KR102038829B1 - Apparatus for Detecting Photon Pulse - Google Patents

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KR102038829B1
KR102038829B1 KR1020180049150A KR20180049150A KR102038829B1 KR 102038829 B1 KR102038829 B1 KR 102038829B1 KR 1020180049150 A KR1020180049150 A KR 1020180049150A KR 20180049150 A KR20180049150 A KR 20180049150A KR 102038829 B1 KR102038829 B1 KR 102038829B1
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optical
photon
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photon pulse
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박찬용
백수현
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주식회사 우리로
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Abstract

Disclosed is a photon pulse detection apparatus. According to one aspect of the embodiment, the photon pulse detection apparatus comprises: an optical interferometer receiving photon pulses, dividing the photon pulses, and passing the photon pulses through different paths to cause a phase difference between each photon pulse; an optical detector separated from the optical interferometer and detecting an optical interference phenomenon between the photon pulses output from the optical interferometer; a thermoelectric element being in contact with an optical detector and discharging heat of optical detector outside the optical detector; and a substrate supporting the optical interferometer and the thermoelectric element.

Description

광자 펄스 검출 장치{Apparatus for Detecting Photon Pulse}Photon pulse detection device {Apparatus for Detecting Photon Pulse}

본 발명은 광자 펄스를 검출하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for detecting photon pulses.

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 a prior art.

양자 암호키 분배 시스템(Quantum Key Distribution System)은, 송신단에서 단일 광자의 편광 또는 위상을 조절하는 방식으로 단일 광자에 암호 키 정보를 실어 수신단에 전송하고, 수신단에서는 편광 수신기 또는 광위상변조기(Optical Phase Modulator), 간섭계 등을 적용하여 암호 키 정보를 추출한다.Quantum Key Distribution System (Quantum Key Distribution System) transmits the encryption key information on the single photon to the receiver by adjusting the polarization or phase of the single photon at the transmitting end, and the polarizing receiver or optical phase modulator (Optical Phase) at the receiving end Cryptographic key information is extracted by applying modulator) and interferometer.

광케이블을 통해 전송되는 양자 암호키 분배 시스템에서는, 편광 조절(변조) 방식에 비해, 안정성 및 전송 특성이 보다 좋은 위상 조절(변조) 방식을 더 많이 사용하고 있다.In the quantum cryptographic key distribution system transmitted through the optical cable, the phase control (modulation) method, which has better stability and transmission characteristics, is used more than the polarization control (modulation) method.

위상변조 기반의 양자 암호키 분배 시스템에서는, 시분할 광간섭(Time-division Interference) 방식을 주로 이용하는데, 이를 위해서 광 간섭계, 위상 변조부, 광 검출기 등이 필요하다.In a phase modulation based quantum cryptographic key distribution system, a time-division interference method is mainly used. For this, an optical interferometer, a phase modulator, a photo detector, and the like are required.

광 간섭계는 서로 다른 길이를 갖는 복수의 경로를 구비한다. 광 간섭계는 입력되는 광자 펄스를 분할하여 각 경로를 통과시킴으로써, 분할된 광자 펄스 간에 위상차를 발생시킨다.The optical interferometer has a plurality of paths having different lengths. The optical interferometer splits an input photon pulse and passes each path, thereby generating a phase difference between the divided photon pulses.

위상 변조부는 기 설정된 어느 하나의 광자 펄스의 위상을 변조한다.The phase modulator modulates a phase of any one photon pulse.

광 검출기는 양자 암호키 분배 시스템 내 송신단의 광 간섭계와 수신단의 광 간섭계를 거치며 발생하는 광 간섭현상을 검출한다. The optical detector detects an optical interference generated through an optical interferometer of a transmitting end and an optical interferometer of a receiving end in a quantum cryptographic key distribution system.

양자 암호키 분배 시스템의 수신장치에서는 광 검출기가 검출한 검출 신호를 해석하여, 송신장치가 전송한 비트 신호, 즉, 암호 키 정보를 추정할 수 있다.The receiving device of the quantum cryptographic key distribution system can analyze the detection signal detected by the photodetector to estimate the bit signal transmitted by the transmitting device, that is, the encryption key information.

광 간섭계와 광 검출기는 온도변화에 매우 민감하다. 광 간섭계가 최적의 온도에서 벗어나는 경우, 광 간섭계의 각 경로의 길이가 상이해져 각 경로를 통과하는 광자 펄스는 예정된 위상을 갖지 않게 된다. 마찬가지로, 광 검출기도 광자 펄스(통상, 단일 광자)의 검출 성능을 최적으로 유지하기 위해서는 최적의 온도가 보장되어야 한다. Optical interferometers and photodetectors are very sensitive to temperature changes. When the optical interferometer deviates from the optimum temperature, the length of each path of the optical interferometer is different so that the photon pulses passing through each path do not have a predetermined phase. Similarly, the photodetector must ensure the optimum temperature in order to optimally maintain the detection performance of photon pulses (typically single photons).

다만, 광 간섭계의 최적의 온도는 통상 30~40˚C 인 반면, 광 검출기의 최적의 온도는 통상 -30~40˚C에 해당한다. 이에 따라, 종래의 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치에서의 광 간섭계와 광 검출기는 각각 분리된 구성으로 구현된다.However, the optimum temperature of the optical interferometer is usually 30 ~ 40 ° C, while the optimum temperature of the optical detector is usually -30 ~ 40 ° C. Accordingly, the optical interferometer and the optical detector in the receiver of the conventional quantum cryptographic key distribution system are implemented in separate configurations.

그러나 최근 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치의 소형화가 요구됨에 따라, 광 간섭계와 광 검출기가 하나의 구성 내에서 구현될 것에 대한 요구가 증가하고 있다.However, as the receiver of the quantum cryptographic key distribution system needs to be miniaturized in recent years, there is an increasing demand for the optical interferometer and the optical detector to be implemented in one configuration.

본 발명의 일 실시예는, 광 간섭계와 광 검출기를 집적화하여 하나의 장치 내에서 구현한 광자펄스 검출장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.One embodiment of the present invention is to provide a photon pulse detection device implemented in one device by integrating an optical interferometer and a photo detector.

또한, 본 발명의 일 실시예는, 광 간섭계와 광 검출기를 집적화하여 하나의 장치 내에서 구현함에도, 각 구성에 최적의 동작환경을 제공하는 광자펄스 검출장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.In addition, an embodiment of the present invention is to provide a photon pulse detection device that provides an optimal operating environment for each configuration, even if the optical interferometer and the optical detector is integrated in a single device.

