KR20160050922A - Phase Modulation Apparatus based on Sagnac interferometer - Google Patents
Phase Modulation Apparatus based on Sagnac interferometer Download PDFInfo
- Publication number
- KR20160050922A KR20160050922A KR1020140150100A KR20140150100A KR20160050922A KR 20160050922 A KR20160050922 A KR 20160050922A KR 1020140150100 A KR1020140150100 A KR 1020140150100A KR 20140150100 A KR20140150100 A KR 20140150100A KR 20160050922 A KR20160050922 A KR 20160050922A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- optical path
- phase
- modulation
- optical
- faraday
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/06—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the phase of light
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
- G02B27/0068—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration having means for controlling the degree of correction, e.g. using phase modulators, movable elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
- G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
- G02B6/29346—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by wave or beam interference
- G02B6/29347—Loop interferometers, e.g. Sagnac, loop mirror
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
- H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
- H04B10/67—Optical arrangements in the receiver
- H04B10/676—Optical arrangements in the receiver for all-optical demodulation of the input optical signal
- H04B10/677—Optical arrangements in the receiver for all-optical demodulation of the input optical signal for differentially modulated signal, e.g. DPSK signals
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Description
본 실시예는 사냑 간섭계 기반의 위상 변조 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 사냑 간섭계의 닫힌 광경로를 서로 반대방향으로 진행하는 원형 편광된 2개의 빔이 자기장에 의해 차동 위상 시프트를 겪게 되는 위상 변조 장치에 관한 것이다. The present embodiment relates to a Sagnac interferometer based phase modulating apparatus. More specifically, it relates to a phase modulating device in which two circularly polarized beams traveling in opposite directions to a closed optical path of a sagnac interferometer undergo a differential phase shift by a magnetic field.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the present embodiment and do not constitute the prior art.
양자 암호키 분배 시스템(Quantum Key Distribution System)은 단일 광자의 편광 또는 위상을 조절하는 방식으로 단일 광자에 암호 키 정보를 실어 수신자에게 전송한다. 수신자는 편광 수신 장치 또는 위상 변조 장치 등을 적용하여 암호 키 정보를 추출한다. 이러한 단일 광자 전송은 광통신 기술을 기반으로 구현되며, 장거리 전송을 목적으로 하는 양자 암호키 분배 시스템은 주로 단일모드 광섬유(Single Mode Optical Fiber)를 양자 채널(Quantum Channel)로 사용한다. 단일 모드 광섬유에 편광 변조된 단일 광자를 전송하면 편광 특성이 불안정하여 전송 특성이 좋지 못하므로, 편광 변조보다는 위상변조 방식으로 암호 키를 분배한다.The Quantum Key Distribution System sends cryptographic key information to a single photon in a manner that regulates the polarization or phase of a single photon and sends it to the recipient. The receiver extracts cryptographic key information by applying a polarization receiving device, a phase modulating device, or the like. Such a single photon transmission is implemented based on optical communication technology, and a quantum cryptographic key distribution system for long distance transmission mainly uses a single mode optical fiber as a quantum channel. The transmission of polarization-modulated single photons to a single-mode fiber results in unstable polarization characteristics and poor transmission characteristics, so that cryptographic keys are distributed over phase modulation rather than polarization modulation.
위상변조 기반의 양자 암호키 분배 시스템에서는 시분할 광간섭(Time-division Interference) 방식을 주로 이용한다. 시분할 광간섭을 위해서는 비대칭 광간섭계(Asymmetric Optical Interferometer), 위상 변조 장치 등이 필요하다. 비대칭 광간섭계는 광간섭에 필요한 두 경로의 길이가 서로 다른 구조를 가진다. 비대칭 광간섭계에 입력된 단일 광자는 그 존재확률 분포가 시간 영역에서 서로 다른 좌표를 갖는 두 개의 분포로 분할된다. 위상 변조 장치는 그 중 한 경로를 통과하는 단일 광자의 위상을 변조한다. 수신부의 비대칭 광간섭계는 상기 존재확률을 시간 영역에서 네 개의 좌표로 분할한다. 만약 송신부와 수신부 비대칭 광간섭계의 경로차가 서로 같다면 네 개의 단일 광자 존재확률 중 인접한 두 개는 서로 중첩하여 간섭 현상이 발생한다. 수신부에도 위상 변조 장치가 있어 단일 광자의 위상을 변조한다. 송신부와 수신부에서 가한 위상변조량의 합이 2nπ(여기서, n은 정수)이면 중첩한 두 단일 광자의 존재확률은 보강 간섭하여 최대의 검출 확률을 보이고, 위상변조량의 합이 (2n+1)π이면 상쇄 간섭하여 최소의 검출 확률을 보인다. 따라서, 광간섭 성능은 양자 암호키 전송 시스템의 전체 성능에 영향을 준다.In a quantum cryptographic key distribution system based on phase modulation, a time-division interference method is mainly used. For time-divisional optical interference, an asymmetric optical interferometer and a phase modulator are required. The asymmetric optical interferometer has a structure in which the lengths of two paths required for optical interference are different from each other. A single photon input to an asymmetric optical interferometer is divided into two distributions whose existence probability distributions have different coordinates in the time domain. The phase modulator modulates the phase of a single photon passing through one of the paths. The asymmetric optical interferometer of the receiver partitions the probability of presence into four coordinates in the time domain. If the path differences of the transmitting part and the asymmetric optical interferometer of the receiving part are equal to each other, two adjacent ones of the four single photon existence probabilities overlap each other and interference occurs. The receiver also has a phase modulator to modulate the phase of a single photon. If the sum of the phase modulation amounts added by the transmitter and the receiver is 2nπ (where n is an integer), the probability of existence of two overlapping single photons is maximized by constructive interference, and the sum of the phase modulation amounts is (2n + 1) π, the interference is minimized. Therefore, the optical interference performance affects the overall performance of the quantum cryptographic key transmission system.
