專利名稱：一種基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)通訊領(lǐng)域和光學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，尤其ー種基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置及其工作方法。
背景技術(shù)：
相干反饋的原理是將輸出信號(hào)與輸入信號(hào)在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)相干的進(jìn)行相互作用。與基于測(cè)量的反饋相比，相干反饋在很多應(yīng)用上部有著顯著的優(yōu)勢(shì)，例如可以即時(shí)控制，保留相干信息和避免引入額外的測(cè)量噪聲。相干反饋原理之前已經(jīng)被用來動(dòng)態(tài)的控制，穩(wěn)定和增強(qiáng)光學(xué)系統(tǒng)的表現(xiàn)。例如相干反饋在量子信息領(lǐng)域可以用來進(jìn)行量子糾錯(cuò)，用來提高量子壓縮光源的壓縮度，在超低能量光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)中相干反饋控制可以用來壓縮自發(fā)的開關(guān)?，F(xiàn)在技術(shù)中基于銣原子系綜的光學(xué)邏輯門的上升時(shí)間較慢，很多情況下需要用一個(gè)強(qiáng)光去控制弱光，而且輸出邏輯水平難以保持一致。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中邏輯門上升速度較慢、需要使用強(qiáng)光控制弱光且輸出邏輯水平難以保持一致等缺陷，提出了一種基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置及其工作方法。本發(fā)明提出了一種基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置，包括激光器，其為泵浦源，所述激光器發(fā)射的光束作為泵浦光；極化分束器，其透射水平偏振方向的光束，反射豎直偏振方向的光束；介質(zhì)單元，其用干與光束發(fā)生四波混頻；邏輯控制門，其用于控制光束通過或關(guān)斷；光纖耦合架，其與多模光纖配合，將光束通過所述多模光纖傳輸，并對(duì)所述反饋光進(jìn)行整形；其中，所述激光器發(fā)射的泵浦光射入第一極化分束器中，所述第一極化分束器反射豎直偏振方向的所述泵浦光；沿所述泵浦光的反射方向依次設(shè)置所述介質(zhì)単元、第二極化分束器，所述泵浦光在所述介質(zhì)単元中發(fā)生四波混頻后生成輸出光束，由所述第二極化分束器射出形成環(huán)形光斑與豎直方向的兩個(gè)亮點(diǎn)；第三極化分束器從ー個(gè)所述亮點(diǎn)的光束中生成兩束反饋光；沿所述第一束反饋光的光路設(shè)置所述第一邏輯控制門，沿所述第二束反饋光的光路設(shè)置所述第二邏輯控制門，所述兩束反饋光分別經(jīng)所述第一邏輯控制門與第ニ邏輯控制門射入所述光纖耦合架和多模光纖；所述兩束反饋光經(jīng)所述光線耦合架、多模光纖相干反饋回所述第一極化分束器中，并在所述介質(zhì)単元中與所述泵浦光相交。其中，所述激光器的數(shù)量為ー個(gè)。其中，所述介質(zhì)単元的作用介質(zhì)包括85Rb原子、87Rb原子；所述介質(zhì)単元的工作溫度為125-135攝氏度。其中，所述輸出光束中包含斯托克斯光子與反斯托克斯光子；所述斯托克斯光子與反斯托克斯光子的相位固定。
其中,所述泵浦光與所述反饋光在所述介質(zhì)單元中的夾角為5mRad_8mRad。其中，當(dāng)相干反饋的所述反饋光與所述泵浦光在所述介質(zhì)単元中相交發(fā)生四波混頻，使所述輸出光束中沿所述反饋光入射方向的光子得到放大，與所述反饋光入射方向不同的光子被壓縮。其中，進(jìn)ー步包括光斑阻塞器；所述光斑阻塞器設(shè)置在所述第二極化分束器的ー側(cè)，用于阻斷從所述第二極化分束器反射出的光束的傳播。其中，進(jìn)ー步包括至少ー個(gè)反射鏡；所述反射鏡設(shè)置于所述反饋光或泵浦光的光 路中，用于改變所述反饋光或泵浦光的傳播方向。其中，進(jìn)ー步包括至少ー個(gè)探測(cè)器；所述探測(cè)器設(shè)置在所述亮點(diǎn)處，用于檢測(cè)所述亮點(diǎn)的光線功率。