KR100815848B1 - 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치 - Google Patents
초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100815848B1 KR100815848B1 KR1020070054703A KR20070054703A KR100815848B1 KR 100815848 B1 KR100815848 B1 KR 100815848B1 KR 1020070054703 A KR1020070054703 A KR 1020070054703A KR 20070054703 A KR20070054703 A KR 20070054703A KR 100815848 B1 KR100815848 B1 KR 100815848B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- photons
- photon
- light source
- photonic crystal
- resolution optical
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 47
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 title 1
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 claims abstract description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 6
- XBJJRSFLZVLCSE-UHFFFAOYSA-N barium(2+);diborate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[Ba+2].[O-]B([O-])[O-].[O-]B([O-])[O-] XBJJRSFLZVLCSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/101—Lasers provided with means to change the location from which, or the direction in which, laser radiation is emitted
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/44—Electric circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
- H01S3/139—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/44—Electric circuits
- G01J2001/4446—Type of detector
- G01J2001/446—Photodiode
- G01J2001/4466—Avalanche
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
본 발명은 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자광원에 관한 것으로서, 광자 수의 양자 얽힘 현상을 이용하여 간섭계의 분해능을 수 배 증가시킬 수 있도록 하는 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치에 관한 것으로, 레이저 광원; 광원에서 발생된 광자들 중 1개로부터 2개의 광자를 자발매개하향변환 과정을 통하여 생성하는 광결정체; 광자의 일부를 반사시키고 일부는 투과시키는 특징을 가진 빔분할기; 및 광자를 검출하여 전기신호를 발생시키는 광자검출기로 구성되어 양자얽힘상태의 광자를 생성하여 초고분해능 광 간섭계의 분해능을 증가시키는 것이 특징이며, 빛의 광자수 상태가 비고전적인 특성을 갖는 광자수 얽힘상태 양자광원의 구조를 제시함으로써 종래의 광학 리토그래피나 현미경이 갖는 회절한계에 의한 분해능 한계를 넘는 새로운 기술을 실현할 수 있도록 한다. 또한, 종래의 양자광원 제작 방식과 달리 자발매개하향변환과 광자검출기를 사용한 예고광자를 활용함으로써 생성 효율이 높으면서 원치않는 광자에 의해 잡음이 작은 양자광원을 얻을 수 있다.
초고분해능 광 간섭계, 양자얽힘, 광자 생성장치, 예고광자, 자발매개하향변환
Description
도 1a는 양자얽힘상태의 빛을 이용한 광 간섭계의 모식도.
도 1b는 도 1a에 도시된 광자검출기에서 검출된 양자광원의 파장과 고전광원의 파장을 비교한 그래프.
도 2는 본 발명에 의한 광자수 3개인 양자얽힘상태 광자 생성장치의 구조를 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 광자 생성장치에서 하나의 광원을 이용하는 경우의 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 광자 생성장치에서 하나의 광결정체와 하나의 광원 및 하나의 거울을 이용한 구성도.
도 5는 본 발명에 의한 광자 생성장치에서 하나의 광원과 하나의 광결정체를 이용한 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1, 2, 3 : 출력광자 50 : 제 1광원
52, 82 : 제 1광결정체 54, 56, 60, 98 : 거울
58 : 제 1빔분할기 62 : 제 2빔분할기
64 : 제 3빔분할기 66 : 제 2광원
68, 84 : 제 2광결정체 70, 86, 99 : 광자검출기
80, 90, 100 : 광원 92, 102 : 광결정체
87, 96 : 제 1광자쌍 88, 94 : 제 2광자쌍
본 발명은 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자광원에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광자 수의 양자 얽힘 현상을 이용하여 간섭계의 분해능을 수 배 증가시킬 수 있도록하는 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치에 관한 것이다.
일반적으로 빛의 간섭 현상을 이용하는 광학현미경이나 리토그래퍼등의 기술의 공간 분해능은 빛의 레일라이(Rayleigh) 회절한계에 의해 빛의 파장에 해당하는 거리 정도로 제한된다. 따라서 더욱 정밀한 구조물을 광학적으로 제작하거나 측정하려면 더욱 짧은 파장의 빛을 사용해야 한다. 그러나 이와 같은 빛의 파장을 줄이려는 노력은 광소자 및 광원 제작기술에 의해 제한되며, 100 ㎚미만의 파장을 갖는 광원을 제작하는 것은 기술적으로 매우 어렵다.
