KR20090046516A

KR20090046516A - 광자쌍 생성장치

Info

Publication number: KR20090046516A
Application number: KR1020070112726A
Authority: KR
Inventors: 박희수; 최상경
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2009-05-11
Also published as: KR100916659B1

Abstract

본 발명은 광자쌍 생성장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다중모드 광도파로 내에서 일어나는 자발 사광파 혼합(spontaneous four-wave mixing)과 다중모드 광도파로를 진행하는 빛의 공간모드(spatial mode)의 제어를 이용한 저잡음 광자쌍 생성장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 2개의 펌프광원; 적어도 2 이상의 공간모드를 전파시키는 다중모드 광도파로로서, 상기 2개의 펌프광원에서 출사된 펌프광이 입사되어 동일한 공간모드에 존재하면서 자발 사광파 혼합을 일으키되, 상기 펌프광이 존재하는 공간모드와 상기 자발 사광파 혼합으로 생성되는 2개의 광자가 존재하는 공간모드는 서로 상이한 공간모드인 제1 다중모드 광도파로; 상기 제1 다중모드 광도파로를 통하여 진행된 상기 펌프광과 상기 2개의 광자를 공간모드별로 분리시켜 각각 별도의 광도파로로 진행시키는 모드분할결합기; 상기 모드분할결합기를 통과한 상기 펌프광이 진행하는 제2 다중모드 광도파로; 상기 모드분할결합기에서 상기 펌프광과 분리된 상기 2개의 광자가 진행하는 단일모드 광도파로; 및 상기 단일모드 광도파로를 통하여 진행된 2개의 광자를 광자별로 분할하여 별개의 광자출력단자로 진행시키는 빔분할기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

광자쌍, 예고 단일광자, 얽힘상태, 자발 사광파 혼합, 광도파

Description

광자쌍 생성장치{Photon-pair generator}

기존의 소자의 소형화를 통한 대용량 정보통신 기술의 개발은 점차 물리적 한계에 다다르고 있으며, 또한 많은 수의 광자에 기반한 광통신 기술은 상대적으로 낮은 보안성을 수반하고 있다. 이를 극복하기 위한 대안으로 최근에는 단일광자(single photon)의 양자상태에 기반한 새로운 개념의 양자연산 (quantum computation) 및 양자통신 (quantum communication) 기술이 활발히 연구되고 있다.

광자쌍 생성장치 제작 기술은 상기의 단일광자 기반 기술을 실현하기 위한 핵심 기술 중 하나로서, 양자얽힘(quantum entanglement)을 실현하거나 고순도의 주문형(on-demand) 단일광자 생성장치를 구현하는데 적용되고 있다.

도 1은 종래의 광도파로를 이용한 광자쌍 생성장치의 구조도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 펌프광원으로부터 출사된 광자는 입력 광도파(1)로 통해 진행한 후 광자쌍 생성장치(2)에 의하여 광자쌍으로 분리되며, 분리된 각각의 광자쌍은 출력광도파로(3)를 통하여 진행한다. 출력광도파로(3)를 통하여 진행한 광자는 광자 검출기(4)에 의하여 전기신호로 변환된다.

광자쌍 생성장치는 자발 사광파 혼합(spontaneous four-wave mixing)을 이용함이 일반적이다. 종래에는 단일모드 광섬유와 같은 단일모드 광도파로를 사용하여 입력 광도파로(1)를 구성하였는바 펌프광원에서 출사된 광자와 자발 사광파 혼합으로 생성된 광자가 입력 광도파로(1) 내에서 동일한 공간모드상에 존재하였다. 그 결과 자발 사광파 혼합에 의해 생성된 광자를 펌프광원에서 출사된 광자와 분리하기 위해서는 매우 정밀한 파장 선택소자가 요구되어 소자의 소형화 및 성능향상의 제한요인이 되었을 뿐만 아니라 자발 라만산란(spontaneous raman scattering)에 의한 잡음이 크다는 문제점이 있었다. 특히, 이러한 문제점을 극복하기 위하여 광자쌍 생성장치의 온도를 극저온으로 낮추는 등의 방법이 시도되었으나 실용성이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광자쌍 생성장치를 구성함에 있어서 다중모드 광도파로 내에서 일어나는 자발 사광파 혼합과 광파의 공간모드 제어를 이용함으로써 고가의 정밀한 파장 선택소자를 사용함이 없이 광자쌍을 분리할 수 있도록 하고 잡음이 작은 고성능 광도파로 광자쌍 생성장치를 제공하기 위한 것이다.

