KR101944167B1 - 광의 수신 및 생성 - Google Patents
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Abstract
광 입력을 제 1 부분 및 제 2 부분으로 분할하도록 구성된 제 1 빔 스플리터와, 상기 제 1 부분으로부터 제 1의 편광된 부분 및 제 2의 편광된 부분을 제공하도록 구성된 제 1 편광 빔 스플리터―상기 제 1의 편광된 부분은 제 1 출력을 제공하기 위한 것이고, 상기 제 2의 편광된 부분은 제 2 출력을 제공하기 위한 것임―와, 상기 제 2 부분 내의 광의 편광을 변경하도록 구성된 적어도 하나의 편광 변경 디바이스와, 상기 적어도 하나의 편광 변경 디바이스의 각각에 의해 변경된 광을 수신하고, 적어도 하나의 제 3 출력을 제공하기 위해 적어도 하나의 제 3의 편광된 부분을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 제 2 편광 빔 스플리터를 포함하는 구조체에 의해, 광 입력은 복수의 광 출력으로 분할된다. 광 출력은 역방향의 유사한 원리에 기초하여 생성될 수 있다.
Description
본 개시물은 광학적 구조체에 의한 광의 수신 및/또는 생성에 관한 것이다.
광을 수신 및/또는 생성하는 광학적 구조체는 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 예컨대, 광학적 구조체는 양자 암호화(quantum cryptography), 특히, 광학적 채널을 통한 양자 키 분배(quantum key distribution: QKD)에 사용될 수 있다. 가능한 용도의 다른 예는 엘립소미트리(ellipsometry) 및 편광 이미징(polarization imaging)을 포함한다.
소형의 광 수신기 및/또는 방출기 구조체, 예컨대, 소형 QKD 수신기는, 집적된 포토닉 플랫폼(integrated photonic platform)을 사용하여 제공될 수 있다. 그러나, 이것은 단일 모드 도파관으로의 광 입력의 결합을 필요로 한다. 이것은 비교적 어려울 수 있으며, 예컨대 통신 디바이스들 간의 통신을 보호하기 위한 양자 암호화의 대규모 상업적 이용에 있어서 역할이 제한된다. 이것은, 수신기와 송신기 중 적어도 하나가 모바일 자유공간 통신을 위한 것일 경우, 특히 그럴 수 있다.
본 명세서에서 논의된 문제들은 임의의 특정 통신 환경 및 장치에 제한되지 않으며, 양자 암호화에 기초하여 통신이 보호되는 임의의 경우에 발생될 수 있음에 유의해야 한다.
본 발명의 실시형태는 전술된 문제들 중 하나 또는 수 개를 처리하는 것을 목적으로 한다.
일 실시형태에 따라, 광 입력을 복수의 광 출력으로 분할하는 장치로서, 상기 광 입력을 제 1 부분 및 제 2 부분으로 분할하도록 구성된 제 1 빔 스플리터와, 상기 제 1 부분으로부터 제 1의 편광된 부분 및 제 2의 편광된 부분을 제공하도록 구성된 제 1 편광 빔 스플리터―상기 제 1의 편광된 부분은 제 1 출력을 제공하기 위한 것이고, 상기 제 2의 편광된 부분은 제 2 출력을 제공하기 위한 것임―와, 상기 제 2 부분 내의 광의 편광을 변경하도록 구성된 적어도 하나의 편광 변경 디바이스와, 상기 적어도 하나의 편광 변경 디바이스의 각각에 의해 변경된 광을 수신하고, 적어도 하나의 제 3 출력을 제공하기 위해 적어도 하나의 제 3의 편광된 부분을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 제 2 편광 빔 스플리터를 포함하는 장치가 제공된다.
다른 실시형태에 따라, 광을 복수의 광 출력으로 분할하는 방법으로서, 광 입력을 제 1 부분 및 제 2 부분으로 분할하는 단계와, 상기 제 1 부분을 제 1의 편광된 부분 및 제 2의 편광된 부분으로 분할하여 제 1 출력 및 제 2 출력을 제공하는 단계와, 상기 제 2 부분 내의 광의 편광을 적어도 한 번 변경하는 단계와, 적어도 하나의 제 2 편광 빔 스플리터에 의해, 변경된 편광을 갖는 상기 광을 적어도 하나의 제 3의 편광된 부분으로 분할하여 적어도 하나의 제 3 출력을 제공하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
보다 구체적인 측면에 따라, 상기 적어도 하나의 제 2 편광 빔 스플리터는 적어도 하나의 제 4 출력을 제공한다. 상기 장치는 상기 제 1 편광 빔 스플리터에 의해 생성된 상기 제 2의 편광된 부분 및 상기 적어도 하나의 제 2 편광 빔 스플리터에 의해 생성된 적어도 하나의 제 4의 편광된 부분 내의 광을, 상기 장치의 각각의 출력에서 상기 제 1의 편광된 부분과 나란하게 지향시키도록 구성된 적어도 하나의 광 편향 디바이스를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 편광 변경 디바이스는 1/2 파장판과 1/4 파장판 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 측면에 따라, 제 1 편광 변경 디바이스와, 상이한 편광 변경을 제공하도록 구성된 제 2 편광 변경 디바이스와, 상기 제 2 부분을 제 3 부분 및 제 4 부분으로 더 분할하고, 상기 제 3 부분을 제 2 편광 빔 스플리터로 투사하고, 상기 제 4 부분을 상기 제 2 편광 변경 디바이스로 투사하도록 구성된 제 2 빔 스플리터가 제공된다. 상기 제 2 편광 빔 스플리터는 상기 제 1 편광 변경 디바이스를 통해 전파된 광으로부터 제 3 출력 및 제 4 출력을 제공하도록 구성된다. 제 3 편광 빔 스플리터는 상기 제 2 편광 변경 디바이스에 의해 변경된 광을 수신하고, 제 5 출력 및 제 6 출력을 제공하도록 구성된다.