이와 같은 분해능 제한을 극복하기 위한 노력으로써, 주파수가 다른 두 개의 레이저 광 및 다광자 흡수 기판을 이용하여 일반적인 간섭무늬의 1/4~1/2인 공간 간격을 갖는 간섭무늬를 생성하는 방법이 Yablonovitch, Bently 등에 의해 제안되 어 실험으로 구현된 바 있다. 그러나 위의 방법들은 특정한 파장의 빛만을 흡수하는 기판을 필요로 하는데, 이 경우 여러 공간 주파수를 동시에 갖는 복잡한 패턴을 구현하기가 어렵다는 단점이 있다.
위의 회절한계를 근본적으로 극복하기 위한 방법으로써, 빛의 비고전적인 양자 상태를 이용하는 방법이 제안되었다. 고전적인 빛이란 전기장 및 자기장의 크기로 표현되는 빛이며, 이에 반하여 비고전적 빛은 광자의 개수로 정의되는 상태 및 그러한 상태들의 양자적 중첩상태에 있는 빛을 뜻한다. 특히, 소위 NOON 상태라고 알려진 광자 수 상태의 중첩상태가 간섭계에 적용될 경우, 고전적인 빛의 수배에 달하는 분해능 및 전체 광자수의 1/2 제곱에 해당하는 만큼의 잡음 감소 효과를 얻을 수 있다.
상기 [수학식 1]에서 아래첨자 1, 2는 서로 구분되는 광경로를 뜻하며, 괄호 안의 0, N은 광자 수를 의미한다.
도 1a는 양자얽힘상태의 빛을 이용한 광 간섭계의 모식도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 광자검출기에서 출력된 양자광원의 파장과 고전광원의 파장을 비교한 그래프이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 광원에서 발생한 빛은 제 1경로와 출력의 위상을 변화시키는 페이즈 쉬프터(phase shifter)(10)가 구성된 제 2경로로 빔분할기(20) 에 입사되어 출력된 광자는 광자검출기(30)로 검출된다. 양자광원은 광자가 N개씩 뭉쳐다니는 상태를 말하는 것인데, 1b에 도시된 바와 같이, 광자검출기(30)에서 검출된 양자광원의 파장(40)은 고전광원의 파장(42)에 비하여 파장이 더 짧다. 즉 N개의 광자수 상태를 이용한 도 1a와 같은 간섭계는 광자의 파장이 1/N인 광자 한 개를 사용한 간섭계와 동등한 출력 특성을 가지며, 광자의 수가 N개로 늘어날 때마다 기존의 간섭계보다 N배 향상된 분해능을 갖는다.
NOON 상태를 실제로 제작하기 위한 방법은 Lee 등에 의해 이론적으로 제안된 바 있고, Mitchell 등에 의해 실험적으로 구현되었다. 그러나 이러한 기존에 제안된 방법들은 단일광자 광원과 같이 현실적으로 구현하기 어려운 소자를 가정함으로써 실현되기 힘들거나 약한 레이저 광처럼 고전적인 빛을 양자상태로 근사함으로써 원치않는 잡음이 크다는 단점을 보여왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결코자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치를 구성함에 있어서 자발매개하향변환(spontaneous parametric down-conversion: SPDC)을 기반으로 한 예고광자(heralded photon)를 사용하여 제작의 용이성, 생성효율 및 성능을 높인 양자얽힘상태 광자 생성장치를 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은 광 간섭계의 분해능을 3배 증가시키도록 하는 양자얽힘상태 광자 생성장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,
펄스형 레이저 제 1광원과 제 2광원; 제 1광원에서 발생된 광자들 중 1개로부터 2개의 광자를 자발매개하향변환 과정을 통하여 생성하는 제 1광결정체; 제 2광원에서 발생된 광자들 중 1개로부터 2개의 광자를 자발매개하향변환 과정을 통해 생성하는 제 2광결정체; 광자의 일부를 반사시키고 일부는 투과시키며 제 1광결정체에서 발생된 2개의 광자가 2개의 입력단자로 각각 입사되는 제 1빔분할기; 광자의 일부를 반사시키고 일부는 투과시키며 제 2광결정체에서 발생된 2개의 광자 중 1개의 광자와, 제 1빔분할기의 다른 1개의 출력단자로 진행하는 광자가 2개의 입력단자로 각각 입사되는 제 2빔분할기; 광자의 일부를 반사시키고 일부는 투과시키며, 제 1빔분할기의 다른 1개의 출력단자로 진행하는 광자와, 제 2빔분할기의 1개의 출력단자로 진행하는 광자가 2개의 입력단자로 각각 입사되는 제 3빔분할기; 및 제 2광결정체에서 발생된 2개의 광자 중 다른 1개의 광자를 검출하여 전기신호를 발생시키는 광자검출기로 구성되어 제 3빔분할기에서 양자얽힘상태의 광자를 생성하여 초고분해능 광 간섭계의 분해능을 증가시키는 것이 특징이다.
