可沿著由光學諧振器界定之光學路徑之一部分或全部定位。光學諧振器可係一法布裡-珀羅(Fabry-Perot)諧振器，其包含由平坦或彎曲之反射器終止之一線性光學路徑，該等反射器具有依據反射器之反射率而變化之一諧振器Q及精細度。可使用諸如環形諧振器、微環形諧振器或光子晶體諧振器之其他類型之諧振器，且諧振器光學路徑可係一引導或非引導光學路徑。基於所謂珀塞爾(Purcell)效應，選擇諸如光學路徑長度、折射率、Q、精細度及模態體積之諧振器特性來增強冷光發射。法布裡-珀羅諧振器可用具有相同或不同反射率之反射器界定，且此等諧振器分別被稱為對稱及非對稱的。在一些實例中，非對稱法布裡-珀羅諧振器經組態以優先提供前向或後向傳播之冷光。例如，忽略損耗，一輸入側反射器可具有一反射率R1 (透射率1-R1)，而輸出側具有大於或小於R1之一反射率R2。對於R2 = 100%，不輸出前向傳播之冷光光束；對於R2 ＜ R1，前向傳播之冷光光束係有利的。
通常，與一激發光束相關聯之一激發波長及與一發射波長相關聯之一波長實質上相同。光學諧振器在此實質上共同波長下諧振，以增強激發效率及收集效率兩者。然而，若兩個波長實質上不同，則通常較佳的是，諧振器在發射波長下諧振，但在此情況下，產生激發光束之雷射係偏離諧振，且可在一充分不同之波長下，使得其可使用光譜濾波器來衰減。
用於產生冷光之光學輻射在本文被稱為激發光或一激發光束。激發光或一激發光束之至少一部分被吸收以產生冷光。激發光或激發光束之剩餘部分在本文被稱為殘餘激發光或一殘餘激發光束。用於抑制殘餘激發光或殘餘激發光束之光學輻射在本文被稱為激發抵消光或一激發抵消光束。通常期望完全消除與回應於激發光而產生之冷光共傳播之殘餘激發光。但，如本文所使用，激發光衰減2、5、10、20、50、100或更多倍通常係令人滿意的，且在本文中被稱為激發抵消。另外，產生小於1/2、1/4、1/5、1/10、1/20、1/50、1/100或小於殘餘激發光之一強度之一組合強度之激發抵消光與殘餘激發光之任何組合被稱為激發抵消。激發抵消通常旨在增加與冷光相關聯之一經偵測信號中之信雜比，且有鑑於此，對受關注之冷光信號展現出低損耗之激發抵消之實施方案係較佳的。在實例中，為方便起見，激發、殘餘激發抵消及冷光光束被展示為脈衝化，此係因為此等可係脈衝化的或連續的。如本文所使用，光束或光係指傳播在介於200 nm與25 μm之間的一波長範圍中之電磁輻射。任何特定之光束可由一個或許多光子構成。回應於一激發光束而產生之冷光亦稱為冷光光束，不過僅使用或收集所產生之冷光之一部分。
在一些實例中，光束作為非引導光束或作為引導光束在光學波導中傳播，該等光波導可界定在諸如絕緣體上矽(SOI)、AlGaAs、InGaAs、InP、InAlAs、Ge、GaAs、SiC或其他半導體、玻璃或熔融石英、塑膠、聚合物或其他基板或光纖(諸如包含偏光及偏光保持光纖之單模或多模光纖)中或其等上。波導可係條形、肋形、光子晶體、中空管、埋設通道、條形加載、脊形或擴散波導。通常，所揭示之方法可使用經引導、非引導或其等組合之光學路徑。在可用於界定發射器及/或偵測器之材料中或上界定波導可係方便的。通常使用單模波導。替代地，可使用其等之上可形成發射器及/或偵測器之基板。在其他實例中，光束在無引導之情況下傳播，諸如在自由空間或氣體、液體或固體介質中傳播。
一源光束通常由一分束器劃分成一激發光束及一激發抵消光束。激發光束經引導至一冷光發射器以產生冷光。激發抵消光束與殘餘激發光束及冷光組合以抑制殘餘激發光束。藉由在±30、±20、±10、±2、±1度或更小內將激發抵消光束之相位配置成與殘餘激發光束異相180度來達成激發抵消。類似地，若光束具有小於±30、±20、±10、±2、±1度或更小之一相對相位差，則光束被稱為同相。殘餘激發光束及激發抵消光束之各者之強度(或振幅)較佳地在±20%、±10%、±5%、±2%、±1%或更小內匹配。較大之強度或振幅差限制一殘餘激發光束及一激發抵消光束提供抵消之程度。例如，具有遠高於一殘餘激發光束之一強度之一激發抵消光束導致激發抵消光束之部分繼續與回應於激發光束而產生之冷光共傳播。在所揭示之方法、系統及裝置之應用中，為相消干涉選擇殘餘激發光束與激發抵消光束之間的相對相位，且選擇殘餘激發光束及激發抵消光束之振幅(或強度)，使得相消干涉導致經組合之殘餘激發光束及激發抵消光束之一輸出振幅(或強度)小於殘餘激發光束之振幅(或強度)之10%、1%、0.1%、0.01%、0.001%或更小。振幅或相位與較佳值之偏差導致抵消之減少。殘餘激發光束及激發抵消光束較佳地處於實質上相同之偏光狀態(SOP)以相消地干涉。在所揭示之實例中，未展示SOP控制裝置。相對相位較佳地基於與激發光束及激發抵消光束相關聯之路徑長度而被動地建置。例如，藉由在與不同路徑相關聯之光束之間選擇合適之一路徑長度差，可在界定波導之晶片上進行相位調諧。可使用主動相位控制及移相器，但其等傾向於增加複雜性及成本。
如下文討論，對於脈衝化激發光束，當藉由選擇沿著與激發光束及殘餘激發光束相關聯之光學路徑之傳播時間來使用諧振發射器時，一激發抵消光束經配置以結合諧振器性質提供時間重疊及光譜重疊。
可基於沿著各自路徑之各自路徑長度及折射率來建置激發光束與激發抵消光束路徑之間的一相移。基於一或多個折射率及實體長度之有效路徑長度在本文稱為光學路徑長度。在實例中，一移相器或移相區通常在與一激發抵消光束相關聯之一光學路徑中指示，但移相器或移相區可設置在激發光束及激發抵消光束路徑之一者或兩者中。雖然期望建置光學路徑長度以在無主動控制之情況下產生相消干涉，但可基於電光效應、聲光效應或以其他方式使用主動光學相位調變器。例如，矽波導裝置中之相位調變可基於載流子密度調變或熱調變。