본 발명의 일 측면에 의하면, 광자펄스 검출장치에 있어서, 광자 펄스를 수신하여, 상기 광자 펄스를 분할하여 서로 상이한 경로로 통과시켜 각 광자 펄스 간 위상차를 유발하는 광 간섭계와 상기 광 간섭계와 분리되며, 상기 광 간섭계에서 출력되는 광자 펄스 간의 광 간섭현상을 검출하는 광 검출기와 상기 광 검출기와 접촉하여, 상기 광 검출기의 열을 상기 광 검출기 외부로 배출하는 열전소자 및 상기 광 간섭계와 상기 열전소자를 지지하는 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 광자펄스 검출장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, in the photon pulse detection device, it receives a photon pulse, is divided into an optical interferometer and the optical interferometer which divides the photon pulse and passes through different paths to cause a phase difference between each photon pulse A thermoelectric element for contacting the photo detector and an optical detector for detecting an optical interference phenomenon between photon pulses output from the optical interferometer, and discharging the heat of the photo detector to the outside of the photo detector, and the optical interferometer and the thermoelectric element. Provided is a photon pulse detection device comprising a supporting substrate.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광자펄스 검출장치는 상기 광 간섭계와 분리되어 상기 광 검출기를 지지하며, 상기 광 간섭계에서 출력되는 광자 펄스를 통과시키는 재질로 구현된 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the photon pulse detection device is separated from the optical interferometer to support the photo detector, and further comprises a support part made of a material for passing the photon pulse output from the optical interferometer do.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 열전소자는 상기 지지부의 열을 상기 기판으로 배출하여 상기 지지부를 기 설정된 제1 온도로 유지함으로써, 상기 광 검출기가 원활히 동작할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the thermoelectric element may discharge the heat of the support part to the substrate to maintain the support part at a predetermined first temperature, so that the photo detector may operate smoothly.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광자펄스 검출장치는 상기 기판과 접촉하여, 상기 기판의 온도를 기 설정된 제2 온도로 유지하는 냉각부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the invention, the photon pulse detection device further comprises a cooling member in contact with the substrate, maintaining the temperature of the substrate at a second predetermined temperature.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광 검출기는 보강 간섭현상을 검출하기 위한 제1 광 검출기 및 상쇄 간섭현상을 검출하기 위한 제2 광 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the invention, the photo detector is characterized in that it comprises a first photo detector for detecting the constructive interference phenomenon and a second photo detector for detecting the cancellation interference phenomenon.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광 간섭계는 복수의 광자 펄스를 수신하며, 수신한 광자 펄스 각각을 분할하여 서로 상이한 경로로 통과시킴으로써, 수신한 광자 펄스마다 위상차를 유발하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the optical interferometer receives a plurality of photon pulses, and splits each of the received photon pulses and passes them through different paths, thereby inducing a phase difference for each received photon pulse.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광자펄스 검출장치는 상기 광 간섭계 및 상기 기판 사이에 위치하여 상기 기판과 상기 광 간섭계를 열적으로 분리하는 열 분리부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the photon pulse detection device further comprises a thermal separation unit located between the optical interferometer and the substrate to thermally separate the substrate and the optical interferometer.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광 간섭계는 상기 열 분리부에 의해 상기 기판과 열적으로 분리됨에 따라, 상기 광 간섭계가 원활히 동작할 수 있도록 하는 기 설정된 제3 온도로 유지되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the invention, the optical interferometer is thermally separated from the substrate by the thermal separation unit, it characterized in that the optical interferometer is maintained at a predetermined third temperature to enable the smooth operation.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광 간섭계는 상기 광자 펄스가 출력되는 끝단에 기 설정된 기울기의 단면을 구비하며, 상기 단면은 빛을 반사시키는 재질로 구현되어, 상기 광자 펄스를 기 설정된 방향으로 출력하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the optical interferometer has a cross section of a predetermined slope at the end of the output of the photon pulse, the cross section is made of a material that reflects light, and outputs the photon pulse in a predetermined direction Characterized in that.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 양자 암호키 분배 시스템 상의 수신장치 내 포함될 광 간섭계와 광 검출기를 집적화하여 하나의 장치 내에서 구현할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to an aspect of the present invention, an optical interferometer and an optical detector to be included in a receiving apparatus on a quantum cryptographic key distribution system may be integrated and implemented in one apparatus.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 광 간섭계와 광 검출기를 집적화하여 하나의 장치 내에서 구현함에도, 각 구성에 최적의 동작환경을 제공할 수 있는 장점이 있다.In addition, according to an aspect of the present invention, even if the optical interferometer and the optical detector is integrated in a single device, there is an advantage that can provide an optimal operating environment for each configuration.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자 암호키 분배 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신장치 내 광 간섭계의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 일 실시예에 따른 광자펄스 검출장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2 일 실시예에 따른 광자펄스 검출장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제3 일 실시예에 따른 광자펄스 검출장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제4 일 실시예에 따른 광자펄스 검출장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a quantum cryptographic key distribution system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an optical interferometer in a receiver according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a photon pulse detection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a photon pulse detection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
5 is a block diagram of a photon pulse detection apparatus according to a third embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of a photon pulse detection apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. It is to be understood that the term "comprises" or "having" in the present application does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof described in the specification. .

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자 암호키 분배 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a quantum cryptographic key distribution system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양자 암호키 분배 시스템(100)은 광원(110), 광 간섭계(120), 위상 변조부(130)를 포함하는 송신장치와, 위상 변조부(140), 광 간섭계(150) 및 광 검출기(160, 165)를 포함하는 수신장치를 포함한다.Referring to FIG. 1, a quantum cryptographic key distribution system 100 according to an embodiment of the present invention may include a transmitter including a light source 110, an optical interferometer 120, and a phase modulator 130, and a phase modulator. 140, an optical interferometer 150, and a receiver including optical detectors 160, 165.

광원(110)은 단일 광자를 방사한다. 광원(110)은 감쇄기(미도시)를 포함할 수 있으며, 감쇄기를 사용하여 단일 광자를 출력할 수 있을 정도의 세기로 광을 감쇄하여 출력한다. 광원(110)은 단일 광자로 이루어진 광자 웨이브를 연속적으로 방사할 수 있으나, 단일 광자의 펄스 형태로 방사하거나 광자 웨이브를 펄스 형태로 변환하여 방사할 수 있다.The light source 110 emits a single photon. The light source 110 may include an attenuator (not shown). The light source 110 may attenuate and output light with an intensity enough to output a single photon using the attenuator. The light source 110 may continuously emit a photon wave composed of a single photon, but may emit a pulse of a single photon or convert a photon wave into a pulse.

