KR20220098253A - 광 집적 기술에 기반하는 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩 - Google Patents

광 집적 기술에 기반하는 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩 Download PDF

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KR20220098253A
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쳬춘 천
즈궈 양
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에스에치룽 에너지 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
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Abstract

광 집적 기술에 기반하는 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩은, 히트 싱크 기판(1), 레이저(2), 빔 스플리터(3), 적어도 두개의 광 검출기(4)를 포함하되, 여기서, 상기 레이저(2)는 상기 히트 싱크 기판(1)의 제1단에 고정되고, 적어도 두개의 상기 광 검출기(4)는 상기 히트 싱크 기판(1)의 제2단에 고정되며, 상기 빔 스플리터(3)는 상기 히트 싱크 기판(1)의 중부에 고정되고, 상기 레이저(2)의 광선 출구와 상기 빔 스플리터(3)의 광경로 입구는 정렬되게 설치되고, 적어도 두개의 상기 광 검출기(4)는 각각 상기 빔 스플리터(3)의 광경로 출구쪽에 위치한다.

Description

광 집적 기술에 기반하는 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩
본 공개는 2020년 08월 06일에 중국 특허청에 제출된 출원번호가 202010783534.1이고, 발명의 명칭이 "광 집적 기술에 기반하는 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩"인 중국 특허 출원의 우선권을 주장하는 바, 해당 출원의 전부 내용은 본 공개에 인용 결합된다.
본 공개는 광 집적 기술에 기반하는 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩에 관한 것이나 이에 의해 한정되지 않는다.
양자 진공 요동 기술의 기본적인 원리는, 양자광학에 있어서, 진공상태는 위상공간 중의 진폭과 위상의 직교위상 성분(quadrature component)에서 동시에 정확하게 검출될 수 없다는 것이다. 양자 난자수 발생기는 주로 양자 암호화, 양자통신, 광섬유 통신 등 분야에 응용되지만, 이 몇가지 분야에 의해 한정되지 않는다.
전통적인 광학 구조에 있어서, 광섬유 빔 스플리터, 레이저, 검출기등 소자는 독립적으로 패키징되어, 소자 사이에 광섬유를 사용하여 연결된다. 한편으로, 각 개별소자의 부피가 크고, 광섬유 곡률반경이 커서, 기기 부피가 커지면서, 각 소자 핀 규격이 통일되지 못하여, 배치가 복잡해지고, 사용시 인쇄회로기판에 수공으로 용접해야 하고; 다른 한편으로, 광섬유가 쉽게 절단되어, 장착 사용하기 불편하고, 또한 광섬유가 쉽게 환경온도, 진동 등의 영향을 받게 되어 제품 성능이 떨어지게 된다.
레이저는 부피가 크고, 광섬유를 구비하며, 광섬유의 선회반경이 커서, 사용시 광섬유가 쉽게 진동과 온도의 영향을 받게 되어 굴절률이 변화되어, 나아가 빛의 세기가 변화되고, 또한 그 구동회로가 복잡하여, 단독적으로 온도제어를 해야 하므로 전력소모가 높고, 전체 구동회로의 부피가 크다. 광섬유 빔 스플리터 자체의 공법 역시 빛의 세기 빔 스플리팅 비례를 균등하지 못하게 하고, 광섬유 빔 스플리터의 빔 스플리팅 비례를 조절하기 위해 통상적으로 감쇄기를 증가하여 조절한다. 그러나 감쇄기는 전압 정확도에 대한 요구가 높고, 기기 제조 난이도가 높기에, 회로 설계 난이도가 대폭적으로 높아졌다. 따라서, 전통적인 광학구조 중 광섬유는 쉽게 외계온도와 진동의 영향을 쉽게 받아, 전체 광학 시스템이 변화되어, 전통 방안으로 구현되는 양자 난자수 발생기 기기는 쉽게 외계환경의 간섭을 받아, 전체 시스템이 매우 불안정하다.
이하, 본 공개에서 상세하게 기술되는 주제에 대해 개술한다. 본 개술은 특허청구범위의 보호범위를 한정하기 위한 것이 아니다.
본 공개의 목적은 레이저, 빔 스플리터, 광 검출기를 일체로 집적할 수 있는 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩을 제공하는 데에 있다.
본 공개는 광 집적 기술에 기반하는 양자 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩을 제공하였는 바, 상기 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩은 히트 싱크 기판, 레이저, 빔 스플리터, 적어도 두개의 광 검출기를 포함하되, 여기서, 상기 레이저는 상기 히트 싱크 기판의 제1단에 고정되고, 적어도 두개의 상기 광 검출기는 상기 히트 싱크 기판의 제2단에 고정되며, 상기 빔 스플리터는 상기 히트 싱크 기판 상에 고정되어, 레이저와 검출기 사이에 위치하며, 상기 레이저에서 발생되는 레이저는 빔 스플리터에 의해 전파되고, 적어도 두개의 상기 광 검출기는 각각 상기 빔 스플리터의 광경로 출구쪽에 위치한다.