아울러, 본 발명의 다른 목적은 상기 광자쌍 생성장치를 이용한 예고 (heralded) 단일광자 생성장치와 얽힘상태 광자쌍(entangled photon pair)생성장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광자쌍 생성장치는, 2개의 펌프광원; 적어도 2 이상의 공간모드를 전파시키는 다중모드 광도파로로서, 상기 2개의 펌프광원에서 출사된 펌프광이 입사되어 동일한 공간모드에 존재하면서 자발 사광파 혼합을 일으키되, 상기 펌프광이 존재하는 공간모드와 상기 자발 사광파 혼합으로 생성되는 2개의 광자가 존재하는 공간모드는 서로 상이한 공간모드인 제1 다중모드 광도파로; 상기 제1 다중모드 광도파로를 통하여 진행된 상기 펌프광과 상기 2개의 광자를 공간모드별로 분리시켜 각각 별도의 광도파로로 진행시키는 모드분할결합기; 상기 모드분할결합기를 통과한 상기 펌프광이 진행하는 제2 다중모드 광도파로; 상기 모드분할결합기에서 상기 펌프광과 분리된 상기 2개의 광자가 진행하는 단일모드 광도파로; 및 상기 단일모드 광도파로를 통하여 진행된 2개의 광자를 광자별로 분할하여 별개의 광자출력단자로 진행시키는 빔분할기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 광자출력단자 중 어느 하나에는 광자 검출시 전기신호를 발생시키는 광자검출기가 더 연결될 수 있다.

또한, 2개의 펌프광원; 적어도 2 이상의 공간모드를 전파시키는 다중모드 광도파로로서, 상기 2개의 펌프광원에서 출사된 펌프광이 입사되어 동일한 공간모드에 존재하면서 자발 사광파 혼합을 일으키되, 상기 펌프광이 존재하는 공간모드와 상기 자발 사광파 혼합으로 생성되는 2개의 광자가 존재하는 공간모드는 서로 상이한 공간모드인 제1 다중모드 광도파로 및 제2 다중모드 광도파로; 상기 다중모드 광도파로에 각각 연결되며 상기 다중모드 광도파로를 통하여 진행된 상기 펌프광과 상기 2개의 광자를 공간모드별로 분리시켜 각각 별도의 광도파로로 진행시키는 제1 모드분할결합기 및 제2 모드분할결합기; 상기 모드분할결합기에 각각 연결되며 상기 모드분할결합기를 통과한 펌프광이 각각 진행하는 제3 다중모드 광도파로 및 제4 다중모드 광도파로; 상기 모드분할결합기에 각각 연결되며 상기 모드분할결합기에서 펌프광과 분리된 상기 2개의 광자가 각각 진행하는 제1 단일모드 광도파로 및 제2 단일모드 광도파로; 및 각각의 상기 단일모드 광도파로에서 2개씩의 광자를 입력받아 광자별로 분할하여 별개의 광자출력단자로 진행시키는 빔분할기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수도 있다.

이때, 상기 펌프광원으로부터 상기 제1 모드분할결합기를 거쳐 상기 광자출력단자에 이르는 거리와 상기 펌프광원으로부터 상기 제2 모드분할결합기를 거쳐 상기 광자출력단자에 이르는 거리의 차이는 간섭성 거리보다 작은 것이 바람직하다.