광 간섭계(120)는 광자 펄스를 수신하며, 수신한 광자 펄스에 위상 차를 유발한다. 광 간섭계(120)는 비 대칭 간섭계로서, 서로 길이가 상이한 두 경로를 갖는다. 광원(110)으로부터 방사되는 광자 펄스를 수신하는 경우, 광 간섭계(120)는 광자 펄스를 분할한 후 두 경로로 통과시킨다. 서로 동일한 두 광자 펄스는 광 간섭계(120) 내 서로 길이가 상이한 두 경로를 통과하며, 두 경로의 길이 차이로 인해 위상 차가 발생한다. 다시 말하면, 광 간섭계(120)에 입력된 광자 펄스는 그 존재확률 분포가 시간 영역에서 서로 다른 좌표를 갖는 2개의 분포로 분할되어, 특정 시간(=두 경로의 길이 차이로 인한 시간차) 간격의 2개 광자 펄스로 출력된다. The optical interferometer 120 receives the photon pulses and induces a phase difference in the received photon pulses. The optical interferometer 120 is an asymmetric interferometer and has two paths different in length from each other. When receiving photon pulses emitted from the light source 110, the optical interferometer 120 splits the photon pulses and passes them through two paths. Two photon pulses that are identical to each other pass through two different length paths in the optical interferometer 120, and a phase difference occurs due to a difference in length between the two paths. In other words, the photon pulse input to the optical interferometer 120 is divided into two distributions whose presence probability distributions have different coordinates in the time domain, so that two times of the interval of a specific time (= time difference due to the difference in length of two paths) It is output as a photon pulse.

위상 변조부(130)는 광 간섭계(120)으로부터 출력되는 두 개의 광자 펄스 중 어느 하나의 광자 펄스의 위상을 변조한다. 위상 변조부(130)는 기 저장된 비트정보, 외부 구성(예를 들어, 비트 정보 등을 저장하는 저장부)으로부터 수신한 비트정보 또는 무작위로 생성된 비트 정보 등을 이용하여 광 간섭계(120)으로부터 출력되는 두 개의 광자 펄스 중 어느 하나의 광자 펄스의 위상을 변조한다. 이때, 위상 변조부(130)는 광자 펄스의 위상을 변조함에 있어 비트 정보에 따라, 광자 펄스의 위상을 (0, π)만큼 변조를 하거나 (π/2, 3π/2)만큼 변조할 수 있다. 위상 변조부(130)에 의해 변조된 2개의 광자 펄스는 양자 채널을 거쳐 수신장치로 전송된다. The phase modulator 130 modulates the phase of any one photon pulse of two photon pulses output from the optical interferometer 120. The phase modulator 130 uses the pre-stored bit information, the bit information received from an external configuration (for example, a storage for storing bit information, etc.) or randomly generated bit information, and the like. The phase of one of the two photon pulses to be output is modulated. At this time, the phase modulator 130 may modulate the phase of the photon pulse by (0, π) or (π / 2, 3π / 2) according to the bit information in modulating the phase of the photon pulse. . The two photon pulses modulated by the phase modulator 130 are transmitted to the receiver through a quantum channel.

위상 변조부(140)는 양자 채널을 거쳐 전송되는 2개의 광자 펄스를 수신하여, 송신장치에서 위상 변조되지 않은 나머지 광자 펄스의 위상을 변조한다. 위상 변조부(140)도 마찬가지로 기 저장된 비트정보, 외부 구성(예를 들어, 비트 정보 등을 저장하는 저장부)으로부터 수신한 비트정보 또는 무작위로 생성된 비트 정보 등을 이용하여 송신장치에서 위상 변조되지 않은 나머지 광자 펄스의 위상을 변조한다. 이때, 위상 변조부(140)는 광자 펄스의 위상을 변조함에 있어 비트 정보에 따라, 광자 펄스의 위상을 (0, π/2)만큼 변조할 수 있다.The phase modulator 140 receives two photon pulses transmitted through a quantum channel, and modulates a phase of the remaining photon pulses which are not phase modulated by the transmitter. Similarly, the phase modulator 140 also modulates the phase in the transmitter by using previously stored bit information, bit information received from an external configuration (for example, a storage unit storing bit information, etc.) or randomly generated bit information. Modulates the phase of the remaining non-photon pulses. At this time, the phase modulator 140 may modulate the phase of the photon pulse by (0, π / 2) according to the bit information in modulating the phase of the photon pulse.

광 간섭계(150)는 각 광자 펄스를 수신하며, 수신한 광자 펄스에 위상 차를 유발한다. 광 간섭계(150)도 서로 길이가 상이한 두 경로를 갖되, 광 간섭계(120)와 상보적인 경로를 갖는다. 예를 들어, 광 간섭계(120)가 길이가 짧은 제1 경로와 길이가 긴 제2 경로를 구비하는 경우, 광 간섭계(150)는 제1 경로의 길이를 길게, 제2 경로를 짧게 구현한다. 각 광 간섭계(120, 150)가 상보적인 경로를 갖기 때문에, 송신장치에서 위상변조된 광 펄스와 수신장치에서 위상변조된 광 펄스가 만나 광 간섭현상을 발생시킨다.The optical interferometer 150 receives each photon pulse and causes a phase difference in the received photon pulse. The optical interferometer 150 also has two paths different in length from each other, and has a path complementary to the optical interferometer 120. For example, when the optical interferometer 120 includes a first short path and a second long path, the optical interferometer 150 may lengthen the length of the first path and shorten the second path. Since each of the optical interferometers 120 and 150 has a complementary path, the optical pulses phase-modulated in the transmitter and the phase-modulated optical pulses in the receiver meet to generate an optical interference phenomenon.

광 간섭계(150)는 위상 변조부(140)에 의해 위상 변조된 2개의 광자 펄스를 수신하는 경우, 광 간섭계(150)는 수신한 광자 펄스 각각을 분할한 후 두 경로로 통과시킨다. 광 간섭계(150)를 거치며, 광자 펄스는 총 4개로 분할된다. 하나의 광자 펄스에서 분할된, 서로 동일한 두 광자 펄스는 광 간섭계(120) 내 서로 길이가 상이한 두 경로를 통과하며, 두 경로의 길이 차이로 인해 다시 위상 차가 발생한다. 즉, 광 간섭계(150)는 송신장치의 광 간섭계(120)을 통과하면서 이미 시간 영역에서 두 부분으로 분할된 2개 광자 펄스의 시간에 따른 존재확률 분포를, 다시 시 분할하여 시간 영역에서 서로 다른 좌표를 갖는 4개의 분포로 분할한다.When the optical interferometer 150 receives two photon pulses phase-modulated by the phase modulator 140, the optical interferometer 150 divides each of the received photon pulses and passes them through two paths. Through the optical interferometer 150, the photon pulse is divided into a total of four. Two identical photon pulses, divided in one photon pulse, pass through two different length paths in the optical interferometer 120, and a phase difference occurs again due to the length difference between the two paths. That is, the optical interferometer 150 passes through the optical interferometer 120 of the transmitting apparatus and divides the existence probability distribution over time of two photon pulses, which are already divided into two parts in the time domain, to be different in the time domain. Split into four distributions with coordinates.