또한 제 3빔분할기에서 생성되는 양자얽힘상태의 광자는 |3>|0>-|0>|3> 상태인 것이 특징이다.
또한 제 1광원과 제 2광원은 출력 펄스의 시간폭이 1 ㎱미만인 것이 특징이다.
또한 제 1광원과 제 2광원은 단일광원인 것이 특징이다.
또한 제 1광결정체와 제 2광결정체는 제 1종 자발매개하향변환이 일어나도록 제작된 것이 특징이다.
또한 제 1광결정체와 제 2광결정체로부터 나오는 총 4개의 광자는 서로 모두 구분되며, 제 1광결정체와 제 2광결정체는 단일광결정체인 것이 특징이다.
또한 제 1빔분할기와 제 2빔분할기 및 제 3빔분할기는 광자의 반사율이 50 %±10 %이거나 67 %±10 % 이고, 투과율이 50 %±10 % 이거나 33 %±10 %인 것이 특징이다.
또한 제 1광원과 제 2광원은 모드록킹된 티타늄:사파이어(Ti:sapphire)레이저의 출력인 것이 특징이다.
또한 제 1광결정체와 제 2광결정체는 베타 바리윰 보레이트(beta barium borate)인 것이 특징이다.
아울러 광자검출기는 광증배 다이오드(avalanche photodiode)인 것이 특징이다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 양자얽힘상태 광자 생성장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 광자수 3개인 양자얽힘상태 광자 생성장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 양자얽힘상태 광자 생성장치는 펌프 제 1광원(50) 및 펌프 제 2광원(66); 광원이 자발매개하향변환 과정을 통하여 2개의 광자를 생성하는 제 1광결정체(52)와 제 2광결정체(68); 광경로를 조절하는 거울(54, 56, 60); 진행하는 광자의 일부를 반사시키고 일부는 투과시키는 제 1빔 분할기(58)와 제 2빔분할기(62) 및 제 3빔분할기(64)로 이루어진다.
상기 제 1광원(50)과 제 2광원(66)은 각각 펄스 형태의 레이저 광을 발생시키는데, 이 레이저는 모드록킹된 티타늄:사파이어(Ti:sapphire)레이저의 출력이다, 각 펄스는 제 1광결정체(52)와 제 2광결정체(68)에서 각각 일정한 확률로 광자쌍을 생성한다.
제 1광원(50)에서 발생되는 광자들 중 1개는 제 1광결정체(52)에서 자발매개하향변환 과정을 통하여 2개의 광자를 생성한다. 또한 제 2광원(66)에서 발생되는 광자들 중 1개는 제 2광결정체(68)에서 자발매개하향변환 과정을 통하여 2개의 광자를 생성한다. 상기의 자발매개하향변환 과정이란 높은 진동수(또는 짧은 파장)의 레이저광이 비선형매질에 입사할 때 입사하는 펌프 광자의 일부가 상대적으로 낮은 진동수(또는 긴 파장)를 갖는 한 쌍의 광자들로 자발적으로 변환되는 과정을 말한다.