우수한 광간섭 성능을 위해서는 광간섭계의 편광 및 위상 특성에 대한 안정성이 확보되어야 한다. 수신부 광간섭계에서 간섭하는 두 단일 광자는 편광이 일치해야 하며, 위상 변조 장치에 의해 추가된 위상변조값을 제외한 전체 광경로에 의한 위상은 일정한 값을 유지해야 한다. 그러나, 비대칭 광간섭계는 광간섭에 필요한 두 경로의 길이가 서로 다른 구조를 가지기 때문에, 온도변화, 진동, 음향 등 주변 환경의 영향에 민감하게 반응한다는 단점을 가진다.For superior optical interference performance, the stability of the polarization and phase characteristics of the optical interferometer must be secured. The two single photons interfering in the receiver optical interferometer must have the same polarization and the phase by the entire optical path except for the phase modulation value added by the phase modulator should maintain a constant value. However, the asymmetric optical interferometer has a disadvantage in that it is susceptible to the influence of the surrounding environment such as temperature change, vibration, and sound because the two paths required for optical interference have different structures.
본 실시예는 사냑 간섭계의 닫힌 광경로를 서로 반대방향으로 진행하는 원형 편광된 2개의 빔이 자기장에 의해 차동 위상 시프트를 겪게 되는 사냑 간섭계 기반의 위상 변조 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.The main purpose of the present embodiment is to provide a Sagnac interferometer-based phase modulating device in which two circularly polarized beams that are traveling in opposite directions to each other close to each other in a Sagn optical interferometer are subjected to a differential phase shift by a magnetic field.
본 실시예의 다른 목적은 사냑 간섭계 기반의 위상 변조 장치를 적용한 양자 암호키 분배 시스템을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a quantum cryptographic key distribution system using a Sagnac interferometer-based phase modulating apparatus.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 닫힌 광경로를 규정하는 수단; 상기 광경로에서 서로 반대 방향으로 이동하는 제1빔 및 제2빔을 입력 빔으로부터 분할하기 위한 수단; 상기 제1빔 및 상기 제2빔이 상기 광경로를 따라 동일한 거리를 전파한 후 출력 빔을 형성하도록 결합하기 위한 수단; 상기 광경로 상에 위치하여, 상기 제1빔 및 상기 제2빔을 소정 각도로 선형 편광시키기 위한 수단; 상기 광경로 상에 위치하여, 상기 제1빔 및 상기 제2빔에 자기장을 가하여 패러데이 효과에 기초한 위상 시프트를 유도하기 위한 변조수단; 및 상기 광경로 상에 위치하여, 상기 제1빔 및 상기 제2빔이 상기 변조수단에 도착하기 전에 원형 편광 빔으로 원형 편광시키고, 상기 제1빔 및 상기 제2빔이 상기 변조수단을 통과한 후 선형 편광 빔으로 원형편광시키기 위한 수단을 포함하는 위상 변조 장치를 제공한다.According to an aspect of this embodiment, there is provided a lithographic apparatus comprising: means defining a closed optical path; Means for dividing a first beam and a second beam traveling in opposite directions from each other in the optical path from an input beam; Means for coupling the first beam and the second beam to form an output beam after propagating the same distance along the optical path; Means for positioning the first beam and the second beam linearly polarized at a predetermined angle on the optical path; Modulation means for being located on the optical path and applying a magnetic field to the first beam and the second beam to induce a phase shift based on the Faraday effect; And means for positioning the first beam and the second beam on the optical path so as to circularly polarize the first beam and the second beam into a circularly polarized beam before arriving at the modulation means, And means for circularly polarizing the beam into a linearly polarized beam.