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한국광학회지

전산 시늉에 의한 위그너 함수와 밀도 행렬의 기술

강장원, 조기현, 윤선현

Published Dec 1, 2000• 0 citations
OpenAlex

Abstract

Balanced Homodyne Detection 방법으로 국소 진동자의 위상을 조절해 주면서, 각 위상에 대하여 광전류를 측정하여 전류세기의 분포함수를 구하여 이 값을 라돈 역변환을 포함한 Filtered Back Projection하여 빛의 양자역학적 상태를 규정하는 위그너 함수를 구하고 이로부터 간접적으로 밀도행렬을 구한다. 또 위상에 관계없이 구해진 분포함수에서 Pattern함수를 이용하여 밀도행렬을 구할 수 있다. 본 연구에서는 위의 모든 과정을 전산시늉을 통하여 여러 양자역학적 상태 입력 광에 대하여 예측되는 위그너 함수와 밀도 행렬을 구하였다.

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가상 영상을 이용한 주파수 영역에서의 광학적 암호화 및 복호화 방법

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본 논문에서는 위상 변조된 가상 영상과 결합변환상관기를 이용하여 암호화 및 복호화 수준을 향상시키는 방법을 제안하였다. 원 영상은 주파수 영역에서 가상 위상 영상과 무작위 위상 영상의 곱을 퓨리에 변화하여 만든 암호화 영상과 제안한 위상 대응 규칙으로 만든 퓨리에 복호화 키를 퓨리에 변환하여 출력 평면에서 간단히 복원된다. 제안한 방법은 암호화된 영상을 허가되지 않은 사람들이 분석함으로써 있을 수 있는 복제 가능성을 원 영상의 어떤 정보도 포함하지 않은 가상 영상을 사용함으로써 배제할 수 있다. 또한 위상 변조된 영상의 자기상관성분의 세기는 1이므로 원 영상은 이 자기상관성분을 이용하여 재생되므로 결합변환상관기의 가장 큰 문제점인 자기상관성분을 제거해야 하는 문제를 해결할 수 있다. 하지만 위상 암호화 방법은 잡음이나 흠집에 민감하여 복원영상의 왜곡이 발생할 수 있으므로 본 논문에서는 이 문제를 분석하고 해결책을 제시하였다. 검증 실험을 통하여 분석의 타당성을 확인하고 제안한 암호화 방법이 광 암호화 시스템에 적용 가능함을 확인하였다.

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김기식

결맞음 상태 표현을 사용하여 빛의 고전적 및 비고전적 특성을 고찰하였다. 준 확률 밀도 함수를 도입하여 광학 등가 정리를 기술하고, 대표적 빛의 비고전적 특성인 저프아송 광통계와 죔을 조사하였다. 소멸 및 생성 연산자에 대한 모멘트를 사용한 준 확률 밀도 함수의 일반적 표현을 도출하고, 열 빛과의 결맞음 중첩 상태를 이용한 비고전적 깊이를 정의하였으며, 수 상태와 죔 상태의 비고전성도를 정량적으로 분석하였다.

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빛의 입자ㆍ파동 이중성을 수용하는 양자 광학은 때때로 파동성에만 바탕을 둔 고전 광학과 상이한 결과를 보여준다. 본 논문에서는 빛이 빛살 가르개를 통과하면서 그 세기와 위상에 대한 요동이 어떻게 변화하는가를 고찰하고 고전 이론과 양자 이론이 보이는 차이점을 기술하였다. 측정 가능량을 나타내는 세가지 연산자를 통하여 고전 이론과는 달리 양자 이론에서는 빛살 가르개를 통과한 후 빛의 세기와 위상에 대한 불확실도가 증가함을 보이고 이를 진공 요동에 의한 효과로 정량적으로 분석하였다. 한편 진공 효과를 배제하는 과정으로서 정규 차례를 도입하고, 이러한 정규 차례를 따르는 연산자에 대한 기대치는 고전적 파동 이론의 결과와 일치함을 보임으로써 고전적 파동 이론과의 대응성을 추구하였다. 또한 이러한 결과로부터 진공 효과를 포함하는 실제의 측정 위상과 고전 이론에 대응하는 추측 위상의 구분 및 그 관계를 보였다.

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이중성은 양자물리학 학습에서 중요하면서도 혼란스러운 개념이다. 이 연구의 목적은 빛의 파동-입자 이중성을 정량적으로 측정하는 것이다. 이중슬릿을 통과한 광자 신호는 광전증배관으로 검출하였으며, 검출된 광자 신호는 NI DAQ 카드와 LabView를 이용하여 컴퓨터에서 처리하였다. 특별히 이 연구에서는 32ns 시간 동안 간섭계 내부에 하나의 광자가 존재해야 하는 실험적 상황을 확인하기 위하여 핵 시간 분광 모듈을 사용한 동시 신호 측정 방법을 사용하였다. 결과적으로, 우리의 실험 설계에 따라서 광자가 ND80 필터로 충분히 감쇠된 경우 이중슬릿을 이용한 측정에서 빛의 이중성의 실험적 증거를 관측할 수 있었다. 또한 이 연구는 학생들에게는 약간 생소할 수 있는 양자 수준에서 빛을 다루는 여러 실험적 방법 중 하나의 실험 지침을 제시하였다.

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