제 1광결정체(52)에서 생성되어 광경로 a와 b로 진행하는 광자는 거울(54, 56)에 의해 각각 광경로가 조절되고, 광경로가 조절된 2개의 광자는 반사율 및 투과율이 50 %±10 %인 제 1빔분할기(58)의 두 입력단자로 입사하여 광경로 a’와 b’로 출력된다. 제 2광결정체(68)에서 생성되어 광경로 c와 d로 진행되는 두 개의 광자 중 광경로 d로 진행하는 광자는 광자검출기(70)로 검출한다. 상기 광자검출기(70)가 광자를 검출한 경우, 광경로 c에는 높은 확률로 광자가 존재하는 상태가 된다. 이때, 광경로 a’, b’, c에 존재하는 광자의 양자상태는 다음[수학식 2]와 같이 표현된다.
상기 [수학식 2]에서 |〉안의 각 숫자는 광자 수 상태를 나타내고, 
는 광경로 i에 광자 한 개를 생성하는 양자역학적 생성연산자(creation operator)이다. 위의 식을 유도하려면 초기조건 
로 부터 다음과 같은 빔분할기에 의한 생성연산자의 변환식을 이용한다.
상기 [수학식 3]에서 R과 T는 각각 빔분할기(58, 62, 64)의 반사율 및 투과율이다. 참고로 광경로 a’와 b’의 광자 상태를 표현하는 (|2>|0>-|0>|2>) 형태의 결과는 잘 알려진 광자 묶임(photon bunching)현상을 나타낸다.
위의 상태에서 광경로 b’와 c의 광자를 도 2의 반사율 67 %±10 %, 투과율 33 %±10 %인 제 2빔분할기(62)를 거친다. 제 2빔분할기(62)의 출력단자로 진행하는 출력광자(3)는 이용되지 않고, 다른 1개의 출력단자로 진행하는 광자는 광경로 b”에 존재한다. 광경로 a’와 b”에 존재하는 광자의 양자상태 중 광자 수가 3인 경우를 생각하면 다음과 같은 상태로 된다.
위의 상태에서 다시 거울(60)로 광경로 a’를 조절하고, 광경로 a’와 b”의 광자는 도 2의 반사율 및 투과율이 50 %±10 %인 제 3빔분할기(64)를 거치면, 결국 다음과 같은 양자얽힘상태의 출력광자(1, 2)로 출력된다.
상기에서 양자얽힘상태의 광자로 출력된 출력광자(1, 2)는 광자 수 3개의 얽힘상태를 구현한다. 도 1에 도시된 바와 같은 광 간섭계에 적용하여 고전적인 빛의 3배에 달하는 분해능 및 전체 광자수의 1/2 제곱에 해당하는 만큼의 잡음 감소 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 상기와 같이 하나의 광자검출기(70)에서 광자를 검출할 때 높은 확률로 광경로 c에 단일광자 상태가 생성되도록 예고광자(heralded photon) 발생원리를 이용함으로써, 기존에 구현된 방식, 즉 약한 레이저 빛을 사용하여 광자 수가 1개 초과일 확률이 상대적으로 높은 방식에 비해 높은 간섭가시도(visibility)를 얻을 수 있는 장점을 갖는다.
도 3은 본 발명에 의한 광자 생성장치에서 하나의 광원을 이용하는 경우의 구성도이다.
상기 제 1광원(50)과 상기 제 2광원(66)은 도 2에서 분리된 것으로 표시하였으나, 하나의 광원을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 광원(80)을 이용하고, 광원(80)과 제 1광결정체(82) 및 제 2광결정체(84)를 일직선상에 위치시킨다. 하나의 광원(80)에서 발생된 펄스 형태의 레이저 광이 제 1광결정체(82)에서 자발매개하향변환 과정을 통하여 2개의 광자를 생성한다. 또한 상기 제 1광결정체(82)을 통과한 광원(80)은 제 2광결정체(84)에서 자발매개하향변환 과정을 통하여 2개의 광자를 생성한다. 즉, 제 1광결정체(82)과 제 2광결정체(84)를 거치면서 하나의 광원(80)로부터 광자 4개가 생성된다. 제 1광결정체(82)에서 발생된 광자는 제 1광자쌍(87)을 구성하며 광경로 a 와 b로 진행한다. 또한 제 2광결정체(84)에서 발생된 광자는 제 2광자쌍(88)을 구성하며 광경로 c 와 d로 진행한다.
광경로 d로 진행하는 광자는 광자검출기(86)로 검출되고, 제 1광결정체(82)에서 생성되어 광경로 a, b로 진행하는 광자와 제 2광결정체(84)에서 생성되어 광경로 c, d로 진행되는 광자는 도 2에서 설명한 바와 동일한 방법으로 광경로 a, b 및 c에 존재하는 광자의 양자상태를 양자얽힘상태의 광자로서 출력한다.