상기 다중모드 광도파로에서 상기 펌프광이 존재하는 공간모드는 기본모드이며, 상기 2개의 광자가 존재하는 공간모드는 상기 기본모드의 차상위 고차모드일 수 있다. 다만, 다중모드 광도파로에서 상기 2개의 광자가 존재하는 공간모드는 기본모드이며, 상기 펌프광이 존재하는 공간모드는 상기 기본모드의 차상위 고차모드일 수도 있다.

상기 2개의 펌프광원에서 출사된 펌프광은 서로 수직되는 편광을 가지며, 상기 빔분할기는 편광빔분할기로 구성될 수 있다.

본 발명의 광자쌍 생성장치에 따르면, 입력 광도파로서 다중 모드 광도파로를 사용함으로써 펌프광과 자발 사광파 혼합으로 생성되는 광자가 서로 상이한 공간모드에 존재하게 되므로 고가의 정밀한 파장 선택소자를 사용할 필요 없이 모드분할결합기에 의하여 간단하게 펌프광과 광자를 분리할 수 있으며, 파장필터와 같 은 파장 선택소자가 불필요한바 소자의 소형화의 측면에서 유리한 효과를 거둘 수 있다. 또한 모드분할결합기를 이용하여 서로 상이한 공간모드에 존재하는 펌프광과 자발 사광파 혼합으로 생성된 광자를 분리하게 되는바 펌프광과 자발 사광파 혼합으로 생성된 광자의 파장이 동일한 경우에도 활용이 가능하며, 그 결과 펌프광과 자발 사광파 혼합으로 생성된 광자간의 파장 차이를 줄일 수 있으므로 자발라만산란에 의한 잡음을 획기적으로 줄일 수 있고, 장치의 실용화 가능성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 광자쌍 생성장치의 구조도로서, 도시된 바와 같이 2개의 펌프광원(11,12), 펌프광(13)이 진행하는 제1 다중모드 광도파로(14), 펌프광과 광자를 분리하기 위한 모드분할결합기(15), 모드분할결합기(15)에서 분리된 펌프광과 광자과 각각 진행하게 되는 단일모드 광도파로(16), 제2 다중모드 광도파로(17) 및 빔분할기(18)를 포함하고 있다.

제1 펌프광원(11) 및 제2 펌프광원(12)에서 출사된 2개의 펌프광(13)은 제1 다중모드 광도파로(14)에 입사되어 진행하게 된다. 제1 펌프광원(11)과 제2 펌프광원(12)에서 출사되는 펌프광(13)은 파장이 서로 다른 것이 일반적이나 파장이 서로 동일할 수도 있다.

이때, 다중모드 광도파로란 광도파로 내부를 통과하는 광이 존재할 수 있는 공간모드(spatial mode)의 개수가 적어도 2개 이상인 광도파로를 의미하며, 각 공간모드의 전파상수(propagation constant)는 상이한 값을 갖는다. 복수의 공간모드 가운데 전파상수가 가장 큰 모드는 기본모드가 되며, 모드의 차수가 증가하여 고차모드로 갈수록 전파상수는 작은 값을 갖게 된다.

제1 다중모드 광도파로(14)는 통상의 광섬유, 광결정 광섬유 또는 평판 도파로 소자로 구성될 수 있다.

제1 펌프광원(11) 및 제2 펌프광원(12)에서 출사된 2개의 펌프광(13)은 제1 다중모드 광도파로(14) 내에서 동일한 공간모드에 존재하게 된다. 이때, 펌프광이 존재하게 되는 공간모드는 기본모드임이 일반적이나 고차모드일 수도 있다. 구체적으로 펌프광은 기본모드인 LP₀₁ 모드에 존재할 수도 있으나 기본모드의 차상위 고차모드인 LP₁₁ 모드에 존재할 수도 있다. 이때, 차상위 고차모드란 기본모드보다 작은 전파상수를 갖는 복수의 고차모드 가운데 기본모드와 가장 근접한 전파상수를 갖는 모드를 말한다.

2개의 펌프광(13)이 제1 다중모드 광도파로(14)를 진행하는 동안 자발 사광파 혼합이 발생하여 2개의 광자가 생성된다.