其中，進(jìn)ー步包括光學(xué)隔離器，其設(shè)置在所述第一邏輯控制門與光纖耦合架之間，調(diào)節(jié)光束的透光率。其中，進(jìn)ー步包括至少ー個(gè)玻片；所述玻片設(shè)置在所述反饋光的光路中，用于以所述反饋光的光軸為基準(zhǔn)，調(diào)整所述反饋光的偏振方向，并結(jié)合極化分束器調(diào)整所述反饋光的透射光強(qiáng)。其中，進(jìn)ー步包括第五極化分束器，其位于所述第三極化分束器的豎直方向上，用于從另一個(gè)所述豎直方向上的亮點(diǎn)的光束中生成第二束反饋光；所述第三極化分束器生成第一束反饋光射入所述第一邏輯控制門，所述第五極化分束器生成第二束反饋光射入所述第二邏輯控制門。其中，進(jìn)ー步包括第四極化分束器，其沿所述反饋光的光路設(shè)置在所述第一邏輯控制門與第二邏輯控制門的后方，用于將從所述第一束反饋光與第二束反饋光合并成一束光束發(fā)射至所述光纖耦合架中。本發(fā)明還提出了一種基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置的工作方法，包括步驟ー采用所述激光器發(fā)射的泵浦光經(jīng)過所述介質(zhì)單元發(fā)生四波混頻生成輸出光束，并經(jīng)過所述第二極化分束器生成環(huán)形光斑與豎直方向上的亮點(diǎn)；步驟ニ 所述第三極化分束器從所述亮點(diǎn)的光束中生成兩束反饋光，并通過所述第一邏輯控制門與第二邏輯控制門的控制，相干反饋回所述泵浦光中，與所述泵浦光在所述介質(zhì)單元中相交；步驟三所述泵浦光與所述反饋光在所述介質(zhì)単元中發(fā)生四波混頻改變所述輸出光束，生成所述環(huán)形光斑上水平方向上的亮點(diǎn)；步驟四所述豎直方向上的亮點(diǎn)與水平方向上的亮點(diǎn)作為邏輯態(tài)，通過所述第一邏輯控制門與第二邏輯控制門控制所述邏輯態(tài)。其中，所述步驟一中生成所述環(huán)形光斑與豎直方向上的亮點(diǎn)的過程包括步驟Al :所述激光器發(fā)射豎直偏振方向的泵浦光至所述第一極化分束器中；步驟A2 :所述第一極化分束器將所述泵浦光反射至所述介質(zhì)単元中；步驟A3 :所述介質(zhì)単元與所述泵浦光發(fā)生四波混頻生成輸出光束，所述輸出光束呈錐形入射至所述第二極化分束器中；步驟A4:所述第二極化分束器透射出所述輸出光束中水平偏振方向的光子，反射出豎直偏振方向的光子，所述透射出的光子在遠(yuǎn)處生成環(huán)形光斑與豎直方向上的亮點(diǎn)。
其中，所述步驟ニ中生成所述反饋光井與所述泵浦光相交的過程包括步驟BI :所述第三極化分束器從所述豎直方向的亮點(diǎn)光束中生成所述兩束反饋光;步驟B2 :所述兩束反饋光分別通過所述第一邏輯控制門與第二邏輯控制門的控制射入所述光纖耦合架中；步驟B3 :所述光纖耦合架將所述反饋光通過所述多模光纖進(jìn)行傳輸，并對(duì)所述反饋光進(jìn)行整形；步驟B4:所述反饋光從所述多模光纖中相干反饋至所述第一極化分束器中，并在介質(zhì)單元中與所述泵浦光相交。其中，所述步驟三中改變所述輸出光束的步驟包括
步驟Cl :所述反饋光與所述泵浦光在所述介質(zhì)単元中相交；步驟C2 :所述反饋光與泵浦光受所述介質(zhì)單元的作用介質(zhì)的四波混頻影響，在原子相干性的增強(qiáng)下，放大與所述反饋光入射方向相同的光子，壓縮與所述反饋光入射方向不同的光子；步驟C3 :所述輸出光束從所述介質(zhì)單元中射出，經(jīng)過所述第二極化分束器后在遠(yuǎn)處生成所述水平方向的亮點(diǎn)。其中，所述步驟ニ中進(jìn)ー步包括采用所述光學(xué)隔離器設(shè)置在所述反饋光的光路中，調(diào)節(jié)所述反饋光的通過率。其中，所述步驟ニ中進(jìn)ー步包括采用所述玻片設(shè)置在所述反饋光的光路中，調(diào)節(jié)所述反饋光的偏振方向。其中，所述步驟ニ進(jìn)ー步包括步驟Dl :采用所述第三極化分束器生成第一束反饋光，所述第五極化分束器在所述另ー個(gè)亮點(diǎn)的光束中生成第二束反饋光；步驟D2 :在所述第一束反饋光與所述第二束反饋光的光路中設(shè)置第四極化分束器，所述第一束反饋光經(jīng)過所述第一邏輯控制門的控制射入所述第四極化分束器中，所述第二束反饋光經(jīng)過所述第二邏輯控制門的控制射入所述第四極化分束器中；步驟D3 :所述第四極化分束器透射所述第一束反饋光，并沿所述透射方向反射出所述第二束反饋光，使所述第一束反饋光與第二束反饋光合并成一條光束射入所述光纖耦合架中。