KR20090095364A - 편광 무의존 상향-변환 광자 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

편광 무의존 상향-변환 광자 검출 장치가 제공된다. 이 장치는 입사되는 신호광을 그 편광 성분에 따라 분할하는 광 분할부, 광 분할부로부터 출력되는 신호광에 펌프광을 혼합하는 광 혼합부, 펌프광이 혼합된 신호광의 주파수를 상향-변환시키는 상향 변환부 및 상향 변환된 신호광을 검출하는 광 검출부를 구비한다.

Description

편광 무의존 상향-변환 광자 검출 장치{Polarization-Independent Up-Conversion Photon-Detection Apparatus}
본 발명은 광자 검출 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 주파수 상향 변환을 이용한 광자 검출 장치에 관한 것이다.
양자 암호 통신과 같은 광섬유 기반의 정보통신 기술분야에서, 1.5mm 내지 1.3mm와 같은 통신파장 대역(telecom band)의 광자를 검출하는 기술의 중요성이 점차 증가하고 있다. 통신 파장 대역의 광자는 InGaAs 타입의 아발란치 포토 다이오드(APD, Avalanche Photo Diode)를 사용하여 검출될 수 있지만, InGaAs APD는 양자효율(quantum efficiency)이 낮고 애프터 펄스(after pulse)의 발생확률이 높기 때문에, 통상적으로 10 MHz 이하의 게이티드 모드(gated mode)에서 불연속적으로 동작하는 것이 요구된다.
이러한 InGaAs APD에서의 기술적 어려움을 극복하기 위해, 높은 양자 효율 및 연속 모드로 동작될 수 있는 실리콘 기반의 APD(이하, Si APD)를 사용하는 기술이 제안되었다. 하지만, 상기 Si APD는 특히 가시광 대역에서 매우 높은 양자효율로 광자를 검출할 수 있기 때문에, Si APD를 사용하기 위해서는 통신 파장 대역의 광자를 가시광 대역(visible light, 0.4um ~ 0.7um)의 광자로 상향-변환(up-conversion)하는 과정이 필요하다. 상기 상향-변환은 주기분극반전 리튬 니오브산염(PPLN, Periodically Poled Lithium Niobate) 등과 같은 광학적 비선형 매질을 이용한 합주파수 변환(SFG, Sum Frequency Generation)을 통해 달성될 수 있다. 하지만, 상기 PPLN에서의 상향-변환 효율은 입사광의 편광에 영향을 받기 때문에, 광 검출 효율이 입사광의 편광 상태에 따라 달라지는 문제가 있다.
이러한 편광 의존성을 극복하기 위한 방법들이 M. A. Albota 및 H. Takesue 등에 의해 독립적으로 제안되었다. 구체적으로, M. A. Albota는 간섭계를 이용한 양방향 상향-변환 기술을 제안하였고(M. A. Albota et al., "Polarization-independent frequency conversion for quantum optical communication," J. Opt. Soc. Am. B, 2006), H. Takesue는 편광빔분할기를 이용하는 기술을 제안하였다(H. Takesue et al., "1.5-mm single photon counting using polarization-independent up-conversion detector," Opt. Express, 2006). 하지만, 이들이 제안하는 기술들에 따르면, 상향 변환 시스템의 구조가 복잡해지는 문제가 있다.
예를 들면, M. A. Albota에 의해 구현된 양방향-변환 시스템의 경우, 광학 시스템의 광학적 정렬이 어렵고, 간섭계 내부에 파장의 분리 및 편광의 변환 등을 위해 많은 광학 부품들이 필요하다. 이에 따라, 시스템의 구조가 복잡할 뿐만 아니라 광 투과 손실이 큰 단점이 있다. 또한, Takesue 등에 의해 구현된 시스템의 경우, 두 개의 상향-변환 검출장치가 필요하기 때문에, 시스템이 복잡해지고 비용이 증가하는 단점을 가지고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 단순한 구조 및 높은 효율을 갖는 편광 무의존 상향-변환 광자 검출 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 광자 검출 장치는 입사되는 신호광을 그 편광 성분에 따라 분할하는 광 분할부, 상기 광 분할부로부터 출력되는 신호광에 펌프광을 혼합하는 광 혼합부, 상기 펌프광이 혼합된 신호광의 주파수를 상향-변환시키는 상향 변환부, 및 상기 상향 변환된 신호광을 검출하는 광 검출부를 구비한다.
이때, 상기 광 분할부는, 상기 신호광의 편광 성분에 따라 서로 다른 제 1 경로 및 제 2 경로로 진행하도록, 상기 신호광을 분할하는 편광 빔 분할기(Polarization Beam Splitter) 및 상기 제 2 경로를 진행하는 신호광이 상기 제 1 경로를 진행하는 신호광과 동일한 편광 상태를 갖도록 만드는 편광 제어기를 구비한다. 일 실시예에 따르면, 상기 편광 제어기는 반파장판(Half-Wave Plate)일 수 있다. 또한, 상기 광 분할부는 상기 제 1 경로 및 상기 제 2 경로 상에 각각 배치되는 제 1 광지연소자(first optical delay device) 및 제 2 광지연소자 중의 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제 1 광지연소자 및 상기 제 2 광지연소자는 제 1 및 제 2 경로의 길이를 조절하도록 구성된다.
상기 광 혼합부는 상기 펌프광이 상기 신호광과 같은 경로를 따라 진행할 수 있도록 구성된다. 이때, 상기 펌프광은 합주파수 변환의 효율을 증가시킬 수 있는 편광 상태로 상기 광 혼합부에 입사될 수 있다.
상기 상향 변환부는 비선형 광학 물질들(Nonlinear optical materials) 중의 한가지일 수 있다. 예를 들면, 상기 비선형 광학 물질은 PPLN 도파관(Periodically Poled Lithium Niobate waveguide)이나 PPKTP 도파관(Periodically Poled Potassium Titanyl Phosphate waveguide) 중의 하나일 수 있다.
상기 광 검출부는 상기 상향 변환된 신호광을 선택적으로 추출하는 필터 및 상기 상향 변환된 신호광을 검출하는 광자 검출 소자를 구비할 수 있다. 이때, 상기 광자 검출 소자는 실리콘-기반 광 세기 검출기(Si-based photo-detector), 실리콘-기반 단일 광자 검출기(Si-based single-photon detector) 및 실리콘-기반 광자 개수 분해 검출기(Si-based photon number resolving detector) 중의 한가지일 수 있다.
한편, 하나의 상기 광 혼합부, 하나의 상기 상향 변환부 및 하나의 상기 광 검출부는 상기 광 분할부에서 분할되어 서로 다른 경로를 진행하는 신호광들을 검출하는데 공통적으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 편광-무의존 상향-변환 광자 검출 장치는 신호광의 편광 성분에 따라 상기 신호광을 서로 다른 진행 경로들로 분할한 후, 상기 진행 경로들 중의 하나를 따라 진행하는 신호광의 편광 성분을 다른 진행 경로를 따라 진행하는 신호광의 편광 성분으로 변환하는 광 분할부를 구비한다. 이때, 상기 광 분할부는, 상기 신호광의 진행 경로에 관계없이 신호광과 펌프광의 합주파수 변환의 효율을 극대화시키는 편광 상태를 갖도록, 상기 신호광의 편광 상태를 변환할 수 있다.
이에 더하여, 상기 광자 검출 장치는 상기 광 분할부로부터 출력되는 신호광에 펌프광을 혼합하는 광 혼합부, 상기 펌프광이 혼합된 신호광의 주파수를 상향-변환시키는 상향 변환부 및 상기 상향 변환된 신호광을 검출하는 광 검출부를 더 포함할 수 있다. 이때, 하나의 상기 광 혼합부, 하나의 상기 상향 변환부 및 하나의 상기 광 검출부는 상기 광 분할부에서 분할되어 서로 다른 경로를 진행하는 신호광들을 검출하는데 공통적으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 하나의 광 분할부, 하나의 광 혼합부, 하나의 상향 변환부 및 하나의 광 검출부로 구성되면서, 편광에 대한 의존성을 갖지 않으면서 주파수 상향 변환을 구현할 수 있는 편광 무의존 상향 변환 광자 검출 장치가 제공된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 광자검출 장치는 신호 광의 편광 상태에 관계없이 효율적으로 광자를 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 그 구성이 간단하기 때문에 제조비용이 저렴하다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 편광 무의존 상향-변환 광자 검출 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 광자 검출 장치는 편광에 대한 의존성을 갖지 않으면서 주파수 상향 변환을 구현하도록 구성되며, 하나의 광 분할부(100), 하나의 광 혼합부(200), 하나의 상향 변환부(300) 및 하나의 광 검출부(400)를 포함한다.