자발 사광파 혼합이란 4개의 광이 서로 상호작용하는 현상으로서 사광파 혼합을 일으키는 광도파로에 2개의 광을 입사시키는 경우 2개의 광자가 동시에 자발적으로 생성되는 현상을 말하는데 2개씩의 광이 서로 상이한 공간모드에 존재하는 경우에도 사광파 혼합이 발생하는 것으로 알려져 있다.

자발 사광파 혼합에 의하여 생성된 2개의 광자는 제1 다중모드 광도파로(14) 내에서 동일한 공간모드에 존재하게 된다. 다만, 2개의 광자가 존재하게 되는 공간모드는 펌프광이 존재하게 되는 공간모드와는 상이한 공간모드이다. 즉, 펌프광이 존재하는 공간모드가 기본모드인 경우에는 자발 사광파 혼합으로 생성된 2개의 광자는 차상위 고차모드에 존재하게 되며, 반대로 펌프광이 차상위 고차모드에 존재하는 경우에는 생성된 2개의 광자는 기본모드에 존재하게 된다. 구체적으로 펌프광이 기본모드인 LP₀₁ 모드에 존재하는 경우에는 생성된 2개의 광자는 LP₁₁ 모드에 존재하게 되며, 만일 펌프광이 LP₁₁ 모드에 존재하는 경우에는 생성된 2개의 광자는 LP₀₁ 모드에 존재하게 된다.

상기 검토한 바와 같이 2개의 펌프광과 자발 사광파 혼합으로 생성된 광자는 서로 상이한 공간모드에 존재하지만, 파장은 동일할 수도 있다.

광자쌍을 얻기 위해서는 펌프광과 생성된 2개의 광자를 분리할 필요가 있는데 이는 이하에서 설명할 모드분할결합기(15)에 의하여 이루어진다.

모드분할결합기(15)는 광을 공간모드에 따라 분리하는 것으로서, 광섬유 모드분할 방향성 결합기(directional coupler) 등이 사용될 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이 모드분할결합기(15)의 입력측에는 제1 다중모드 광도파로(14)가 연결되며, 출력측에는 단일모드 광도파로(16) 및 제2 다중모드 광도파로(17)가 연결된다. 이때, 상기 단일모드 광도파로(16)와 제2 다중모드 광도파로(17)는 광섬유 또는 평판도파로소자로 구성될 수 있다. 단일모드 광도파로(16)는 광도파로 내부를 통과하는 광이 존재할 수 있는 공간모드가 1개인 광도파로를 말하며, 단일모드 광섬유 등이 사용될 수 있다.

이하에서는 모드분할결합기(15)에 의한 펌프광과 광자쌍의 분리과정을 보다 상세히 설명한다.

제1 다중모드 광도파로(14)의 기본모드에 존재하던 2개의 펌프광은 모드분할결합기(15)를 통과한 후 모드분할결합기(15)의 출력측에 연결된 제2 다중모드 광도파로(17)를 통하여 진행한다. 그러나 제1 다중모드 광도파로(14)의 고차모드에 존재하던 2개의 광자는 모드분할결합기(15)를 통과하면서 펌프광과 분리된 후 단일모드 광도파로(16)를 통하여 진행하게 된다.

예를 들면, 제1 다중모드 광도파로(14)의 고차모드에 존재하던 2개의 광자는 위상정합조건에 의해 모드분할결합기(15)를 통과하면서 펌프광과 분리된 후 단일모드 광도파로(16)를 통하여 진행하게 된다.

이처럼, 모드분할결합기(15)에서 펌프광과 2개의 광자가 분리되는 과정은 펌프광과 2개의 광자가 상이한 공간모드에 존재한다는 점을 이용하게 된다. 따라서 정밀한 파장 선택소자를 이용하여 광자를 분리하던 종래의 경우와는 달리 본 발명은 펌프광과 2개의 광자의 파장이 동일한 경우에도 활용될 수 있다. 그러므로 종래 파장 선택소자를 이용하던 경우에 비하여 펌프광과 광자들간의 파장 차이를 줄이는 것이 가능하고 그 결과 자발라만산란에 의한 잡음을 줄일 수 있게 된다. 또한 파장필터와 같은 파장 선택소자가 불필요한바 소자의 소형화의 측면에서 유리한 효과를 거둘 수 있다.