상기 장치는 상기 제 2 부분 내의 광의 편광을 변경하기 위해 직렬 구성 또는 병렬 구성으로 배열된 적어도 두 개의 편광 변경 디바이스를 포함한다.
또한, 상기 복수의 출력에서 광을 검출하도록 구성된 검출기 장치가 제공될 수 있다.
일 실시형태에 따라, 제어된 편광을 갖는 광을 생성하는 장치로서, 적어도 세 개의 광 입력과, 연관된 광 입력들로부터의 편광된 광을 출력으로 결합시키는 것과 배향시키는 것 중 적어도 하나를 수행하도록 역방향으로 동작하는 편광 빔 스플리터와, 편광들 중 적어도 하나를 변경하도록 구성된 적어도 하나의 편광 변경 디바이스와, 상기 편광 빔 스플리터 및 상기 적어도 하나의 편광 변경 디바이스를 통해 전파된 광에 대한 출력부를 포함하는 장치가 제공된다.
다른 실시형태에 따라, 제어된 편광을 갖는 광을 생성하는 방법으로서, 적어도 세 개의 광 입력을 편광 빔 스플리터로 입력하는 단계―상기 편광 빔 스플리터는 상기 광 입력으로부터의 편광된 광을 각각의 편광 빔 스플리터의 출력으로 결합시키는 것과 배향시키는 것 중 적어도 하나를 수행하도록 역방향으로 동작함―와, 상기 편광된 광 중 적어도 하나의 편광을 변경하는 단계와, 상기 편광 빔 스플리터를 통해 전파되고 편광 변경된 광을 출력으로 배향하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
광 생성은, 제 1 편광 변경 디바이스와, 상이한 편광 변경을 제공하도록 구성된 제 2 편광 변경 디바이스와, 제 1 편광 빔 스플리터와, 제 2 편광 빔 스플리터와, 제 3 편광 빔 스플리터의 사용을 포함할 수 있다. 상기 제 1 편광 빔 스플리터는, 제 1 입력 및 제 2 입력으로부터 광을 수신하여 제 1의 편광된 광 및 제 2의 편광된 광을 출력으로 제공하고, 상기 제 2 편광 빔 스플리터는, 제 3 입력 및 제 4 입력으로부터 광을 수신하여, 상기 제 1 편광 변경 디바이스로의 입력을 위해 제 3의 편광된 광 및 제 4의 편광된 광을 출력으로 제공하고, 상기 제 3 편광 빔 스플리터는, 제 5 입력 및 제 6 입력으로부터 광을 수신하여, 상기 제 2 편광 변경 디바이스로의 입력을 위해 제 5의 편광된 광 및 제 6의 편광된 광을 출력으로 제공한다.
임의의 측면의 임의의 특징은 임의의 다른 측면의 임의의 다른 특징과 결합될 수 있음이 인식되어야 한다.
이제 실시형태들은 이하의 예 및 첨부된 도면을 참조하여, 오로지 예시로써, 더 상세히 설명될 것이다.
도 1 및 도 2는 복수의 상이하게 편광된 광 출력을 생성하는 광학적 광 수신 구조체에 대한 두 개의 개략적 예를 도시한다.
도 3 내지 도 5는 도 1의 광학적 광 분할 구조체의 광 출력을 투사하는 방법의 예를 도시하는 도면이다.
도 6 및 도 7은 광 방출 장치에 대한 도면이다.
도 8은 광학적 수신기에서의 동작에 대한 흐름도이다.
도 9는 광학적 신호의 생성기에서의 동작에 대한 흐름도이다.
도 1 및 도 2는 복수의 상이하게 편광된 광 출력을 생성하는 광학적 광 수신 구조체에 대한 두 개의 개략적 예를 도시한다.
도 3 내지 도 5는 도 1의 광학적 광 분할 구조체의 광 출력을 투사하는 방법의 예를 도시하는 도면이다.
도 6 및 도 7은 광 방출 장치에 대한 도면이다.
도 8은 광학적 수신기에서의 동작에 대한 흐름도이다.
도 9는 광학적 신호의 생성기에서의 동작에 대한 흐름도이다.
이제, 편광 분석기를 제공하는 소형 빔 스플리터 큐브 스택 구조체를 도시하는 도 1 및 도 2를 참조하여, 특정 예들을 설명한다. 편광 분석기를 제공하는 가능한 간단하고 간편한 방식은, 빔 스플리터 큐브, 편광 빔 스플리터 큐브 및 파장판(wave plate)을 스택 미니어처로 결합하는 구조체를 제공하는 것이다. 이 구조체는 복수의 출력을 제공하도록 구성된다. 출력을 판독하기 위해 푸앵카레 구 기본 점들(Poincare sphere cardinal points)에는 적절한 검출기 장치가 배치될 수 있다.
출력을 판독하는 상이한 광학적 구조체는, 소정의 응용을 위해, 예컨대, QKD, 엘립소미트리, 편광 이미징을 위해, 적절한 유형의 검출기와 함께 제공될 수 있다. 이 구조체는 모든 편광 성분의 동시 측정을 허용한다. 이것은 파장판 및/또는 편광기를 회전시킴으로써 이들이 순차적으로 측정되는 종래 기술들과 대조된다. 이런 동시 측정은 광의 편광소멸(depolarization)의 순간 계산을 허용한다. 따라서, 이것은 소스의 강도 잡음(intensity noise)에 대해 매우 강건(robust)하다.
도 1은 6개의 푸앵카레 구 기본 점 상에 입력 광의 편광을 투사하는 소형 큐브 스택(10)을 도시한다. 6개의 출력은 출력이 편광 빔 스플리터(polarization beam splitter: PBS)를 통과해야 할지 아니면 출력이 반사되어야 할지에 의존하여 두 개의 상이한 편광을 가질 수 있다. 6개의 출력의 강도는 6개의 상이한 편광 내의 최초 입력 광의 측정치에 비례한다.