本發(fā)明利用原子相干性增強(qiáng)的四波混頻方法，采用85Rb原子系綜可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)光學(xué)邏輯“或”門和邏輯“或非”門。本發(fā)明的光學(xué)邏輯門的上升速度在500ns以內(nèi)，比現(xiàn)有技術(shù)中的速度快了兩倍。本發(fā)明光學(xué)邏輯門擁有與電子邏輯門一祥的邏輯水平。例如，對(duì)于光學(xué)邏輯“或門”而言，邏輯控制門的控制的“ 10”，“01”和“ 11”的光學(xué)輸入態(tài)得到的輸出結(jié)果是一致的，同理對(duì)干“或非門”也是如此。本發(fā)明可通過弱光(反饋光)可控制強(qiáng)光(泵浦光)，實(shí)現(xiàn)光學(xué)邏輯門的效果。由于采用部分泵浦光作為反饋光，所以不需要第二個(gè)激光源作為第二個(gè)信號(hào)輸入源，降低了本發(fā)明裝置的成本。


圖I是本發(fā)明中基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置的組成示意圖。圖2是85Rb原子雙“ ~ ”結(jié)構(gòu)及四波混頻過程。圖3是本發(fā)明中基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置工作方法的流程圖。
具體實(shí)施方式

結(jié)合以下具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的詳細(xì)說明。實(shí)施本發(fā)明的過程、條件、實(shí)驗(yàn)方法等，除以下專門提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識(shí)和公知常識(shí)，本發(fā)明沒有特別限制內(nèi)容。如圖I至圖3所示，I-激光器，21-第一極化分束器，22-第二極化分束器，23-第三極化分束器，24-第四極化分束器，25-第五極化分束器，3-介質(zhì)單元，4-光斑阻塞器，6-反射鏡，71-第一邏輯控制門，72-第二邏輯控制門，8-玻片，9-光學(xué)隔離器，10-光纖耦合架，11-多模光纖，12-探測(cè)器。圖I顯示的是本發(fā)明基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置的組成示意圖。本發(fā)明基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置采用激光器I作為泵浦源。本實(shí)施例中，激光器I為鈦寶石激光器。激光器I發(fā)射的激光作為泵浦光，入射至第一極化分束器21中。泵浦光的偏振方向?yàn)樨Q直方向，故泵浦光改變與原方向呈90度從第一極化分束器反射入介質(zhì)單兀3中。介質(zhì)単元3中的作用介質(zhì)為自然Rb原子，包括72%的85Rb和28%的87Rb。本發(fā)明利用其中處大多數(shù)的85Rb，工作時(shí)需要加熱，加熱區(qū)間為125°C -135°C。泵浦光與85Rb原子發(fā)生四波混頻影響激發(fā)出輸出光束，輸出光束呈錐形發(fā)射。錐形發(fā)射的輸出光束中包含斯托克斯光子與反斯托克斯。從介質(zhì)単元3射出的輸出光束傳播至第二極化分束器22中。第二極化分束器22將入射的輸出光束中豎直偏振方向的光束從其他方向射出至光斑阻塞器4中，并將水平偏振方向的光束沿入射方向射出。透射出的輸出光束在遠(yuǎn)處呈現(xiàn)出ー個(gè)光強(qiáng)較弱的環(huán)形光斑以及環(huán)上兩個(gè)光強(qiáng)較高的豎直方向上的兩個(gè)亮點(diǎn)。在其中一個(gè)亮點(diǎn)的光束上設(shè)置第三極化分束器23，第三極化分束器23可以將該亮點(diǎn)光束的部分光束形成兩束反饋光折射至第一邏輯控制門71與第二邏輯控制門72中。第一邏輯控制門71與第二邏輯控制門72由聲光調(diào)制器組成，可控制反饋光的通過或關(guān)斷，其作為本發(fā)明光學(xué)邏輯門裝置的控制端。受第一邏輯控制門71與第二邏輯控制門72控制的兩束反饋光通過依次進(jìn)入玻片8、光學(xué)隔離器9中。玻片8為1/2玻片，調(diào)節(jié)反饋光的偏振方向，光學(xué)隔離器9調(diào)節(jié)反饋光的通過率，從而調(diào)節(jié)射入至光纖耦合架10中的反饋光的光強(qiáng)。