이때, 제1 다중모드 광도파로(14)의 고차모드에 존재하던 2개의 광자가 효율적으로 단일모드 광도파로(16)로 진행하기 위해서는 단일모드 광도파로(16)의 전파상수가 제1 다중모드 광도파로(14)의 고차모드의 전파상수와 동일한 것이 바람직하다.

이상에서 설명된 모드분할결합기(15)에서의 펌프광과 광자의 분리과정에서는 펌프광은 제1 다중모드 광도파로의 기본모드에 존재하고 2개의 광자는 제1 다중모드 광도파로의 고차모드에 존재하는 경우를 기준으로 설명하였으나, 펌프광과 2개의 광자가 존재하는 공간모드가 서로 반대일 수도 있음은 물론이다. 다만, 펌프광이 제1 다중모드 광도파로(14)의 고차모드에 존재하고 2개의 광자가 제1 다중모드 광도파로(14)의 기본모드에 존재하는 경우에는 단일모드 광도파로(16)의 전파상수는 제1 다중모드 광도파로(14)의 기본모드의 전파상수와 동일하게 구성됨이 바람직하다.

단일모드 광도파로(16)를 통하여 진행된 2개의 광자는 빔분할기(18)에 의하여 분할된 후 각각 제1 광자출력단자(19) 및 제2 광자출력단자(20)로 진행하게 되며, 그 결과 광자쌍을 생성할 수 있게 된다.

만일 제1 펌프광원(11)과 제2 펌프광원(12)에서 출사되는 펌프광(13)이 서로 수직된 편광을 갖는다면 자발 사광파 혼합으로 생성된 2개의 광자도 서로 수직한 편광을 갖게 되는바 편광빔분할기(polarization beam splitter)로써 빔분할기(18)를 구성하여 2개의 광자를 분할할 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 예고 단일광자 생성장치의 구조도이다. 도시된 바와 같이 도 2의 광자쌍 생성장치에 있어서 어느 하나의 광자출력단자에는 광자를 검출하기 위한 광자검출기(21)를 더 배치하고 있다. 광자검출기(21)는 광을 검출하여 전기신호로 변환하는 것으로서 포토 다이오드(photo diode) 등이 사용될 수 있다.

광자검출기(21)에서 광자가 검출되어 전기신호가 발생되면 이 전기신호는 다른 광자출력단자에 단일의 광자가 생성되었음을 예고하는 신호로 사용될 수 있다.

이와 같은 예고 단일광자 생성장치는 양자통신장치 또는 주문형 단일광자 생성장치의 성능향상을 위하여 사용될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 얽힘상태 광자쌍 생성장치의 구조도로서, 도시된 바와 같이 도 2의 광자쌍 생성장치 2개가 빔분할기(18)를 공유하는 구조로 되어 있다. 이하에서는 도 4의 빔분할기(18)를 도 2의 빔분할기(18)와 구별하여 공유빔분할기로 호칭하도록 한다.

도 4에서의 광자의 생성 및 분리과정은 도 2와 관련되어 설명된 바와 원칙적으로 동일하다. 다만 도 2의 경우와는 달리 공유빔분할기에는 2개의 단일모드 광도파로(16)가 연결되어 있는바 이하에서는 공유빔분할기에 의한 광자의 분리과정을 상세히 설명한다.

도 4를 참조하면 공유빔분할기는 2개의 광자입력단자와 2개의 광자출력단자(19, 20)를 구비하고 있다. 각각의 광자입력단자에는 단일모드 광도파로(16)가 연결되어 있어서 각각의 광자입력단자로 2개씩의 광자가 입력된다. 어느 하나의 광자입력단자로 입력된 2개의 광자는 이후 공유빔분할기에서 광자별로 분할된 후 별개의 광자출력단자(19, 20)로 진행된다.