전술한 바와 같이, 광 간섭계(150)는 광 간섭계(120)와 상보적인 경로를 갖기 때문에, 광 간섭계(150)를 거친 4개의 광자 펄스 중 인접한 2개는 서로 중첩하여 광 간섭현상이 발생한다. 위상 변조부(130, 140)의 변조량에 따라, 서로 중첩된 광자 펄스는 보강 간섭하여 최대의 검출확률을 보이거나, 상쇄 간섭하여 최소의 검출확률을 보일 수 있다.As described above, since the optical interferometer 150 has a path complementary to the optical interferometer 120, two adjacent four of the photon pulses passing through the optical interferometer 150 overlap each other to generate an optical interference phenomenon. According to the modulation amounts of the phase modulators 130 and 140, the photon pulses superimposed on each other may exhibit the maximum detection probability through constructive interference or the minimum detection probability by destructive interference.

광 검출기(160, 165)는 각각 게이티드 가이거 모드(Gated-Geiger Mode)로 동작할 수 있으며, 광 간섭계(150)에서 출력되는 광자 펄스 중 간섭현상이 발생한 광자 펄스만을 선택적으로 검출한다. 광 검출기(160, 165) 각각은 수신장치의 광 간섭계(150)에서 출력되는 4개의 광자 펄스 중, 중첩하지 않는 2개의 광자 펄스는 항상 일정한 검출 확률을 보이므로 어떠한 정보도 전송할 수 없어 검출 대상에서 제외시키고, 가운데에 위치한 간섭 신호, 즉, 중첩한 2개의 광자 펄스(보강 간섭, 상쇄 간섭)만을 선택적으로 검출한다.The photo detectors 160 and 165 may operate in a gated Geiger mode, respectively, and selectively detect only photon pulses in which interference occurs among photon pulses output from the optical interferometer 150. Each of the photo detectors 160 and 165 can output no information because the two photon pulses that do not overlap among the four photon pulses output from the optical interferometer 150 of the receiver have a constant detection probability. Except, selectively detect only the interfering signal located in the center, that is, two superimposed photon pulses (reinforcement interference, destructive interference).

이에 수신장치에서는, 광 검출기(160, 165) 각각의 두 검출신호를 상호 보완적으로 해석하여, 송신장치에서 전송한 비트 신호, 즉, 암호 키 정보를 추정할 수 있다.Accordingly, the receiver may interpret the two detection signals of the photo detectors 160 and 165 in a complementary manner, and estimate the bit signal transmitted from the transmitter, that is, the encryption key information.

보다 구체적으로, 광 검출기(160, 165) 중 어느 하나는 게이트 개방(Gate Open) 시간을 위상차가 0인 경우에 맞추고, 나머지 하나는 게이트 개방 시간을 위상차가 π인 경우로 설정하여, 보강 간섭과 상쇄 간섭을 각각 검출한다.More specifically, one of the photo detectors 160 and 165 sets the gate open time to the case where the phase difference is 0, and the other sets the gate open time to the case where the phase difference is π, so that constructive interference and Each of the destructive interferences is detected.

한편, 광 간섭계(120, 150)는 온도에 민감한 성질을 갖는다. 광 간섭계(120, 150)의 온도가 가변함에 따라, 광 간섭계 내 포함된 경로의 길이가 가변되는 현상이 발생한다. 이에 따라, 광 간섭계(120, 150)에서 출력되는 광자 펄스의 상대적 위상이 일정한 값을 유지하지 못하는 문제가 발생하게 된다. On the other hand, the optical interferometer (120, 150) has a temperature sensitive property. As the temperature of the optical interferometers 120 and 150 varies, a phenomenon in which the length of a path included in the optical interferometer varies. Accordingly, there is a problem that the relative phase of the photon pulse output from the optical interferometer (120, 150) does not maintain a constant value.

마찬가지로, 광 검출기(160, 165) 역시 온도에 민감한 성질을 갖는다. 광 검출기(160, 165)는 단일 광자도 검출할 수 있는 분해능을 가져야 하기 때문에, 굉장히 민감하게 동작한다. 이에 따라, 광 검출기(160, 165)에 노이즈가 발생하게 된다면, 신뢰할 수 없는 출력을 발생시킨다. 이때, 광 검출기(160, 165)가 동작하는 데 있어 최적의 온도로 광 검출기(160, 165)를 유지하지 않는다면, 광 검출기(160, 165)에 열적 노이즈(Thermal Noise)가 발생하여 신뢰할 수 없는 출력이 광 검출기(160, 165)로부터 발생한다.Similarly, photo detectors 160 and 165 also have temperature sensitive properties. Since the photo detectors 160 and 165 must have a resolution capable of detecting even a single photon, they operate very sensitively. As a result, noise generated in the photo detectors 160 and 165 generates an unreliable output. At this time, if the photo detectors 160 and 165 do not maintain the photo detectors 160 and 165 at the optimal temperature, thermal noise may be generated in the photo detectors 160 and 165 and thus unreliable. The output is from photo detectors 160 and 165.

문제는, 광 간섭계(120, 150)가 동작하는 데 있어 최적의 온도와 광 검출기(160, 165)가 동작하는 데 있어 최적의 온도가 현저히 상이한 점에 있다. 광 간섭계(120, 150)의 최적의 온도는 통상 영상 30~40℃인 반면, 광 검출기(160, 165)의 최적의 온도는 통상 영하 30~40℃에 해당한다. 이러한 문제로 인해, 종래의 수신장치는 광 간섭계와 광 검출기를 서로 분리하여 따로 배치함으로써, 이러한 문제를 해소하고 있다. 그러나 최근 광 간섭계와 광 검출기를 집적화 요구에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 광자펄스 검출장치는 광 간섭계와 광 검출기를 하나의 장치 내로 배치함과 동시에, 광 간섭계와 광 검출기의 최적의 동작환경을 보장한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광자펄스 검출장치에 대한 구체적인 설명은 도 3 내지 6을 참조하여 설명하기로 한다.The problem is that the optimum temperature for the operation of the optical interferometers 120 and 150 and the optimum temperature for the operation of the photo detectors 160 and 165 are significantly different. The optimal temperature of the optical interferometers 120 and 150 is typically 30-40 ° C., while the optimal temperature of the photo detectors 160 and 165 is typically minus 30-40 ° C. Due to this problem, the conventional receiver solves this problem by disposing the optical interferometer and the optical detector separately from each other. However, according to the recent demand for integrating the optical interferometer and the optical detector, the photon pulse detection device according to an embodiment of the present invention, while placing the optical interferometer and the optical detector into a single device, the optimal operation of the optical interferometer and the optical detector Ensure the environment A detailed description of the photon pulse detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신장치 내 광 간섭계의 구성도이다.2 is a block diagram of an optical interferometer in a receiver according to an embodiment of the present invention.