도 1의 큐브 스택 구성에서, 제 1 비편광(non-polarizing) 빔 스플리터(beam splitter: BS)(11)는 입력 빔(1)을 광 빔(2 및 3)으로 분할한다. 다음에, 아래쪽으로 향하는 광(2)은 편광 빔 스플리터(PBS)(13)에 의해 분리된다. 이 광의 일부는 PBS(13)를 통해 구조체(10)로부터 출력된다(화살표(4) 참조). 광(5)은 먼저 PBS(13)에 의해 수평으로 편향되고, 다음에 다른 PBS(15)에 의해 구조체를 벗어나는 아래 방향으로 다시 지향된다(화살표(6) 참조).
광파의 편광 성분들 사이에 제어된 위상 시프트가 제공되고, 이에 따라 편광이 변경된다. 편광은 상이한 파장판들에 의해 단계적으로 변경된다. 제 1 BS(11)에 의해 수평으로 편향된 광 빔(3)은 1/2 파장판(12)에 의해 회전된다. 다음에, 광은 제 2 BS(14)에 의해 분리되고 부분적으로 반사된다. 광(7)의 나머지 부분은 먼저 1/4 파장판(17)을 통해 전파된다. 1/4 파장판 이후에, 광(7)의 이 부분은 예컨대 미러(19)에 의해 아래쪽으로 편향된다.
PBS 블록 쌍(16, 18 및 20, 21)은 블록(14 및 19)으로부터 각각 출력된 광(8 및 9)을, PBS 블록(13 및 15)이 BS 블록(11)으로부터의 광(2)을 처리하는 것과 동일한 방식으로 처리한다. 이와 같이, 광 성분들의 각각의 출력은 큐브의 유사한 배열에 의해 처리된다.
PBS 대신, 출력(22)에서 구조체를 벗어나는 편향은 예컨대 고 반사 미러에 의해 제공될 수도 있다. 따라서, 도 1에서는 전체 바닥 층이 PBS 큐브에 의해 제공되지만, 각 큐브 쌍 중 하나(큐브(15, 18, 21))는 단순한 고 반사 미러(high reflection mirror)로 대체될 수 있다. 하위 행 내의 모든 큐브가 유사할 경우 구조체의 구현은 더 용이해 질 수 있다. 한편, 구조체를 위한 구성요소 가격은 사용되는 PBS 큐브의 수가 적을수록 낮아질 수 있다.
큐브 구성요소들은, 예컨대, 접착, 가열 또는 기계적 부착 수단에 의해 서로 밀착될 수 있다.
도 2의 구조체의 구성은, 광이 하나의 파장판을 통해서만 전파되도록 파장 판들이 스택 내에 배열되는 것을 제외하면, 도 1의 구성과 유사하다. 즉, 1/2 파장판(25)은 BS(14)와 PBS(16) 사이에 제공되고, 1/4 파장판(27)은 PBS(19)와 PBS(20) 사이에 제공된다. 이것은 파장판들의 가능한 결함을 누적시키는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 파장판들의 체적을 보충하기 위해 제 1 빔 스플리터 요소(11)와 제 1 편광 빔 스플리터(13) 사이에는 스페이서(23)가 제공될 수 있다. 이로 인해, 도 2의 스택 배열의 체적은 도 1의 것보다 약간 더 클 수 있다.
도 1 및 도 2의 스택형 빔 스플리터 구조체는 6개의 출력(22)을 생성한다. 6개의 출력의 판독을 제공하기 위해 이들 각각에는 검출기가 배열될 수 있다. 출력을 검출기 어레이 또는 전하 결합 디바이스(charge coupled device: CCD) 상에 투사하기 위해 더 복잡한 광학적 시스템이 사용될 수 있다.
도 3은 핀 홀을 통한 단일 광자 검출기 어레이 상으로의 출력의 투사를 도시한다. 광학적 시스템은 빔 스플리터 스택 배열(10)의 6개 출력의 단일 광자 검출기 어레이(32) 상으로의 투사를 허용하는 검출기 장치(30)를 포함한다. 검출기 어레이(32)는 핀 홀(31) 뒤에 배열된다. 빔 스플리터 스택 배열(10)의 출력으로부터 출력된 광은 렌즈(33)에 의해 핀 홀 및 어레이(32)의 각각의 광자 검출기로 안내된다. 도 3의 검출기 장치는, 예컨대 단일 광자 검출을 위해 제공될 수도 있다.
도 3은 구성성분의 치수 및 거리에 대한 특정 예를 도시한다. 이 예에서, 편광 구조체의 큐브들은 1 x 1 mm인 것으로 도시되고, 렌즈 및 핀 홀 사이의 거리는 40 mm이고, 핀 홀과 어레이 사이의 거리는 1.6 mm인 것으로 도시된다. 어레이의 각각의 검출기 요소는 40 ㎛ 정도인 것으로 도시된다. 그러나, 도 3에 도시된 치수들은 현재 상업적으로 이용가능한 구성요소들을 사용하여 구현된 디바이스의 가능한 크기를 예시하기 위해 제공되는 비제한적 예일 뿐이라는 것이 인식될 것이다.
도 3의 비교적 단순한 검출기 구성은 특정 응용에 대해 너무 좁은 시야를 가질 수 있다. 도 4는 도 3의 핀 홀을 렌즈(41)로 대체함으로써 시야가 확장되는 검출기 장치(40)를 도시한다. 장치(40)에서, 빔 스플리터 스택 배열(10)의 6 개의 출력으로부터 출력된 광은 렌즈(43 및 41)를 통해 단일 광자 검출기 어레이(42)의 각자의 광자 검출기로 안내된다.
