一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关及控制方法，该全光开关包括透明的真空腔室和位于其内部的左腔镜和右腔镜，左腔镜和右腔镜水平对称设置，真空腔室外部左侧设置入射激光器和反射信号探测器，真空腔室外部右侧设置透射信号探测器；所述真空腔室内设置铷释放剂，真空腔室外设置磁光阱装置，在磁光阱装置的作用下，铷释放剂释放的铷

【技术实现步骤摘要】
一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关及控制方法


[0001]本专利技术涉及全光开关和光通信
，特别涉及一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关及控制方法。

技术介绍

[0002]传统的信号传输网络主要基于光
‑
电
‑
光的骨干网络传播模式建立，在进行信号传输工作时，由于必须涉及到光电信号变换和处理，从而极大地限制了信号传输速度和正确率。全光网络是指信号从发出到用户接收全部采用光信号模式进行传输和工作，从而可以极大地提高信号的传输速度，满足将来建立快速化信息网络的需求。光交叉连接设备和光分插复用设备是全光网络的核心器件，而光交叉连接设备和光分插复用设备主要基于全光开关操作和全光开关阵列来工作，因此，全光开关是建立全光网络和未来实现高速光通信的核心器件之一。此外，全光开关在基础量子逻辑器件、量子光学、量子信息等实验与应用领域中的用途也十分广泛。
[0003]全光开关主要依赖光场与特定介质的非线性作用来实现，目前比较有前景的方案主要是基于波导、光纤环路和原子介质三大类。波导定向耦合方案通常需要强光来产生大的非线性相互作用，光纤环路方案则面临制作工艺复杂、难以标准化生产、级联不方便、难以集成化等问题，因此这两类全光开关方案目前还难以走向实用。
[0004]传统的基于原子体系的全光开关主要基于电磁诱导透明(EIT)效应制成，原子能级构型采用lambda型、V型、cascaded型、N型、Y型等，由于光束在原子介质中产生量子干涉破坏现象，从而可实现全光开关操作。这类全光开关的明显缺点是信号光和控制光只能作用在原子某两个能级的共振频率处且必须同时满足双共振条件，即只能实现某确定的、单一频率的全光开关操作，无法实现多个频率或宽频带区域的全光开关操作，这大大限制了其实用性。其次，这类传统全光开关基于原子对光场的吸收作用，因此，开关效率取决于原子介质与光场作用的非线性特征。在实际当中，当光强较弱时，很难获取大的非线性效应，要想获取大的非线性，就不得不寻找更复杂的原子能级构型以及增加激光束和激光器的数量，这无疑使系统更加复杂以及实验条件更加苛刻。此外，为了提高原子与光场的相互作用，传统的全光开关往往要求信号光和控制光在光路上尽可能的重合以及光场作用于原子的路径尽可能的长，以此作为增强光谱信号的手段，这样一来，由于控制光的存在，很容易在信号光中引入噪声，使获取的信号光不纯净，也非常不利于系统的小型化和精简化的应用需求和目标。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关及控制方法，可实现原子多能级激发的无相互作用、宽带、双向可用、多通道的目的，并且该全光开关结构简单、便于使用和易于调节。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关，包括透明的真空腔室和位于其内部的左腔镜和右腔镜，所述左腔镜和右腔镜水平对称设置，所述真空腔室外部左侧设置入射激光器和反射信号探测器，所述真空腔室外部右侧设置透射信号探测器；所述真空腔室内设置铷释放剂，真空腔室外设置磁光阱装置，在磁光阱装置的作用下，铷释放剂释放的铷
‑
85冷原子汇聚在由左腔镜和右腔镜形成的共焦腔的中心位置处，形成铷
‑
85冷原子团；所述真空腔室外部垂直铷
‑
85冷原子团位置设置控制激光器。
[0008]上述方案中，所述入射激光器发出的入射信号光场频率为相对铷
‑
85冷原子D2线|5S
1/2
，F＝2〉
→
|5P
3/2
，F＝2>跃迁负失谐15MHz的激光束。
[0009]上述方案中，入射信号光场同时激发两条原子跃迁路径|5S
1/2
，F＝2>
→
|5P
3/2
，F＝1>和|5S
1/2
，F＝2＞
→
|5P
3/2
，F＝2＞。
[0010]上述方案中，所述控制激光器发出的控制光场频率仅耦合铷
‑
85冷原子D2线|5S
1/2
，F＝3＞
→
|5P
3/2