도 4는 본 발명에 의한 광자 생성장치에서 하나의 광결정체와 하나의 광원 및 하나의 거울을 이용한 구성도이다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 광원(90)에서 발생된 펄스 형태의 레이저 광이 광결정체(92)에서 자발매개하향변환 과정을 통하여 제 1광자쌍(96)이 발생한다. 하나의 광결정체(92)를 통과한 광원(90)은 광경로를 조절하는 거울(98)에 반사되어 다시 광결정체(92)로 입사되며, 자발매개하향변환 과정을 거쳐서 제 2광자쌍(94)이 발생한다. 즉, 하나의 광결정체(92), 하나의 광원(90) 및 거울(98)을 이용하여 4개의 광자를 생성할 수 있다.
광경로 d로 진행하는 광자는 광자검출기(99)로 검출되고, 광결정체(92)에서 생성되어 광경로 c로 진행하는 광자와, 거울(98)에 반사되어 광결정체(92)에서 생성된 광경로 a, b로 진행하는 광자는 도 2에서 설명한 바와 같이 제 1광원(50), 제 2광원(66), 제 1광결정체(52) 및 제 2광결정체(68)로 구성한 것과 동일한 방법으로 광경로 a, b 및 c에 존재하는 광자의 양자상태를 양자얽힘상태의 광자로 출력한다.
도 5는 본 발명에 의한 광자 생성장치에서 하나의 광원과 하나의 광결정체를 이용한 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 하나의 광결정체(102)는 하나의 광원(100)에서 발생된 1개의 광자로부터 자발매개하향변환 과정을 통해 2개의 광자를 생성하는데, 2개의 광자는 세로 방향으로 수평하게 a와 b로 진행하거나, 가로방향으로 수평하게 c와 d로 진행한다. 상기와 같이 진행하는 광자는 도 2에 설명한 바와 동일한 방법으로 광경로 a, b 및 c에 존재하는 광자의 양자상태를 양자얽힘상태의 광자로서 출력한다.
단, 자발매개하향변환 과정을 통하여 발생된 4개의 광자들은 모두 구분되어야 한다.
이와 같이 3개 이상의 광자를 생성하는 경우 모든 광자의 생성 시간을 일정 시간 이내로 동기화해야하므로, 상기 광원(50, 66, 80, 90, 100)으로는 펄스형 레 이저를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 펄스의 시간폭이 1 ㎱미만으로 유지되어야 상기 간섭현상을 일으킬 수 있는 광자의 파장 범위가 넓어져서 광자의 생성 효율이 높은 광자 생성장치를 구성할 수 있다. 또한 광자검출기(70, 86, 99)는 광증배 다이오드(avalanche photodiode)로 구성한다.
또한 광결정체(52, 68, 82, 84, 92, 102)는 베타 바리윰 보레이트(beta barium borate: BBO)이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 빛의 광자수 상태가 비고전적인 특성을 갖는 광자수 얽힘상태 양자광원의 구조를 제시함으로써 종래의 광학 리토그래피나 현미경이 갖는 회절한계에 의한 분해능 한계를 넘는 새로운 기술을 실현할 수 있도록 한다. 또한, 종래의 양자광원 제작 방식과 달리 자발매개하향변환과 광자검출기를 사용한 예고광자(heralded photon)를 활용함으로써 생성 효율이 높으면서 원치않는 광자에 의한 잡음이 작은 양자광원을 얻을 수 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.