도 4는 또한 빔 확장기 배열(45)을 사용하여 입력 개구(44)를 확장시킬 가능성을 도시한다. 빔 확장기 배열은 두 개의 렌즈(46 및 47)를 포함한다. 그러나, 빔 확장기의 사용은 시야를 감소시킬 수 있고, 따라서 모든 응용에서 바람직한 것은 아니다.
큐브 빔 스플리터 스택은 또한 편광 이미징을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 이것의 예는 도 5에 도시된다. 이 예에서, 스택 구성(10)으로부터의 출력(22)은 렌즈 배열(51)을 통해 전하 결합 디바이스(CCD) 카메라(52)에 공급된다.
본원에서 설명되는 편광 큐브 스택 구조는 또한 예컨대, QKD 방출기에 대해, 제어된 편광을 갖는 광을 생성하기 위해 역방향으로 사용될 수 있다. 스택형 구조체는 예컨대, 6 개의 광원을 하나씩 작동(switch on)시킴으로써 6 개의 편광(수평, 수직, 대각선, 반대각선(anti-diagonal), 우측 원형, 좌측 원형) 중 하나를 생성하기 위해 사용될 수 있다.
도 6 및 도 7은 각각 6 상태 및 3 상태 프로토콜에 대한 QKD 방출기를 나타내는 특정 예를 도시한다. 이 구조체의 입력(61)은 도 1 내지 도 5의 출력(22)에 대응한다. 푸앵카레 구의 6 개의 기본 점 중 하나는 배열(60)의 6 개 입력(61) 중 하나를 작동시킴으로써 처리될 수 있다. 방출기 배열은, 예컨대, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 더 작은 편광기 구성을 사용하고 검출기 장치를 광 방출 장치로 대체함으로써 제공될 수 있다. 방출기 장치(62)는 예컨대 LED(light emitting diodes) 또는 레이저를 포함할 수 있다. 예컨대, 표면 장착형 LDE가 제공될 수 있다.
예컨대, 제어된 편광을 갖는 광을 생성하는 도 6의 장치에서는, 화살표(63, 64 및 65)로 도시된 것처럼, 광의 상이한 편광을 수신하기 위해 복수의 입력(61)이 제공된다. 편광 빔 스플리터(PBS) 큐브(67)는 두 개의 입력을 하나의 단일 출력으로 결합/재배향하기 위해 역방향으로 사용될 수 있다. 또한, PBS 큐브는 편광을 "정제(purify)"하는 기능을 제공할 수 있는데, 즉, 역방향으로 사용된 PBS 큐브는 입력 광의 편광 개선을 제공할 수 있다. 어느 한 쪽(입력을 두 개의 출력의 두 개의 상이한 편광으로 분할하는 것, 두 개의 상이한 편광으로 동일한 출력으로부터의 두 개의 상이한 입력의 출력)으로 기능하는 능력으로 인해, PBS 큐브는 때때로 편광 빔 스플리터/결합기(PBS/PBC)로 불리운다. 호칭에 상관없이, 큐브는, 복수의 입력 광 빔을 하나의 출력으로 결합/재배향하고, 광원이 충분히 양호하게 편광되지 않을 경우 입력 광의 "잘못된" 편광을 제거하는데 사용될 수 있다.
PBS(67)는 제 1 입력으로부터의 광(63) 및 제 2 입력으로부터의 광(64)을 수신하도록 구성된다. PBS(67)를 향하도록 제 1 입력으로부터의 광(63)의 방향을 변경시키는 디바이스(66)가 또한 도시된다. PBS(67)로부터의 광(68)은 편광 변경 디바이스(69)로 입력된다. 예에서, 이 디바이스는 1/4 파장판에 의해 제공된다.
제 3 광 입력(65)의 방향을 변경시키는 제 2 PBS 큐브(71)가 또한 도시된다. PBS(71)는 또한 필요할 경우 입력 빔(65)의 편광을 정제할 수 있다. 편광 변경 디바이스(69)로부터의 광(68) 및 PBS(71)에 의해 출력된 제 3 입력으로부터의 광(65)을 장치의 출력(76)으로 안내하도록 구성된 역방향으로 동작하는 빔 스플리터 또는 결합기(70)가 또한 도시된다. 장치(60)에 의해, 3 개의 상이한 편광이 출력(76)에서 제공될 수 있다.
도 7은 6 개의 입력 상태를 수신하도록 구성되는 장치를 도시한다. 6 개의 상이한 출력 상태를 제공하기 위해, 장치에는, 도시된 것처럼 배열된, 두 개의 파장판(68 및 73), 3 개의 PBS 큐브 및 두 개의 빔 안내 요소가 제공된다.
전술된 예에서, 한 번에 하나의 소스로부터 편광된 광이 생성되고, 상이한 입력들로부터의 광은 하나의 빔으로 결합되는 것이 아니라 단순히 하나의 출력으로 배향된다. 가능성에 따라, 두 개 이상의 입력을 통해 동시에 입력된 광의 결합이 제공될 수도 있다.
방출기의 출력(76)에는 필터링 배열이 제공될 수 있다. 필터링 배열은 예컨대, 공간 필터(77), 스펙트럼 필터(78), 및 중성 농도 필터(neutral density filter)(79)를 포함할 수 있다. 예컨대 상이한 레이저 또는 LED에 의해 생성된 광을 구별하는 것이 불가능할 것이므로, 이것은 예컨대 양자 키 분배(QKD)에 유리하게 사용될 수 있다. 단일 스펙트럼 필터는 디바이스의 외부로 나가는 모든 광이 그것을 생성한 레이저/LED와 상관없이 동일한 파장을 갖는 것을 보장하기 위해 사용될 수 있다. 스펙트럼 필터링은 또한 어떤 레이저가 광을 생성했는지에 따라 광이 약간 상이한 방향으로 투사되는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다.