通過的反饋光由光纖耦合架10后由多模光纖11傳輸并整形，使反射光能更好地與泵浦光重合。反饋光通過光纖耦合架10與多模光纖11的傳輸，相干反饋至第一極化分束器21中。該反饋光在介質(zhì)單元3中與泵浦光呈Smrad角度相交，與輸出光束的錐形夾角的角度相同。相位相干的光子反饋回介質(zhì)單元3后，發(fā)生強(qiáng)的受激四波混頻過程，可以快速的激發(fā)輸出光束中豎直方向的兩個(gè)亮點(diǎn)旋轉(zhuǎn)至水平方向，即實(shí)現(xiàn)了邏輯或非門和或門。本實(shí)施例中分別在豎直方向與水平方向的亮點(diǎn)位置設(shè)置探測(cè)器12，用于亮點(diǎn)的光強(qiáng)。進(jìn)ー步地，將探測(cè)器12連接至示波器，觀察光強(qiáng)沿時(shí)間軸的變化情況。優(yōu)選地，本發(fā)明在光路中設(shè)置至少ー個(gè)反射鏡6，反射鏡6改變泵浦光或者反射光的光路，使設(shè)置光學(xué)器件更為簡(jiǎn)便，降低了本發(fā)明裝置的復(fù)雜度。本發(fā)明光學(xué)邏輯門裝置亦可采用兩束反饋光與泵浦光發(fā)生四波混頻。優(yōu)選地，本實(shí)施例中進(jìn)ー步包括第五極化分束器25、第四極化分束器24。第五極化分束器25從豎直方向上另ー個(gè)亮點(diǎn)的光束上折射出部分光束作為第二束反饋光，第三極化分束器23只生成第一束反饋光。第二束反饋光經(jīng)過第二邏輯控制門72的控制，透過射入玻片8射入第四極化分束器24中。玻片8改變了第二束反饋光的偏振方向。第二束反饋光為豎直偏振方向，故以90度方向從第四極化分束器24中垂直射出。入射第四極化分束器24的第一束反饋光為水平偏振方向，沿入射方向透射。從而第一束反饋光與第二束反饋光合并成一條光束沿相同的方向射出。圖2顯示的是85Rb原子雙“”’結(jié)構(gòu)及四波混頻過程。其中，5S1/2、5P1/2為85Rb原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)，F(xiàn) = 2、F = 3為精細(xì)結(jié)構(gòu)5S1/2的超精細(xì)分裂，其能級(jí)差為3. 036GHz。虛線所示為85Rb原子的虛能級(jí)。泵浦光與介質(zhì)單元3發(fā)生四波混頻作用，其中一部分光子轉(zhuǎn)化為斯托克斯光子和反斯托克斯光子，剰余的泵浦光為豎直偏振方向，而被第二極化分束器22折射至光斑阻塞器4中。產(chǎn)生的斯托克斯光子和反斯托克斯光子為水 平偏振方向，這些光子部可以從第二極化分束器22透射出，在遠(yuǎn)處形成了豎直方向的兩個(gè)亮光束和ー個(gè)弱的環(huán)形光斑。圖3顯示的是本發(fā)明基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置工作方法的流程圖。本發(fā)明的光學(xué)邏輯門裝置采用激光器I發(fā)射的泵浦光生成輸出光束，形成環(huán)形光斑與豎直方向上的亮點(diǎn)。第三極化分束器23從該亮點(diǎn)光束中生成兩束反饋光，并相干反饋同泵浦光中，與泵浦光相交。泵浦光與反饋光在介質(zhì)單元3中發(fā)生四波混頻，根據(jù)反饋光改變輸出光束的光子，在環(huán)形光斑上形成水平方向的亮點(diǎn)。相干反饋的反饋光受到第一邏輯控制門71與第ニ邏輯控制門72的控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)光學(xué)邏輯“或”門以及光學(xué)邏輯“或非”門。本實(shí)施例采用兩路反饋光對(duì)原泵浦光進(jìn)行四波混頻，實(shí)現(xiàn)光學(xué)邏輯門的效果。本實(shí)施例中采用的激光器I發(fā)出一束波長(zhǎng)為795nm，垂直偏振功率為300mW的光作為泵浦光，激光頻率為85Rb原子Dl線(5S1/2 — 5P1/2，795nm)，藍(lán)失諧I. 4GHz，激光線寬為IOOkHz。泵浦光經(jīng)過第一極化分束器21這射入介質(zhì)單元3中。介質(zhì)單元3為含有85Rb原子的銣池。銣池的工作溫度為135攝氏度以提高銣蒸汽密度，增強(qiáng)銣池的非線性效應(yīng)。泵浦光經(jīng)過銣池的激發(fā)生成輸出光束，輸出光束呈錐形放射至遠(yuǎn)場(chǎng)。錐形放射的輸出光束經(jīng)過第二極化分束器22后，在遠(yuǎn)處形成弱的環(huán)形光斑和環(huán)上豎直方向的兩個(gè)亮點(diǎn)，其余光束被第二極化分束器22折射入光斑阻塞器4中。