為便於解釋，可操作以將一輸入光束劃成兩個或更多個光束之光學裝置、組件或結構被稱為分束器。在實例中，使用具有兩個輸入及兩個輸出之分束器，但可使用具有額外輸入及輸出之分束器。分束器亦用作具有對應於分束器輸出之輸入及對應於分束器輸入之輸出之光束組合器。雖然分束器可充當光束組合器，但其等在本文通常將被稱為分束器。分束器可用適用於非引導光束之光學裝置(諸如分束板、分束立方體、偏光分束立方體、二向色分束板或立方體、全像光學元件、繞射光柵)或用適用於引導光束之光學裝置(諸如一波導耦合器、熔融光纖耦合器或其他)來實施。分束器輸入與輸出之間的分裂比可變化，但通常經選擇來減少冷光之衰減。在本揭示內容中，由分束器接收之一光束通常基於一所選擇分裂比分裂成具有振幅或強度之部分，且在一些實例中提供特定分裂比。為清楚起見，除非有必要，否則在本文引用在一分束器處產生之一激發光束、一殘餘激發光束或冷光之一部分而不引用「部分」。
光學系統經繪示為具有沿著一或多個線性光學路徑之光束傳播，且將瞭解，任何此光學路徑可使用稜鏡、反射鏡、全像元件或其他光學組件或裝置來彎曲或摺疊。光學路徑可係引導光學路徑或非引導光學路徑。與一輸入激發光束在一共同方向上傳播之光束部分在本文被稱為前向傳播或前向光束，而在相反方向上傳播之光束被稱為後向傳播或後向光束。在一些實例中，非對稱法布裡-珀羅諧振器經組態以優先提供前向或後向傳播之冷光。
光束源包含雷射，諸如氣體雷射、雷射二極體、外腔半導體雷射、光纖雷射、固態雷射(諸如基於玻璃或晶體之雷射)，或具有允許激發抵消光束及殘餘激發光束之相消干涉之相干長度之其他源。例如，可結合小於一相干長度之光學路徑差使用具有有限相干之發光二極體或其他源。源可根據需要經由冷光以經選擇以產生一個、兩個或更多個光子之強度脈衝化。
用於抑制激發光之所揭示之系統及方法被稱為「激發抵消」系統及方法。由於激發抵消方案之目標係改良發射光之偵測中之信雜比，因此非常期望在不將額外之損耗源引入網路之情況下達成此目標。有鑑於此，可選擇分束器分裂比以利於冷光輸出。
諸如光纖耦合器及分束板之分束器用於組合光束以產生相消或相長干涉。對於具有兩個輸入及兩個輸出(諸如一光纖耦合器中之兩個光纖、一分束板或立方體中之分束器反射率及透射率)之一分束器(即，如上文討論之一光束組合器)，分束器在耦合至不同輸出之光束部分之間產生一180度相移。同相或異相180度到達之光束將在一個輸出處相消地干涉，且在另一輸出處相長地干涉。例如，若同相輸入光束在一第一輸出處相長地干涉，且在一第二輸出處相消地干涉，則將輸入光束相對相位改變180度在第二輸出產生相長干涉，且在第一輸出產生相消干涉。如本文所使用，參考相對光束相位用於指示光束是否經組態以相對於一期望輸出相消地干涉或相長地干涉。與抵消相關聯之光束(諸如一激發光束及一相關聯之激發抵消光束)被稱為異相，而待輸出之光束(諸如前向及後向傳播之冷光)被稱為同相。對於異相光束，雖然相消干涉與一第一分束器輸出相關聯，但相長干涉與一第二分束器輸出相關聯。
如本申請案及發明申請專利範圍中使用，單數形式「一」、「一個」及「該」包含複數形式，除非內容脈絡另外清楚指示。另外，術語「包含」意指「包括」。此外，術語「耦合」不排除耦合項目之間的中間元件之存在。
在本文描述之系統、設備及方法不應被解釋為以任何方式限制。替代地，本發明係關於各種所揭示實施例之全部新穎及不明顯特徵及態樣(單獨地及以彼此之各種組合及子組合)。所揭示系統、方法及設備不限於任何特定態樣或特徵或其等之組合，所揭示系統、方法及設備亦不要求存在任何一或多個特定優點或解決問題。任何操作理論係為促進解釋，但所揭示之系統、方法及設備不限於此等操作理論。
雖然為方便表示，以一特定、循序順序描述一些所揭示方法之操作，但應理解，此描述方式涵蓋重新配置，除非藉由下文陳述之特定語言要求一特定排序。例如，在一些情況中，可重新配置或同時執行循序描述之操作。此外，為了簡單起見，附圖可不展示所揭示之系統、方法及設備可與其他系統、方法及設備結合使用之各種方式。另外，描述有時使用如「產生」及「提供」之術語來描述所揭示之方法。此等術語係對所執行之實際操作之高階抽象化。對應於此等術語之實際操作將取決於特定實施方案而變化，且容易由一般技術者辨別。
在一些實例中，值、程序或設備被稱為「最低」、「最佳」、「最小」或類似者。應瞭解，此等描述旨在指示可進行許多所使用之功能替代方案當中之一選擇，且此等選擇不需要比其他選擇更佳、更小或以其他方式更佳。 實例 1 . 使用 偽主動相位控制之激發抵消
參考圖1，提供激發抵消之一光學系統100包含一光束源102，諸如將一源光束104引導至一第一分束器106之一雷射，該第一分束器106被展示為一分束立方體。第一分束器106將源光束104分裂成經引導至一冷光發射器110之一激發光束108，該冷光發射器110被展示為一量子發射器(QE)。第一分束器106亦產生一激發抵消光束112。激發抵消光束112及激發光束108分別被展示為經反射及透射，但可替代地為透射及反射光束，或以其他方式產生，諸如用一波導分束器。在冷光發射器110處，激發光束108產生冷光114。(如繪示中所使用，實線用於指示一源、激發或激發抵消光束之部分，且虛線用於指示冷光)。接著，冷光114及一殘餘激發光束109入射至一第二分束器116，該第二分束器116經定位以將殘餘激發光束109之一部分反射至一輸出120且將一部分透射至一出口122。激發抵消光束112經引導至一第一反射器113A、一相位調變器118、一第二反射器113B，且接著經引導至第二分束器116。激發抵消光束112之一部分與冷光114及殘餘激發光束109之反射部分組合而透射至輸出120。激發抵消光束112之另一部分與冷光114及殘餘激發光束109之透射部分組合而反射。回應於來自一調變器控制電路126之一驅動信號，用相位調變器118設定激發抵消光束112與殘餘激發光束109之間的一相對相位。憑藉適當之相位調整，激發抵消光束112與殘餘激發光束109之間的一相對相位經設定以在輸出120處提供相消干涉，即，光束異相。