여기서, 상기 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩은 반도체 냉각기를 더 포함하고, 상기 반도체 냉각기는 상기 히트 싱크 기판의 제1단에 고정되고, 상기 레이저는 상기 반도체 냉각기 상에 고정된다.
여기서, 상기 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩은 렌즈를 더 포함하고, 상기 렌즈는 상기 레이저의 광선 출구와 상기 빔 스플리터의 광경로 입구 사이에 위치한다.
여기서, 상기 빔 스플리터는 Y도파 빔 스플리터인 바, 예를 들어, PLC광도파 빔 스플리터이다.
여기서, 상기 레이저는 DFB 캐비티 레이저를 사용할 수 있으나 이에 의해 한정되지 않는다.
여기서, 상기 빔 스플리터의 출사단은 90도 각보다 작은 경사면 구조이다.
여기서, 상기 광 검출기의 개수는 상기 빔 스플리터의 출구 포트개수와 동일하다.
본 공개 실시예 중의 진공상태 요동기술에 기반하는 고속 양자 난자수 발생기는, 하기 유리한 효과를 달성할 수 있다:
본 공개는 광 집적 기술을 사용하여, 레이저, 빔 스플리터와 광 검출기를 커플링시킨 후, 히트 싱크 베이스에 고정시켜 패키징하여, 제품 부피를 크게 줄이고, 광섬유의 응용 및 광섬유 자체 성능으로 인한 폐단을 감소하여, 제품 성능과 사용수명을 향상시키고; 아울러, 패키징된 후의 제품 핀 규격이 통일되어, 기계를 직접 사용하여 인쇄회로기판에 실장할 수 있다.
명세서에 병합되어 명세서의 일부분을 구성하는 도면은 본 공개의 실시예를 도시하였고, 또한 기술된 내용과 함께 본 공개 실시예의 원리를 해석하기 위한 것이다. 이러한 도면에서, 유사한 도면부호는 유사한 구성요소를 나타내기 위한 것이다. 하기 기술되는 도면은 본 공개의 일부 실시예이지, 모든 실시예가 아니다. 본 기술분야의 당업자에 있어서, 진보성 창출에 힘쓰지 않는 전제하에서, 이러한 도면에 의해 기타 도면을 획득할 수 있다.
도 1은 본 공개의 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩의 구조 모식도를 예시적으로 도시하였다.
본 공개 실시예의 목적, 기술적 해결수단과 우점이 보다 더 명확해지도록 하기 위해, 이하 본 공개 실시예 중의 도면을 결합하여, 본 공개 실시예 중의 기술적 해결수단을 명확하고 완전하게 기술하는 바, 분명한 것은, 기술되는 실시예는 본 공개의 일부분 실시예일 뿐, 모든 실시예가 아니다. 본 공개 중의 실시예에 기반해보면, 본 기술분야의 당업자들이 진보성 창출에 힘쓰지 않은 전지하에서 얻어진 모든 기타 실시예는 모두 본 공개에서 보호하는 범위에 속한다. 설명할 필요가 있는 것은, 충돌되지 않는 상황에서, 본 공개 중의 실시예 및 실시예 중의 특징은 서로 임의로 조합이 가능하다.
선행기술에서, 레이저, 빔 스플리터, 광 검출기는 개별적인 소자로서, 단독으로 패키징된다. 능동소자와 수동소자 사이는 광섬유에 의해 연결되어, 제품의 전체 부피가 크고, 광섬유가 쉽게 손상된다. 공개인은 광 집적 기술을 이용하여, 레이저, 빔 스플리터와 광 검출기 등 능동소자와 수동수자를 커플링 등 방식으로 하나의 칩에 집적하여 패키징하여, 제품 부피를 크게 줄이고, 광섬유의 응용 및 광섬유 자체 성능으로 인한 폐단을 감소하여, 제품 성능과 사용수명을 향상시키고; 아울러, 패키징된 후의 제품 핀 규격이 통일되어, 기계를 직접 사용하여 인쇄회로기판에 실장할 수 있다.
이하 도면을 결합하여, 본 공개에서 제공하는 광 집적 기술에 기반하는 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 공개의 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩의 구조모식도를 도시하였는데, 도 1에 도시된 바를 참조해보면, 상기 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩은 히트 싱크 기판(1), 레이저(2), 빔 스플리터(3), 적어도 두개의 광 검출기(4)를 포함한다. 여기서, 레이저(2)는 히트 싱크 기판(1)의 제1단에 고정되어, 양자 난자수 발생기의 광원으로 사용되고; 적어도 두개의 광 검출기(4)는 히트 싱크 기판(1)의 제2단에 고정되어, 빔 스플리터(3)에서 방출되는 각 갈래의 광신호 강도를 검출하여, 각 갈래의 광신호를 각각 전기적 신호로 전환하여 출력하기 위한 것이고; 빔 스플리터(3)는 히트 싱크 기판(1)의 중부에 고정되어, 두개의 레이저(2)에서 방출되는 광신호를 적어도 두 갈래로 분할하여 출력하기 위한 것이다.
구체적으로, 레이저(2)의 광선은 빔 스플리터(3)에 진입되고, 적어도 두개의 광 검출기(4)는 각각 빔 스플리터(3)의 광경로 출구쪽에 위치한다.
여기서, 광 검출기(4)의 개수는 빔 스플리터(3)의 출구를 검출할 필요가 있는 광 경로 개수와 동일한 바, 예를 들어, 빔 스플리터(3)가 두갈래의 빔 스플리터일 때, 두개의 광 검출기(4)를 대응되게 설치한다.
바람직한 일 실시예에서, 상기 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩은반도체 냉각기(5)를 더 포함하되, 이는 레이저(2)의 온도를 제어하여, 레이저(2)의 광 출사 안정성 및 레이저(2)의 사용수명을 보장하기 위한 것이다. 구체적으로, 반도체 냉각기(5)는 히트 싱크 기판(1)의 제1단에 고정되고, 레이저(2)는 반도체 냉각기(5) 상에 고정된다.