在兩個(gè)豎直方向上亮點(diǎn)的光束上分別設(shè)置第三極化分束器23與第五極化分束器25。第三極化分束器23與第五極化分束器25折射兩條光束中的部分光束作為兩條反饋光分別射向兩個(gè)反射鏡6，由兩個(gè)反射鏡6分別反射至第一邏輯控制門71與第二邏輯控制門72中。第一邏輯控制門71控制第一束反饋光進(jìn)入第四極化分束器24中。第二邏輯控制門72控制第二束反饋光通過反射鏡6反射至玻片8，由玻片8改變第二束反饋光的偏振方向后射入第四極化分束器24中。第一束反饋光為水平偏振方向，第二束反饋光為豎直偏振方向。第四極化分束器24中將第一束反饋光沿入射方向透射，將第二束反饋光沿垂直方向折射出，使兩道反饋光合并成一條光束，作為相干反饋的反饋光入射至另ー個(gè)玻片8中。第四極化分束器24與另ー個(gè)玻片8共同調(diào)節(jié)反饋光的透射光強(qiáng)后，射入光學(xué)隔離器9中，該玻片8也可由其他調(diào)節(jié)透射光強(qiáng)的器件代替。光學(xué)隔離器9調(diào)節(jié)反饋光的通過率，光纖耦合架10將反饋光送入多模光纖11中進(jìn)行傳輸，在傳播的同時(shí)對(duì)反饋光進(jìn)行整形處理，使其能與泵浦光更好地重合。反饋光經(jīng)過多模光纖11的傳輸后通過反射鏡6射入第一極化分束器21中。此時(shí)，相干反饋的反饋光的入射方向?yàn)樗椒较?。反饋光包括斯托克斯光子和反斯托克斯光子，其相位相干性得到很好保持，反饋光參與的四波混頻過程受原子相干性增強(qiáng)，導(dǎo)致輸出光束中沿反饋光入射方向(即水平方向)的光子得到很好的放大，其他方向(包括豎直方向)的光子被壓縮。所以輸出光束在受相干反饋的四波混頻影響之后，在遠(yuǎn)處的環(huán)形光板上顯示為水平方向的亮點(diǎn)，同時(shí)豎直方向的亮點(diǎn)被減弱。本實(shí)施例中采用兩個(gè)探測(cè)器12對(duì)豎直方向上及水平方向上的亮點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，分別獲得兩種亮點(diǎn)的光強(qiáng)等信息，并進(jìn)ー步連接到示波器上觀察光強(qiáng)沿時(shí)間軸的變化情況。根據(jù)探測(cè)器12的測(cè)量信息得出，本發(fā)明的光學(xué)邏輯上升時(shí)間在500ns以內(nèi)，是現(xiàn)有技術(shù)中利用銣原子系綜光學(xué)邏輯門的上升速度的兩倍。本發(fā)明采用一個(gè)邏輯控制門的一束反饋光便能實(shí)現(xiàn) 上述光學(xué)邏輯門的效果，優(yōu)選地本實(shí)施例通過第一邏輯控制門71與第二邏輯控制門72對(duì)兩束反饋光進(jìn)行邏輯控制。本發(fā)明的光學(xué)邏輯門裝置能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)光學(xué)邏輯“或”門及光學(xué)邏輯“或非”門。光學(xué)邏輯門采用環(huán)形光斑上的亮點(diǎn)作為邏輯態(tài)。例如，“或非門”的邏輯態(tài)包括豎直方向上的上端亮點(diǎn)和下端亮點(diǎn)，“或門”的邏輯態(tài)包括水平方向上的左端亮點(diǎn)和右端的亮點(diǎn)。如下表I所示的是實(shí)施例通過光學(xué)邏輯門裝置實(shí)現(xiàn)或門及或非門的邏輯態(tài)。表I光學(xué)邏輯門裝置實(shí)現(xiàn)或門及或非門的邏輯態(tài)
輸入ェ輸入2 ^或門輸出 ^或非門輸出^
(第一東反饋光〕 (第二東反饋光〕 (左端亮點(diǎn)(上端亮點(diǎn)
與右端亮點(diǎn)) 與下端亮點(diǎn)) 邏輯態(tài)000I
邏輯態(tài)0II0
邏輯態(tài)I0I0
遁輯態(tài)I110由第一邏輯控制門71控制第一束反饋光作為輸入1，由第二邏輯控制門72控制第ニ束反饋光作為輸入2。當(dāng)控制反饋光通過則代表輸入“ 1”，關(guān)斷反饋光則代表輸入“O”。當(dāng)?shù)谝贿壿嬁刂崎T71與第二邏輯控制門72被關(guān)斷的情況下，介質(zhì)單元3中沒有反饋光與泵浦光發(fā)生四波混頻，豎直方向上兩個(gè)亮點(diǎn)未受到壓縮，在環(huán)形光斑上顯示為明売的上端売點(diǎn)與下端売點(diǎn)，左端売點(diǎn)與右端売點(diǎn)為暗。