도 2(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신장치 내 광 간섭계의 단면도이며, 도 2(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신장치 내 광 간섭계 평면도이다.2 (a) is a cross-sectional view of the optical interferometer in the receiver according to an embodiment of the present invention, Figure 2 (b) is a plan view of the optical interferometer in the receiver according to an embodiment of the present invention.

광 간섭계(150)는 코어(210)와 클래딩(220)을 포함한다. The optical interferometer 150 includes a core 210 and a cladding 220.

코어(210)는 일정한 경로를 가지며, 수신되는 광자펄스를 경로에 따라 이동시킨다. 이때, 코어(210)는 두 개의 경로(210a, 210b)를 가지며, 코어(210)로 수신된 각 광자펄스를 분할하여, 각 경로(210a, 210b)를 통과하도록 한다. 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 각 경로(210a, 210b)는 서로 상이한 길이를 갖기 때문에, 각 경로를 지나는 광자 펄스에 위상차를 유발한다. The core 210 has a constant path and moves the received photon pulse along the path. At this time, the core 210 has two paths 210a and 210b and divides each photon pulse received by the core 210 to pass through each path 210a and 210b. As shown in Fig. 2 (b), since each path 210a, 210b has a different length from each other, it causes a phase difference in the photon pulses passing through each path.

전술한 바와 같이, 광 간섭계(150) 내 각 경로(210a, 210b)는 광 간섭계(120)의 각 경로와 상보적인 길이를 갖는다. 도 3(b)에서와 같이, 광 간섭계(150) 내 경로(210b)가 상대적으로 긴 것으로 가정하면, 광 간섭계(120)에서는 경로(210a)가 광 간섭계(150) 내 경로(210b)와 동일한 길이만큼 상대적으로 길어진다. 이에 따라, 광 간섭계(150)를 거치며, 최종적으로 송신장치의 광 간섭계(120)에서 위상변조된 광 펄스와 수신장치의 광 간섭계(150)에서 위상변조된 광 펄스가 만나 광 간섭현상이 발생한다.As described above, each path 210a, 210b in the optical interferometer 150 has a length that is complementary to each path of the optical interferometer 120. As shown in FIG. 3B, assuming that the path 210b in the optical interferometer 150 is relatively long, in the optical interferometer 120, the path 210a is the same as the path 210b in the optical interferometer 150. Relatively longer by length. Accordingly, the optical interferometer is generated through the optical interferometer 150, and finally, the optical pulse phase-modulated by the optical interferometer 120 of the transmitter and the optical pulse modulated by the optical interferometer 150 of the receiver are generated. .

클래딩(220)은 코어(210)보다 낮은 굴절률을 가지며, 코어(210)의 주변에 배치된다. 코어(210)보다 낮은 굴절률을 갖기 때문에, 클래딩(220)은 광자 펄스가 코어(210)에서만 이동하도록 한다. The cladding 220 has a lower refractive index than the core 210 and is disposed around the core 210. Since it has a lower index of refraction than the core 210, the cladding 220 causes the photon pulse to move only in the core 210.

광 간섭계(150)는 광자 펄스가 출력되는 일 끝단에 기 설정된 기울기를 갖는 단면(230)을 포함한다. 여기서, 단면(230)은 빛을 반사시키는 재질로 구현되어, 위상 변조를 거친 광자 펄스를 일 방향으로 반사시킨다. 단면(230)의 방향은 광자 펄스를 출력하고자 하는 방향에 따라 형성되며, 단면(230)의 기울기는 광자 펄스를 출력하고자 하는 각도에 따라 형성된다. 광 간섭계(150)는 전술한 특징을 갖는 단면(230)을 포함함으로써, 별도로 광자 펄스를 반사시키기 위한 반사부재를 구비할 필요 없이 기 설정된 방향으로 광자 펄스를 출력할 수 있다.The optical interferometer 150 includes a cross section 230 having a predetermined slope at one end at which the photon pulse is output. Here, the cross section 230 is made of a material that reflects light, and reflects a photon pulse subjected to phase modulation in one direction. The direction of the cross section 230 is formed according to the direction in which the photon pulse is to be output, and the inclination of the cross section 230 is formed in accordance with the angle at which the photon pulse is to be output. Since the optical interferometer 150 includes a cross section 230 having the above-described characteristics, the optical interferometer 150 may output the photon pulse in a predetermined direction without having to separately include a reflecting member for reflecting the photon pulse.

도 3은 본 발명의 제1 일 실시예에 따른 광자펄스 검출장치의 구성도이다.3 is a block diagram of a photon pulse detection apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 일 실시예에 따른 광자펄스 검출장치(300)는 광 간섭계(150), 광 검출기(160), 지지부(310), 열전소자(320) 및 기판(330)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the photon pulse detection apparatus 300 according to the first embodiment of the present invention may include an optical interferometer 150, a photo detector 160, a support 310, a thermoelectric element 320, and a substrate 330. ).

지지부(310)는 광 간섭계(150)로부터 분리되어 광 검출기(160)를 지지한다. 광 검출기(160)는 광 간섭계(150)로부터 분리된 채로, 열전소자(320)와 접촉함으로써 지지되어 광자 펄스를 검출할 수 있으나, 보다 안정적인 구조를 가질 수 있도록 광자펄스 검출장치(300)는 지지부(310)를 더 포함할 수 있다. 지지부(310)는 광 간섭계(150)와 열적으로 분리되기 위해, 광 간섭계(150)로부터 물리적으로 분리되어 있다. The support 310 is separated from the optical interferometer 150 to support the photo detector 160. The photo detector 160 is supported by contact with the thermoelectric element 320 while being separated from the optical interferometer 150 to detect photon pulses, but the photon pulse detection apparatus 300 includes a support unit so as to have a more stable structure. It may further include (310). The support 310 is physically separated from the optical interferometer 150 to be thermally separated from the optical interferometer 150.