바람직한 일 실시예에서, 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩은 렌즈(6)를 더 포함하고, 렌즈(6)는 레이저(2)의 광선 출구와 빔 스플리터(3)의 광경로 입구 사이에 위치하여, 레이저(2)에서 방출되는 빔을 빔 스플리터(3)의 광경로 입구에 모이게 하여, 광 전도율을 향상시킨다. 구체적으로, 렌즈(6)와 레이저(2)는 모두 반도체 냉각기(5) 상에 설치될 수 있고, 히트 싱크 기판(1) 상에 직접 설치될 수도 있다.
본 공개이 기술적 해결수단에 있어서, 빔 스플리터(3)는 여러갈래로 분할된 빔 스플리터일 수 있고, N갈래로 분할된 빔 스플리터일 수도 있되, N는 1보다 큰 자연수이다.
하나의 전형적인 실시예에 있어서, 빔 스플리터(3)는 Y도파 빔 스플리터를 선택 사용하되, 예를 들어 PLC광도파 빔 스플리터를 사용하는데, 이는 하나의 광경로 입구와 두개의 광경로 출구를 포함한다. 이와 상응한 것은, 상기 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩은 두개의 광 검출기(4)를 포함하되, 이는 빔 스플리터(3)의 두개의 광경로 출구쪽에 각각 위치한다. 레이저(2)에서 방출되는 레이저 빔은 빔 스플리터(3)의 광경로 입구로 진입하여, 두 갈래의 광경로로 분할되어 각각 두개의 광경로 출구로부터 두개의 광 검출기(4) 상에 출사된다. 예시적으로, 상기 빔 스플리터(3)는 등비례 빔 스플리터일 수 있되, 즉 분광비례가 50%：50%이고, 비등비례 빔 스플리터일 수도 있되, 예를 들어 분광 비례가 40%：60%일 수도 있다.
구체적인 일 실시예에 있어서, 빔 스플리터(3)의 출사단은 90도 각보다 작은 경사면 구조이다. 각각 분할된 빔은 상기 경사면을 거쳐 반사된 후, 광선 방향이 회동되면서, 광 검출기(4) 상에 조사된다. 기타 실시예에 있어서, 빔 스플리터(3)의 출사단은 기타 각도의 경사면 구조 또는 수직되는 평면 구조일 수도 있어, 출사 광선이 광 검출기(4)에 의해 정확히 수신되는 것이 보장되기만 하면 된다.
본 공개의 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩은, 광 집적 기술을 사용하여, 레이저(2), 빔 스플리터(3)와 광 검출기(4)를 모두 히트 싱크 베이스(1) 상에 모두 집적시켜, 광학 칩 레이저(1)와 도파 소자 빔 스플리터(3)가 커플링되어 집적 연결되도록 하여, 광섬유 연결이 필요하지 않을 뿐만 아니라, 집적 후 전체적으로 패키징된 칩 부피가 작아지고, 중량이 가벼워지며, 핀 규격이 통일되어, 기계를 직접 사용하여 인쇄회로기판에 실장할 수 있어, 제품의 내용성과 가용성(Usability)을 대폭적으로 향상시켰다.
본 공개 실시예 중의 광 집적 기술에 기반하는 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩은, 하기 유리한 효과를 달성할 수 있다:
본 공개는 광 집적 기술을 사용하여, 레이저, 빔 스플리터와 광 검출기를 커플링시킨 후, 히트 싱크 베이스에 고정시켜 패키징하여, 제품 부피를 크게 줄이고, 광섬유의 응용 및 광섬유 자체 성능으로 인한 폐단을 감소하여, 제품 성능과 사용수명을 향상시키고; 아울러, 패키징된 후의 제품 핀 규격이 통일되어, 기계를 직접 사용하여 인쇄회로기판에 실장할 수 있다.
본문에서, 용어 “포괄”, “포함” 또는 이들의 임의의 기타 변체는 비배타성적인 포함을 내포함으로써, 일련의 구성요소를 포괄하는 물품 또는 기기는 그러한 구성요소를 포괄할 뿐만 아니라, 명확하게 열거되지 않은 기타 구성요소도 포괄하거나, 또는 이러한 물품 또는 기기가 고유하는 구성요소를 포괄하기도 한다. 더욱 많은 제한이 없는 상황에서, “……을 포괄하다”는 구절로 한정되는 구성요소는, 상기 구성요소를 포괄하는 물품 또는 기기 중에 또 다른 동일한 구성요소가 더 존재한다는 것을 배제하지 않는다.
본 기술분야의 당업자들은 명세서를 고려 및 여기서 공개된 발명을 실현한 후, 본 공개의 기타 실시방안을 용이하게 생각하게 된다. 본 출원은 본 공개의 임의의 변형, 용도 또는 적응성 변화를 포괄하는 데에 목적이 있어, 이러한 변형, 용도 또는 적응성 변화는 본 공개의 일반적 원리를 따르고 본 공개에서 공개되지 않은 본 기술분야 중의 공지된 상식 또는 관용 기술적 수단을 포괄한다. 명세서와 실시예는 예시적인 것일 뿐, 본 공개의 진정한 범위와 정신은 하기의 특허청구범위에 의해 제기된다.
응당 이해해야 할 것은, 본 공개는 상기에서 이미 기술되고 도면에 도시된 정밀구조에 의해 한정되지 않고, 그 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 수정 및 변화될 수 있다. 본 공개의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.
[산업상 이용가능성]
본 공개는 광 집적 기술에 기반하는 진공 요동 양자 난자수 발생기칩을 제공하였는 바, 이는 광 집적 기술을 사용하여, 레이저, 빔 스플리터와 광 검출기를 커플링시킨 후, 히트 싱크 베이스에 고정시켜 패키징하여, 제품 부피를 크게 줄이고, 광섬유의 응용 및 광섬유 자체 성능으로 인한 폐단을 감소하여, 제품 성능과 사용수명을 향상시킨다. 아울러, 패키징된 후의 제품 핀 규격이 통일되어, 기계를 직접 사용하여 인쇄회로기판에 실장할 수 있다.