若使用邏輯態(tài)“ I”代表売，邏輯態(tài)“0”代表暗，則當(dāng)兩個(gè)邏輯控制門的輸入情況均為“0”吋，“或非門”的結(jié)果為“1”，“或門”的結(jié)果為“0”，其結(jié)果與電子邏輯“或非門”和“或門”的邏輯水平一致。當(dāng)?shù)谝贿壿嬁刂崎T71或第二邏輯控制門72被通過的情況下，介質(zhì)單元3中存在反饋光與泵浦光發(fā)生四波混頻，豎直方向上兩個(gè)亮點(diǎn)受到壓縮，水平方向上的亮點(diǎn)得到增強(qiáng)，在環(huán)形光斑上顯示為明亮的左端亮點(diǎn)與右端亮點(diǎn)，上端亮點(diǎn)與下端亮點(diǎn)為暗。若使用邏輯態(tài)“I”代表亮，邏輯態(tài)“0”代表暗，則當(dāng)兩個(gè)邏輯控制門的輸入情況均為“01”、“ 10”或“11”吋，“或非門”的結(jié)果為“0”，“或門”的結(jié)果為“1”，其結(jié)果與電子邏輯“或非門”和“或門”的邏輯水平一致。本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以上實(shí)施例。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn) 都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權(quán)利要求書為保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置，其特征在于，包括 激光器(I)，其為泵浦源，所述激光器發(fā)射的光束作為泵浦光； 極化分束器(21,22,23),其透射水平偏振方向的光束,反射豎直偏振方向的光束； 介質(zhì)單元(3)，其用于與光束發(fā)生四波混頻； 邏輯控制門(71、72)，其用于控制光束通過或關(guān)斷； 光纖耦合架(10)，其與多模光纖(11)配合，將光束通過所述多模光纖(11)傳輸，并對(duì)所述反饋光進(jìn)行整形； 其中，所述激光器(I)發(fā)射的泵浦光射入第一極化分束器(21)中，所述第一極化分束器(21)反射豎直偏振方向的所述泵浦光；沿所述泵浦光的反射方向依次設(shè)置所述介質(zhì)單 元(3)、第二極化分束器(22)，所述泵浦光在所述介質(zhì)單元(3)中發(fā)生四波混頻后生成輸出光束，由所述第二極化分束器(22)射出形成環(huán)形光斑與豎直方向的兩個(gè)亮點(diǎn)；第三極化分束器(23)從一個(gè)所述亮點(diǎn)的光束中生成兩束反饋光；沿所述第一束反饋光的光路設(shè)置所述第一邏輯控制門(71)，沿所述第二束反饋光的光路設(shè)置所述第二邏輯控制門(72)，所述兩束反饋光分別經(jīng)所述第一邏輯控制門(71)與第二邏輯控制門(72)射入所述光纖耦合架(10)和多模光纖(11);所述兩束反饋光經(jīng)所述光線耦合架(10)、多模光纖(11)相干反饋回所述第一極化分束器(21)中，并在所述介質(zhì)單元(3)中與所述泵浦光相交。
2.如權(quán)利要求I所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置，其特征在于，所述激光器(I)的數(shù)量為一個(gè)。
3.如權(quán)利要求I所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置，其特征在于，所述介質(zhì)單元(3)的作用介質(zhì)包括85Rb原子、87Rb原子；所述介質(zhì)單元(3)的工作溫度為125-135攝氏度。
4.如權(quán)利要求I所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置，其特征在于，所述輸出光束中包含斯托克斯光子與反斯托克斯光子；所述斯托克斯光子與反斯托克斯光子的相位固定。
5.如權(quán)利要求I所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置，其特征在于，所述泵浦光與所述反饋光在所述介質(zhì)單元(3)中的夾角為5mRad-8mRad。
6.如權(quán)利要求I所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置，其特征在于，當(dāng)相干反饋的所述反饋光與所述泵浦光在所述介質(zhì)單元(3)中相交發(fā)生四波混頻，使所述輸出光束中沿所述反饋光入射方向的光子得到放大，與所述反饋光入射方向不同的光子被壓縮。