도 8은, 광이 복수의 광 출력으로 분할되는 편광 광 수신 장치의 동작에 대한 흐름도를 도시한다. 80에서 광 입력은 제 1 부분 및 제 2 부분으로 분할된다. 82에서 제 1 부분은 제 1의 편광된 부분 및 제 2의 편광된 부분으로 한번 더 분할되어 88에서 제 1의 편광된 출력 및 제 2의 편광된 출력을 제공한다. 제 1의 편광된 부분은 장치의 제 1 출력으로 직접 향할 수 있지만, 제 2의 편광된 부분은 장치의 제 2 출력으로 광을 재배향하도록 구성된 디바이스로 투사될 수 있다. 제 2의 편광된 부분은 제 1의 편광된 부분과 나란해지도록 배향될 수 있다.
84에서 제 2 부분의 광의 편광이 적어도 한 번 변경된다. 실시형태에 따라 편광은 두 번, 즉, 먼저 1/2 파장판에 의해 그리고 다음에 1/4 파장판에 의해 변경될 수 있다.
86에서 적어도 하나의 제 2 편광 빔 스플리터는 변경된 편광을 갖는 광을 적어도 제 3의 편광된 부분 및 제 4의 편광된 부분으로 분할한다. 이 부분들은 88에서 적어도 제 3의 편광된 출력 및 제 4의 편광된 출력을 제공한다.
제 3의 편광된 부분은 장치의 제 3 출력으로 직접 향할 수 있지만, 제 4의 편광된 부분은 장치의 제 4 출력으로 광을 재배향하도록 구성된 디바이스로 투사될 수 있다. 제 4의 편광된 부분의 광은 각자의 출력에서 제 1, 제 2, 제 3의 편광된 부분의 광과 나란해지도록 배향될 수 있다.
실시형태에 따라, 제 1 편광 변경 디바이스 및 제 1 편광 변경 디바이스와 상이한 편광 변경을 제공하도록 구성된 제 2 편광 변경 디바이스를 포함하는 장치에 의해, 88에서는 6 개의 출력이 제공된다. 제 1 빔 분할에 의해 제공된 제 2 부분은 제 3 부분 및 제 4 부분으로 한 번 더 분할된다. 제 3 부분은 제 2 편광 빔 스플리터로 안내되고 제 4 부분은 제 2 편광 변경 디바이스로 안내된다. 제 2 편광 빔 스플리터는 제 1 편광 변경 디바이스에 의해 변경된 광을 수신하고, 제 3의 편광된 부분 및 제 4의 편광된 부분을 제공하여 제 3 및 제 4의 편광된 출력을 제공한다. 도 8에서, 이것은 86에서 발생될 것이다. 제 3 편광 빔 스플리터는 제 2 편광 변경 디바이스에 의해 변경된 광을 수신하고, 제 5의 편광된 부분 및 제 6의 편광된 부분을 제공하여 제 5의 편광된 출력 및 제 6의 편광된 출력을 제공한다. 제 5의 편광된 부분은 장치의 제 5 출력으로 직접 향할 수 있지만, 제 6의 편광된 부분은 장치의 제 6 출력으로 광을 재배향하도록 구성된 디바이스로 투사될 수 있다. 제 6의 편광된 부분의 광은 각자의 출력에서 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5의 편광된 부분과 나란해지도록 배향될 수 있다.
도 9는 제어된 편광을 갖는 광을 생성하기 위한 흐름도를 도시한다. 90에서 광의 적어도 3 개의 편광이 역방향으로 동작하는 편광 빔 스플리터로 입력된다. 92에서 입력은 각자의 편광 빔 스플리터의 출력으로 결합되고/되거나 배향된다. 94에서, 편광된 광들 중 적어도 하나의 편광은 편광 변경 디바이스에 의해 변경된다. 편광 빔 스플리터를 통해 전파되고 편광 변경된 후, 다음에 96에서, 적어도 3 개의 편광 내의 광은 출력을 향한다. 이 방법은 적어도 3 개의 입력에 대해 동작한다. 더 많은 입력이 있을 경우, 편광 및 편광 변경 동작은 도 7에 도시된 것처럼 증가될 필요가 있다. 가능성에 따라, 제 1 입력 및 제 2 입력으로부터의 광은 제 1 및 제 2의 편광된 광을 제 1 출력으로 제공하고, 제 3 입력 및 제 4 입력으로부터의 광은 제 1 편광 변경 디바이스로의 입력을 위해 제 3 및 제 4의 편광된 광을 제 2 출력으로 제공하고, 제 5 입력 및 제 6 입력으로부터의 광은 제 2 편광 변경 디바이스로의 입력을 위해 제 5 및 제 6의 편광된 광을 제 3 출력으로 제공한다. 제 3 및 제 4의 편광된 광의 편광은 제 1 편광 변경 디바이스에 의해 변경되고 제 5 및 제 6의 편광된 광의 편광은 제 2 편광 변경 디바이스에 의해 변경된다.
일 측면에 따라, 광 입력들의 편광은 편광 빔 스플리터에 의해 개선될 수 있다.
본원에서 설명된 배열은 소형 광 수신기 및/또는 방출기 구조를 가능하게 한다. 이 구조는 기성품인 구성요소들로부터 형성될 수 있다. 특정 실시형태에서는 넓은 및/또는 임의로 설계된 시야가 제공될 수 있다. 특정 실시형태에서는 편광소멸(depolarization)의 순간 측정이 제공될 수 있다. 강도 잡음(intensity noise)에 대해 강건한 구조가 제공될 수 있다.