Claims (5)

  1. 광 집적 기술에 기반하는 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩에 있어서,
    상기 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩은 히트 싱크 기판(1), 레이저(2), 빔 스플리터(3), 적어도 두개의 광 검출기(4)를 포함하되, 여기서, 상기 레이저(2)는 상기 히트 싱크 기판(1)의 제1단에 고정되고, 적어도 두개의 상기 광 검출기(4)는 상기 히트 싱크 기판(1)의 제2단에 고정되며, 상기 빔 스플리터(3)는 상기 히트 싱크 기판(1)상에 고정되어, 레이저와 검출기 사이에 위치하며, 상기 레이저(2)의 광선은 빔 스플리터(3)에 의해 전파되고, 적어도 두개의 상기 광 검출기(4)는 각각 상기 빔 스플리터(3)의 광경로 출구쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 광 집적 기술에 기반하는 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩은 반도체 냉각기(5)를 더 포함하고, 상기 반도체 냉각기(5)는 상기 히트 싱크 기판(1)의 제1단에 고정되고, 상기 레이저(2)는 상기 반도체 냉각기(5)상에 고정되는 것을 특징으로 하는 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩은 렌즈(6)를 더 포함하고, 상기 렌즈(6)는 상기 레이저(2)의 광선 출구와 상기 빔 스플리터(3)의 광경로 입구 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 빔 스플리터(3)는 Y도파 빔 스플리터인 것을 특징으로 하는 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 빔 스플리터(3)의 출사단은 90°도 각보다 작은 경사면 구조인 것을 특징으로 하는 진공 요동 양자 난자수 발생기 칩.
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