一种用于囚禁离子成像的分通道成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于囚禁离子成像的分通道成像系统，包括物镜、多个目镜系统以及光电探测模块；所述物镜的物方视场上具有点光源，所述点光源经过所述物镜出射平行光束并经第一分镜组切换光路；每条光路上布设有对应的所述目镜系统，且不同光路上的所述目镜系统放大倍数不相同；所述目镜系统的出射光路上设有第二分镜组，通过调整所述第二分镜组将所述目镜系统的出射光束照射至所述光电探测模块中进行成像。本发明专利技术让多个目镜系统共用单个大数值孔径的物镜，并通过切换光路的方式，改变成像光路的放大倍数，不仅能够对单个离子进行高分辨成像，也能够对离子链整体进行成像；且本成像结构具有一定的集成性，有利于成像光路的扩展。扩展。扩展。

【技术实现步骤摘要】
一种用于囚禁离子成像的分通道成像系统


[0001]本专利技术涉及光学成像领域，尤其涉及一种用于囚禁离子成像的分通道成像系统。

技术介绍

[0002]随着量子计算机发展的热潮，离子阱系统被认为是最有前景做成量子计算机的一种方案，即离子阱量子计算机。使用离子阱系统执行在量子计算中用到的量子算法的运算过程需要多个作为量子比特的离子同时参与，这需要离子阱系统事先囚禁住一串离子，形成离子链。目前，囚禁的离子链能够囚禁多达80个离子，但可用来执行量子计算只有中间十几个离子。而位于中间的十几个离子的状态和空间位置需要被准确地观察和探测，才可检验囚禁效果和系统效能，并计算离子阱系统执行量子算法的保真度。
[0003]为了获得较好的囚禁效果，对单个离子和离子链成像需要不同放大倍数的成像光路才可准确观察和探测其状态；但是，在搭建和日常调试离子阱系统时，通常只搭建包含一套固定放大倍数的成像光路，满足不同的成像需求要么手动更换成像光路，要么牺牲成像效果，无法同时实现对单个离子和离子链的高精度成像需求。而手动更换、装配、调试成像系统是一件非常耗时耗力的事情，难以保证精确度。成像系统如何同时兼容对单个离子和离子链的良好成像是有待解决的问题。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种用于囚禁离子成像的分通道成像系统，通过切换光路的方式改变光路放大倍数，实现对单个离子或者离子链的成像，保证精准度的同时还可简化手动更换成像光路的步骤。
[0005]本专利技术采用如下技术方案实现：
[0006]一种用于囚禁离子成像的分通道成像系统，包括物镜、多个目镜系统以及光电探测模块；
[0007]所述物镜的物方视场上具有点光源，所述点光源经过所述物镜出射平行光束并经第一分镜组切换光路；每条光路上布设有对应的所述目镜系统，且不同光路上的所述目镜系统的放大倍数不相同；
[0008]所述目镜系统的出射光路上设有第二分镜组，通过调整所述第二分镜组将所述目镜系统的出射光束照射至所述光电探测模块中进行成像。
[0009]进一步地，所述第一分镜组包括第一反射镜以及用于切换光路的第一翻转镜；
[0010]所述物镜出射的平行光直接照射至所述第一反射镜，经过所述第一反射镜的反射进入该光路所对应的第二目镜系统；或，
[0011]所述物镜出射的平行光经所述第一翻转镜弯折其光路后照射至该光路所对应的第一目镜系统。
[0012]进一步地，所述物镜与所述第一目镜系统的总放大倍数，和所述物镜与所述第二目镜系统的总放大倍数相差5～6倍。
[0013]进一步地，所述目镜系统包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜之间设有针孔；经所述第一分镜组出射的平行光经过所述第一透镜会聚至针孔的中心点上，经过针孔使发散的光束经过所述第二透镜会聚后出射。
[0014]进一步地，所述针孔的开孔大小＝选择的成像范围
×
(物镜+第一透镜)组合的放大倍数。
[0015]进一步地，所述第二分镜组包括第二反射镜以及用于切换光路的第二翻转镜；
[0016]所述第一目镜系统出射的光束依次经过所述第二反射镜、所述第二翻转镜成像至所述光电探测模块；
[0017]所述第二目镜系统出射的光束直接成像至所述光电探测模块。
[0018]进一步地，所述光电探测模块包括第三翻转镜、光子计数器以及图像传感器；基于所述第三翻转镜将从所述第二翻转镜出射的光束照射至所述光子计数器或所述图像传感器中。
[0019]进一步地，所述第三翻转镜至所述光子计数器的光程，与所述第三翻转镜至所述图像传感器的光程相等。
[0020]进一步地，还包括位移控制器，所述位移控制器分别与所述第一翻转镜、所述第二翻转镜和所述第三翻转镜相连接，用于分别控制所述第一翻转镜、所述第二翻转镜和所述第三翻转镜的翻转角度。
