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한국광학회지

주파수 상향변환 검출기를 이용한 1.5 μm 통신파장대역의 단일광자 측정

김헌오, 윤천주, 조석범, 김용수

Published Oct 1, 2011• 0 citations
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Abstract

1.5 μm 통신파장 대역 단일광자의 효율적인 측정을 위해서 PPLN WG(periodically poled LiNbO₃ 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.

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진동수가 서로 다른 얽힘상태 광자쌍의 4차 간섭

김헌오, 고정훈, 김태수

매개하향변환과정에서 동시에 발생한 서로 다른 진동수의 광자쌍을 이용한 4차 간섭실험에서 비고전적인 맥놀이 효과를 측정하였다. 각진동수가 각각 ω₁과 ω₂인 광자쌍을 빔분할기에서 중첩시키고, 빔분할기의 두 출구에 놓인 두 검출기로 동시계수 할 때, 두 광자가 빔분할기에 도달하는 시간 간격에 따라 cos(ω₁-ω₂)의 함수로 동시계수의 변화를 나타내었다. 두 광자의 파장 차이가 41㎚일 때 측정된 맥놀이 진동수 (ω₁-ω₂)/2π는 0.29×10¹⁴㎐이었고, 진동수 차이에 해당하는 두 광자의 시간간격은 34.82fs로 측정되었다.

한국광학회지•Aug 1, 2002•0 citations

이중공명 광펌핑을 이용한 1.5 ㎛ 반도체 레이저 주파수 안정화

문한섭, 이원규, 이림 +1 more

우리는 이중공명 광펌핑(double resonance optical pumping; DROP)효과를 이용하여 루비듐((87)^Rb) 원자의 5P_(3/2)-4D_(3/2)와 5P_(3/2)-4D_(5/2) 전이선에서 DROP 스펙트럼을 관측하고, 1.5 ㎛ 레이저의 주파수를 무변조 안정화하였다. 관측한 DROP 스펙트럼은 기존의 광-광 이중공명(optical-optical double resonance; OODR) 스펙트럼보다 높은 신호대잡음비를 가지며, 약 10 ㎒의 좁은 선폭을 갖고 있다. DROP 스펙트럼의 상대적인 세기는 자발방출에 의한 광펌핑 정도로 설명할 수 있었다. DROP스펙트럼에 안정화된 1.5 ㎛ 레이저의 주파수 흔들림은 샘플링 시간 0.1초에서 0.2 ㎒로 측정되었고, 상대주파수 흔들림은 평균시간 100초에서 약 1×10-¹¹이었다.

한국광학회지•Jun 1, 2004•0 citations

레이저 광압을 이용한 세슘 원자빔의 집속

박상언, 조혁, 권택용 +2 more

세슘오븐에서 방출되는 열원자빔에 대해 횡방향 냉각을 실시하여 원자빔을 집속하였다. 이를 위해 원자빔의 진행방향에 수직으로, 서로 반대방향으로 진행하는 σ+와 σ-의 원편광 레이저를 비추었다. 그 결과, 원자의 횡방향 속도 성분에 해당하는 온도를 430 mK에서 약 60 μK으로 냉각시킬 수 있었다. 그리고 서로 반대 방향에서 진행하는 냉각용 레이저광의 세기가 다를 경우와 원자빔에 자장을 가하는 경우에 원자빔의 공간적 분포가 달라지는 것을 관찰하였고, 도플러 냉각이론을 이용하여 정성적으로 설명하였다.

한국광학회지•Aug 1, 2000•0 citations

Single-photon Detection at 1.5 ㎛ Telecommunication Wavelengths Using a Frequency up-conversion Detector

Heonoh Kim, Chun Ju Youn, Seok-Beom Cho +1 more

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. 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.

한국광학회지•Oct 25, 2011•0 citations

위상잡음 제거에 의한 광섬유망에서의 높은 안정도의 RF 전송

이원규, 이대수, 김영범 +1 more

높은 안정도를 가지는 100 ㎒의 RF 신호를 23 ㎞의 광섬유망을 통하여 전송하였다. 진동과 온도 변화에 의하여 생기는 광섬유 전송과정에서의 위상 잡음을 측정하고 이를 보상하는 회로를 구성하였다. 광섬유 잡음이 제거되었을 때, RF 신호 전송의 상대주파수 불안정도는 1초 평균시간에서 6×10?¹⁴, 10000 초 평균시간에서 2×10?¹?으로서 기준 RF 신호의 안정도와 거의 같은 수준으로 광섬유를 통하여 RF 를 전송할 수 있었다. 잡음 보상에 의하여 단측파대 위상잡음은 푸리에 주파수 1 ㎑ 이하에서 20 ㏈ 이상 감소하였다.

한국광학회지•Dec 1, 2006•0 citations

세슘 원자에 대한 레이저 냉각 및 온도 측정

권택용, 이호성, 양성훈

레이저 냉각법을 이용하여 세슘 원자의 온도를 도플러 냉각 한계온도 보다 낮은 온도까지 냉각하였다. 자기-광 포획된 원자를 더 냉각하기 위해서는 냉각용 레이저의 주파수를 더 적색편이 시켜야 하는데, 이를 위해 본 연구에서는 세슘 원자 흡수선의 Zeeman 이동을 이용하였다. 이 방법으로 레이저 주파수 안정화를 유지하면서 레이저의 주파수를 약 40 ㎒ 만큼 이동시킬 수 있었다. 비행시간 방법으로 측정한 레이저 냉각된 세슘 원자의 최저온도는 2.2μK±0.5μK이었다. 냉각된 원자의 온도를 레이저의 주파수 및 세기에 따라 측정하였는데, 이광자 냉각 이론에 의한 계산결과와 잘 일치한다는 것을 알았다.