본원에서 설명된 수신기 및/또는 방출기에 대한 가능한 용도 시나리오는 통신 다바이스들 간의 송신 및 통신 당사자들의 프라이버시를 보호하는 것과 연관된다. 일반적으로 인터넷 또는 다른 데이터 통신 네트워크를 통한 안전한 거래에 의존하는 응용의 예는, 뱅킹, 쇼핑 및 다른 재정적 거래, 이메일, 사내 통신, 클라우드 컴퓨팅 등등을 포함한다. 예컨대, 당사자들 사이의 통신은 해커에 의한 도청 또는 다른 공격에 취약할 수 있다. 양자 키 분배(QKD)의 도움에 의한 암호화는 보안을 개선하기 위한 한가지 가능성으로 고려된다. QKD는 예컨대, 권한 있는 당사자들 사이에 비밀 키를 교환하는 공개 키 분배를 위해 유망한 해결책으로 간주된다. QKD에서 키의 분배는 광학적 링크를 통한 디바이스들 사이의 광자의 송신에 기초한다. 실제로, 평균적으로 1 보다 작은 광자 수를 포함하는 약한 펄스가 전송된다. QKD는, 키 비트가 양자 시스템에서 인코딩되어 당사자들 사이에 교환된다는 생각에 기초한다. 일반적으로 양자 시스템을 도청하려는 시도는 시스템을 교란시키므로, QKD는 당사자들로 하여금 키의 정보를 얻고자 시도하는 제 3 자의 존재를 검출할 수 있게 한다. 이로 인해, 신호를 측정하고자 시도하는 제 3 자는 검출가능한 이상(anomalies)을 도입한다. QKD에서는 이와 같이, 증가된 복잡성 및 계산 능력이 아니라, 물리 및 자연 법칙에 기초한 신뢰가 이루어질 수 있다. 당사자들에게는 본원에서 설명된 유형의 광자 검출기가 제공될 수 있다.
전통적으로, 개인용 컴퓨터와 같은 디바이스, 서버 및 통신 링크와 연관된 다른 디바이스는 주로 케이블 및/또는 광 섬유를 통해 설치 및 접속되어 왔다. 그러나, 무선 인터페이스를 통해 통신하는 모바일 디바이스의 수가 증가하고 있다. 또한, 부분적으로는 안전한 통신을 요구하는 다양한 새로운 응용으로 인해, 다양한 디바이스들 사이에서 통신되는 민감한 정보의 양이 증가하고 있다. 모바일 디바이스에는 광학적 채널을 통해 통신하는 장치가 제공될 수 있다. 모바일 디바이스의 비제한적 예는, 이동 전화 또는 '스마트폰'으로 알려진 것과 같은 이동국(MS), 무선 통신 기능이 구비된 랩탑, 태블릿 또는 PDA(personal data assistant)와 같은 휴대용 컴퓨터, 또는 이와 같은 것들의 임의의 조합을 포함한다.
또한, 분석기(analyser)의 다른 가능한 용도가 존재한다. 예컨대, 분석기는 엘립소미트리에 기초하는 것과 같은 광학적 절차를 사용할 수 있다. 편광된 광은 물질의 광학적 속성을 대량으로 또는 박막 형태로 특징화하기 위해 사용될 수 있다. 광의 편광 속성을 생성하고 분석하는 상이한 방법들은 전통적으로 엘립소미트리로 칭해진다. 분광 엘립소미트리(spectroscopic ellipsometry)의 특이성은 그것이 각각의 파장에서 3 개의 독립적인 값(편광 플러스 위상 관계의 강도)을 측정함으로써, 종래의 리플렉토미트리(reflectometry)와 같은 다른 이용가능한 기술보다 더 많은 정보를 제공하는 기술을 허용한다는 것이다. 이로 인해, 분광 엘립소미트리는 정확한 박막 측정 도구로 간주된다. 편광의 정확한 측정은 또한 포도당 농도의 측정과 같은 비침습성(non-invasive) 측정을 위해 사용될 수 있다.
일 예에 따르면, 광을 복수의 광 출력으로 분할하기 위해 적절한 장치 또는 수단이 제공된다. 그런 장치는, 광 입력을 제 1 부분 및 제 2 부분으로 분할하는 수단과, 상기 제 1 부분을 제 1의 편광된 부분 및 제 2의 편광된 부분으로 분할하여 제 1의 편광된 출력 및 제 2의 편광된 출력을 제공하는 수단과, 상기 제 2 부분 내의 광의 편광을 적어도 한 번 변경하는 수단과, 변경된 편광을 갖는 상기 광을 적어도 하나의 제 3의 편광된 부분 및 적어도 하나의 제 4의 편광된 부분으로 분할하여 적어도 하나의 제 3의 편광된 출력을 제공하는 수단을 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 제 4의 편광된 부분으로부터 적어도 하나의 제 4의 편광된 출력을 생성하는 수단이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 2 부분을 제 3 부분 및 제 4 부분으로 분할하는 수단과, 제 1 편광 변경 디바이스에 의해 변경된 상기 제 3 부분 내의 광을 수신하고 제 3 출력 및 제 4 출력을 제공하는 편광 빔 분할 수단이 제공될 수 있다. 상기 제 4 부분은 제 2 편광 변경 디바이스로 안내될 수 있고, 다른 편광 빔 분할 수단은 상기 제 2 편광 변경 디바이스에 의해 변경된 상기 제 4 부분으로부터 제 5 출력 및 제 6 출력을 제공할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 제어된 편광을 갖는 광을 생성하는 장치는, 적어도 세 개의 광 입력을 편광 빔 스플리터로 입력하는 수단―상기 편광 빔 스플리터는 상기 광 입력으로부터의 편광된 광을 각각의 편광 빔 스플리터의 출력으로 결합시키는 것과 배향시키는 것 중 적어도 하나를 수행하도록 역방향으로 동작함―과, 상기 편광된 광 중 적어도 하나의 편광을 변경하는 수단과, 상기 편광 빔 스플리터 및 상기 편광을 변경하는 수단을 통해 전파된 광을 출력으로 배향하는 수단을 포함한다.