Claims (10)
- 펄스형 레이저 제 1광원(50)과 제 2광원(66);상기 제 1광원(50)에서 발생된 광자들 중 1개로부터 2개의 광자를 자발매개하향변환 과정을 통하여 생성하는 제 1광결정체(52);상기 제 2광원(66)에서 발생된 광자들 중 1개로부터 2개의 광자를 자발매개하향변환 과정을 통해 생성하는 제 2광결정체(68);광자의 일부는 반사시키고 일부는 투과시키며 상기 제 1광결정체(52)에서 발생된 2개의 광자가 2개의 입력단자로 각각 입사되는 제 1빔분할기(58);광자의 일부는 반사시키고 일부는 투과시키며 상기 제 2광결정체(68)에서 발생된 2개의 광자 중 1개의 광자와, 상기 제 1빔분할기(58)의 1개의 출력단자로 진행하는 광자가 2개의 입력단자로 각각 입사되는 제 2빔분할기(62);광자의 일부는 반사시키고 일부는 투과시키며 상기 제 1빔분할기(58)의 다른 1개의 출력단자로 진행하는 광자와, 상기 제 2빔분할기(62)의 1개의 출력단자로 진행하는 광자가 2개의 입력단자로 각각 입사되는 제 3빔분할기(64); 및상기 제 2광결정체(68)에서 발생된 2개의 광자 중 다른 1개의 광자를 검출하여 전기신호를 발생시키는 광자검출기(70)로 구성되어 상기 제 3빔분할기(64)에서 양자얽힘상태의 광자를 생성하여 초고분해능 광 간섭계의 분해능을 증가시키는 것을 특징으로 하는 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 3빔분할기(64)에서 생성되는 양자얽힘상태의 광자는 |3>|0>-|0>|3> 상태인 것을 특징으로 하는 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1광원(50)과 상기 제 2광원(66)는 출력 펄스의 시간폭이 1 ㎱미만인 것을 특징으로 하는 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1광원(50)과 상기 제 2광원(66)은 단일광원인 것을 특징으로 하는 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1광결정체(52)과 상기 제 2광결정체(68)는 제 1종 자발매개하향변환이 일어나도록 제작된 것을 특징으로 하는 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1광결정체(52)과 상기 제 2광결정체(68)로부터 나오는 총 4개의 광 자는 서로 모두 구분되며, 상기 제 1광결정체(52)와 상기 제 2광결정체(68)는 단일광결정체인 것을 특징으로 하는 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1빔분할기(58)와 상기 제 2빔분할기(62) 및 상기 제 3빔분할기(64)는 광자의 반사율이 50 %±10 %이거나 67 %±10 % 이고, 투과율이 50 %±10 % 이거나 33 %±10 %인 것을 특징으로 하는 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1광원(50)과 상기 제 2광원(66)은 모드록킹된 티타늄:사파이어(Ti:sapphire)레이저의 출력인 것을 특징으로 하는 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1광결정체(52)와 상기 제 2광결정체(68)는 베타 바리윰 보레이트(beta barium borate)인 것을 특징으로 하는 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치.
- 제 1항에 있어서,상기 광자검출기(70)는 광증배 다이오드(avalanche photodiode)인 것을 특징으로 하는 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070054703A KR100815848B1 (ko) | 2007-06-04 | 2007-06-04 | 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070054703A KR100815848B1 (ko) | 2007-06-04 | 2007-06-04 | 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR100815848B1 true KR100815848B1 (ko) | 2008-03-24 |
Family
ID=39411360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020070054703A KR100815848B1 (ko) | 2007-06-04 | 2007-06-04 | 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100815848B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100974097B1 (ko) | 2007-07-16 | 2010-08-04 | 한양대학교 산학협력단 | 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법 및 이에 의하여제조된 1차원 스핀 광자결정 소자 |
| KR20160050239A (ko) * | 2014-10-29 | 2016-05-11 | 전남대학교산학협력단 | 고특성을 갖는 중첩된 광자 상태를 조건적으로 발생시키는 광자 상태 발생 장치 및 이에 적용되는 광자 상태 발생 방법 |
| KR20160050240A (ko) * | 2014-10-29 | 2016-05-11 | 전남대학교산학협력단 | 스퀴즈드 상태의 빔과 두개의 결맞은 상태의 빔을 이용한 진공 상태를 제거한 광자 생성 장치 및 광자 생성 방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4840446A (en) | 1986-09-16 | 1989-06-20 | Hitachi Cable, Ltd. | Photo semiconductor device having a multi-quantum well structure |
| US4878723A (en) | 1986-02-06 | 1989-11-07 | Gte Laboratories Incorporated | Optically controlled semiconductor waveguide interferometer apparatus |
| US4957337A (en) | 1988-05-06 | 1990-09-18 | Hitachi, Ltd. | Optical quantum interference device and method of modulating light using same |
-
2007