憑藉同一調整，激發抵消光束112及殘餘激發光束109將在出口122處同相，以相長地干涉。分束器116在透射光束與反射光束之間產生180度之一相移，使得激發抵消光束112及殘餘激發光束109可在入射至分束器反射表面117時同相。無論同相入射或異相入射，激發抵消光束112及殘餘激發光束109可經控制以在輸出120處相消地干涉及在出口122處相長地干涉(或反之亦然)。在輸出120被選擇為冷光114之目的地的情況下，分束器116經選擇為具有一相對大之反射率，諸如大於75%、80%、85%、90%、95%、97.5%、99%或更大，使得冷光有效地耦合至輸出120。因為高反射率與低透射率相關聯，故使得用第一分束器106產生之激發抵消光束量值大於激發光束之量值。分別對於第一及第二分束器反射率及透射率R 1、R 2及T 1、T 2，設定R 1,•T 2= R 2•T 1允許完全抵消，在至分束器116之傳播中無光束衰減。憑藉適當之相位選擇，冷光114在120處作為具有低衰減之冷光輸出130輸出。如將瞭解，光學系統利用最小之主動元件來提供激發抵消。特定言之，光學系統100在不使用強度調變器之情況下提供激發抵消。此在其中主動組件之存在可增加系統內之光子損耗率之單光子偵測應用中尤其係期望的。 實例 2 . 使 用主動相位控制之雙源激發抵消
參考圖2，一代表性激發抵消系統200包含一第一光束源202，該第一光束源202經定位以將一激發光束204引導至一冷光發射器206且產生冷光208及一殘餘激發光束210，其等兩者經引導至被繪示為一分束立方體之一分束器211。一第二光束源212經定位以經由一相位調變器216提供一激發抵消光束214至分束器211。第一源202、第二源212及相位調變器216耦合至一控制系統220，該控制系統220提供驅動信號以設定光束功率、波長、脈衝長度，且選擇冷光發射之時間窗。在系統200中，提供用於激發及激發抵消光束之分開的源，不過如圖1所展示可使用一單一源。相位調變器216設置在激發抵消光束214之一光學路徑中，但相位調變器可設置在激發光束光學路徑或激發抵消光束光學路徑之任一者或兩者中。憑藉激發及激發抵消光束波長、強度及各自光學路徑之適當控制及穩定性，用相位調變器進行相位調整係不必要的。光學路徑差可經設定使得激發光束204及激發抵消光束214在一輸出224處相消地干涉，且在一輸出226處相長地干涉，或反之亦然。如展示，選擇激發光束204及激發抵消光束214之相對相位，使得殘餘激發光束210及激發抵消光束214在輸出224處相消地干涉，使得冷光208從輸出224傳播而無殘餘激發光束210或激發抵消光束214之大部分。在此情況下，殘餘激發光束210及激發抵消光束214在輸出226處相長地干涉，且此等光束自此輸出傳播出來。
控制系統220提供各種控制信號，使得產生具有激發抵消之冷光。例如，對於使用外腔半導體雷射或其他半導體雷射之實施方案，控制雷射電流及溫度。由控制系統220選擇激發光束及激發抵消光束脈衝定時，使得各自光束在時間上重疊以干涉。控制系統220亦可用相位調變器216控制激發光束與激發抵消光束之間的相對相移，前提是此額外控制係必要的。 實例 3 . 使用 被動設定相位之激發抵消
圖3A至圖3C繪示具有激發與激發抵消光束之間之一固定相對相位而無主動相位控制之一代表性激發抵消系統300，且進一步繪示系統300之操作。圖3B至圖3C分別繪示從一分束器向外傳播之光束及返回至分束器之光束，以繪示使用中之系統300。參考圖3A至圖3C，系統300包含一源302，該源302產生經引導至一分束器308之第一輸入埠306之一源光束304。分束器308將源光束304分裂成分別耦合至一第一分束器輸出埠317及一第二分束器輸出埠318之一激發光束310及一激發抵消光束312。如圖3B所展示，激發抵消光束312經引導至一相位補償器314及一回反射器316。如圖3C所展示，激發抵消光束312返回至分束器308。分束器308將激發抵消光束312耦合至分束器308之第一輸入埠306 (此處用作一輸出)及一第二輸入埠307 (此處用作一輸出)。一偵測器322 (展示為一單一光子超導偵測器)耦合至第二輸入埠307以接收來自分束器308之光束。偵測器可係一固態偵測器(例如，光電二極體、突崩光電二極體)、一光電倍增管、一戈萊盒(Golay cell)、一熱輻射計或任何其他類型之偵測器。
第二輸出埠318耦合至一諧振量子發射器324，該諧振量子發射器324包含一冷光發射器326，諸如在定位於由反射器328A、328B界定之一光學諧振器中之一半導體或其他晶體材料界定之一色彩中心。回應於激發光束310及一殘餘激發光束332之冷光在第二輸出埠318 (此處用作一輸入)處耦合回至分束器308，該第二輸出埠318繼而將此等光束耦合至第一輸入埠306及第二輸入埠307 (此處兩者用作輸出埠)。
冷光、激發抵消光束及殘餘激發光束至分束器308之輸入埠之耦合取決於分束器308之一分裂比以及激發抵消光束與殘餘激發光束之間的相對相位。為有效地使用冷光，選擇分裂比以將一相對大部分之冷光(超過75%、80%、85%、90%或95%)耦合至偵測器322，使得僅一小部分在輸入埠306處離開分束器(小於25%、20%、15%、10%或5%)。介於99：1與80：20之間的分束器分裂比係較佳的，其中分束器埠經配置以有利於遞送冷光至偵測器322或其他裝置或系統。
在使用單光子偵測器之應用中，抑制一共傳播之殘餘激發光束可係特別期望的。此等偵測器通常在光子偵測之後具有一死區時間，使得殘餘激發光束光子之偵測阻止通常受關注之冷光子之偵測。