가능성에 따라, 제 1 입력 및 제 2 입력으로부터 광을 수신하여 제 1의 편광된 광 및 제 2의 편광된 광을 제 1 출력으로 제공하는 수단과, 제 3 입력 및 제 4 입력으로부터 광을 수신하여, 제 1 편광 변경 디바이스로의 입력을 위해 제 3의 편광된 광 및 제 4의 편광된 광을 제 2 출력으로 제공하는 수단과, 상기 제 3의 편광된 광 및 상기 제 4의 편광된 광의 편광을 변경하는 수단과, 제 5 입력 및 제 6 입력으로부터 광을 수신하여, 제 2 편광 변경 디바이스로의 입력을 위해 제 5의 편광된 광 및 제 6의 편광된 광을 제 3 출력으로 제공하는 수단과, 상기 제 5의 편광된 광 및 상기 제 6의 편광된 광의 편광을 변경하는 수단을 포함하는 장치가 제공된다.
실시형태는 특정 용도 시나리오 및 디바이스를 사용하여 설명되었지만, 유사한 원리는 광을 수신하고/하거나 방출하는 임의의 다른 상황에 적용될 수 있다. 따라서, 특정 실시형태는 무선 네트워크, 기술 및 표준에 대한 특정 예시적 아키텍처를 참조하여 예에 의해 전술되었지만, 실시형태는 본원에서 예시되고 설명된 것이 아닌 임의의 다른 적합한 형태의 통신 시스템에 적용될 수 있다.
지금까지의 설명은 예시적이고 비제한적인 예에 의해 본 발명의 예시적 실시형태의 전반적이고 유용한 설명을 제공했다. 그러나, 첨부 도면 및 첨부된 청구범위와 함께 읽을 경우, 전술된 설명의 관점에서 당업자에게는 다양한 수정 및 응용이 명백해질 것이다. 그러나, 본 발명의 교시의 상기 및 유사한 수정 전부는 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위 내에 여전히 속할 것이다. 전술된 상이한 실시형태들 중 임의의 것의 하나 이상의 조합을 포함하는 다른 실시형태가 분명히 존재한다.
Claims (21)
- 광 입력을 복수의 광 출력으로 분할하는 장치로서,
상기 광 입력을 제 1 부분 및 제 2 부분으로 분할하도록 구성된 제 1 빔 스플리터와,
상기 제 1 부분으로부터 제 1의 편광된 부분 및 제 2의 편광된 부분을 제공하도록 구성된 제 1 편광 빔 스플리터―상기 제 1의 편광된 부분은 제 1 출력을 제공하기 위한 것이고, 상기 제 2의 편광된 부분은 제 2 출력을 제공하기 위한 것임―와,
상기 제 2 부분 내의 광의 편광을 변경하도록 구성된 적어도 하나의 편광 변경 디바이스와,
상기 적어도 하나의 편광 변경 디바이스의 각각에 의해 변경된 광을 수신하고, 적어도 하나의 제 3 출력을 제공하기 위해 적어도 하나의 제 3의 편광된 부분을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 제 2 편광 빔 스플리터와,
상기 제 1 편광 빔 스플리터에 의해 생성된 상기 제 2의 편광된 부분 및 상기 적어도 하나의 제 2 편광 빔 스플리터에 의해 생성된 적어도 하나의 제 4의 편광된 부분 내의 광을, 상기 장치의 각각의 출력에서 상기 제 1의 편광된 부분과 나란하게(in parallel with) 지향시키도록 구성된 적어도 하나의 광 편향 디바이스를 포함하며,
상기 적어도 하나의 편광 변경 디바이스는 상이한 편광 변경을 제공하도록 구성되고,
상기 장치는 또한,
상기 제 2 부분을 제 3 부분 및 제 4 부분으로 분할하고, 상기 제 3 부분을 상기 제 2 편광 빔 스플리터로 투사하고, 상기 제 4 부분을 상기 적어도 하나의 편광 변경 디바이스로 투사하도록 구성된 제 2 빔 스플리터―상기 제 2 편광 빔 스플리터는 상기 적어도 하나의 편광 변경 디바이스를 통해 전파된 광으로부터 제 3 출력 및 제 4 출력을 제공하도록 구성됨―와,
상기 적어도 하나의 편광 변경 디바이스에 의해 변경된 광을 수신하고, 제 5 출력 및 제 6 출력을 제공하도록 구성된 제 3 편광 빔 스플리터를 포함하는
장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 편광 변경 디바이스는 1/2 파장판과 1/4 파장판 중 적어도 하나를 포함하는
장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 부분 내의 광의 편광을 변경하기 위해 직렬 구성 또는 병렬 구성으로 배열된 적어도 두 개의 편광 변경 디바이스를 포함하는
장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 출력에서 광을 검출하도록 구성된 검출기 장치를 포함하고,
상기 검출기 장치는, 단일 광자 검출기 어레이, 전하 결합형 디바이스, CCD, 카메라 중 하나를 포함하는
장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 복수의 출력과 상기 단일 광자 검출기 어레이 사이에 핀 홀 또는 렌즈 배열(arrangement)이 제공되는
장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 장치는 양자 암호화(quantum cryptography), 엘립소미트리(ellipsometry) 또는 편광 측정을 위해 광학적 신호를 수신하도록 구성되는
장치.