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 입력 빔을 제1빔 및 제2빔으로 분할하는 빔 스플리터; 상기 제1빔 및 제2빔이 동일한 광경로를 서로 반대 방향으로 전파한 후 출력 빔을 형성하도록, 상기 빔 스플리터와 함께 닫힌 광경로를 규정하는 한 쌍의 반사판; 상기 광경로 상에 위치하여, 상기 제1빔 및 상기 제2빔을 소정 각도로 선형 편광시키기 위한 한 쌍의 패러데이 셀; 상기 광경로 상에 위치하여, 상기 제1빔 및 상기 제2빔에 자기장을 가하여 패러데이 효과에 기초한 위상 시프트를 유도하기 위한 변조수단; 및 상기 광경로 상에 위치하여, 상기 제1빔 및 상기 제2빔이 상기 변조수단에 도착하기 전에 원형 편광 빔으로 원형 편광시키고, 상기 제1빔 및 상기 제2빔이 상기 변조수단을 통과한 후 선형 편광 빔으로 원형편광시키기 위한 한 쌍의 원형편광판을 포함하는 위상 변조 장치를 제공한다.According to an aspect of this embodiment, there is provided a beam splitter for dividing an input beam into a first beam and a second beam; A pair of reflecting plates defining a closed optical path together with the beam splitter so that the first beam and the second beam form an output beam after propagating the same optical path in opposite directions; A pair of Faraday cells located on the optical path for linearly polarizing the first beam and the second beam at a predetermined angle; Modulation means for being located on the optical path and applying a magnetic field to the first beam and the second beam to induce a phase shift based on the Faraday effect; And means for positioning the first beam and the second beam on the optical path so as to circularly polarize the first beam and the second beam into a circularly polarized beam before arriving at the modulation means, There is provided a phase modulating apparatus comprising a pair of circular polarizing plates for circularly polarizing a linearly polarized beam.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 기본적으로 샤낙 간섭계 기반으로 구성되어 있기 때문에, 온도의 변화에 의해 영향을 받지 않는 위상 변조 장치를 제공할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, since it is basically constructed based on the Chanak interferometer, it is possible to provide a phase modulating device which is not affected by a change in temperature.
도 1은 사냑 간섭계의 기본 구성을 예시하는 광학 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사냑 간섭계 기반의 위상 변조 장치를 예시한 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 사냑 간섭계 기반의 위상 변조 장치에서 분할된 광펄스각 각 광소자를 통과하면서 겪게 되는 편광상태를 도시한 도면이다.
도 4는 좌원편광 및 우원편광이 자기장을 띈 매질을 지나면서 겪는 위상 시프트를 도시한 도면이다.1 is an optical schematic diagram illustrating a basic configuration of a Sagnac interferometer.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a sagac interferometer based phase modulating apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating states of polarization that are experienced while passing through optical elements of each optical pulse angle divided by the Sagnac interferometer-based phase modulator of FIG.
4 is a diagram showing the phase shift experienced by left-handed circularly polarized light and right-handed circularly polarized light passing through a magnetic field medium.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. Throughout the specification, when an element is referred to as being "comprising" or "comprising", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise . In addition, '... Quot ;, " module ", and " module " refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.
도 1은 사냑 간섭계의 기본 구성을 예시하는 광학 개략도이다.1 is an optical schematic diagram illustrating a basic configuration of a Sagnac interferometer.