- 2007-06-04 KR KR1020070054703A patent/KR100815848B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4878723A (en) | 1986-02-06 | 1989-11-07 | Gte Laboratories Incorporated | Optically controlled semiconductor waveguide interferometer apparatus |
| US4840446A (en) | 1986-09-16 | 1989-06-20 | Hitachi Cable, Ltd. | Photo semiconductor device having a multi-quantum well structure |
| US4957337A (en) | 1988-05-06 | 1990-09-18 | Hitachi, Ltd. | Optical quantum interference device and method of modulating light using same |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100974097B1 (ko) | 2007-07-16 | 2010-08-04 | 한양대학교 산학협력단 | 1차원 스핀 광자결정 소자의 제조방법 및 이에 의하여제조된 1차원 스핀 광자결정 소자 |
| KR20160050239A (ko) * | 2014-10-29 | 2016-05-11 | 전남대학교산학협력단 | 고특성을 갖는 중첩된 광자 상태를 조건적으로 발생시키는 광자 상태 발생 장치 및 이에 적용되는 광자 상태 발생 방법 |
| KR20160050240A (ko) * | 2014-10-29 | 2016-05-11 | 전남대학교산학협력단 | 스퀴즈드 상태의 빔과 두개의 결맞은 상태의 빔을 이용한 진공 상태를 제거한 광자 생성 장치 및 광자 생성 방법 |
| KR101653054B1 (ko) * | 2014-10-29 | 2016-09-01 | 전남대학교산학협력단 | 스퀴즈드 상태의 빔과 두개의 결맞은 상태의 빔을 이용한 진공 상태를 제거한 광자 생성 장치 및 광자 생성 방법 |
| KR101697822B1 (ko) | 2014-10-29 | 2017-01-18 | 전남대학교산학협력단 | 고특성을 갖는 중첩된 광자 상태를 조건적으로 발생시키는 광자 상태 발생 장치 및 이에 적용되는 광자 상태 발생 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9235101B2 (en) | Optical source | |
| de Riedmatten et al. | Long-distance entanglement swapping with photons from separated sources | |
| Marshall et al. | Laser written waveguide photonic quantum circuits | |
| Fasel et al. | Energy-time entanglement preservation in plasmon-assisted light transmission | |
| WO2007102408A1 (ja) | 量子もつれ光子対発生装置、及び、量子もつれ光子対発生方法 | |
| KR100855901B1 (ko) | 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치 | |
| US6678054B1 (en) | Quantum channel for the transmission of information | |
| Resch et al. | Nonlinear optics with less than one photon | |
| CN109085728A (zh) | 利用集成波导制备频率简并多光子纠缠源的方法和装置 | |
| Ma et al. | On-chip interaction-free measurements via the quantum Zeno effect | |
| KR100815848B1 (ko) | 초고분해능 광 간섭계를 위한 양자얽힘상태 광자 생성장치 | |
| Zhang et al. | Optical quantum states based on hot atomic ensembles and their applications | |
| US11448938B2 (en) | Entangled photon source that can replace a pulsed laser in non-ablative multiphoton and nonlinear processes | |
| Halder et al. | Photon-bunching measurement after two 25-km-long optical fibers | |
| CN115683365B (zh) | 一种基于量子频率上转换的可调谐量子拍频干涉装置 | |
| Benetou et al. | Light-alignment controllable beam splitter and vectorial displacement sensor in the stopped-light regime of plasmonic metasurfaces | |
| Wang et al. | Generation of nondegenerate narrow-band photon pairs for a hybrid quantum network | |
| Zhang et al. | Generation of multiphoton entangled quantum states with a single silicon nanowire | |
| Takeuchi | Photonic quantum information: science and technology | |
| Teng et al. | A High-Stability All-Optical Nonlinear Activator for Optical Computing | |
| US20090051987A1 (en) | Method and arrangement for producing a hologram | |
| Shanmugapriya et al. | Design of various all-optical code converters using SOA-MZI | |
| Zou et al. | 1× 4 Optical Demultiplexer for TM Modes in a Hole-Type Silicon Photonic Crystal | |
| Wang | Electronic-Photonic Quantum Systems-on-Chip and a Sub-Wavelength All-Evanescent Cavity | |
| U'Ren et al. | Conditional preparation of single photons for scalable quantum-optical networking |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |