專利名稱：單一光子發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于作為通過使光子一個一個地攜帶信息而可以發(fā)現(xiàn)竊聽者的傳輸系統(tǒng)的量子密碼通信系統(tǒng)等的光源。
作為改善這種方法的先有技術(shù)的1例，下面，使用圖9說明日本特表平8-505019號公報的「使用量子密碼的密鑰分配些和方法」所述的技術(shù)。在圖9中，9是發(fā)生用于抽運非線性光學(xué)晶體5的抽運光的激光器。在非線性光學(xué)晶體11中，發(fā)生抽運光的1個光子概率地發(fā)生2個光子的參量熒光對。其中的1個光子(這里，稱為空載光子)由光檢測器和門控制裝置49檢測，檢測到時就打開門裝置4讓另一方的光子(稱為信號光子)通過。
但是，在先有的技術(shù)中，存在以下的問題。
首先，第一，在先有的方法中，在檢測器的反應(yīng)時間內(nèi)發(fā)生2個光子對時，通過門操作將射出2個信號光子，從而在脈沖內(nèi)將存在2個光子。
另外，在先有的方法中，不能控制在脈沖內(nèi)部的光子發(fā)生的時刻。
另外，在即使檢測光子的到達的檢測器未檢測到光子而由于噪聲等發(fā)生輸出脈沖的所謂的「暗計數(shù)脈沖」時，將輸出射出光子不存在的光脈沖，效率將變壞。
本發(fā)明就是為了解決這樣的問題而提案的，目的旨在在脈沖內(nèi)只發(fā)生1個光子。
另外，目的旨在降低由于檢測器的暗計數(shù)脈沖而引起的光子不存在的光脈沖的發(fā)生。
另外，目的旨在在脈沖內(nèi)部在特定的時刻發(fā)生光子。
另外，具有發(fā)生由信號光子和空載光子組成的發(fā)生時刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對的光子對源、檢測空載光子的光子的入射的光子檢測器、時鐘發(fā)生器、生成用于僅對由該時鐘規(guī)定的一定時間內(nèi)的最初的光子檢測器的信號開關(guān)門裝置的信號的門控制裝置和根據(jù)門控制裝置的信號而開關(guān)的門裝置。
另外，作為入射抽運光的非線性光學(xué)介質(zhì)，設(shè)置了抽運光與非線性光學(xué)介質(zhì)的光軸的夾角設(shè)定為其諧振曲線與和某一特定的單一波長a對應(yīng)的直線相切的角度的非線性光學(xué)晶體。
另外，作為入射抽運光的非線性光學(xué)介質(zhì)，具有抽運光與非線性光學(xué)介質(zhì)的光軸的夾角設(shè)定為其諧振曲線與和某一特定的單一波長a、b對應(yīng)的直線相切的角度的非線性光學(xué)晶體。
另外，作為入射抽運光的非線性光學(xué)介質(zhì)，具有波導(dǎo)型的非線性光學(xué)介質(zhì)。
另外，作為入射抽運光的非線性光學(xué)介質(zhì)，具有偽假相位匹配小型化非線性光學(xué)介質(zhì)。
另外作為控制信號光子的射出的門裝置，具有以比開關(guān)時間短的時間差進行開關(guān)的多個快門。
另外，具有使從光子對發(fā)生的信號光子到達控制該光子的射出的門裝置的光纖。
在本發(fā)明中，由光子檢測器檢測空載光子的光子的入射，在由時鐘發(fā)生器的時鐘規(guī)定的一定時間內(nèi)僅以小于特定的次數(shù)的次數(shù)開關(guān)控制信號光子的射出的門裝置。
另外，由光子檢測器檢測空載光子的光子的入射，僅對由時鐘發(fā)生器的時鐘規(guī)定的一定時間內(nèi)的最初的光子檢測器的信號開關(guān)控制信號光子的射出的門裝置。
