1.5 ㎛ 통신파장대역 진동수 얽힘 광자쌍의 양자간섭

김헌오,김용수,윤천주,조석범,Kim, Heon-Oh,Kim, Yong-Soo,Youn, Chun-Ju,Cho, Seok-Beom 한국광학회 2011 한국광학회지 Vol.22 No.6

We performed experiments on Hong-Ou-Mandel type two-photon interference with frequency entangled photon pairs at 1.5 ${\mu}m$ telecommunication band generated through femtosecond pulsed spontaneous parametric down-conversion. Two different angular frequencies ${\omega}_1$ and ${\omega}_2$ were selected using CWDM(coarse wavelength division multiplexing) filters at the output ports of the interferometer. The coincidence counting rates were measured with varying path-length difference between the two interferometer arms to observe the two-photon interference patterns of spatial beating. The obtained visibilities in the net coincidence were close to the theoretical limit of 100%. 펨토초 펄스형 자발적 매개하향변환에서 생성된 1.5 ${\mu}m$ 통신파장대역 광자쌍의 진동수 얽힘상태를 구현하고, 광섬유 기반 Hong-Ou-Mandel 간섭계를 이용하여 양자간섭 실험을 수행하였다. 각진동수 ${\omega}_1$과 ${\omega}_2$에 대응하는 두 광자의 파장은 저밀도 파장분할다중화(coarse wavelength division multiplexing, CWDM) 필터를 이용하여 선택하였고, 간섭계에서 경로차에 따른 두 검출기의 동시계수 측정에서 높은 선명도를 갖는 공간적인 맥놀이 형태의 간섭무늬를 관측하였다.

얽힘상태 광을 이용한 광학계에서 잡광이 동시계수에 미치는 영향

김헌오,고정훈,박구동,엄영호,김태수 한국광학회 2001 한국광학회지 Vol.12 No.4

The influences of background and environmental noise on coincidence detection are investigated with entangled photons produced by parametric down-conversion process. When the down-converted photons are mixed with thermal light, the coincidence rate did not vary with increasing noise level because the accidental coincidences are discriminated at the short resolving time window. The entangled photon source and the coincidence technique can effectively be used for a noise-free communication channel in the new field of quantum information transmission and processing. ssing. 두 검출기를 이용하여 매개하향변환과정에서 발생하는 광자쌍을 동시계수할 때 배경 및 잡광이 동시계수에 미치는 영향을 조사하였다. 열광원에서 나온 광자들이 광자쌍과 함께 입사할 때 측정장치 내에서 분해시간에 의해 이러한 잡광을 효과적으로 제거하기 때문에 광자쌍의 동시계수에는 전형 영향을 미치지 않았다. 이러한 얽힘 상태의 광원의 동시계수 측정방법은 신호광의 손실이나 잡광의 영향을 최소화하는 정보처리와 전송 및 통신체계에 효과적으로 이용될 수 있다.

매개하향변환 과정에서 발생하는 두광자의 상관관계가 Mach-Zehnder 간섭계의 분해능에 미치는 영향

김헌오,고정훈,박구동,김태수 한국광학회 2001 한국광학회지 Vol.12 No.4

Mach-Zehnder 간섭계에 매개하향변환과정에서 발생한 광자쌍을 입사시켰을 때 두광자의 상관관계가 간섭계의 분해능에 미치는 영향을 Bayes 정리에 근거한 전산 시늉으로 분석하였다. 발생과정에서 두광자는 100%의 상관관계를 가지지만 진행중에 반사, 흡수, 산란 등에 의해 소멸되므로 상관관계가 감소하고, 이러한 상관관계의 감소는 간섭계의 위상분해에 있어서 저하를 가져오는 주요 요인이되며, 또한 간섭계의 분해능은 검출기의 양자효율에 관련됨을 확인하였다. 전산시늉으로 얻은결과, 간섭계의 위상치가 적을수록 위상정밀도는 좋아지고 위상차가 증가할수록 위상의 불확정도는 점점 증가하는 경향을 나타내었다. The influences of decorrelation on phase sensitivity are studied with a computer simulation based on the Bayesian theorem, when correlated photons produced by parametric down-conversion are incident on a Mach-Zehnder interferometer. Although the down-converted photons show a perfect correlation in the production process, this degree of correlation may be decreased by reflection, absorption, and scattering during propagation. It is found that this decorrelation results in phase sensitivity degradation, and that the sensitivity is related to the detector quantum efficiency. The results show that when the phase difference between the two paths is smaller the phase sensitivity is better. etter.

