博览：2015 Optica 缺陷组件，完美光学

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博览：2015 Optica 缺陷组件，完美光学

技术背景：

在硅光子技术中使用完美的马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer, MZI)可以实现给定维度的任意空间线性光学函数。

当前不足：

如空间模式转换器、线性光学量子计算门以及用于通信和其它应用的任意线性光学处理器这样的先进光学函数，可以在硅光子技术中使用MZI网格(mesh)来实现，但性能受到不能实现理想的50：50分割的分束器的限制。 

文章创新点：

基于此，美国斯坦福大学的David A. B. Miller提出了一种新的架构和一种新颖的自我调整方法，可以自动补偿从85∶15到15∶85之间由于不完美制造产生的非理想分光比，并能够大规模制造用于各种复杂和精确线性光学函数。

原理解析：

(1) 使用双MZI结构补偿由于加工误差引起的非理想50:50分束比(允许加工误差范围从85:15到15:85)。如图1a，MZI块包含了两个名义上50:50分束比的分束器(由于制造误差，实际上比值有偏离)、移相器θ控制MZI的分束比、移相器ϕ控制额外相位。通过使用如图1b所示的附加MZI替代分束器(BSL和BSR模块)，结合算法(作者提出的beam splitter 50:50 setup algorithm,BFSA),可以只依据最小或者最大化探测器DB和DR上的功率，就可以无需校正任何组件，实现BSL和BSR的50:50分束比。

(2) 使用一种MZI网格逐步配置算法(mesh 50:50 setup algorithm,MFSA),以设置网格中的所有MZI块，实现真实的完美网格。随后使用自配置线性组件算法(self-configuring linear component algorithm)配置网格实现最终所需函数。

参考文献：David A. B. Miller, "Perfect optics with imperfect components," Optica 2, 747-750 (2015)

DOI：https://doi.org/10.1364/OPTICA.2.000747

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