도 1에 도시된 바와 같이, 사냑 간섭계의 광경로는 입력 광경로, 3개의 반사 거울(130a, 130b, 130c)에 의해 형성되는 광학 링(Optical ring) 및 출력 광경로로 구성된다. 입사빔(110)은 입력 광경로를 통해 반투명 플레이트인 빔 스플리터(120)에 입사된다. 빔 스플리터(120)는 입사빔(110)을 일부 반사하고 일부 통과시킨다. 따라서 입사빔(110)는 반사된 빔 성분(112a) 및 투과된 빔 성분(112b)로 나누어진다. As shown in FIG. 1, the optical path of the sagnac interferometer is composed of an input optical path, an optical ring formed by three
반사된 빔 성분(112a)은 일련의 리플렉터(Reflector; 130a, 130b 및 130c)를 통해 광학 링을 이동한다. 투과된 빔 성분(112b)은 반사된 빔 성분(112a)과 반대 순서로 일련의 리플렉터(130c, 130b 및 130a)를 통해 광학 링을 이동한다. 그 후, 빔(112a)과 빔(112b)은 빔 스플리터(120)에 도달한다. 빔(112a)은 일부가 간섭계의 입력 광경로 방향으로 투과되며, 일부는 출력 광경로 방향으로 반사된다. 빔(112b)도 입력 광경로 방향으로 투과되며, 일부는 출력 광경로 방향으로 반사된다. 이들 2개의 빔의 일부들은 입력 광경로 및 출력 광경로에서 간섭한다. 출력 광경로에서는 상쇄 간섭(Destructive Interference)이 발생하며, 입력 광경로에서는 보상간섭(Compensative Interference)이 일어난다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사냑 간섭계 기반의 위상 변조 장치를 예시한 개략도이다.FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a sagac interferometer based phase modulating apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
본 발명의 일 실시예에 따른 사냑 간섭계의 광경로는 입력 광경로, 2개의 반사 거울(230a, 230b)에 의해 형성되는 광학 링(Optical ring) 및 출력 광경로로 구성된다. 그러나, 도 2에 예시된 사냑 간섭계와 달리, 다양한 형태의 광경로를 가진 사냑 간섭계가 사용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 이하의 설명에서는 사냑 간섭계의 입력 광경로에 입력되는 입력 광펄스(210)가 수직 방향의 선형 편광 상태를 갖는다고 가정한다. The optical path of the sagnac interferometer according to an embodiment of the present invention is composed of an input optical path, an optical ring formed by two
빔 스플리터(beam spliter; 220)는 입력 광펄스(210)를 2개의 실질적으로 균등한 강도의 반대 방향으로 전파하는 광펄스(212a, 212b)로 분할한다. 분할된 광펄스(212a, 212b)는 각기 다른 광경로로 전파된다. 각 경로에는 패러데이 셀(Faraday cell; 240a, 240b)이 삽입된다. 각 패러데이 셀(240a, 240b)은 분할된 광펄스(212a, 212b)의 선형 편광을 -22.5°만큼 회전시킨다. 따라서, 분할된 광펄스들(212a, 212b)은 2개의 패러데이 셀(240a, 240b)을 통과한 후 -45°각도의 선형 편광 상태를 갖게 된다. 또한, 각 경로에는 원형 평광판(250a, 250b), 즉 1/4 파장판(Quarter Wave Plate: QWP)이 삽입된다. 원형 편광판(250a, 250b)은 분할된 광펄스를 서로 반대방향으로 원형 편광된(opposing circularly polarized) 광펄스로 변환한다. 즉, 어느 한 원형 편광판(250a)은 우원 편광시키며, 다른 원형 편광판(250b)은 좌원 편광시킨다. 각 원형 편광판(250a, 250b)을 통과한 광펄스는 서로 반대 방향으로 패러데이 셀(260)에 입사된다. 패러데이 셀(260)을 통과함에 따라 원형 편광된 광펄스는 자기장 코일(변조코일: 261)에 흐르는 전류 또는 자기장에 의해 서로 반대되는 위상 시프트(패러데이 회전)을 겪게 된다. 여기서, 위상 시프트의 방향은, 자계의 방향에 대한 원형 편광된 광펄스의 전파 방향에 의해 정해진다. 또한, 자기장 코일(260)에 흐르는 전류는 변조회로(미도시)에 의해 공급된다. 원형 편광판(250a, 250b)은 패러데이 셀(250)을 통과한 원형 편광 상태의 광펄스를 선형 편광 상태의 광펄스로 변환하며, 변환된 광펄스는 빔 스플리터(220)에 의해 다시 결합되어 출력 펄스를 형성한다.A
도 2에서는 한 쌍의 패러데이 셀(240a, 240b), 한 쌍의 원형 편광판(250a, 250b), 패러데이 셀(260)이 모두 2개의 반사 거울(230a, 230b) 사이에 위치하는 것으로 도시되어 있지만, 적어도 일부 광학소자들이 광경로 상의 다른 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 사냑 간섭계의 광 경로 및/또는 광학소자들의 광경로상의 배열에 따라 본 발명의 기술 사상을 채용한 다양한 실시예가 구현가능하다는 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 도 2에서는 분할된 광펄스(212a, 212b)의 선형 편광을 각각 -22.5°만큼 회전시키기 위한 한 쌍의 패러데이 셀(240a, 240b)과 원형 편광된 광펄스에 패러데이 회전을 제공하기 위한 패러데이 셀이 동일한 광학소자인 것으로 설명하고 있지만, 서로 상이한 광학소자로 구성되는 것도 가능하다. 예컨대, 패러데이 셀(260)은 원자 패러데이 셀(Atomic Faraday Cell)일 수 있다.2, a pair of
도 3a 및 도 3b는 도 2의 사냑 간섭계 기반의 위상 변조 장치에서 분할된 광펄스각 각 광소자를 통과하면서 겪게 되는 편광상태를 도시한 도면이다.FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating states of polarization that are experienced while passing through optical elements of each optical pulse angle divided by the Sagnac interferometer-based phase modulator of FIG.