7.如權(quán)利要求I所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括光斑阻塞器(4);所述光斑阻塞器(4)設(shè)置在所述第二極化分束器(22)的一側(cè)，用于阻斷從所述第二極化分束器(22)反射出的光束的傳播。
8.如權(quán)利要求I所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括至少一個(gè)反射鏡(6);所述反射鏡(6)設(shè)置于所述反饋光或泵浦光的光路中，用于改變所述反饋光或泵浦光的傳播方向。
9.如權(quán)利要求I所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括至少一個(gè)探測(cè)器(12);所述探測(cè)器設(shè)置在所述亮點(diǎn)處，用于檢測(cè)所述亮點(diǎn)的光線功率。
10.如權(quán)利要求I所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括 光學(xué)隔離器(9)，其設(shè)置在所述第一邏輯控制門(71)與光纖耦合架(10)之間，調(diào)節(jié)光束的透光率。
11.如權(quán)利要求I所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括至少一個(gè)玻片(8);所述玻片(8)設(shè)置在所述反饋光的光路中，用于以所述反饋光的光軸為基準(zhǔn)，調(diào)整所述反饋光的偏振方向，并結(jié)合極化分束器調(diào)整所述反饋光的透射光強(qiáng)。
12.如權(quán)利要求I所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括 第五極化分束器(25),其位于所述第三極化分束器(23)的豎直方向上,用于從另一個(gè)所述豎直方向上的亮點(diǎn)的光束中生成第二束反饋光； 所述第三極化分束器(23)生成第一束反饋光射入所述第一邏輯控制門(71)，所述第五極化分束器(25)生成第二束反饋光射入所述第二邏輯控制門(72)。
13.如權(quán)利要求I所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括 第四極化分束器(24)，其沿所述反饋光的光路設(shè)置在所述第一邏輯控制門(71)與第二邏輯控制門(72)的后方，用于將從所述第一束反饋光與第二束反饋光合并成一束光束發(fā)射至所述光纖耦合架(10)中。
14.一種基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置的工作方法，其特征在于，包括 步驟一采用所述激光器(I)發(fā)射的泵浦光經(jīng)過所述介質(zhì)單元(3)發(fā)生四波混頻生成輸出光束，并經(jīng)過所述第二極化分束器(22)生成環(huán)形光斑與豎直方向上的亮點(diǎn)； 步驟二 所述第三極化分束器(23)從所述亮點(diǎn)的光束中生成兩束反饋光，并通過所述第一邏輯控制門(71)與第二邏輯控制門(72)的控制，相干反饋同所述泵浦光中，與所述泵浦光在所述介質(zhì)單元(3)中相交； 步驟三所述泵浦光與所述反饋光在所述介質(zhì)單元(3)中發(fā)生四波混頻改變所述輸出光束，生成所述環(huán)形光斑上水平方向上的亮點(diǎn)； 步驟四所述豎直方向上的亮點(diǎn)與水平方向上的亮點(diǎn)作為邏輯態(tài)，通過所述第一邏輯控制門(71)與第二邏輯控制門(72)控制所述邏輯態(tài)。
15.如權(quán)利要求13所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置的工作方法，其特征在于，所述步驟一中生成所述環(huán)形光斑與豎直方向上的亮點(diǎn)的過程包括 步驟Al :所述激光器(I)發(fā)射豎直偏振方向的泵浦光至所述第一極化分束器(21)中； 步驟A2 :所述第一極化分束器(21)將所述泵浦光反射至所述介質(zhì)單元(3)中； 步驟A3 :所述介質(zhì)單元(3)與所述泵浦光發(fā)生四波混頻生成輸出光束，所述輸出光束呈錐形入射至所述第二極化分束器(22)中； 步驟A4 :所述第二極化分束器(22)透射出所述輸出光束中水平偏振方向的光子，反射出豎直偏振方向的光子，所述透射出的光子在遠(yuǎn)處生成環(huán)形光斑與豎直方向上的亮點(diǎn)。