상기 광 분할부(100)는 입사되는 신호광(SGN1, ω1)을 상기 상향 변환부(300)에서의 합주파수 변환 효율을 최대화시킬 수 있는 편광 상태(이하, 제 1 편광 상태)로 만든다. 이를 위해, 상기 광 분할부(100)는 상기 입사되는 신호광을 제 1 편광 상태와 이에 수직한 제 2 편광 상태로 분할한 후, 상기 제 2 편광 상태를 상기 제 1 편광 상태로 변환하는 과정을 수행하도록 구성된다. 이러한 기능을 위해, 상기 광 분할부(100)는 편광빔분할기(Polarization Beam Splitter), 반파장판(Half-Wave Plate), 적어도 하나의 광 지연 장치(Optical Delay Line), 복수의 거울들(Mirror), 광섬유 및 도파관 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광 혼합부(200)는 상기 광 분할부(100)에서 출력되는 신호광에 제 1 편광 상태를 갖는 펌프광(PUMP, ωP)을 혼합하도록 구성된다. 본 발명에 따르면, 상기 광 혼합부(200)로 입사되는 신호광 역시 상술한 것처럼 상기 제 1 편광 상태를 갖도록 상기 광 분할부(100)에서 조절되었기 때문에, 상기 광 혼합부(200)에 입사되 는 신호광(SGN1) 및 펌프광(PUMP)은 모두 상기 상향 변환부(300)에서의 합주파수 변환 효율을 최대화시킬 수 있는 편광 상태(즉, 제 1 편광 상태)에 있다.
상기 상향 변환부(300)는 상기 신호광(SGN1)과 상기 펌프광(PUMP) 사이의 상호작용을 통한 주파수 상향 변환을 가능하게 하는 광학적 비선형 물질(Nonlinear optical materials)을 포함한다. 이에 따라, 상기 상향 변환부(300)로 입사되는 신호광(SGN1) 및 상기 펌프광(PUMP)의 주파수들이 각각 ω1 및 ωP이라면, 상기 상향 변환부(300)로부터 출력되는 광자는 합주파수 변환(SFG, Sum Frequency Generation)에 의해 ω1+ωP의 상향-변환된 주파수(ω2)를 갖게 된다.
상기 광 검출부(400)는 상기 상향 변환부(300)에서 출력되는 상향 변환된 신호광(SGN2, ω2)를 선택적으로 검출하도록 구성된다. 이러한 선택적 검출을 위해, 상기 광 검출부(400)는 상기 상향 변환된 신호광(SGN2)의 주파수(ω2)와 다른 주파수를 갖는 광 성분을 차단하는 필터(FL) 및 상기 필터(FL)를 통과한 상향 변환된 주파수의 광자를 검출하는 광자 검출 소자(DT)를 구비한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 무의존 상향-변환 광자 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다. 이 실시예는 도 1을 참조하여 설명된 본 발명에 따른 편광 무의존 상향-변환 광자 검출 장치에 대한 보다 구체적인 예이다. 따라서, 설명의 간결함을 위해, 도 1를 참조하여 앞서 설명된 본 발명의 기술적 특징들에 대한 반복적인 설명은 생략된다.
도 2를 참조하면, 이 실시예에 따르면, 상기 광 분할부(100)는, 상기 입사되 는 신호광(SGN1)의 편광 성분에 따라 상기 입사되는 신호광(SGN1)을 분할하는 편광빔 분할기(PBS)를 포함한다. 이에 따라, 상기 편광빔 분할기(PBS)로 입사되는 상기 신호광(SGN1)은 제 1 편광 상태(?)를 가지면서 제 1 경로(pth1)를 진행하는 성분과 이에 수직한 편광 상태(즉, 제 2 편광 상태(?))를 가지면서 제 2 경로(pth2)로 진행하는 성분으로 분할될 수 있다. 상술한 것처럼, 상기 제 1 편광 상태(?)는 상기 상향 변환부(300)에서의 합주파수 변환 효율을 최대화시킬 수 있는 편광 상태인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제 2 편광 상태는 상기 제 1 편광 상태와 다른 방향이지만, 상기 제 1 편광 상태에 수직하지 않을 수 있다.