매개하향변환 과정에서 발생하는 광자쌍의 상관관계에 따른 동시계수 측정

김헌오,고정훈,김태수 한국광학회 2001 한국광학회지 Vol.12 No.6

자발적인 매개하향변환과정에서 발생하는 광자쌍을 이용하여, 광학계내의 광손실에 따른 상관관계의 감소가 단일광자계수 와 두-광자 동시계수에 미치는 영향을 조사하였다. 두 검출기 앞에 얇은 유리판을 설치하고 유리판의 편광에 따른 투과율을 변화시켜 두 광자들간의 상관관계를 인위적으로 조절하였다. 상관관계의 정도에 따라 측정된 단일광자계수는 광자를 측정하는 검출기 앞에 놓인 유리판의 투과율에 비례하는 반면에, 두-광자 동시계수는 두 검출기 안에 놓인 두 유리판의 투과율의 곱에 비례하였다. The effect of decorrelation on the coincidence is investigated with correlated photons produced by parametric down-conversion process. The degree of correlation between photon pairs is adjusted by changing the polarization dependent transmissivities of thin glass plate\ulcorner in front of two detectors. It was found that the single counts of each detectors are proportional to the transmissivity and the coincidence is proportional to the product of transmissivities of the glasses in front of two detectors.

준열광원의 결맞음시간 측정

김헌오,하양,신종태,김태수,Kim, Hyun-Oh,Ha, Yang,Shin, Jong-Tae,Kim, Tae-Soo 한국광학회 1996 한국광학회지 Vol.7 No.4

He-Ne 레이저를 표면이 9.mu.m의 거칠기로 연마된 원형유리에 투과시킨 준열광원을 제작하여 측정시간 T와 회전속도 v등의 실험조건을 변화시키면서 광전자 분포의 변화를 측정하였다. 준열광원에서 나오는 빛의 광전자 분포의 평균값 <n>과 가변도 <(.DELTA.n)$^{2}$>를 구해본 결과, 측정시간 T가 결맞음시간 .tau.$_{c}$에 비해서 클 때는 광전자 분포가 푸아송 분포로 접근한다는 것을 확인하였다. T가 .tau.$_{c}$보다 훨씬 큰 즉, T/.tau.$_{c}$>>1인 경우 연마유리 원판의 회전속도를 변화시키면서 광전자 분포를 측정함으로써 회전속도가 증가함에 따라 결맞음시간 .tau.$_{c}$가 31.43.mu.m에서 2.48.mu.m로 감소한다는 것을 확인하였으며 표면의 거칠기 .sigma.와 회전속도 v의 비로 나타내는 결맞음시간 .sigma./v와 비교하였다. The photocount distribution from a quasi-thermal light source, a moving ground glass disk (surface roughness; 9 ${\mu}{\textrm}{m}$) illuminated by a well-stabilized He-Ne laser, is measured by a photon counting system, and analyzed with theoretical calculations. The distribution approaches the Poisson distribution for the long coherence time ${\tau}_c$ compared to the measuring time T. The coherence time ${\tau}_c$ of the quasi-thermal source can be changed by controlling the velocity v of the motor driving the glass disk. By the comparison of experimental results and theory for the condition of T/ ${\tau}_c$ >>1, the coherence time ${\tau}_c$ of the quasi-thermal source is turned out to be in the range of 31.43 $mutextrm{s}$~2.48 $mutextrm{s}$ according to the circumferential velocity of the disk, and compared with the simple calculation of $\sigma$/v.