圖3B繪示將激發光束310從分束器308遞送至諧振量子發射器324以及將激發抵消光束312遞送至相位補償器314及回反射器316；圖3C繪示將一殘餘激發光束332及冷光330遞送至分束器308以及隨後耦合至第一輸入埠306及第二輸入埠307。回反射器之反射率通常應與諧振量子發射器324之反射率匹配，使得激發抵消光束及殘餘激發光束之振幅匹配以用於抵消。如繪示，冷光330之部分330A、330B以及組合之殘餘激發光束312及激發抵消光束之部分340A、340B分別耦合朝向源302或偵測器322。憑藉適當選擇激發抵消光束之振幅及殘餘激發光束332與激發抵消光束312之間的相對相位，組合之部分340B較小。類似地，憑藉適當選擇分束器308之分裂比，經引導朝向偵測器322之冷光之部分330B包括80%或更多之所收集之冷光。 實例 4 . 代表性激發抵消方法
參考圖4，一代表性方法400包含在402將一源光束分裂成一激發光束及一激發抵消光束。在404，將激發光束引導至產生一冷光光束及一殘餘激發光束之一冷光發射器。在406，藉由調整殘餘激發光束及激發抵消光束之一者或兩者之振幅及/或相位來建置此等光束之振幅及一相對相位。在408，將冷光光束、殘餘激發光束及激發抵消光束之組合引導至具有建置之相對相位之一輸出，使得殘餘激發光束及激發抵消光束相消地干涉。接著，冷光光束傳播至諸如偵測器之一目標，而實質上無激發光束或激發抵消光束之剩餘部分。
來自一單一源之一源光束可被分裂成多個激發光束及激發抵消光束，以在多個冷光發射器中產生冷光且提供激發抵消，或可使用來自個別源之源光束。用於一特定冷光發射器之一激發光束及一激發抵消光束可從一共同源或不同源提供。若需要，可針對干涉調整一或多個光束之SOP，但此SOP控制不包含在圖4中。 實例 5 . 使用 雙向冷光收集之被動激發抵消
參考圖5A，代表性系統500包含一第一分束器504，該第一分束器504經定位以接收一源光束502。分束器504將從源光束502產生之一激發抵消光束耦合至一相位補償器506，且將一激發光束耦合至一冷光發射器508。如上文討論，冷光發射器508包含定位於一光學諧振器中之一冷光材料。相位補償器506及冷光發射器508耦合至一第二分束器509，使得組合一殘餘激發光束、來自冷光發射器508之一冷光光束及激發抵消光束。建置殘餘激發光束與激發抵消光束之間的一相對相位，使得此等光束相消地干涉，且在一分束器輸出511A處，激發光束及激發抵消光束衰減或消除，僅留下一冷光光束而無激發光之大部分。冷光光束經引導至耦合至一第三分束器512之一第二相位補償器510。一相長地干涉的殘餘激發光束及激發抵消光束耦合至分束器509之一輸出511B。
冷光發射器508之激發可產生傳播朝向第一分束器504 (「後向」)或第二分束器509 (「前向」)之任一者之冷光。上文討論傳播朝向分束器509之前向冷光。傳播朝向第一分束器504之後向冷光藉由第一分束器504耦合至第三分束器512，且與來自第二分束器509之前向冷光組合。藉由用第二相位補償器510選擇一合適之相位，前向冷光及後向冷光在第三分束器512之一輸出515處同相，且相長地干涉。
圖5B繪示在使用中之圖5A之設備中產生之各種光束，包含一激發光束522、一激發抵消光束524 (在相位補償之後)、來自冷光發射器508之一前向冷光光束526及一殘餘激發光束527、激發光束抵消之後之一前向冷光光束528及由第一分束器504耦合至第三分束器512之一後向冷光光束529。未展示來自分束器509在一輸出511B處之相長地干涉的光束，且展示具有完全激發抵消之前向冷光光束528。
激發光束522可在冷光發射器508處部分反射，尤其歸因於與冷光發射器508相關聯之光學諧振器，及耦合至分束器512之部分反射光束。歸因於此反射，在分束器509處之殘餘激發光束及激發抵消光束之干涉降級，且激發光束之一部分(本文稱為一「洩漏部分」)從分束器509耦合至分束器512。在相位補償器510經設定使得冷光光束528、529在分束器512處相長地干涉之情況下，激發光束之反射部分及洩漏部分相消地干涉。反射部分及洩漏部分始終與冷光光束528、529相反地干涉，此係因為部分反射導致此等部分之間的一180度相移。雙向冷光光束528、529未經歷此基於反射之相移。 實例 6 . 代表性諧振冷光發射器
參考圖6A，一代表性諧振冷光發射器600經界定在諸如二氧化矽、矽、絕緣體上矽(SOI)或其他基板之一基板602上。諧振冷光發射器600包含耦合至諸如矽中之一色彩中心區之一冷光發射區606之一波導604。冷光發射器600經定位於界定一法布裡-珀羅諧振器之一諧振腔之反射器608、609之間。反射器608、609被展示為整合在基板上，但可使用基板602外部之反射器。反射器可形成為多層介電塗層、光柵、全像反射器，或基於波導604與反射器608、609之間的一折射率差。通常，品質因數Q之較大值係較佳的，使得Q大於10、50、100、200或500。腔光學路徑長度係由一波導折射率、冷光發射區折射率及長度以及反射器間隔判定。腔光學長度判定諧振頻率間距，且反射器光譜頻寬判定有用之諧振器頻寬。
圖6B至圖6C繪示法布裡-珀羅諧振器610、620，其等分別包含冷光發射區616、626及反射器618、619及628、629。如展示，一冷光發射區可在反射器間延伸，或僅部分地沿著一光學路徑延伸，且不需要相對於反射器對稱地定位。反射器被繪示為平坦的，但可使用彎曲之反射器。如圖6A至圖6C所展示，法布裡-珀羅諧振器可包含經配置用於引導或非引導傳播之光學路徑。為增強冷光發射，諧振器依一冷光發射頻率或頻率範圍諧振。 實例 7 . 代表性激發抵消條件