지지부(310)는 광을 통과시키는 재질로 구현되어, 광 간섭계(150)로부터 출력되는 광자 펄스를 광 검출기(160)가 수신할 수 있도록 한다, 지지부(310)는 광을 통과시키는 재질로 구현되어, 지지부(310)에 의해 지지되고 있는 광 검출기(160)가 광자 펄스를 수신할 수 있도록 한다. 지지부(310)는 광 간섭계(150)가 포함하는 단면(230)에 의해 광자 펄스가 출력되는 경로 상에 배치된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 광 간섭계(150)가 광자 펄스를 위쪽 방향으로 출력하는 경우, 지지부(310)는 광 간섭계(150)의 상부에 배치될 수 있다.The support 310 is made of a material that allows light to pass through, so that the photo detector 160 can receive a photon pulse output from the optical interferometer 150, and the support 310 is made of a material that allows light to pass through. The photo detector 160, which is supported by the support 310, can receive photon pulses. The support 310 is disposed on a path through which the photon pulse is output by the cross section 230 included in the optical interferometer 150. For example, as shown in FIG. 3, when the optical interferometer 150 outputs a photon pulse in an upward direction, the support 310 may be disposed above the optical interferometer 150.

열전소자(320)는 지지부(310)와 기판(330)에 접촉하여, 지지부(310)를 기 설정된 제1 온도로 유지한다. 열전소자(320)는 외부로부터 기전력을 인가받아, 지지부(310)의 열을 기판(330)으로 배출함으로써, 지지부(310)를 기 설정된 제1 온도로 유지한다. 전술한 바와 같이, 광 검출기(160)는 광 검출기(160)가 배치된 환경의 온도가 특정 온도에서 벗어나게 되면, 열적 노이즈가 발생하여 검출결과의 신뢰도가 현저히 떨어진다. 이러한 문제를 방지하고자, 열전소자(320)는 지지부(310)와 기판(330)에 접촉함으로써, 지지부(310)의 온도를 기 설정된 제1 온도로 유지하여 광 검출기(160)가 최적의 환경에서 동작할 수 있도록 한다. 통상, 광 검출기(160)의 최적의 동작환경은 낮은 온도에 해당하기 때문에, 열전소자(320)는 주로 지지부(310)의 열을 기판(330)으로 배출한다. 다만, 반드시 이와 같이 동작하는 것은 아니고, 상황에 다라 반대로 동작할 수도 있다. The thermoelectric element 320 contacts the support 310 and the substrate 330 to maintain the support 310 at a first predetermined temperature. The thermoelectric element 320 receives an electromotive force from the outside and discharges the heat of the support portion 310 to the substrate 330, thereby maintaining the support portion 310 at a preset first temperature. As described above, when the temperature of the environment in which the photodetector 160 is disposed is out of a specific temperature, thermal noise occurs and the reliability of the detection result is remarkably decreased. In order to prevent such a problem, the thermoelectric element 320 contacts the support 310 and the substrate 330 to maintain the temperature of the support 310 at a preset first temperature so that the photo detector 160 may be operated in an optimal environment. Make it work. In general, since the optimum operating environment of the photo detector 160 corresponds to a low temperature, the thermoelectric element 320 mainly discharges heat from the support 310 to the substrate 330. However, the operation may not necessarily be performed in this manner, and may be reversed depending on the situation.

기판(330)은 열전소자(320)와 광 간섭계(150)를 지지한다. 광자펄스 검출장치(300) 내에서 열전소자(320), 광 간섭계(150), 열전소자 상에 접촉하는 지지부(310) 등이 안정적인 구조를 가질 수 있도록, 기판(330)은 열전소자(320)와 광 간섭계(150)를 지지한다. The substrate 330 supports the thermoelectric element 320 and the optical interferometer 150. The substrate 330 is a thermoelectric element 320 such that the thermoelectric element 320, the optical interferometer 150, and the support part 310 contacting the thermoelectric element may have a stable structure in the photon pulse detection device 300. And the optical interferometer 150.

광자펄스 검출장치(300)는 기판(330)과 접촉한 냉각부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 기판(330)으로 열전소자(320)가 지속적으로 열을 전달할 수 있기 때문에, 기판(330)의 온도는 지나치게 높아지거나, 기판(330)과 접촉하는 광 간섭계(150)가 오차없이 동작하기 위한 최적의 온도에서 벗어날 가능성이 있다. 이러한 문제를 방지하고자, 냉각부재(미도시)는 기판(330)과 접촉하여, 기판(330)의 온도를 기 설정된 제2 온도로 유지할 수 있다. 냉각부재(미도시)는 냉매, 열전소자, 방열소자 등 기판의 온도를 제어할 수 있는 구성이면 어떠한 것으로 구현되어도 무방하다.The photon pulse detection apparatus 300 may further include a cooling member (not shown) in contact with the substrate 330. Since the thermoelectric element 320 continuously transmits heat to the substrate 330, the temperature of the substrate 330 becomes excessively high, or the optical interferometer 150 in contact with the substrate 330 is optimal for operating without error. There is a possibility to escape from the temperature. To prevent this problem, the cooling member (not shown) may be in contact with the substrate 330 to maintain the temperature of the substrate 330 at a preset second temperature. The cooling member (not shown) may be implemented as long as it can be configured to control the temperature of the substrate, such as a refrigerant, a thermoelectric element, a heat radiating element.

이와 같이, 광자펄스 검출장치(300)는 광 간섭계(150)와 광 검출기(160)를 물리적으로 분리하며, 광 간섭계(150)를 제외한 광 검출기(160) 또는 광 검출기(160)를 지지하는 지지부(310)의 온도만을 열전소자(320)를 이용하여 제어한다. 이에 따라, 광자펄스 검출장치(300)는 하나의 장치 내로 광 간섭계(150)와 광 검출기(160)를 집적하면서도, 광 간섭계(150)와 광 검출기(160)의 최적의 동작환경을 제공할 수 있다.As such, the photon pulse detection apparatus 300 physically separates the optical interferometer 150 and the optical detector 160 and supports the optical detector 160 or the optical detector 160 except for the optical interferometer 150. Only the temperature of 310 is controlled using the thermoelectric element 320. Accordingly, the photon pulse detector 300 may provide an optimal operating environment of the optical interferometer 150 and the photo detector 160 while integrating the optical interferometer 150 and the photo detector 160 into one device. have.

도 4는 본 발명의 제2 일 실시예에 따른 광자펄스 검출장치의 구성도이다.4 is a block diagram of a photon pulse detection device according to a second embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 일 실시예에 따른 광자펄스 검출장치(400)는 광자펄스 검출장치(300)에 열 분리부(410)를 더 포함한다.Referring to FIG. 4, the photon pulse detection apparatus 400 according to the second embodiment of the present invention further includes a thermal separation unit 410 in the photon pulse detection apparatus 300.