- 제어된 편광을 갖는 광을 생성하는 장치로서,
제 1 편광 변경 디바이스와,
상이한 편광 변경을 제공하도록 구성된 제 2 편광 변경 디바이스와,
제 1 편광 빔 스플리터, 제 2 편광 빔 스플리터, 제 3 편광 빔 스플리터
를 포함하되,
상기 제 1 편광 빔 스플리터는 제 1 입력 및 제 2 입력으로부터 광을 수신하여 제 1의 편광된 광 및 제 2의 편광된 광을 제 1 출력으로 제공하도록 구성되고,
상기 제 2 편광 빔 스플리터는 제 3 입력 및 제 4 입력으로부터 광을 수신하여, 상기 제 1 편광 변경 디바이스로의 입력을 위해 제 3의 편광된 광 및 제 4의 편광된 광을 제 2 출력으로 제공하도록 구성되고,
상기 제 3 편광 빔 스플리터는 제 5 입력 및 제 6 입력으로부터 광을 수신하여, 상기 제 2 편광 변경 디바이스로의 입력을 위해 제 5의 편광된 광 및 제 6의 편광된 광을 제 3 출력으로 제공하도록 구성되고,
상기 제 1, 제 2 및 제 3 편광 빔 스플리터는 연관된 광 입력들로부터의 편광된 광을 출력으로 결합시키는 것과 배향시키는 것 중 적어도 하나를 수행하도록 역방향으로 동작하고,
상기 제 1 및 제 2 편광 변경 디바이스는 편광들 중 적어도 하나를 변경하도록 구성되고,
상기 제 1, 제 2 및 제 3 출력은 상기 제 1, 제 2 및 제 3 편광 빔 스플리터 및 상기 제 1 및 제 2 편광 변경 디바이스를 통해 전파되는
장치.
- 삭제
- 삭제
- 광을 복수의 광 출력으로 분할하는 방법으로서,
광 입력을 제 1 부분 및 제 2 부분으로 분할하는 단계와,
상기 제 1 부분을 제 1의 편광된 부분 및 제 2의 편광된 부분으로 분할하여 제 1 출력 및 제 2 출력을 제공하는 단계와,
상기 제 2 부분 내의 광의 적어도 하나의 편광을 변경하는 단계와,
적어도 하나의 제 2 편광 빔 스플리터에 의해, 변경된 편광을 갖는 상기 광을 적어도 하나의 제 3의 편광된 부분으로 분할하여 적어도 하나의 제 3 출력을 제공하는 단계와,
상기 제 2의 편광된 부분 및 상기 적어도 하나의 제 2 편광 빔 스플리터에 의해 생성된 적어도 하나의 제 4의 편광된 부분 내의 광을, 각각의 출력에서 상기 제 1의 편광된 부분과 나란하게(in parallel with) 지향시키는 단계와,
제 2 빔 스플리터에 의해 상기 제 2 부분을 제 3 부분 및 상기 적어도 하나의 제 4의 편광된 부분으로 분할하는 단계와,
상기 제 3 부분을 상기 적어도 하나의 제 2 편광 빔 스플리터로 투사하는 단계―상기 제 2 편광 빔 스플리터는 제 1 편광 변경 디바이스에 의해 변경된 상기 제 3 부분 내의 광을 수신하고 제 3 출력 및 제 4 출력을 제공함―와,
상기 적어도 하나의 제 4의 편광된 부분을 제 2 편광 변경 디바이스로 투사하는 단계와,
제 3 편광 빔 스플리터에 의해, 상기 적어도 하나의 제 2 편광 변경 디바이스에 의해 변경된 상기 적어도 하나의 제 4의 편광된 부분으로부터 제 5 출력 및 제 6 출력을 제공하는 단계를 포함하는
방법.
- 제 13 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제 2 편광 빔 스플리터에 의해 제공되는 상기 적어도 하나의 제 4의 편광된 부분으로부터 상기 제 4 출력을 생성하는 단계를 더 포함하는
방법.
- 삭제
- 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
직렬 구성 또는 병렬 구성으로 배열된 적어도 상기 제 1 및 제 2 편광 변경 디바이스에 의해, 상기 제 2 부분 내의 광의 편광을 변경하는 단계를 포함하는
방법.
- 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
단일 광자 검출기 어레이, 전하 결합형 디바이스, CCD, 카메라 중 하나를 포함하는 검출기 장치에 의해, 상기 복수의 출력에서 광을 검출하는 단계를 포함하는
방법.
- 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
양자 암호화(quantum cryptography), 엘립소미트리(ellipsometry) 또는 편광 측정을 위해 광학적 신호를 수신하는 단계를 포함하는
방법.
- 제어된 편광을 갖는 광을 생성하는 방법으로서,
제 1 입력 및 제 2 입력으로부터 광을 수신하여 제 1의 편광된 광 및 제 2의 편광된 광을 제 1 출력으로 제공하는 단계와,
제 3 입력 및 제 4 입력으로부터 광을 수신하여, 제 1 편광 변경 디바이스로의 입력을 위해 제 3의 편광된 광 및 제 4의 편광된 광을 제 2 출력으로 제공하는 단계와,
상기 제 1 편광 변경 디바이스에 의해 상기 제 3의 편광된 광 및 상기 제 4의 편광된 광의 편광을 변경하는 단계와,
제 5 입력 및 제 6 입력으로부터 광을 수신하여, 제 2 편광 변경 디바이스로의 입력을 위해 제 5의 편광된 광 및 제 6의 편광된 광을 제 3 출력으로 제공하는 단계와,
상기 제 2 편광 변경 디바이스에 의해 상기 제 5의 편광된 광 및 상기 제 6의 편광된 광의 편광을 변경하는 단계와,
상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 입력으로부터의 광을 편광 빔 스플리터로 입력하는 단계―상기 편광 빔 스플리터는 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 입력으로부터의 편광된 광을 각각의 편광 빔 스플리터의 출력으로 결합시키는 것과 배향시키는 것 중 적어도 하나를 수행하도록 역방향으로 동작함―와,
상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6의 편광된 광 중 적어도 하나의 편광을 변경하는 단계와,
상기 편광 빔 스플리터 및 상기 제 1 및 제 2 편광 변경 디바이스를 통해 전파된 광을 상기 제 1, 제 2 및 제 3 출력으로 배향하는 단계를 포함하는
방법.
- 삭제
- 제 19 항에 있어서,
상기 편광 빔 스플리터에 의해 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 입력으로부터의 광의 편광을 개선하는(enhancing) 단계를 포함하는
방법.
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