圖7A係係在一矽波導中用於增強10 μm路徑長度之冷光發射之諧振器之依據品質因數(Q)而變化之群組延遲之一圖表。為使一激發抵消光束脈衝有效地抵消一殘餘激發光束脈衝，脈衝必須在一分束器處在時間上重疊。如圖7A所展示，在Q為10,000的情況下產生之一群組延遲約為10 ps，使得對於持續時間大於約10 ns之脈衝，群組延遲不限制激發抵消。對於較短之脈衝，尤其脈衝持續時間小於1 ns之脈衝，較佳地選擇一激發抵消光束與一殘餘激發光束之間的一光學路徑差來補償群組延遲。對於一特定之脈衝長度，可選擇群組延遲補償以提供80%、90%、95%或更大之時間重疊，其中時間重疊經量測與一激發脈衝量測成比例(例如，與一激發光束脈衝寬度成比例)。舉例而言，50% 的時間重疊對應於激發光束脈衝寬度的一半的重疊持續時間。為了計算脈衝(例如，激發抵消光束之脈衝與殘餘激發光束脈衝)之間的時間重疊，該等脈衝經模型化為具有對應於實際脈衝之半高全寬之寬度之方形脈衝。因此，50% 的時間重疊指示方形脈衝重疊的一持續時間係表示激發光束脈衝之方形脈衝寬度的一半。替代地，可調整群組延遲補償以提供合適之激發抵消。群組延遲補償可係可變的(即，經主動控制)，但被動補償係較佳的。如從圖7A瞭解，對於長脈衝(＞10 ns)或低Q (Q ＜ 100)，通常不需要群組延遲補償。
圖7B繪示類似於圖3A之一系統700，但在一激發抵消光束路徑中具有一群組延遲補償器702。此一補償器可形成為一波導中之一額外路徑長度或其他。與產生激發抵消之相位調整相比，群組延遲補償需要與激發抵消光束相關聯之路徑中之額外路徑長度(延遲)。圖7C至圖7D展示與矽中具有331之一Q因數及10 μm之一路徑長度之一腔之群組延遲相關聯之時間延遲。對於1 ns持續時間之一方形脈衝(圖7C)，僅注意到一脈衝後邊緣750上之一輕微差。對於具有大約5 ps之一脈衝寬度(FWHM)之一脈衝(圖7D)，一輸入脈衝(與一激發抵消脈衝相關聯)與對應反射脈衝(與一殘餘脈衝相關聯)之間的一輕微時間偏移係明顯的。對於此等實例，假設源光束處於如圖7E所展示之一腔諧振頻率。
圖7F繪示類似於圖3A及圖7B之一系統760，但具有藉由在一激發抵消光束路徑761中包含一諧振器770來提供之群組延遲補償。諧振器通常具有與一激發光束路徑763中之一諧振器772相似或相同之構造，且其可具備一冷光發射器774。激發抵消光束路徑761 (及/或激發光束路徑763)可包含一固定或可變相位調變器或相位補償器768，且包含一固定或可變振幅調變器或振幅補償器766。 實例 8 . 代表性干涉儀
參考圖8，一代表性激發抵消系統包含一源802，諸如一波長可調諧外腔雷射，其經定位以將一源光束引導至一振幅分割干涉儀804，諸如馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)或邁克爾遜(Michelson)干涉儀。諸如一諧振冷光發射器之一冷光發射器806經定位以沿著由干涉儀804界定之一第一光學路徑接收一激發光束。激發光束與冷光發射器806之相互作用產生冷光及一殘餘激發光束。一諧振冷光發射器包含一冷光材料及一光學諧振器。憑藉此一發射器，源802經波長調諧，使得激發光束波長處於一諧振波長下。一激發抵消光束沿著由干涉儀804界定之第二光學路徑引導。殘餘激發光束、冷光及激發抵消光束經組合，且部分經引導至一第一輸出808及一第二輸出810之一者或兩者。調整第一及第二光學路徑，使得殘餘激發光束及激發抵消光束在第一及第二輸出808、810之一者處相消地干涉。如展示，殘餘激發光束及激發抵消光束在輸出冷光之第一輸出808處相消地干涉，而無激發光束之大部分(理想情況下，無任何部分)。 代表性實施例
實施例1係一種方法，其包含：將一激發光束引導至一冷光發射器以產生冷光；將一殘餘激發光束及該冷光與一激發抵消光束組合；及設定該激發抵消光束之振幅及相位，使得該殘餘激發光束及該激發抵消光束在與該冷光相關聯之一傳播路徑上相消地干涉。
實施例2包含實施例1之標的物，且進一步包含從一共同源光束形成該激發光束及該激發抵消光束。
實施例3包含實施例1至2中任一項之標的物，且進一步指定基於該殘餘激發光束與該激發抵消光束之間的一光學路徑差來設定該激發抵消光束之該相位。
實施例4包含實施例1至3中任一項之標的物，且進一步指定該冷光發射器係一色彩中心材料。
實施例5包含實施例1至4中任一項之標的物，且進一步指定該冷光發射器定位於一光學腔中。
實施例6包含實施例1至5中任一項之標的物，且進一步指定該冷光發射器沿著一光學諧振器之一光學路徑定位。
實施例7包含實施例1至6中任一項之標的物，且進一步指定該光學諧振器係一法布裡-珀羅諧振器。
實施例8包含實施例1至7中任一項之標的物，且進一步指定該冷光發射器係沿著一法布裡-珀羅諧振器之一光學路徑定位之一色彩中心材料。
實施例9係一種光學系統，其包含：一雷射；至少一個分束器，其經定位以接收由該雷射產生之一源光束且將該源光束分裂成一激發光束及一激發抵消光束；一冷光發射器，其經定位以接收該激發光束且回應於該激發光束產生一冷光光束，其中該至少一個分束器組合一殘餘激發光束、該激發抵消光束及該冷光光束，使得該殘餘激發光束及該激發抵消光束相消地干涉；及一偵測器，其經定位以接收該冷光光束，而無該殘餘激發光束及該激發抵消光束。
實施例10包含實施例9之標的物，且進一步包含一反射器，該反射器經定位以接收該激發抵消光束且將該激發抵消光束引導至該分束器，其中該冷光發射器經定位以將該冷光引導至該分束器，且該分束器可操作以組合該激發抵消光束、該殘餘激發光束及該冷光光束且將該等經組合光束之一部分引導至該偵測器。
實施例11包含實施例9至10中任一項之標的物，且進一步指定該冷光發射器係定位於一光學諧振器中之一色彩中心材料。
實施例12包含實施例9至11中任一項之標的物，且進一步指定該光學諧振器係具有包含該源光束之一波長之一諧振頻寬之一法布裡-珀羅諧振器。
實施例13包含實施例9至12中任一項之標的物，且進一步指定該光學諧振器係一非對稱法布裡-珀羅諧振器。
實施例14包含實施例9至13中任一項之標的物，且進一步指定由該偵測器接收之該冷光光束係一反向傳播之冷光光束。
實施例15包含實施例9至14中任一項之標的物，且進一步指定由該偵測器接收之該冷光光束係一前向傳播之冷光光束。