另外，使來自抽運光光源的抽運光入射，將由非線性光學(xué)介質(zhì)發(fā)生的發(fā)生時刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對作為空載光子和信號光子使用。
另外，在設(shè)置入射抽運光的非線性光學(xué)介質(zhì)時，將抽運光與非線性光學(xué)介質(zhì)的光軸的夾角設(shè)定為其諧振曲線與和某一特定的單一波長a對應(yīng)的直線相切的角度。
另外，在設(shè)置入射抽運光的非線性光學(xué)介質(zhì)時，將抽運光與非線性光學(xué)介質(zhì)的光軸的夾角設(shè)定為其諧振曲線與和某一特定的單一波長a、b對應(yīng)的直線相切的角度。
另外，將抽運光入射到波導(dǎo)型的非線性光學(xué)介質(zhì)中。
另外，將抽運光入射到偽假相位匹配型非線性光學(xué)介質(zhì)中。
另外，由以比開關(guān)時間短的時間差進行開關(guān)的多個快門構(gòu)成的門裝置控制信號光子的射出。
另外，使用光纖使從光子對發(fā)生的信號光子到達控制該光子的射出的門裝置。
附圖的簡單說明

圖1是本發(fā)明的一個實施例的全體結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的一個實施例的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是表示由非線性光學(xué)介質(zhì)發(fā)生的光子的波長與發(fā)射角度的關(guān)系的圖。
圖4是用于說明本發(fā)明的一個實施例的動作的圖。
圖5是用于說明本發(fā)明的一個實施例的動作的圖。
圖6是本發(fā)明的一個實施例的全體結(jié)構(gòu)圖。
圖7是在本發(fā)明的一個實施例中使用的門裝置部的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是用于說明在本發(fā)明的一個實施例中使用的門裝置部的動作的圖。
圖9是先有技術(shù)的一例的全體結(jié)構(gòu)圖。
實施例1．圖1是本發(fā)明的一個實施例的全體結(jié)構(gòu)圖。
在圖1中，1是發(fā)生發(fā)生時刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對的光子對源、2是檢測空載光子5的光子檢測器、3是將從光子檢測器發(fā)生的信號脈沖進行微分的微分電路、8是與微分電路3的信號和時鐘發(fā)生部7的控制數(shù)對應(yīng)地控制門裝置4的門控制裝置。
圖2表示本實施例的詳細的結(jié)構(gòu)。在本實施例中，在時鐘內(nèi)的特定的時刻，高效地發(fā)生僅包含單一光子的光脈沖。
(光子對發(fā)生器的說明)在圖2中，9是抽運非線性光學(xué)介質(zhì)11的抽運光10的光源。在非線性光學(xué)介質(zhì)11中，通過降頻發(fā)生具有抽運光10的波長λ的2倍的波長2λ的空載光子5和信號光子6。在本實施例中，作為抽運光光源9，使用具有351.1nm的波長的氬激光器。這時，空載光子5和信號光子6分別作為相互發(fā)生的光子的能量之和與351.1nm的波長的光子的能量相等的對即分別為702.2nm的波長的光子而發(fā)生。
如日本特愿平9-353078的「光子光束發(fā)生裝置」所詳細說明的那樣，通過將非線性光學(xué)介質(zhì)11的光軸設(shè)定為與抽運光10成某一特定的角度，便可使發(fā)生的空載光子5和信號光子6以光束狀并且高效率地發(fā)生。圖3表示β-Barium-Boron-Oxcide(BBO)晶體的光軸設(shè)定為與抽運光成50.4度的角度時的諧振曲線。在圖3中，橫軸表示發(fā)生的光子的波長，縱軸表示光子相對于抽運光的入射方向的出射方向。由圖可知，2個諧振曲線與和波長702.2nm對應(yīng)的直線相切。在該條件下，波長702.2nm的熒光對分別在+3度和-3度的方向以光束狀射出。通過使用這樣的非線性光學(xué)介質(zhì)，相對于抽運光的入射功率可以有效地發(fā)生光子對，結(jié)果，在以同等的比率發(fā)生單一光子時，便可減小裝置的電力消耗。