먼저 도 3a를 참조하면, 빔 스플리터(220)에서 반사된 광펄스는 수직 방향의 선형 편광 상태를 가지며, 반사판(230a)를 거쳐 패러데이 셀(240a)에 입사된다. 패러데이 셀(240a)을 통과한 광펄스는 -22.5°의 선형 편광 상태를 가지며, 원형 평광판(250a)에 입사된다. 원형 평광판(250a)을 통과한 광펄스는 우원편광 상태를 가지며, 패러데이 셀(260)을 통과하면서 (+)방향의 위상 시프트(즉, 위상 변조)를 겪게 된다. 패러데이 셀(260)을 통과한 광펄스는 여전히 우원편광 상태를 가지며, 또다른 원형 평광판(250b)에 입사된다. 원형 평광판(250b)은 우원편광 상태의 입력 광펄스를 좌원편광 시키며, 그 결과 원형 평광판(250b)을 통과한 광펄스는 다시 -22.5°선형편광 상태를 갖게 된다. 원형 평광판(250b)을 통과한 광펄스는 또다른 패러데이 셀(240b)를 통과하고, 그 결과 -45°의 선형 편광 상태를 가진다. 광펄스는 반사판(230b)에서 반사되면서 45°의 선형 편광 상태를 가지며, 다시 빔 스플리터(220)에서 반사되면서 -45°의 선형 편광 상태를 가지고 출력 광경로에 도달한다. 이로써, 출력 광경로에서 -45°의 선형 편광 상태를 가진 광펄스는 (+)방향으로 위상 변조된 상태이다. 다시 말해, 입력 광펄스(210) 중 빔 스플리터(220)에서 반사된 성분에 대응하는 출력 광펄스는 -45°의 선형 편광 상태를 가지며, (+)방향으로 위상 변조된 상태이다.3A, the optical pulse reflected by the
다음으로, 도 3b를 참조하면, 빔 스플리터(220)에서 투과된 광펄스는 수직 방향의 선형 편광 상태를 가지며, 반사판(230b)를 거쳐 패러데이 셀(240b)에 입사된다. 패러데이 셀(240b)을 통과한 광펄스는 -22.5°의 선형 편광 상태를 가지며, 원형 평광판(250b)에 입사된다. 원형 평광판(250b)을 통과한 광펄스는 좌원편광 상태를 가지며, 패러데이 셀(260)을 통과하면서 (-)방향의 위상 시프트(즉, 위상 변조)를 겪게 된다. 패러데이 셀(260)을 통과한 광펄스는 여전히 좌원편광 상태를 가지며, 또다른 원형 평광판(250a)에 입사된다. 원형 평광판(250a)은 좌원편광 상태의 입력 광펄스를 우원편광 시키며, 그 결과 원형 평광판(250a)을 통과한 광펄스는 다시 -22.5°선형편광 상태를 갖게 된다. 원형 평광판(250a)을 통과한 광펄스는 또다른 패러데이 셀(240a)를 통과하고, 그 결과 -45°의 선형 편광 상태를 가진다. 광펄스는 반사판(230a)에서 반사되면서 45°의 선형 편광 상태를 가지며, 다시 빔 스플리터(220)를 투과하여 출력 광경로에 도달한다. 이로써, 출력 광경로에서 45°의 선형 편광 상태를 가진 광펄스는 (-)방향으로 위상 변조된 상태이다. 다시 말해, 입력 광펄스(210) 중 빔 스플리터(220)에서 투과한 성분에 대응하는 출력 광펄스는 45°의 선형 편광 상태를 가지며, (-)방향으로 위상 변조된 상태이다.3B, the optical pulses transmitted from the
온도에 의해 유발되는 위상 변위로 인한 문제점은, 본 발명의 실시예들에 따르면, 분할된 광펄스가 동일한 광경로를 서로 반대 방향으로 전파하는 것에 의해 해소된다. 광경로 상의 어느 부분의 온도가 상승하면 모두 분할된 광펄스 모두 위상 속도가 동일하게 상승한다. 따라서, 광펄스가 다시 결합되어 출력에서 서로 간섭하여도 그 상대적인 위상은 불변의 상태로 머물며, 따라서 결합된 진폭도 불변한다. 이와 같이, 위상 변조 장치의 광펄스 강도는 온도의 변화에 의해 영향을 받지 않게 된다.The problem due to temperature-induced phase shifts is solved, according to embodiments of the present invention, by the fact that the divided optical pulses propagate in opposite directions to the same optical path. When the temperature of any part on the optical path rises, the phase velocities of both divided optical pulses rise equally. Therefore, even if the optical pulses recombine and interfere with each other at the output, their relative phase stays constant, and thus the combined amplitude is also unchanged. Thus, the optical pulse intensity of the phase modulating device is not affected by the change in temperature.