實施例16包含實施例9至15中任一項之標的物，且進一步指定由該偵測器接收之該冷光光束包含經組合以相長地干涉之一前向傳播冷光光束及一後向傳播冷光光束。
實施例17包含實施例9至16中任一項之標的物，且進一步指定該冷光發射器係一矽色彩中心材料。
實施例18包含實施例9至17中任一項之標的物，且進一步指定該分束器係一波導分束器，其沿著一激發光束波導及光學耦合至該冷光發射器之一激發抵消光束波導引導該激發光束及該激發抵消光束。
實施例19包含實施例9至18中任一項之標的物，且進一步包含一光學移相器，其經定位以在該殘餘激發光束與該激發抵消光束之間產生一相對相移，使得該殘餘激發光束及該激發抵消光束相消地干涉。
實施例20包含實施例9至19中任一項之標的物，且進一步指定該雷射係可操作以產生波長介於1200 nm與1650 nm之間的該源光束之一外腔半導體雷射，且該偵測器係一超導單光子偵測器。
實施例21包含實施例9至20中任一項之標的物，且進一步指定該源光束係具有一源波長之一脈衝光束且產生具有一脈衝寬度之脈衝，該冷光發射器定位於具有一品質因數及一諧振器頻寬之一光學諧振器中，該品質因數及該諧振器頻寬經選擇使得該源波長在該諧振器頻寬內，且與該光學諧振器相關聯之一群組延遲小於該脈衝寬度之1/10。
實施例22係一種光學波導系統，其包含：一第一波導分束器，其經定位以接收一源光束且產生一第一激發光束及一第一激發抵消光束，且分別沿著一激發波導及一激發抵消波導引導該第一激發光束及該第一激發抵消光束；一量子發射器，其經定位以沿著一激發波導接收該第一激發光束，導致冷光及一殘餘激發光束；一第二波導分束器，其經定位以接收且組合來自該激發抵消波導之該第一激發抵消光束及來自該激發波導之一殘餘激發光束及該冷光，其中該殘餘激發光束及該第一激發抵消光束在該第二波導分束器處相消地干涉；及一第三波導分束器，其光學耦合至該第一波導分束器及該第二波導分束器以接收由該量子發射器沿著一第一波導光學路徑引導至該第一波導分束器之冷光及由該第二波導分束器沿著一第二波導光學路徑接收之冷光。
實施例23包含實施例22之標的物，且進一步指定選擇該第一波導光學路徑及該第二波導光學路徑，使得從該第一波導分束器接收之該冷光及從該第二波導分束器接收之該冷光在該第三波導分束器處相長地干涉。
實施例24包含實施例22至23中任一項之標的物，且進一步包含一相位調變器，其沿著該激發抵消波導及該激發波導之至少一者定位，且可操作使得該第一激發抵消光束及該殘餘激發光束相消地干涉。
實施例25包含實施例22至24中任一項之標的物，且進一步包含一相位調變器，其沿著第一波導光學路徑及該第二波導光學路徑之至少一者定位，且可操作使得來自該第一波導分束器之該冷光及來自該第二波導分束器之該冷光在該第三波導分束器處相長地干涉。
實施例26包含實施例22至25中任一項之標的物，且進一步包含一光學諧振器，其中該量子發射器定位於該光學諧振器內，且該相位調變器可操作使得來自該光學諧振器之一反射激發光束在該第三波導分束器處與一透射光束之一部分相消地干涉。
實施例27係一種量子光源，其包含：一光學諧振器；一冷光材料，其定位於該光學諧振器中，其中該光學諧振器具有對應於該冷光材料之一冷光發射波長之一諧振波長；一光束源，其可操作以產生一激發光束及一激發抵消光束；及一干涉儀，其界定一第一光學路徑及一第二光學路徑，其中該激發光束耦合至該第一光學路徑，且該激發抵消光束經引導至該第二光學路徑，其中該光學諧振器及該冷光材料定位於該第一光學路徑中，使得回應於該激發光束產生冷光，且界定該第一光學路徑及該第二光學路徑，使得該激發抵消光束；及一殘餘激發光束抵消，且該冷光經引導出該干涉儀以在無該激發抵消光束或該殘餘激發光束之大部分之情況下傳播。
實施例28係一種方法，其包含：將一源光束劃分為一激發光束及一激發抵消光束；將該激發光束引導至一第一諧振器；及組合來自該第一諧振器之該激發抵消光束之一部分及該激發光束之一部分以產生相消干涉。
實施例29包含實施例28之標的物，且進一步包含選擇該激發光束與該激發抵消光束之間的振幅及一相對相位，使得由該相消干涉產生之一光束之一振幅小於該激發光束及該激發抵消光束之該等振幅之10%。
實施例30包含實施例28至29中任一項之標的物，且進一步包含將該激發抵消光束引導至一第二諧振器，其中藉由組合來自該第二諧振器之該激發抵消光束之一部分及來自該第一諧振器之該激發光束之一部分來產生該相消干涉。
實施例31包含實施例28至30中任一項之標的物，且進一步包含將一冷光發射器定位在該第一諧振器中且回應於該激發光束產生冷光。
實施例32係一種方法，其包含：將一激發光束引導至一冷光發射器以產生冷光；將一殘餘激發光束及該冷光與一激發抵消光束組合；及調整該殘餘激發光束及該激發抵消光束之至少一者之振幅及相位，使得該殘餘激發光束及該激發抵消光束在與該冷光相關聯之一傳播路徑上相消地干涉。
鑑於可應用所揭示技術之原理之許多可能實施例，應認知，所繪示實施例僅為較佳實例，且不應被視為限制本發明之範疇。
100:光學系統 102:光束源 104:源光束 106:第一分束器 108:激發光束 109:殘餘激發光束 110:冷光發射器 112:激發抵消光束 113A:第一反射器 113B:第二反射器 114:冷光 116:第二分束器 117:分束器反射表面 118:相位調變器 120:輸出 122:出口 126:調變器控制電路 200:激發抵消系統 202:第一光束源 204:激發光束 206:冷光發射器 208:冷光 210:殘餘激發光束 211:分束器 212:第二光束源 214:激發抵消光束 216:相位調變器 220:控制系統 224:輸出 226:輸出 300:激發抵消系統 302:源 304:源光束 306:第一輸入埠 307:第二輸入埠 308:分束器 310:激發光束 312:激發抵消光束 314:相位補償器 316:回反射器 