광자쌍의 뭉침현상이 단일계수에 미치는 영향

김헌오,신하림,박구동,김태수 한국광학회 2003 한국광학회지 Vol.14 No.6

Hong-Ou-Handel 간섭계를 이용한 광자쌍의 4차 간섭실험에서 두 광자의 뭉침이 단일계수에 미치는 영향을 조사하였다. 검출기의 단일광자 시간 분해능보다 짧은 시간간격으로 두 광자가 검출기에 입사할 때 하나의 검출기에서 측정되는 단일계수가 현저하게 줄어드는 변화를 확인하였다. We report an effect of photon pairs on single-photon detection rates, while Hong-Ou-Handel's two-photon interference experiment is performed with photons produced in noncollinear type-I parametric down-conversion. Photon pairing behavior or spatial bunching is measured and shown to cause a decrease in the single photon counting rate. Such a dip is found to result from the fact that the single-photon timing resolution of photodetectors is much longer compared to the time interval between the two photons incident on the single-photon detector.

준열광원에서 방출되는 빛의 광전자 분포 측정

김헌오,하양,신종태,박구동,김태수,Kim, Heon-Oh,Ha, Yang,Shin, Jong-Tae,Park, Goo-Dong,Kim, Tae-Soo 한국광학회 1998 한국광학회지 Vol.9 No.3

광전자 계수법을 이용하여 준열광원에서 방츨되는 빛의 광전자 분포를측정하였다. 준열광원은 선편광된 He-Ne 레이저빔을 9$\mu$m의 거칠기로 표면이 연마된 유리판에 트과시킨 것으로, 연마유리판의 회전속도에 따라 결맞음시간에 따라 회전속도에 따라 결맞음 시간은 31.4$\mu$s로부터 2.48$\mu$s까지 변하는 특징을 갖는다. 준열과원의 결맞음시간보다 측정시간이 매우 길 때 광전자 분포는 Poisson 분포를 나타내었으나측정시간보다 광원의 결맞음시간이 길러질수록 광전자 분포는 Bose-Einstein 통계를 보였다. The phtocount distributions of a quasi-thermal light source were measured by using the photoelectric counting method. The source was fabricated from the ground glass plate of 9${\mu}{\textrm}{m}$ roughness illuminated by linearly polarized He-Ne laser beam. The coherence time of the quasi-thermal light changed from 31.4$mutextrm{s}$ to 2.48$mutextrm{s}$ according to the grain velocity of the ground glass plate. The photocount distribution showed the Bose-Einstein statistics for a long coherence time compared to the counting time interval, while the distribution approaches the Poisson distribution when the coherence time much shorter than the counting time.

광자쌍을 이용한 Hanbury Brown-Twiss 실험

김헌오,고정훈,박구동,김태수,Kim, Heon-Oh,Ko, Jeong-Hoon,Park, Goo-Dong,Kim, Tae-Soo 한국광학회 2003 한국광학회지 Vol.14 No.2

매개하향변환과정에서 발생한 광자쌍과 Hong-Ou-Handel 간섭계를 이용한 4차 간섭실험에서 두 광자가 빔분할기에 동시에 입사할 때 빔분할기의 한 쪽 출구로만 두 광자가 쌍을 이루어 빠져나가는 두-광자의 공간적인 뭉침 효과를 관측하였다. 또한 검출기의 단일광자 시간 분해능보다 짧은 시간에 두 광자가 쌍으로 입사할 때 하나의 검출기에 의한 단일계수와 비교하였다. We present experimental observations of two-photon spatial bunching effect in a two-photon interference experiment by using the photon pairs produced by parametric down-conversion and the Hong-Ou-Mandel interferometer. We show that this pairing behavior is observed by coincidence detection, but gives a negligible effect for a single count.