，F＝2＞跃迁路径。
[0011]上述方案中，所述入射激光器和左腔镜之间设置凸透镜和反射镜。
[0012]上述方案中，所述真空腔室通过真空连接管连接真空泵。
[0013]上述方案中，所述左腔镜和右腔镜为高反射凹面镜，两者的凹面相对设置，曲率半径为5厘米，反射率为99.85％。
[0014]一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关控制方法，包括如下步骤：
[0015](1)利用磁光阱装置在共焦腔中心位置处形成铷
‑
85冷原子团；
[0016](2)开启入射激光器，入射信号光场经左腔镜进入共焦腔内，同时激发铷
‑
85冷原子的两条跃迁路径，原子中处于基态|5S
1/2
，F＝2＞的电子被激发到两个激发态能级|5P
3/2
，F＝1＞和|5P
3/2
，F＝2＞，在[
‑
15MHz,+15MHz]范围内扫描入射信号光场的频率，透射光谱中有三个极化子透射峰，对应光强最大的三个位置，此时透射方向信号光处于打开状态；相应的反射光谱中有三个反射谷，对应光强最小值，此时反射方向信号光处于关闭状态；
[0017](3)开启控制激光器，控制光场照射到铷
‑
85冷原子团上，控制光场频率仅耦合铷
‑
85冷原子D2线|5S
1/2
，F＝3>
→
|5P
3/2
，F＝2>跃迁路径，当控制光场的频率调谐到与其中一个极化子共振时，原透射光谱中对应的透射峰位置将出现很窄的透射谷，对应的光强值由原来的最大值变为最小值0，此时透射方向信号光处于关闭状态，信号不能通过；相应的反射光谱中对应的反射谷位置出现了很窄的反射峰，对应光强由原来的最小值变为了最大值，此时反射方向信号光由关闭状态变为打开状态；
[0018](4)通过打开或者关闭控制激光器，实现对信号光的双向多通道控制，即全光开/关操作。
[0019]通过上述技术方案，本专利技术提供的一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关及控制方法具有如下有益效果：
[0020]1、本专利技术的主要创新之处是利用了四能级铷
‑
85冷原子团与共焦腔耦合形成的腔量子电动力学(腔QED)系统，利用其多能级激发特性与量子干涉破坏原理，使得本专利技术能够实现宽带无相互作用的双向多通道，即“一刀多掷”双向全光开关功能，优于传统基于EIT的“单刀单掷”单向全光开关。
[0021]2、与传统基于EIT原理(信号光和控制光都仅耦合一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关，其特征在于，包括透明的真空腔室和位于其内部的左腔镜和右腔镜，所述左腔镜和右腔镜水平对称设置，所述真空腔室外部左侧设置入射激光器和反射信号探测器，所述真空腔室外部右侧设置透射信号探测器；所述真空腔室内设置铷释放剂，真空腔室外设置磁光阱装置，在磁光阱装置的作用下，铷释放剂释放的铷
‑
85冷原子汇聚在由左腔镜和右腔镜形成的共焦腔的中心位置处，形成铷
‑
85冷原子团；所述真空腔室外部垂直于铷
‑
85冷原子团位置设置控制激光器。2.根据权利要求1所述的一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关，其特征在于，所述入射激光器发出的入射信号光场频率为相对铷
‑
85冷原子D2线5S
1/2
，F＝2〉
→
|5P
3/2
，F＝2>跃迁负失谐15MHz的激光束。3.根据权利要求2所述的一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关，其特征在于，入射信号光场同时激发两条原子跃迁路径|5S
1/2
，F＝2〉
→
|5P
3/2
，F＝1>和|5S
1/2
，F＝2>
→
|5P
3/2
，F＝2>。4.根据权利要求1所述的一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关，其特征在于，所述控制激光器发出的控制光场频率仅耦合铷
‑
85冷原子D2线|5S
1/2
，F＝3>
→
|5P
3/2
，F＝2>跃迁路径。5.根据权利要求1所述的一种基于腔QED系统的双向多通道全光开关，其特征在于，所述入射激光器和左腔镜之间设置凸透镜和反射镜。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立勇，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：