317:第一分束器輸出埠 318:第二分束器輸出埠/第二輸出埠 322:偵測器 324:諧振量子發射器 326:冷光發射器 328A:反射器 328B:反射器 330A:部分 330B:部分 330:冷光 332:殘餘激發光束 340A:部分 340B:部分 400:方法 402:步驟 404:步驟 406:步驟 408:步驟 502:源光束 504:第一分束器 506:相位補償器 508:冷光發射器 509:第二分束器 510:第二相位補償器 511A:分束器輸出 511B:輸出 512:第三分束器 515:輸出 522:激發光束 524:激發抵消光束 526:前向冷光光束 527:殘餘激發光束 528:前向冷光光束 529:後向冷光光束 600:諧振冷光發射器 602:基板 604:波導 606:冷光發射區 608:反射器 609:反射器 610:法布裡-珀羅諧振器 616:冷光發射區 618:反射器 619:反射器 620:法布裡-珀羅諧振器 626:冷光發射區 628:反射器 629:反射器 700:系統 702:群組延遲補償器 750:脈衝後邊緣 760:系統 761:激發抵消光束路徑 763:激發光束路徑 766:振幅補償器 768:相位補償器 770:諧振器 772:諧振器 774:冷光發射器 802:源 804:振幅分割干涉儀 806:冷光發射器 808:第一輸出 810:第二輸出
圖1繪示包含主動相位控制之一代表性激發抵消系統。
圖2繪示包含用於一激發光束及一激發抵消光束之不同源之一代表性激發抵消系統。
圖3A繪示具有被動相位控制之一代表性激發抵消系統。
圖3B至圖3C繪示圖3A之系統之操作。
圖4繪示激發抵消之一代表性方法。
圖5A繪示具有被動相位控制之一代表性激發抵消系統，其中捕獲前向及後向傳播之冷光兩者。
圖5B繪示圖5A之系統之操作。
圖6A至圖6C繪示代表性諧振冷光發射器。
圖7A係繪示在一矽波導中具有約10 μm之一光學路徑長度之一諧振器之依據諧振器Q因數(Q)而變化之群組延遲之一圖表。
圖7B繪示具有群組延遲補償之一代表性激發抵消系統。
圖7C至圖7D繪示由圖7B中使用之諧振器產生之一激發脈衝以及反射及透射脈衝之代表性時間脈衝形狀。
圖7E繪示具有一Q = 331之一諧振器及具有一高斯時間形狀之一激發脈衝之代表性正規化透射及反射光譜。
圖7F繪示在激發光束路徑及激發抵消光束路徑中用類似諧振器提供群組延遲補償之一代表性激發抵消系統。
圖8繪示使用一振幅分割干涉儀之一代表性激發抵消系統。
100:光學系統
102:光束源
104:源光束
106:第一分束器
108:激發光束
109:殘餘激發光束
110:冷光發射器
112:激發抵消光束
113A:第一反射器
113B:第二反射器
114:冷光
116:第二分束器
117:分束器反射表面
118:相位調變器
120:輸出
122:出口
126:調變器控制電路

Claims (32)

  1. 一種方法，其包括： 將一激發光束引導至一冷光發射器以產生冷光； 將一殘餘激發光束及該冷光與一激發抵消光束組合；及 設定該激發抵消光束之振幅及相位，使得該殘餘激發光束及該激發抵消光束在與該冷光相關聯之一傳播路徑上相消地干涉。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括從一共同源光束形成該激發光束及該激發抵消光束。
  3. 如請求項2之方法，其中基於該殘餘激發光束與該激發抵消光束之間的一光學路徑差來設定該激發抵消光束之該相位。
  4. 如請求項1之方法，其中該冷光發射器係一色彩中心材料。
  5. 如請求項4之方法，其中該冷光發射器定位於一光學腔中。
  6. 如請求項1之方法，其中該冷光發射器沿著一光學諧振器之一光學路徑定位。
  7. 如請求項6之方法，其中該光學諧振器係一法布裡-珀羅諧振器。
  8. 如請求項1之方法，其中該冷光發射器係沿著一法布裡-珀羅諧振器之一光學路徑定位之一色彩中心材料。
  9. 一種光學系統，其包括： 一雷射； 至少一個分束器，其經定位以接收由該雷射產生之一源光束且將該源光束分裂成一激發光束及一激發抵消光束； 一冷光發射器，其經定位以接收該激發光束且回應於該激發光束產生一冷光光束，其中該至少一個分束器組合一殘餘激發光束、該激發抵消光束及該冷光光束，使得該殘餘激發光束及該激發抵消光束相消地干涉；及 一偵測器，其經定位以接收該冷光光束，而無該殘餘激發光束及該激發抵消光束。
  10. 如請求項9之光學系統，其進一步包括一反射器，該反射器經定位以接收該激發抵消光束且將該激發抵消光束引導至該分束器，其中該冷光發射器經定位以將該冷光光束引導至該分束器，且該分束器可操作以組合該激發抵消光束、該殘餘激發光束及該冷光光束且將該等經組合光束之一部分引導至該偵測器。
  11. 如請求項9之光學系統，其中該冷光發射器係定位於一光學諧振器中之一色彩中心材料。
  12. 如請求項11之光學系統，其中該光學諧振器係具有包含該源光束之一波長之一諧振頻寬之一法布裡-珀羅諧振器。
  13. 如請求項12之光學系統，其中該光學諧振器係一非對稱法布裡-珀羅諧振器。
  14. 如請求項9之光學系統，其中由該偵測器接收之該冷光光束係一反向傳播之冷光光束。
  15. 如請求項9之光學系統，其中由該偵測器接收之該冷光光束係一前向傳播之冷光光束。
  16. 如請求項9之光學系統，其中由該偵測器接收之該冷光光束包含經組合以相長地干涉之一前向傳播冷光光束及一後向傳播冷光光束。
  17. 如請求項10之光學系統，其中該冷光發射器係一矽色彩中心材料。
  18. 如請求項17之光學系統，其中該分束器係一波導分束器，其沿著光學耦合至該冷光發射器之各自激發光束波導及激發抵消光束波導引導該激發光束及該激發抵消光束。
  19. 如請求項9之光學系統，其進一步包括一光學移相器，其經定位以在該殘餘激發光束與該激發抵消光束之間產生一相對相移，使得該殘餘激發光束及該激發抵消光束相消地干涉。
  20. 如請求項18之光學系統，其中該雷射係可操作以產生波長介於1200 nm與1650 nm之間的該源光束之一外腔半導體雷射，且該偵測器係一超導單光子偵測器。
  21. 如請求項9之光學系統，其中該源光束係具有一源波長之一脈衝光束且產生具有一脈衝寬度之脈衝，該冷光發射器定位於具有一品質因數及一諧振器頻寬之一光學諧振器中，該品質因數及該諧振器頻寬經選擇使得該源波長在該諧振器頻寬內，且與該光學諧振器相關聯之一群組延遲小於該脈衝寬度之1/10。
  22. 一種光學波導系統，其包括： 一第一波導分束器，其經定位以接收一源光束且產生一第一激發光束及一第一激發抵消光束，且分別沿著一激發波導及一激發抵消波導引導該第一激發光束及該第一激發抵消光束； 一量子發射器，其經定位以沿著該激發波導接收該第一激發光束，導致冷光及一殘餘激發光束； 一第二波導分束器，其經定位以接收且組合來自該激發抵消波導之該第一激發抵消光束及來自該激發波導之該殘餘激發光束及該冷光，其中該殘餘激發光束及該第一激發抵消光束在該第二波導分束器處相消地干涉；及 一第三波導分束器，其光學耦合至該第一波導分束器及該第二波導分束器以接收由該量子發射器沿著一第一波導光學路徑引導至該第一波導分束器之冷光及由該第二波導分束器沿著一第二波導光學路徑接收之冷光。
  23. 如請求項22之光學波導系統，其中選擇該第一波導光學路徑及該第二波導光學路徑，使得從該第一波導分束器接收之該冷光及從該第二波導分束器接收之該冷光在該第三波導分束器處相長地干涉。
  24. 如請求項22之光學波導系統，其進一步包括一相位調變器，其沿著該激發抵消波導及該激發波導之至少一者定位，且可操作使得該第一激發抵消光束及該殘餘激發光束相消地干涉。
  25. 如請求項23之光學波導系統，其進一步包括一相位調變器，其沿著第一波導光學路徑及該第二波導光學路徑之至少一者定位，且可操作使得來自該第一波導分束器之該冷光及來自該第二波導分束器之該冷光在該第三波導分束器處相長地干涉。
  26. 如請求項25之光學波導系統，其進一步包括一光學諧振器，其中該量子發射器定位於該光學諧振器內，且該相位調變器可操作使得來自該光學諧振器之一反射激發光束在該第三波導分束器處與一透射光束之一部分相消地干涉。
  27. 一種量子光源，其包括： 一光學諧振器； 一冷光材料，其定位於該光學諧振器中，其中該光學諧振器具有對應於該冷光材料之一冷光發射波長之一諧振波長； 一光束源，其可操作以產生一激發光束及一激發抵消光束；及 一干涉儀，其界定一第一光學路徑及一第二光學路徑，其中該激發光束耦合至該第一光學路徑，且該激發抵消光束經引導至該第二光學路徑，其中該光學諧振器及該冷光材料定位於該第一光學路徑中，使得回應於該激發光束產生冷光，且界定該第一光學路徑及該第二光學路徑，使得該激發抵消光束及一殘餘激發光束抵消，且該冷光經引導出該干涉儀以在無該激發抵消光束或該殘餘激發光束之大部分之情況下傳播。
  28. 一種方法，其包括： 將一源光束分裂為一激發光束及一激發抵消光束； 將該激發光束引導至一第一諧振器；及 組合來自該第一諧振器之該激發抵消光束之一部分及該激發光束之一部分以產生相消干涉。
  29. 如請求項28之方法，其進一步包括選擇該激發光束及該激發抵消光束之振幅及一相對相位，使得由該相消干涉產生之一光束之一振幅小於該激發光束及該激發抵消光束之該等振幅之10%。
  30. 如請求項28之方法，其進一步包括將該激發抵消光束引導至一第二諧振器，其中藉由組合來自該第二諧振器之該激發抵消光束之一部分及來自該第一諧振器之該激發光束之一部分來產生該相消干涉。
  31. 如請求項30之方法，其進一步包括將一冷光發射器定位在該第一諧振器中且回應於該激發光束產生冷光。
  32. 如請求項30之方法，其中該第一諧振器及該第二諧振器係相同的。
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US7885490B2 (en) * 2008-03-10 2011-02-08 Octrolix Bv Optical chemical detector and method
GB2539017B (en) * 2015-06-03 2019-12-18 Toshiba Res Europe Limited An optical measuring device
CN109416318B (zh) * 2016-07-13 2021-07-09 维也纳技术大学 光热干涉测量装置和方法
JP2021524060A (ja) * 2018-05-14 2021-09-09 シヴァン アドバンスド テクノロジーズ リミテッド レーザビームの方法及びシステム
EP3588671A1 (en) * 2018-06-29 2020-01-01 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. A non-reciprocal device comprising asymmetric phase transport of waves
US11408724B2 (en) * 2018-07-16 2022-08-09 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V. Interferometry with an achromatic interferometric superposition of electromagnetic fields

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