진동수가 서로 다른 얽힘상태 광자쌍의 4차 간섭

김헌오,고정훈,김태수,Kim, Heon-Oh,Ko, Jeong-Hoon,Kim, Tae-Soo 한국광학회 2002 한국광학회지 Vol.13 No.4

One of the nonclassical effects in two-photon interference experiments, spatial quantum beating, is observed in fourth-order interference with pairs of photons produced by a spontaneous parametric down-conversion process. When photon pairs in different frequencies $\omega1$ and $\omega2$ are mixed together, and directed to two detectors, the coincidence counts exhibit a cosine modulation with difference frequency | $\omega1$- $\omega2$|. The measured coincidence counts turned out to have an interference pattern with periodicity of 10.45 ㎛ in position or 34.82fs in time delay, which corresponds to the period 2$\pi$/| $\omega1$- $\omega2$| for the beat frequency of 0.29${\times}10^{14}$Hz. 매개하향변환과정에서 동시에 발생한 서로 다른 진동수의 광자쌍을 이용한 4차 간섭실험에서 비고전적인 맥놀이 효과를 측정하였다. 각진동수가 각각 $\omega1$과 $\omega2$인 광자쌍을 빔분할기에서 중첩시키고, 빔분할기의 두 출구에 놓인 두 검출기로 동시계수 할 때, 두 광자가 빔분할기에 도달하는 시간 간격에 따라 cos($\omega1$-$\omega2$)의 함수로 동시계수의 변화를 나타내었다. 두 광자의 파장 차이가 41㎚일 때 측정된 맥놀이 진동수 ($\omega1$-$\omega2$)/2$\pi$는 0.29${\times}10^{14}$㎐이었고, 진동수 차이에 해당하는 두 광자의 시간간격은 34.82fs로 측정되었다.

주파수 상향변환 검출기를 이용한 1.5 ㎛ 통신파장대역의 단일광자 측정

김헌오,윤천주,조석범,김용수,Kim, Heon-Oh,Youn, Chun-Ju,Cho, Seok-Beom,Kim, Yong-Soo 한국광학회 2011 한국광학회지 Vol.22 No.5

We present a low jitter frequency up-conversion detector based on quasi-phase matched sum frequency generation in a periodically poled $LiNbO_3$ waveguide for efficient single-photon detection at 1.5 ${\mu}m$ telecommunication wavelengths. The maximum detection efficiency and the noise count rate using the pump power of 300 mW and the pump wavelength of 974 nm are about 7% and 480 kHz, respectively. We also characterize the timing jitter of the frequency up-conversion detector by analyzing the time distribution of the detection outputs for photons generated through a picosecond pump pulsed spontaneous parametric downconversion. The minimum timing jitter was measured to be about 39.1 ps. Coincidence measurement with a narrow time window for pulsed up-conversion photons can eliminate the unwanted noise counts and maximize signal to noise ratio. 1.5 ${\mu}m$ 통신파장 대역 단일광자의 효율적인 측정을 위해서 PPLN WG(periodically poled $LiNbO_3$ waveguide)에서 준위상정합을 이용한 합주파수 생성에 의한 주파수 상향변환 검출기를 구성하고 검출 효율, 잡음 계수 및 타이밍 지터를 측정하였다. 974 nm에서 발진하는 펌프광의 세기가 300 mW일 때 최대 검출효율이 약 7%, 잡음 계수율은 약 480 kHz로 측정되었다. 피코초펄스 레이저를 이용한 자발적 매개하향변환에서 발생한 펄스형 단일광자 신호를 이용하여 측정된 주파수 상향변환 검출기의 최소 타이밍 지터는 약 39.1 ps였다. 또한 아주 좁은 동시계수 시간 폭으로 펄스형의 주파수 상향변환된 단일광자를 측정하면 잡음의 효과를 최소화할 수 있고, 신호대 잡음비의 특성을 최대로 높일 수 있다.