열 분리부(410)는 광 간섭계(150)와 기판(330) 사이에 위치하여, 광 간섭계(150)와 기판(330)을 열적으로 분리한다. 전술한 대로, 광 검출기(160) 또는 광 검출기(160)를 지지하는 지지부(310)는 기 설정된 제1 온도로 유지되며, 기판(330)은 냉각부재(미도시)에 의해 기 설정된 제2 온도로 유지될 수 있다. 다만, 기판(330)이 유지하는 기 설정된 제2 온도가 광 간섭계(150)가 동작하는 데 있어 최적의 온도가 아닐 가능성이 존재한다. 특히, 열전소자(320)에 의해 지지부(310) 상의 열이 대량으로 기판(330)으로 배출되는 경우, 기판(330)은 냉각부재(미도시)를 포함하고 있다 하더라도, 일시적으로 온도가 변하는 상황을 방지할 수 없다. 이에 따라, 기판(330)의 급격한 온도 변화는 광 간섭계(150)에 악영향을 미칠 수 있다. 이러한 문제를 방지하며, 기판(330) 또는 열전소자(320)에 의한 광 간섭계(150)의 온도 변화를 최소화하기 위해, 광 간섭계(150)와 기판(330) 사이에 열 분리부(410)가 배치된다. 열 분리부(410)는 열 전도율이 현저히 낮은 물질, 예를 들어, 쿼츠(Quartz) 등의 물질로 구현될 수 있다. 열 분리부(410)는 기판(330)의 열이 광 간섭계(150)로 전달되는 것을 최소화함으로써, 광 간섭계(150)의 온도가 유지될 수 있도록 한다. The thermal separator 410 is positioned between the optical interferometer 150 and the substrate 330 to thermally separate the optical interferometer 150 and the substrate 330. As described above, the photo detector 160 or the support 310 supporting the photo detector 160 is maintained at a preset first temperature, and the substrate 330 is a second temperature set by a cooling member (not shown). Can be maintained. However, there is a possibility that the preset second temperature maintained by the substrate 330 is not an optimal temperature for the optical interferometer 150 to operate. In particular, when a large amount of heat on the support 310 is discharged to the substrate 330 by the thermoelectric element 320, even if the substrate 330 includes a cooling member (not shown), the temperature is temporarily changed. Can not be prevented. Accordingly, the abrupt temperature change of the substrate 330 may adversely affect the optical interferometer 150. In order to prevent such a problem and to minimize the temperature change of the optical interferometer 150 by the substrate 330 or the thermoelectric element 320, a thermal separation unit 410 is provided between the optical interferometer 150 and the substrate 330. Is placed. The thermal separator 410 may be formed of a material having a significantly low thermal conductivity, for example, quartz or the like. The thermal separation unit 410 minimizes the transfer of heat from the substrate 330 to the optical interferometer 150, thereby maintaining the temperature of the optical interferometer 150.

도 5는 본 발명의 제3 일 실시예에 따른 광자펄스 검출장치의 구성도이다.5 is a block diagram of a photon pulse detection apparatus according to a third embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 일 실시예에 따른 광자펄스 검출장치(500)는 광자펄스 검출장치(400)에 제2 열전소자(510)를 더 포함한다.Referring to FIG. 5, the photon pulse detection apparatus 500 according to the third embodiment of the present invention further includes a second thermoelectric element 510 in the photon pulse detection apparatus 400.

제2 열전소자(510)는 광 간섭계(150)와 열 분리부(410) 사이에 위치하며, 광 간섭계(150)의 온도를 기 설정된 제3 온도로 유지한다. 전술한 바와 같이, 광 간섭계(150)도 동작함에 있어, 오차없이 최적으로 동작하기 위한 온도(기 설정된 제3 온도)가 존재한다. 통상적으로 기 설정된 제3 온도는 광 검출부(160)의 최적의 온도(기 설정된 제1 온도)나 기판(330)의 최적의 온도(기 설정된 제2 온도)와는 상이하다. 이에 따라, 광자 펄스 검출장치(400)는 열 분리부(410)를 이용하여 광 간섭계(150)를 기판(330)과 열적으로 분리하였으며, 나아가, 광자 펄스 검출장치(500)는 여기에 제2 열전소자(510)를 추가함으로써, 보다 적극적으로 광 간섭계(150)의 온도를 기 설정된 제3 온도로 유지시킨다. 제2 열전소자(510)는 광 간섭계(150)와 열 분리부(410) 사이에 위치하여, 외부로부터 기전력을 인가받아 광 간섭계(150)로 열을 전달하거나, 광 간섭계(150)의 열을 열 분리부(410)로 배출한다. 이에 따라, 광자펄스 검출장치(500)는 광 간섭계(150) 및 광 검출부(160)를 하나의 장치에 집적화하면서도, 광 간섭계(150), 광 검출부(160) 및 기판(330)에 각각 동작에 있어 (열적으로) 최적의 환경을 제공할 수 있다. The second thermoelectric element 510 is positioned between the optical interferometer 150 and the thermal separator 410, and maintains the temperature of the optical interferometer 150 at a preset third temperature. As described above, in the operation of the optical interferometer 150, there is a temperature (the preset third temperature) for optimally operating without errors. Typically, the preset third temperature is different from the optimal temperature of the light detector 160 (the first preset temperature) or the optimal temperature of the substrate 330 (the preset second temperature). Accordingly, the photon pulse detection device 400 thermally separates the optical interferometer 150 from the substrate 330 by using the thermal separation unit 410, and further, the photon pulse detection device 500 is a second By adding the thermoelectric element 510, the temperature of the optical interferometer 150 is more actively maintained at the preset third temperature. The second thermoelectric element 510 is positioned between the optical interferometer 150 and the thermal separation unit 410 to transfer heat to the optical interferometer 150 by receiving electromotive force from the outside, or to transmit heat of the optical interferometer 150. It is discharged to the heat separator 410. Accordingly, the photon pulse detection apparatus 500 integrates the optical interferometer 150 and the optical detector 160 into one device, and operates the optical interferometer 150, the optical detector 160, and the substrate 330 respectively. To provide an (thermally) optimal environment.

도 6은 본 발명의 제4 일 실시예에 따른 광자펄스 검출장치의 구성도이다.6 is a block diagram of a photon pulse detection apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제4 일 실시예에 따른 광자펄스 검출장치(600)는 광자 펄스 검출장치(400)에 히터(610)를 더 포함한다.Referring to FIG. 6, the photon pulse detection apparatus 600 according to the fourth embodiment of the present invention further includes a heater 610 in the photon pulse detection apparatus 400.