空載光子5由透鏡15聚焦，通過使波長2λ的光子有選擇地透過的濾波器17聚焦到光子數(shù)檢測器2上。
(光子檢出器的說明)在本實施例中，作為光子檢測器2，使用了精工EG＆G公司制造的SPCM-AQ。該光子檢測器作為受光元件，以有源猝熄的蓋格模式驅(qū)動雪崩光電二極管(APD)。APD加上某一一定電壓(擊穿電壓)以上的電壓時，即使僅入射單一光子，由其所激勵的內(nèi)部載流子也將被外加電壓所加速，激勵其他載流子的過程不會結(jié)束，從而將成為反復(fù)擊穿的狀態(tài)。這樣，就不能檢測下一個光子的入射。所謂猝熄，就是在檢測到光子的入射引起發(fā)生擊穿狀態(tài)時就使加到APD上的電壓降低到擊穿電壓以下，結(jié)束擊穿狀態(tài)，從而可以檢測下一個光子的入射。將在電壓供給部分簡單地插入串聯(lián)電阻等無源元件而具有這種效果的情況稱為無源猝熄，將使用放大器等而能動地進行這種控制的情況稱為有源猝熄。在SPCM-AQ中，從光子入射后到可以檢測下一個光子的時間即檢測器的無信號時間(deadtime)約為100ns，輸出脈沖寬度約為9ns。當(dāng)然，也可以使用無源猝熄的光子檢測器。
(控制方法的說明)下面，使用圖4說明空載光子5入射到光子檢測器2中時用于控制門裝置4的微分電路3、時鐘發(fā)生部7和門裝置控制部8的動作。在圖4中，18是從時鐘發(fā)生部輸出的時鐘脈沖，19是表示空載光子5向光子檢測器2的入射時刻的曲線，20是表示從檢測器2輸出的信號脈沖的形狀的曲線，21是表示微分電路的輸出信號的曲線，22是表示門裝置控制部的輸出信號等的曲線。
在本實施例中，實現(xiàn)了在18所示的時鐘脈沖的前沿之后一定時間τ的期間輸出僅包含1個光子的光脈沖、而在除此以外的時間不輸出光子的動作。
空載光子5設(shè)定為在時間τ的期間發(fā)生的概率非常高。即，設(shè)定為空載光子的發(fā)生概率高。設(shè)空載光子的發(fā)生光子數(shù)為每秒平均N個時，就設(shè)定為N＞1/τ。時間τ是光子輸出的周期性的指標(biāo)，為了提高周期性，就將τ設(shè)定小，相應(yīng)地將N設(shè)定大即可。
伴隨由19所看到的各時刻的空載光子的入射，從檢測器2輸出由20所看到的信號脈沖串。例如，在時刻23發(fā)生光子的入射時，相應(yīng)地就從檢測器2輸出脈沖25，但是，對于在此后的時刻24入射的光子，若是在檢測器的無信號時間以內(nèi)，就不發(fā)生脈沖。發(fā)生的脈沖25經(jīng)過微分電路后變換為26那樣的微分信號。作為觸發(fā)門裝置控制部的信號，可以直接使用光子檢測器的輸出脈沖25，但是，通過將這樣的微分信號作為觸發(fā)信號使用，可以抑制由于信號脈沖25的形狀的起伏引起的光子檢測時刻的起伏。
在門裝置控制部8中，在時鐘脈沖18的前沿之后，僅根據(jù)最初的微分信號26的觸發(fā)生成僅以短的時間δ開放門裝置4的控制信號27。與空載光子5對應(yīng)的信號光子6在門裝置4中的透過時刻，在曲線22上用虛線和實線的棒表示?？蛰d光子5引起的信號脈沖20僅延遲了電子電路的信號處理時間，所以，信號光子6也由延遲單元僅延遲相同的時間，但是，在圖4中將它們省略了。在門裝置4中，信號光子28可以透過，但是，通過縮短門裝置的開放時間δ，便可抑制其后繼續(xù)的信號光子的射出。在下一個時鐘中，同樣射出信號光子30。