한국광학회지•Dec 1, 2000•0 citations
1.5 μm 통신파장 대역 단일광자의 효율적인 측정을 위해서 PPLN WG(periodically poled LiNbO₃ 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.
매개하향변환과정에서 동시에 발생한 서로 다른 진동수의 광자쌍을 이용한 4차 간섭실험에서 비고전적인 맥놀이 효과를 측정하였다. 각진동수가 각각 ω₁과 ω₂인 광자쌍을 빔분할기에서 중첩시키고, 빔분할기의 두 출구에 놓인 두 검출기로 동시계수 할 때, 두 광자가 빔분할기에 도달하는 시간 간격에 따라 cos(ω₁-ω₂)의 함수로 동시계수의 변화를 나타내었다. 두 광자의 파장 차이가 41㎚일 때 측정된 맥놀이 진동수 (ω₁-ω₂)/2π는 0.29×10¹⁴㎐이었고, 진동수 차이에 해당하는 두 광자의 시간간격은 34.82fs로 측정되었다.
우리는 이중공명 광펌핑(double resonance optical pumping; DROP)효과를 이용하여 루비듐((87)^Rb) 원자의 5P_(3/2)-4D_(3/2)와 5P_(3/2)-4D_(5/2) 전이선에서 DROP 스펙트럼을 관측하고, 1.5 ㎛ 레이저의 주파수를 무변조 안정화하였다. 관측한 DROP 스펙트럼은 기존의 광-광 이중공명(optical-optical double resonance; OODR) 스펙트럼보다 높은 신호대잡음비를 가지며, 약 10 ㎒의 좁은 선폭을 갖고 있다. DROP 스펙트럼의 상대적인 세기는 자발방출에 의한 광펌핑 정도로 설명할 수 있었다. DROP스펙트럼에 안정화된 1.5 ㎛ 레이저의 주파수 흔들림은 샘플링 시간 0.1초에서 0.2 ㎒로 측정되었고, 상대주파수 흔들림은 평균시간 100초에서 약 1×10-¹¹이었다.
세슘오븐에서 방출되는 열원자빔에 대해 횡방향 냉각을 실시하여 원자빔을 집속하였다. 이를 위해 원자빔의 진행방향에 수직으로, 서로 반대방향으로 진행하는 σ+와 σ-의 원편광 레이저를 비추었다. 그 결과, 원자의 횡방향 속도 성분에 해당하는 온도를 430 mK에서 약 60 μK으로 냉각시킬 수 있었다. 그리고 서로 반대 방향에서 진행하는 냉각용 레이저광의 세기가 다를 경우와 원자빔에 자장을 가하는 경우에 원자빔의 공간적 분포가 달라지는 것을 관찰하였고, 도플러 냉각이론을 이용하여 정성적으로 설명하였다.
1.5 μm{\mu}mμm 통신파장 대역 단일광자의 효율적인 측정을 위해서 PPLN WG(periodically poled LiNbO3LiNbO_3LiNbO3​ 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. We present a low jitter frequency up-conversion detector based on quasi-phase matched sum frequency generation in a periodically poled LiNbO3LiNbO_3LiNbO3​ waveguide for efficient single-photon detection at 1.5 μm{\mu}mμm 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.
높은 안정도를 가지는 100 ㎒의 RF 신호를 23 ㎞의 광섬유망을 통하여 전송하였다. 진동과 온도 변화에 의하여 생기는 광섬유 전송과정에서의 위상 잡음을 측정하고 이를 보상하는 회로를 구성하였다. 광섬유 잡음이 제거되었을 때, RF 신호 전송의 상대주파수 불안정도는 1초 평균시간에서 6×10?¹⁴, 10000 초 평균시간에서 2×10?¹?으로서 기준 RF 신호의 안정도와 거의 같은 수준으로 광섬유를 통하여 RF 를 전송할 수 있었다. 잡음 보상에 의하여 단측파대 위상잡음은 푸리에 주파수 1 ㎑ 이하에서 20 ㏈ 이상 감소하였다.
레이저 냉각법을 이용하여 세슘 원자의 온도를 도플러 냉각 한계온도 보다 낮은 온도까지 냉각하였다. 자기-광 포획된 원자를 더 냉각하기 위해서는 냉각용 레이저의 주파수를 더 적색편이 시켜야 하는데, 이를 위해 본 연구에서는 세슘 원자 흡수선의 Zeeman 이동을 이용하였다. 이 방법으로 레이저 주파수 안정화를 유지하면서 레이저의 주파수를 약 40 ㎒ 만큼 이동시킬 수 있었다. 비행시간 방법으로 측정한 레이저 냉각된 세슘 원자의 최저온도는 2.2μK±0.5μK이었다. 냉각된 원자의 온도를 레이저의 주파수 및 세기에 따라 측정하였는데, 이광자 냉각 이론에 의한 계산결과와 잘 일치한다는 것을 알았다.