一种可编程光纤阵列的装置及其应用的制作方法

本发明涉及光纤阵列，具体涉及一种可编程光纤阵列的装置及其应用。

背景技术：

1、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。

2、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；

3、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。

技术实现思路

1、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：

2、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；

3、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；

4、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。

5、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

6、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；

7、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。

8、优选的，所述间距调节模块包括：

9、斜劈，滑动布设于两组相邻光纤之间；

10、驱动件，用于驱动斜劈发生位移。

11、优选的，所述驱动件包括：

12、磁性材料，布设于斜劈底部；

13、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。

14、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。

15、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；

16、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。

17、优选的，所述间距调节模块包括：

18、伸缩材料，填充于凹槽中或光纤之间；

19、温控机构，用于对伸缩材料进行加热。

20、优选的，所述间距调节模块包括：

21、光致伸缩材料，粘接于两组相邻光纤之间；

22、光控模块，用于实现光致伸缩材料的伸缩。

23、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。

24、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：

25、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；

26、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；

27、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。

28、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：

29、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。

30、优选的：

31、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。

32、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；

33、其中，单侧独立寻址包括：

34、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；

35、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；

36、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。

37、优选的：

38、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，

39、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；

40、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。

41、优选的：

42、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。

43、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；

44、其中，双侧独立寻址包括：

45、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。

46、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；

47、多侧独立寻址包括：

48、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。

49、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：

50、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；

51、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。

52、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：

53、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；

54、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。

55、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。

56、本发明的有益效果：

57、（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；

58、（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。