히터(610)는 광 간섭계(150)와 접촉하여, 광 간섭계에 열을 전달한다. 통상적으로 광 간섭계(150)의 기 설정된 제3 온도는 기 설정된 제1 및 제2 온도에 비해 상대적으로 높게 형성된다. 이에 따라, 열 분리부(410)를 이용해 광 간섭계(150)를 기판(330)으로부터 분리함과 동시에, 광 간섭계(150)에 열을 공급할 필요가 있다. 광자펄스 검출장치(500)와 같이, 열전소자(510)를 이용하여 광 간섭계(150)의 온도를 제어할 수 있으며, 다른 한편으로는, 광자펄스 검출장치(600)와 같이, 광 간섭계(150)와 접촉하는 히터(610)를 이용하여 광 간섭계(150)의 온도를 제어할 수 있다. 히터(610)는 열전소자(510)에 비해 상대적으로 열 제어능력은 다소 떨어지나, 보다 저렴하게 장착될 수 있으며 전력 소모를 낮출 수 있다.The heater 610 contacts the optical interferometer 150 to transfer heat to the optical interferometer. Typically, the preset third temperature of the optical interferometer 150 is formed relatively higher than the preset first and second temperatures. Accordingly, it is necessary to separate the optical interferometer 150 from the substrate 330 by using the thermal separation unit 410 and to supply heat to the optical interferometer 150. Like the photon pulse detector 500, the thermoelectric element 510 may be used to control the temperature of the optical interferometer 150. On the other hand, like the photon pulse detector 600, the optical interferometer 150 may be used. The temperature of the optical interferometer 150 may be controlled using the heater 610 in contact with the. The heater 610 is somewhat less thermally controllable than the thermoelectric element 510, but may be installed at a lower cost and lower power consumption.

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 above description is merely illustrative of the technical idea of the present embodiment, and those skilled in the art to which the present embodiment belongs may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Therefore, the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present embodiment but to describe the present invention, 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 interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present embodiment.

100: 양자 암호키 분배 시스템
110: 광원
120 , 150: 광 간섭계
130, 140: 위상 변조부
160, 165: 광 검출기
210: 코어
220: 클래딩
230: 절단면
300, 400, 500, 600: 광자펄스 검출장치
310: 지지부
320, 510: 열전 소자
330: 기판
410: 열 분리부
610: 히터100: quantum cryptographic key distribution system
110: light source
120, 150: optical interferometer
130, 140: phase modulator
160, 165: photo detector
210: core
220: cladding
230: cutting plane
300, 400, 500, 600: photon pulse detector
310: support
320, 510: thermoelectric element
330: substrate
410: thermal separator
610: heater

Claims (9)

광자펄스 검출장치에 있어서,
광자 펄스를 수신하여, 상기 광자 펄스를 분할하여 서로 상이한 경로로 통과시켜 각 광자 펄스 간 위상차를 유발하는 광 간섭계;
상기 광 간섭계와 물리적으로 분리되며, 상기 광 간섭계에서 출력되는 광자 펄스를 통과시키는 재질로 구현된 지지부;
상기 지지부에 의해 지지되어 상기 광 간섭계와 물리적으로 분리되며, 상기 광 간섭계에서 출력되는 광자 펄스 간의 광 간섭현상을 검출하는 광 검출기;
상기 지지부와 접촉하여, 상기 광 검출기의 열을 상기 광 검출기 외부로 배출하는 열전소자; 및
상기 광 간섭계와 상기 열전소자를 지지하는 기판을 포함하며,
상기 광 간섭계와 상기 광 검출기는 집적화되어 하나의 장치 내에서 구현되는 것을 특징으로 하는 광자펄스 검출장치.In the photon pulse detection device,
An optical interferometer for receiving photon pulses, dividing the photon pulses and passing them through different paths to cause phase differences between each photon pulse;
A support part physically separated from the optical interferometer and made of a material for passing a photon pulse output from the optical interferometer;
A photo detector supported by the support unit and physically separated from the optical interferometer, and detecting an optical interference phenomenon between photon pulses output from the optical interferometer;
A thermoelectric element contacting the support part and discharging heat of the photo detector to the outside of the photo detector; And
It includes a substrate for supporting the optical interferometer and the thermoelectric element,
And the optical interferometer and the optical detector are integrated and implemented in one device. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 열전소자는,
상기 지지부의 열을 상기 기판으로 배출하여 상기 지지부를 기 설정된 제1 온도로 유지함으로써, 상기 광 검출기가 원활히 동작할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 광자펄스 검출장치.The method of claim 1,
The thermoelectric element,
And discharging the heat of the support to the substrate to maintain the support at a predetermined first temperature so that the photo detector can operate smoothly. 제1항에 있어서,
상기 기판과 접촉하여, 상기 기판의 온도를 기 설정된 제2 온도로 유지하는 냉각부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광자펄스 검출장치.The method of claim 1,
And a cooling member in contact with the substrate to maintain the temperature of the substrate at a second predetermined temperature. 제1항에 있어서,
상기 광 검출기는,
보강 간섭현상을 검출하기 위한 제1 광 검출기 및 상쇄 간섭현상을 검출하기 위한 제2 광 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광자펄스 검출장치.The method of claim 1,
The photo detector,
And a second photodetector for detecting the destructive interference and a first photodetector for detecting the constructive interference. 제1항에 있어서,
상기 광 간섭계는,
복수의 광자 펄스를 수신하며, 수신한 광자 펄스 각각을 분할하여 서로 상이한 경로로 통과시킴으로써, 수신한 광자 펄스마다 위상차를 유발하는 것을 특징으로 하는 광자펄스 검출장치.The method of claim 1,
The optical interferometer,
Receiving a plurality of photon pulses, and splitting each of the received photon pulses and passing through different paths, causing a phase difference for each of the received photon pulses. 제1항에 있어서,
상기 광 간섭계 및 상기 기판 사이에 위치하여 상기 기판과 상기 광 간섭계를 열적으로 분리하는 열 분리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광자펄스 검출장치.The method of claim 1,
And a thermal separation unit disposed between the optical interferometer and the substrate to thermally separate the substrate from the optical interferometer. 제7항에 있어서,
상기 광 간섭계는,
상기 열 분리부에 의해 상기 기판과 열적으로 분리됨에 따라, 상기 광 간섭계가 원활히 동작할 수 있도록 하는 기 설정된 제3 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 광자펄스 검출장치.The method of claim 7, wherein
The optical interferometer,
And thermally separating the substrate from the substrate by the thermal separation unit, the optical interferometer is maintained at a predetermined third temperature for smooth operation of the optical interferometer. 제1항에 있어서,
상기 광 간섭계는,
상기 광자 펄스가 출력되는 끝단에 기 설정된 기울기의 단면을 구비하며, 상기 단면은 빛을 반사시키는 재질로 구현되어, 상기 광자 펄스를 기 설정된 방향으로 출력하는 것을 특징으로 하는 광자펄스 검출장치.

The method of claim 1,
The optical interferometer,
And a cross section of a predetermined slope at an end at which the photon pulse is output, wherein the cross section is made of a material reflecting light, and outputs the photon pulse in a predetermined direction.

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