16.如權(quán)利要求13所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置的工作方法，其特征在于，所述步驟二中生成所述反饋光并與所述泵浦光相交的過程包括步驟BI :所述第三極化分束器(23)從所述豎直方向的亮點(diǎn)光束中生成所述兩束反饋光; 步驟B2:所述兩束反饋光分別通過所述第一邏輯控制門(71)與第二邏輯控制門(72)的控制射入所述光纖耦合架(10)中； 步驟B3 :所述光纖耦合架(10)將所述反饋光通過所述多模光纖(11)進(jìn)行傳輸，并對(duì)所述反饋光進(jìn)行整形； 步驟B4:所述反饋光從所述多模光纖(11)中相干反饋至所述第一極化分束器(21)中，并在介質(zhì)單元(3)中與所述泵浦光相交。
17.如權(quán)利要求13所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置的工作方法，其特征在于，所述步驟三中改變所述輸出光束的步驟包括 步驟Cl :所述反饋光與所述泵浦光在所述介質(zhì)單元(3)中相 交； 步驟C2:所述反饋光與泵浦光受所述介質(zhì)單元(3)的作用介質(zhì)的四波混頻影響，在原子相干性的增強(qiáng)下，放大與所述反饋光入射方向相同的光子，壓縮與所述反饋光入射方向不同的光子； 步驟C3 :所述輸出光束從所述介質(zhì)單元(3)中射出，經(jīng)過所述第二極化分束器(22)后在遠(yuǎn)處生成所述水平方向的亮點(diǎn)。
如權(quán)利要求13所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置的工作方法，其特征在于，所述步驟二中進(jìn)一步包括采用所述光學(xué)隔離器(9)設(shè)置在所述反饋光的光路中，調(diào)節(jié)所述反饋光的通過率。
18.如權(quán)利要求13所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置的工作方法，其特征在于，所述步驟二中進(jìn)一步包括采用所述玻片(8)設(shè)置在所述反饋光的光路中，調(diào)節(jié)所述反饋光的偏振方向。
19.如權(quán)利要求13所述的基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置的工作方法，其特征在于，所述步驟二進(jìn)一步包括 步驟Dl :采用所述第三極化分束器(23)生成第一束反饋光，所述第五極化分束器(25)在所述另一個(gè)亮點(diǎn)的光束中生成第二束反饋光； 步驟D2:在所述第一束反饋光與所述第二束反饋光的光路中設(shè)置第四極化分束器(24)，所述第一束反饋光經(jīng)過所述第一邏輯控制門(72)的控制射入所述第四極化分束器(24)中，所述第二束反饋光經(jīng)過所述第二邏輯控制門(72)的控制射入所述第四極化分束器(24)中；步驟D3 :所述第四極化分束器(24)透射所述第一束反饋光，并沿所述透射方向反射出所述第二束反饋光，使所述第一束反饋光與第二束反饋光合并成一條光束射入所述光纖耦合架(10)中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置，包括激光器、極化分束器、介質(zhì)單元、邏輯控制門、光纖耦合架以及多模光纖。激光器發(fā)射的泵浦光射入第一極化分束器反射至介質(zhì)單元，泵浦光在介質(zhì)單元中發(fā)生四波混頻后生成輸出光束，由第二極化分束器射出形成環(huán)形光斑與豎直方向的兩個(gè)亮點(diǎn)；第三極化分束器從亮點(diǎn)的光束中生成兩束反饋光；反饋光受第一邏輯控制門與第二邏輯控制門的控制，經(jīng)由光纖耦合架與多模光纖射入第一極化分束器中，并在介質(zhì)單元中與泵浦光相交。本發(fā)明可同時(shí)實(shí)現(xiàn)光學(xué)邏輯“或”門和邏輯“或非”門，具有上升速度快、邏輯水平一致、弱光可控制強(qiáng)光等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明還公開了一種基于相干反饋的光學(xué)邏輯門裝置的工作方法。
文檔編號(hào)G02F1/35GK102955323SQ20121046155
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者周志凡, 荊杰泰, 劉寸金, 方亞毜, 周君, 陳麗清, 張衛(wèi)平 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)