도 4는 좌원편광 및 우원편광이 자기장을 띈 매질을 지나면서 겪는 위상 시프트를 도시한 도면이다.4 is a diagram showing the phase shift experienced by left-handed circularly polarized light and right-handed circularly polarized light passing through a magnetic field medium.
도 4의 (a)는 원형편광된 광자의 원자 전이선을 예시하고 있으며, 좌원편광(left-circular polarization)과 우원편광(right-circular polarization)의 경우에 각기 다른 Zeeman 부준위(Zeeman sublevel)를 갖는다. 도 4의 (b)는 원형편광된 투과광선이 자기장을 띈 매질을 지나면서 겪게 되는 위상변화를 도시한 것으로, 좌원편광과 우원편광의 경우에 서로 반대되는 위상변화를 겪게 된다.Figure 4 (a) illustrates the atomic transfer line of a circularly polarized photon and shows different Zeeman sublevels for left-circular polarization and right-circular polarization. . FIG. 4 (b) shows the phase change experienced by the circularly polarized transmitted light ray passing through the magnetic field medium. In the case of left-handed circularly polarized light and right-handed circularly polarized light,
이상에서 설명한 사냑 간섭계 기반의 위상 변조 장치는 양자 암호키 분배(Quantum Key Distribytion; QKD) 시스템의 송신장치 및 수신장치에 적용할 수 있다. 즉, 위상변조 기반으로 설계된 양자 암호키 분배 시스템에 상기 사냑 간섭계 기반의 위상 변조 장치를 채용함으로써, 온도변화, 진동, 음향 등 주변 환경의 영향에 둔감한 장점을 제공할 수 있다. 결과적으로 주변 환경의 영향에 둔감한 광간섭 성능은 주변 환경의 변화에도 불구하고 양자 암호키 전송 시스템의 전체 성능을 일정하게 담보할 수 있다.The Sagnac interferometer-based phase modulating apparatus described above can be applied to a transmitting apparatus and a receiving apparatus of a quantum key distribution (QKD) system. That is, by adopting the Sagnac interferometer-based phase modulating device in the quantum cryptographic key distribution system designed on the basis of the phase modulation, it is possible to provide an advantage of being insensitive to the influence of the surrounding environment such as temperature change, vibration and sound. As a result, the optical interference performance insensitive to the influence of the surrounding environment can secure the entire performance of the quantum cryptographic key transmission system constantly despite the change of the surrounding environment.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present embodiment, and various modifications and changes may be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the embodiments. Therefore, the present embodiments are to be construed as illustrative rather than restrictive, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present embodiment should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.
110: 입력 광펄스
120: 빔 스플리터
130a~130c: 반사거울
112a: 반사된 빔 성분
112b: 투과된 빔 성분
210: 입력 광펄스
212a: 반사된 광펄스
212b: 투과된 광펄스
214a~214b: 출력 광펄스
220: 빔 스플리터
230a~230b: 반사거울
240a~240b: 패러데이 셀
250a~250b: 원형편광판
260: 패러데이 셀
261: 자기장 코일
110: input optical pulse 120: beam splitter
130a to 130c:
112b: transmitted beam component 210: input optical pulse
212a: reflected
214a to 214b: output optical pulse 220: beam splitter
230a to 230b: reflection mirrors 240a to 240b: Faraday cell
250a to 250b: circular polarizer 260: Faraday cell
261: magnetic field coil
Claims (8)
상기 광경로에서 서로 반대 방향으로 이동하는 제1빔 및 제2빔을 입력 빔으로부터 분할하기 위한 수단;
상기 제1빔 및 상기 제2빔이 상기 광경로를 따라 동일한 거리를 전파한 후 출력 빔을 형성하도록 결합하기 위한 수단;
상기 광경로 상에 위치하여, 상기 제1빔 및 상기 제2빔을 소정 각도로 선형 편광시키기 위한 수단;
상기 광경로 상에 위치하여, 상기 제1빔 및 상기 제2빔에 자기장을 가하여 패러데이 효과에 기초한 위상 시프트를 유도하기 위한 변조수단; 및
상기 광경로 상에 위치하여, 상기 제1빔 및 상기 제2빔이 상기 변조수단에 도착하기 전에 원형 편광 빔으로 원형 편광시키고, 상기 제1빔 및 상기 제2빔이 상기 변조수단을 통과한 후 선형 편광 빔으로 원형편광시키기 위한 수단
을 포함하는 위상 변조 장치.Means for defining a closed sight path;
Means for dividing a first beam and a second beam traveling in opposite directions from each other in the optical path from an input beam;
Means for coupling the first beam and the second beam to form an output beam after propagating the same distance along the optical path;
Means for positioning the first beam and the second beam linearly polarized at a predetermined angle on the optical path;
Modulation means for being located on the optical path and applying a magnetic field to the first beam and the second beam to induce a phase shift based on the Faraday effect; And
Wherein the first beam and the second beam are located on the optical path and circularly polarized into a circularly polarized beam before the first beam and the second beam arrive at the modulating means, and after the first beam and the second beam have passed through the modulating means Means for circularly polarizing a linearly polarized beam
/ RTI >
상기 변조수단은,
상기 제1빔 및 상기 제2빔을 차동으로 위상변조하는 것을 특징으로 하는 위상 변조 장치.The method according to claim 1,
Wherein the modulation means comprises:
And phase-modulates the first beam and the second beam differentially.