[0021]进一步地，所述第一反射镜、第二反射镜、所述第一翻转镜、所述第二翻转镜和所述第三翻转镜均以90
°
角弯折其所在光路。
[0022]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0023]本专利技术让多个目镜系统共用单个大数值孔径的物镜，实现将多套成像光路整合在一起；并通过切换光路的方式，改变成像光路的放大倍数，不仅能够对单个离子进行高分辨成像，方便离子阱系统的搭建与调试以及单比特量子计算实验，也能够对离子链整体进行成像，方便多比特量子计算实验；且切换光路方式相对简单，不需要重新搭建和调试成像光路，也不需要牺牲成像效果，结构具有一定的集成性，有利于成像光路的扩展。
附图说明
[0024]图1为本专利技术用于囚禁离子成像的分通道高分辨成像系统的元件示意图；
[0025]图2为本专利技术第一目镜系统的组成示意图；
[0026]图3为本专利技术第二目镜系统的组成示意图；
[0027]图4为本专利技术光电探测模块的组成示意图。
[0028]图中：100、真空腔；1、点光源；200、第一暗室；2、物镜；3、第一翻转镜；4、第一反射镜；5、第一目镜系统；51、第一透镜；52、第一针孔；53、第二透镜；6、第二目镜系统；61、第三透镜；62、第二针孔；63、第四透镜；7、第二反射镜；8、第二翻转镜；300、第二暗室；9、光电探测模块；91、光子计数器；92、第三翻转镜；93、图像传感器。
具体实施方式
[0029]下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施
例。
[0030]本实施例提供一种用于囚禁离子成像的分通道高分辨成像系统，该系统将多套成像光路整合在一起，通过切换光路的方式，改变放大倍数，实现对单个离子或者离子链的成像。其中，在光学设计阶段，考虑了每条成像光路，整体进行优化设计，综合获得最佳的成像设计效果。
[0031]参照图1所示，本实施例的成像系统主要包括有物镜2、第一分镜组、多个目镜系统、第二分镜组以及光电探测模块9。
[0032]所述物镜2的物方视场上具有点光源1，其中可将每个离子或者原子发出的荧光可被视为一个点光源1。所述点光源1位于真空腔100内，所述点光源1发出的光透过真空腔100的底部视窗之后，被分通道高分辨成像系统收集和探测。所述的分通道高分辨成像系统包括成像光路、暗室、位移台。
[0033]所述物镜2、所述第一分镜组、多个所述目镜系统以及所述第二分镜组位于第一暗室200内，第一暗室200包裹成像光路，可避免环境光干扰收集到的离子荧光。所述第一暗室200可以是一种套筒式的机械结构，成像光路的元器件固定于套筒内壁，避免环境对光学元器件位置的影响。
[0034]所述第一暗室200内设有位移台，所述物镜2、所述第一分镜组、多个所述目镜系统以及所述第二分镜组均安装在位移台上，该位移台是一种高精密位移台，通过位移控制装置可以在xyz三个空间方向上对各成像元件进行微米级调节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于囚禁离子成像的分通道成像系统，其特征在于，包括物镜、多个目镜系统以及光电探测模块；所述物镜的物方视场上具有点光源，所述点光源经过所述物镜出射平行光束并经第一分镜组切换光路；每条光路上布设有对应的所述目镜系统，且不同光路上的所述目镜系统的放大倍数不相同；所述目镜系统的出射光路上设有第二分镜组，通过调整所述第二分镜组将所述目镜系统的出射光束照射至所述光电探测模块中进行成像。2.根据权利要求1所述的用于囚禁离子成像的分通道成像系统，其特征在于，所述第一分镜组包括第一反射镜以及用于切换光路的第一翻转镜；所述物镜出射的平行光直接照射至所述第一反射镜，经过所述第一反射镜的反射进入该光路所对应的第二目镜系统；或，所述物镜出射的平行光经所述第一翻转镜弯折其光路后照射至该光路所对应的第一目镜系统。3.根据权利要求2所述的用于囚禁离子成像的分通道成像系统，其特征在于，所述物镜与所述第一目镜系统的总放大倍数，和所述物镜与所述第二目镜系统的总放大倍数相差5～6倍。4.根据权利要求1所述的用于囚禁离子成像的分通道成像系统，其特征在于，所述目镜系统包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜之间设有针孔；经所述第一分镜组出射的平行光经过所述第一透镜会聚至针孔的中心点上，经过针孔使发散的光束经过所述第二透镜会聚后出射。5.根据权利要求4所述的用于囚禁离子成像的分通道成像系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔恩楠，陈博艾，周卓俊，黄毛毛，韩琢，罗乐，
申请(专利权)人：启科量子技术珠海有限公司，
类型：发明
国别省市：