한편, 상술한 것처럼 상기 제 1 편광 상태(?)는 합주파수 변환 효율을 최대화시키도록 선택된 방향이라는 점에서, 상기 신호광(SGN1)이 상기 제 2 편광 상태(?)를 갖는 경우 광자 검출 효율이 저하될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 본 발명에 따른 광 분할부(100)는 상기 제 2 경로(pth2) 상에 배치되어 상기 제 2 편광 상태를 상기 제 1 편광 상태로 변환시키는 편광 제어 장치(PC)를 더 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 편광 제어 장치(PC)는 반파장판(Half-Wave Plate)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 제 2 편광 상태를 상기 제 1 편광 상태로 변환시키는 기능을 제공할 수 있는 다양한 광학 장치들 중의 한가지일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단지 하나의 광 분할부(100), 하나의 광 혼합부(200), 하나의 상향 변환부(300) 및 하나의 광 검출부(400)가 상기 광자 검출 장치를 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 광 분할부(100) 내에서의 진행 경로(즉, 제 1 및 제 2 경로들(pth1 및 pth2))에 관계없이 상기 광 분할부(100)로부터 출력되는 상기 신호광(SGN1)은 공통적으로 상기 광 혼합부(200)로 입사되는 것이 요구된다. 이를 위해, 상기 광 분할부(100)는 상기 제 1 및 제 2 경로들(pth1 및 pth2)을 조절하기 위한 경로 조절 장치를 구비할 수 있다. 예를 들면, 도시된 것처럼, 상기 경로 조절 장치는 거울들(M1, M2, M3)일 수 있으며, 도시되지 않았지만, 광 섬유와 같은 도파관일 수 있다.
결과적으로, 상기 광 분할부(100)로부터 출력되어 상기 광 혼합부(200)로 입사되는 신호광(SGN1)은, 그것이 진행하는 경로(즉, 제 1 및 제 2 경로들(pth1 및 pth2))에 관계없이, 동일한 편광 상태 및 동일한 진행 방향을 갖는다.
한편, 본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 것처럼, 상기 제 1 경로(pth1) 및 상기 제 2 경로(pth2) 상에는 각각 제 1 및 제 2 광 지연 장치들(first and second optical delay elements, ODE1 및 ODE2) 배치될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 광 지연 장치들(ODE1 및 ODE2)은 상기 제 1 경로(pth1)와 상기 제 2 경로(pth2)의 경로 길이들 사이의 차이를 조절하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 경로들(pth1 및 pth2)의 경로 길이들은 상기 제 1 및 제 2 광 지연 장치들(ODE1 및 ODE2)을 이용하여 동일하게 조절될 수 있다. 하지만, 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 광자 검출 장치의 사용 목적 및 동작 방법에 따라, 상기 제 1 및 제 2 경로들(pth1 및 pth2)의 경로 길이들은 서로 다를 수 있다. 예를 들면, 상기 광 검출부(400)에서 검출되는 광자가 어떠한 편광 상태로 상기 광 분할부(100)로 입사되었는지를 판단할 필요가 있는 경 우, 상기 경로 길이들 사이에 차이가 만들어지도록 상기 제 1 및 제 2 광 지연 장치들(ODE1 및 ODE2)를 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 신호광(SGN1)의 초기 편광 상태는 이러한 방법으로 구성되는 경로 길이의 차이에 의해 초래되는 광자 검출 시간에서의 차이를 모니터링하는 방법을 통해 판단될 수 있다.