상기 변조수단은,
페러데이 셀(Faraday cell) 및 입력 변조 전류에 의해 상기 페러데이 셀 근방에 자기장을 형성하는 변조코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변조 장치.The method according to claim 1,
Wherein the modulation means comprises:
A Faraday cell and a modulation coil for forming a magnetic field in the vicinity of the Faraday cell by an input modulation current.
상기 원형편광시키기 위한 수단은,
좌원편광판 및 우원 편광판으로 구성된 것을 특징으로 하는 위상 변조 장치.The method according to claim 1,
The means for circularly polarizing comprises:
A left-hand circularly polarizing plate and a right-handed circularly polarizing plate.
상기 닫힌 광경로를 규정하는 수단은,
복수의 반사판(Reflector)을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변조 장치.The method according to claim 1,
The means for defining the closed optical path includes:
And a plurality of reflectors.
상기 출력 빔은 -45°의 선형 편광 상태를 가진 제1성분과 45°의 선형 편광 상태를 가진 제2성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변조 장치.The method according to claim 1,
Wherein said output beam comprises a first component having a linear polarization state of -45 DEG and a second component having a linear polarization state of 45 DEG.
상기 제1성분은 (+) 방향으로 위상 변조된 상태이고, 상기 제2성분은 (-) 방향으로 위상 변조된 상태인 것을 특징으로 하는 위상 변조 장치.The method according to claim 6,
Wherein the first component is phase-modulated in the (+) direction and the second component is phase-modulated in the (-) direction.
상기 제1빔 및 제2빔이 동일한 광경로를 서로 반대 방향으로 전파한 후 출력 빔을 형성하도록, 상기 빔 스플리터와 함께 닫힌 광경로를 규정하는 한 쌍의 반사판;
상기 광경로 상에 위치하여, 상기 제1빔 및 상기 제2빔을 소정 각도로 선형 편광시키기 위한 한 쌍의 패러데이 셀;
상기 광경로 상에 위치하여, 상기 제1빔 및 상기 제2빔에 자기장을 가하여 패러데이 효과에 기초한 위상 시프트를 유도하기 위한 변조수단; 및
상기 광경로 상에 위치하여, 상기 제1빔 및 상기 제2빔이 상기 변조수단에 도착하기 전에 원형 편광 빔으로 원형 편광시키고, 상기 제1빔 및 상기 제2빔이 상기 변조수단을 통과한 후 선형 편광 빔으로 원형편광시키기 위한 한 쌍의 원형편광판
을 포함하는 위상 변조 장치.A beam splitter for splitting the input beam into a first beam and a second beam;
A pair of reflecting plates defining a closed optical path together with the beam splitter so that the first beam and the second beam form an output beam after propagating the same optical path in opposite directions;
A pair of Faraday cells located on the optical path for linearly polarizing the first beam and the second beam at a predetermined angle;
Modulation means for being located on the optical path and applying a magnetic field to the first beam and the second beam to induce a phase shift based on the Faraday effect; And
Wherein the first beam and the second beam are located on the optical path and circularly polarized into a circularly polarized beam before the first beam and the second beam arrive at the modulating means, and after the first beam and the second beam have passed through the modulating means A pair of circular polarizers for circularly polarizing the linearly polarized beam
/ RTI >
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140150100A KR20160050922A (en) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | Phase Modulation Apparatus based on Sagnac interferometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140150100A KR20160050922A (en) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | Phase Modulation Apparatus based on Sagnac interferometer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160050922A true KR20160050922A (en) | 2016-05-11 |
Family
ID=56025786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140150100A Ceased KR20160050922A (en) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | Phase Modulation Apparatus based on Sagnac interferometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20160050922A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116124113A (en) * | 2023-01-16 | 2023-05-16 | 中国信息通信研究院 | Cold atom Sagnac interferometer and use method thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07128077A (en) * | 1993-11-01 | 1995-05-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Optical fiber gyro using circular polarization and Faraday effect |
| JP2612904B2 (en) * | 1988-08-08 | 1997-05-21 | 日本電信電話株式会社 | Optical amplifier |
| WO2007066686A1 (en) * | 2005-12-07 | 2007-06-14 | Japan Science And Technology Agency | Optical nonlinear evaluation device and optical switching element |
| JP2013205711A (en) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Oki Electric Ind Co Ltd | Quantum entangled photon pair generation device |
| JP2014067060A (en) * | 2013-12-11 | 2014-04-17 | Oki Electric Ind Co Ltd | Quantum entangled photon pair generator |
-
2014
- 2014-10-31 KR KR1020140150100A patent/KR20160050922A/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2612904B2 (en) * | 1988-08-08 | 1997-05-21 | 日本電信電話株式会社 | Optical amplifier |
| JPH07128077A (en) * | 1993-11-01 | 1995-05-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Optical fiber gyro using circular polarization and Faraday effect |
| WO2007066686A1 (en) * | 2005-12-07 | 2007-06-14 | Japan Science And Technology Agency | Optical nonlinear evaluation device and optical switching element |