다만, 공유빔분할기는 2개의 광자출력단자(19, 20)를 가지고 있으므로 제1 광자출력단자(19)와 제2 광자출력단자(20)에서 광자가 한 개씩 출력될 때, 이 두 광자가 어느 다중모드 광도파로(14)에서 생성된 광자인지에 대한 모호성이 발생한다.

이때, 별개의 제1 다중모드 광도파로(14), 모드분할결합기(15), 및 단일모드 광도파로(16)를 거치는 두 가지 경로에 대하여 펌프광원(11,12)으로부터 광자출력단자(19,20)까지의 거리가 광의 간섭성 거리 (coherence length) 내에서 일치한다면 2개의 광자는 두 가지 가능성, 즉 도 4의 상측에 도시된 제1 다중모드 광도파로(14)에서 생성되었을 가능성과 하측에 도시된 제1 다중모드 광도파로(14)에서 생성되었을 가능성이 양자역학적으로 얽혀있는 얽힘상태(entangled state)에 존재하게 된다. 이때, 얽힘상태는 다음과 같이 표현될 수 있다.

만일 제1 펌프광원(11)과 제2 펌프광원(12)에서 출사된 펌프광(13)이 같은 편광을 갖고, 각각의 단일모드 광도파로(16)를 통과한 광자가 모두 수직한 편광으로 공유빔분할기(18)에 입사하는 경우라면, 두 개의 광자는 다음의 수학식 1로 표현되는 얽힘상태이다.

이때, H와 V는 각각 수평편광과 수직편광을 나타내고, 아래첨자 1과 2는 각각 제1 광자출력단자(19)와 제2 광자출력단자(20)로 출력되는 광자의 상태를 나타내며, φ는 임의의 상수이다.

만일, 제1 펌프광원(11)과 제2 펌프광원(12)에서 출사된 펌프광(13)이 서로 수직인 편광을 갖고, 공유빔분할기(18)가 편광빔분할기인 경우에는 두 개의 광자는 다음의 수학식2로 표현되는 얽힘상태이다.

도 1은 종래의 광도파로를 이용한 광자쌍 생성장치의 구조도.

도 2는 본 발명에 따른 광자쌍 생성장치의 구조도.

도 3은 본 발명에 따른 예고 단일광자 생성장치의 구조도.

도 4는 본 발명에 따른 얽힘상태 광자쌍 생성장치의 구조도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

11 : 제1 펌프광원 12 : 제2 펌프광원

13 : 펌프광 14 : 제1 다중모드 광도파로

15 : 모드분할결합기 16 : 단일모드 광도파로

17 : 제2 다중모드 광도파로 18 : 빔분할기

19 : 제1 광자출력단자 20 : 제2 광자출력단자

21 : 광자검출기

Claims

2개의 펌프광원;

적어도 2 이상의 공간모드를 전파시키는 다중모드 광도파로로서, 상기 2개의 펌프광원에서 출사된 펌프광이 입사되어 동일한 공간모드에 존재하면서 자발 사광파 혼합을 일으키되, 상기 펌프광이 존재하는 공간모드와 상기 자발 사광파 혼합으로 생성되는 2개의 광자가 존재하는 공간모드는 서로 상이한 공간모드인 제1 다중모드 광도파로;

상기 제1 다중모드 광도파로를 통하여 진행된 상기 펌프광과 상기 2개의 광자를 공간모드별로 분리시켜 각각 별도의 광도파로로 진행시키는 모드분할결합기;

상기 모드분할결합기를 통과한 상기 펌프광이 진행하는 제2 다중모드 광도파로;

상기 모드분할결합기에서 상기 펌프광과 분리된 상기 2개의 광자가 진행하는 단일모드 광도파로; 및

상기 단일모드 광도파로를 통하여 진행된 2개의 광자를 광자별로 분할하여 별개의 광자출력단자로 진행시키는 빔분할기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광자쌍 생성장치.
제1항에 있어서,