한편, 상술한 광 경로 길이의 조절이 하나의 광 지연 장치를 통해 달성될 수 있음은 자명하다. 따라서, 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 광 지연 장치들(ODE1 및 ODE2) 중의 하나만이 선택적으로 배치될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 광 혼합부(200)는, 상기 신호광(SGN1)과 상기 펌프광(PUMP)을 혼합하기 위해, 상기 광 분할부(100)로부터 출력되는 신호광(SGN1)은 투과시키고 상기 펌프광(PUMP)은 반사하는, 이색거울(DM, Dichroic Mirror)을 포함한다. 그 결과, 도시된 것처럼, 상기 펌프광(PUMP)과 상기 신호광(SGN1)은 평행하게 상기 상향 변환부(300)로 진행할 수 있다. 이에 더하여, 앞서 설명한 것처럼, 상기 펌프광(PUMP)은 상기 신호광(SGN1)과 동일한 편광 상태를 가지면서 상기 광 혼합부(200)로 입사될 수 있다. 이 경우, 상기 신호광(SGN1) 및 펌프광(PUMP)은 모두 상기 상향 변환부(300)에서의 합주파수 변환 효율을 최대화시킬 수 있는 편광 상태(즉, 제 1 편광 상태)를 갖는다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 광 혼합부(200)는, 도시된 것처럼, 상기 상향 변환부(300)의 크기를 줄일 수 있도록 상기 이색 거울(DM)로부터 상기 상향 변환부(300)로 진행하는 광을 포커싱하는 렌즈(lens, LS)를 더 구비할 수 있다.
상기 신호광(SGN1)과 상기 펌프광(PUMP)을 혼합한 후 상기 상향 변환부(300) 로 입사시키는 상기 광 혼합부(200)의 기능은 다른 광학 장치들을 통해서도 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 광 혼합부(200)가 상기 이색 거울(DM) 또는 상기 렌즈(LS)로 구성되는 광학 시스템에 한정되는 것은 아니며, 공지된 기술들에 기초한 다양한 변형이 가능하다.
상기 상향 변환부(300)는 PPLN 도파관(Periodically Poled Lithium Niobate waveguide)이나 PPKTP 도파관(Periodically Poled Potassium Titanyl Phosphate waveguide)일 수 있다.
한편, 본 발명은 다양한 파장 대역의 광자를 상향 변환시키는 과정에 적용될 수 있으며, 이러한 경우, 상기 입사광의 파장은 특별한 한정없이 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들면, 아래 표에 예시된 물질들이 다양한 파장 대역의 빛을 상향 변환시키는데 사용될 수 있다. 하지만, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 예시되지 않았지만 공지된 물질들 또는 장치들이 요구된 상향 변환을 위해 본원 발명의 상향 변환부(300)로서 사용될 수 있음은 자명하다.
[표 1]
광학적 비선형 물질들
Lithium iodate (LiIO3) potassium niobate (KNbO3) monopotassium phosphate (KH2PO4, KDP), lithium triborate (LBO) β-barium borate (BBO) gallium selenide (GaSe) potassium titanyl phosphate (KTP), lithium niobate (LiNbO3) Ammonium Dihydrogen Phosphate (ADP)
상기 광 검출부(400)는 상술한 것처럼 필터(FL) 및 광자 검출 소자(DT)를 포 함할 수 있다. 상기 필터(FL)는, 상기 상향 변환된 신호광(SGN2)의 주파수(ω2)와 다른 주파수를 갖는 광 성분을 차단함으로써, 상기 상향 변환된 광자(SGN2) 만을 상기 광자 검출 소자(DT)로 입사시킨다. 이를 위해, 상기 필터(FL)는 광자에 파장에 따른 진행 경로에서의 차이를 구현하기 위한 프리즘을 구비할 수 있으며, 이색거울 또는 단파장투과필터 등을 더 포함할 수 있다. 상기 광자 검출 소자(DT)는 실리콘-기반 광 세기 검출기(Si-based photo-detector), 실리콘-기반 단일 광자 검출기(Si-based single-photon detector) 및 실리콘-기반 광자 개수 분해 검출기(Si-based photon number resolving detector) 중의 한가지일 수 있다. 한편, 상기 필터(FL) 및 상기 광자 검출 소자(DT)는 본 발명에 따른 광자 검출 장치의 사용 목적 및 동작 방법에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
한편, 본 발명은 위에서 설명된 기술적 사상의 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 상술한 편광 무의존 상향 변환 광자 검출 장치의 광 진행 경로는, 자유 공간이 아니라, 도파로에 의해 정의될 수 있다. 이 경우, 상술한 광 분할부(100), 광 혼합부(200), 상향 변환부(300) 및 광 검출부(400) 중의 적어도 하나는 기판 상에 집적될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 편광 무의존 상향-변환 광자 검출 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 무의존 상향-변환 광자 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 편광 무의존 상향-변환 광자 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.