| JP2013205711A (en) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Oki Electric Ind Co Ltd | Quantum entangled photon pair generation device |
| JP2014067060A (en) * | 2013-12-11 | 2014-04-17 | Oki Electric Ind Co Ltd | Quantum entangled photon pair generator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116124113A (en) * | 2023-01-16 | 2023-05-16 | 中国信息通信研究院 | Cold atom Sagnac interferometer and use method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102151014B1 (en) | Encoding device, and quantum key distribution device and system based thereon | |
| CN104579564B (en) | The four state quantum encoders and decoder and quantum key distribution system of phase-modulated polarized coding | |
| CN109560876B (en) | Time phase-polarization encoding device, decoding device, and quantum communication system | |
| CN104579643B (en) | A kind of two unrelated quantum key distribution systems of node measurement equipment | |
| CN113676323B (en) | Irrelevant quantum key distribution system of polarization encoding measuring equipment | |
| US20050100351A1 (en) | Quantum communication system and a receiver for a quantum communication system | |
| US20140205301A1 (en) | Modulation unit | |
| RU2454810C1 (en) | Device of quantum distribution of cryptographic key on modulated radiation frequency subcarrier | |
| US9722785B2 (en) | Method and apparatus for quantum cryptographic communication | |
| US20220085985A1 (en) | Method and device for quantum computation delegated to a quantum server by a client for the creation of a quantum state known to the client purpose concealed from the quantum server | |
| CN108650091B (en) | Phase decoding method, phase decoding receiving device and quantum key distribution system | |
| JP4983193B2 (en) | Secure optical communication repeater and optical quadrature component measuring instrument | |
| CN116318682B (en) | Channel disturbance resistant reconfigurable quantum key distribution network | |
| CN104579641B (en) | Phase code device in quantum communication system | |
| CN109039625B (en) | Quantum key distribution time bit-phase decoding method, device and system | |
| CN110601839A (en) | Quantum key distribution system for polarization and phase composite coding | |
| Scalcon et al. | Cross‐Encoded Quantum Key Distribution Exploiting Time‐Bin and Polarization States with Qubit‐Based Synchronization | |
| CN114553421B (en) | Quantum key distribution decoding device for immune channel disturbance | |
| CN111478767B (en) | Sending end, encoding method and quantum key distribution system for decoy state encoding and polarization encoding | |
| CN110752882A (en) | Low-bit-error-rate phase coding system and receiving end thereof | |
| US20240340091A1 (en) | Encoder, decoder, systems and methods for d-dimensional frequency-encoded quantum communication and information processing | |
| CN109039622B (en) | Quantum key distribution time bit-phase decoding method and device and corresponding system | |
| KR20160050922A (en) | Phase Modulation Apparatus based on Sagnac interferometer | |
| CN111901038A (en) | Phase modulation polarization encoding and decoding device and quantum key distribution system | |
| KR102767251B1 (en) | System and apparatus for distributing quantum cryptography key |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109 |
|
| PG1501 | Laying open of application |
St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501 |
|
| P22-X000 | Classification modified |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P22-nap-X000 |
|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0201 | Request for examination |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201 |
|
| D13-X000 | Search requested |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000 |
|
| D14-X000 | Search report completed |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000 |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902 |
|
| T11-X000 | Administrative time limit extension requested |
St.27 status event code: U-3-3-T10-T11-oth-X000 |
|
| PN2301 | Change of applicant |
St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301 |
|
| R19-X000 | Request for party data change rejected |
St.27 status event code: A-3-3-R10-R19-oth-X000 |
|
| PN2301 | Change of applicant |
St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301 St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301 |
|
| E13-X000 | Pre-grant limitation requested |
St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000 |
|
| P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
| P13-X000 | Application amended |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000 |
|
| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
St.27 status event code: N-2-6-B10-B15-exm-PE0601 |
|
| R18 | Changes to party contact information recorded |
Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-3-3-R10-R18-OTH-X000 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE) |
|
| R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000 |