상기 광자출력단자 중 어느 하나에는 광자 검출시 전기신호를 발생시키는 광 자검출기가 더 배치된 것을 특징으로 하는 광자쌍 생성장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 다중모드 광도파로에서 상기 펌프광이 존재하는 공간모드는 기본모드이며, 상기 2개의 광자가 존재하는 공간모드는 상기 기본모드의 차상위 고차모드인 것을 특징으로 하는 광자쌍 생성장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 다중모드 광도파로에서 상기 2개의 광자가 존재하는 공간모드는 기본모드이며, 상기 펌프광이 존재하는 공간모드는 상기 기본모드의 차상위 고차모드인 것을 특징으로 하는 광자쌍 생성장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 2개의 펌프광원에서 출사된 펌프광은 서로 수직되는 편광을 가지며, 상기 빔분할기는 편광빔분할기인 것을 특징으로 하는 광자쌍 생성장치.
2개의 펌프광원;

적어도 2 이상의 공간모드를 전파시키는 다중모드 광도파로로서, 상기 2개의 펌프광원에서 출사된 펌프광이 입사되어 동일한 공간모드에 존재하면서 자발 사광파 혼합을 일으키되, 상기 펌프광이 존재하는 공간모드와 상기 자발 사광파 혼합으 로 생성되는 2개의 광자가 존재하는 공간모드는 서로 상이한 공간모드인 제1 다중모드 광도파로 및 제2 다중모드 광도파로;

상기 제1 및 제2 다중모드 광도파로에 각각 연결되며 상기 다중모드 광도파로를 통하여 진행된 상기 펌프광과 상기 2개의 광자를 공간모드별로 분리시켜 각각 별도의 광도파로로 진행시키는 제1 모드분할결합기 및 제2 모드분할결합기;

상기 제1 및 제2 모드분할결합기에 각각 연결되며 상기 제1 및 제2 모드분할결합기를 통과한 펌프광이 각각 진행하는 제3 다중모드 광도파로 및 제4 다중모드 광도파로;

상기 제1 및 제2 모드분할결합기에 각각 연결되며 상기 제1 및 제2 모드분할결합기에서 펌프광과 분리된 상기 2개의 광자가 각각 진행하는 제1 단일모드 광도파로 및 제2 단일모드 광도파로; 및

상기 제1 및 제2 단일모드 광도파로와 각각 연결되는 제1 광자입력단자 및 제2 광자입력단자를 가지며, 상기 제1 또는 제2 광자입력단자로 입력되는 2개의 광자를 광자별로 분할하여 제1 광자출력단자 및 제2 광자출력단자로 각각 1개씩의 광자를 진행시키는 공유빔분할기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 얽힘상태 광자쌍 생성장치.
제6항에 있어서,

상기 제1 다중모드 광도파로 및 제2 다중모드 광도파로에서 상기 펌프광이 존재하는 공간모드는 기본모드이며, 상기 2개의 광자가 존재하는 공간모드는 상기 기본모드의 차상위 고차모드인 것을 특징으로 하는 얽힘상태 광자쌍 생성장치.
제6항에 있어서,

상기 제1 다중모드 광도파로 및 제2 다중모드 광도파로에서 상기 2개의 광자가 존재하는 공간모드는 기본모드이며, 상기 펌프광이 존재하는 공간모드는 상기 기본모드의 차상위 고차모드인 것을 특징으로 하는 얽힘상태 광자쌍 생성장치.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 2개의 펌프광원에서 출사된 펌프광은 서로 수직되는 편광을 가지며, 상기 공유빔분할기는 편광빔분할기인 것을 특징으로 하는 얽힘상태 광자쌍 생성장치.
제9항에 있어서,

상기 펌프광원으로부터 상기 제1 모드분할결합기를 거쳐 상기 광자출력단자에 이르는 거리와 상기 펌프광원으로부터 상기 제2 모드분할결합기를 거쳐 상기 광자출력단자에 이르는 거리의 차이는 간섭성 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 얽힘상태 광자쌍 생성장치.