Claims (13)

  1. 입사되는 신호광을 그 편광 성분에 따라 분할하는 광 분할부;
    상기 광 분할부로부터 출력되는 신호광에 펌프광을 혼합하는 광 혼합부;
    상기 펌프광이 혼합된 신호광의 주파수를 상향-변환시키는 상향 변환부; 및
    상기 상향 변환된 신호광을 검출하는 광 검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광자 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 분할부는
    상기 신호광의 편광 성분에 따라 서로 다른 제 1 경로 및 제 2 경로로 진행하도록, 상기 신호광을 분할하는 편광 빔 분할기(Polarization Beam Splitter); 및
    상기 제 2 경로를 진행하는 신호광이 상기 제 1 경로를 진행하는 신호광과 동일한 편광 상태를 갖도록 만드는 편광 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 광자 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 제어기는 반파장판(Half-Wave Plate)인 것을 특징으로 하는 광자 검출 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 분할부는 상기 제 1 경로 및 상기 제 2 경로 상에 각각 배치되는 제 1 광지연소자(first optical delay device) 및 제 2 광지연소자 중의 적어도 하나를 더 포함하되,
    상기 제 1 광지연소자 및 상기 제 2 광지연소자는 제 1 및 제 2 경로의 길이를 조절하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광자 검출 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 혼합부는 상기 펌프광이 상기 신호광과 같은 경로를 따라 진행할 수 있도록 구성되고,
    상기 펌프광은 합주파수 변환의 효율을 증가시킬 수 있는 편광 상태로 상기 광 혼합부에 입사되는 것을 특징으로 하는 광자 검출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 상향 변환부는 비선형 광학 물질들(Nonlinear optical materials) 중의 한가지인 것을 특징으로 하는 광자 검출 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 비선형 광학 물질은 PPLN 도파관(Periodically Poled Lithium Niobate waveguide)이나 PPKTP 도파관(Periodically Poled Potassium Titanyl Phosphate waveguide) 도파관 중의 하나를 포함하는 것을 광자 검출 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 검출부는
    상기 상향 변환된 신호광을 선택적으로 추출하는 필터; 및
    상기 상향 변환된 신호광을 검출하는 광자 검출 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 광자 검출 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광자 검출 소자는 실리콘-기반 광 세기 검출기(Si-based photo-detector), 실리콘-기반 단일 광자 검출기(Si-based single-photon detector) 및 실리콘-기반 광자 개수 분해 검출기(Si-based photon number resolving detector) 중의 한가지인 것을 특징으로 하는 광자 검출 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    하나의 상기 광 혼합부, 하나의 상기 상향 변환부 및 하나의 상기 광 검출부는 상기 광 분할부에서 분할되어 서로 다른 경로를 진행하는 신호광들을 검출하는데 공통적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 광자 검출 장치.
  11. 신호광의 편광 성분에 따라 상기 신호광을 서로 다른 진행 경로들로 분할한 후, 상기 진행 경로들 중의 하나를 따라 진행하는 신호광의 편광 성분을 다른 진행 경로를 따라 진행하는 신호광의 편광 성분으로 변환하는 광 분할부를 구비하는 것을 특징으로 하는 편광-무의존 상향-변환 광자 검출 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광 분할부는, 상기 신호광의 진행 경로에 관계없이 신호광과 펌프광의 합주파수 변환의 효율을 극대화시키는 편광 상태를 갖도록, 상기 신호광의 편광 상태를 변환하는 것을 특징으로 하는 편광-무의존 상향-변환 광자 검출 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광 분할부로부터 출력되는 신호광에 펌프광을 혼합하는 광 혼합부;
    상기 펌프광이 혼합된 신호광의 주파수를 상향-변환시키는 상향 변환부; 및
    상기 상향 변환된 신호광을 검출하는 광 검출부를 더 포함하되,
    하나의 상기 광 혼합부, 하나의 상기 상향 변환부 및 하나의 상기 광 검출부는 상기 광 분할부에서 분할되어 서로 다른 경로를 진행하는 신호광들을 검출하는데 공통적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 편광-무의존 상향-변환 광자 검출 장치.
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