該信號光子6由透鏡15聚焦，通過使波長2λ的光子有選擇地透過的濾波器16，聚焦到光纖12上。14是用于將信號光子6有效地入射到光纖12上的微動裝置。
為了使光子傳達到門裝置4，光纖12的長度設(shè)定為使用圖4說明的信號處理需要的時間所必須的長度。該時間的微調(diào)，可以利用光纖12的長度的調(diào)整，也可以利用在門裝置控制部8等中設(shè)置的信號延遲器進行。
利用上述結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)在時鐘脈沖前沿之后的一定時間τ的期間輸出僅包含1個光子的光脈沖、而在除此以外的時間不輸出光子的單一光子源。
這里，向外部輸出圖4所示的時鐘信號18、信號脈沖25、控制信號27和微分信號26是非常有用的。時鐘信號18可以作為控制量子密碼通信系統(tǒng)的全體系統(tǒng)的信號使用。另外，也可以利用從外部供給的時鐘供給時鐘發(fā)生部7或使之同步。
另外，通過使用信號脈沖25或微分信號26縮短接收機側(cè)的門裝置的開放時間，量子密碼通信系統(tǒng)的光子的接收者便可將信號光子與其他噪聲信號分離而接收。
在本實施例中，從時鐘開始僅讓第1個光子透過，但是，如果使用由時鐘18置位后，輸出脈沖數(shù)達到預(yù)先設(shè)定的數(shù)N時復(fù)位的預(yù)置位計數(shù)器，在時鐘內(nèi)就可以輸出N個光子。這時，便可生成在一定時間內(nèi)包含N個光子的狀態(tài)。
在本實施例中，將連續(xù)光(CW光)作為抽運光10使用，但是，也可以將脈沖光作為抽運光使用。另外，通過在非線性光學(xué)介質(zhì)11的前后設(shè)置反射抽運光的鏡子，構(gòu)成集光器，也可以更有效地發(fā)生空載光子5和信號光子6。
實施例2．在實施例1中，作為檢測器2，使用了有源猝熄控制的APD，但是，也可以不是總是給APD加上超過擊穿電壓的電壓，而只加一定時間。下面，使用圖5說明這時的控制情況。在圖5中，31表示加到APD上的外加電壓的隨時間的變化的曲線，32表示APD的信號脈沖的曲線，33表示從微分電路3輸出的微分信號的曲線。
在實施例1中，如在對有源猝熄說明的部分中所述的那樣，在比擊穿電壓高的電壓加到APD上時，對于1個光子的入射具有無限大的倍增率，APD的輸出成為飽和的擊穿狀態(tài)。在本實施例中，根據(jù)時鐘18控制加到APD上的電壓。
僅在由18所看到的時鐘的前沿之后約時間τ的期間使外加電壓成為高于擊穿電壓的狀態(tài)(34)。其間，在與光子入射的同時，APD成為擊穿狀態(tài)，輸出達到飽和，該狀態(tài)持續(xù)到外加電壓變?yōu)榈陀趽舸╇妷簽橹?。因此，從APD可以得到35那樣的輸出脈沖。由微分信號36的前沿觸發(fā)門裝置控制部8，可以切出單一光子。
在使用有源猝熄控制的APD時，由于猝熄所使用的電路的限制，難于縮短其無反應(yīng)時間及脈沖長度，從而難于使1時鐘時間比檢測器的無反應(yīng)時間及脈沖長度短，但是，用該方法可以實現(xiàn)比其更短的時鐘時間。
實施例3．在實施例1中，發(fā)生的信號光的波長為702.2nm，但是，通過選擇適當(dāng)?shù)姆蔷€性光學(xué)介質(zhì)，可以任意改變該波長。例如，也可以發(fā)生在使用光纖的通信中通常所使用的1550nm附近、1310nm附近以及800nm附近的波長。
實施例1(圖3)所示的光子對的發(fā)生方法，是適合于得到波長相等、角度展寬小的光子對光束的方法，但是，對于別的目的，通過改變BBO晶體的光軸方向，也可以得到波長不同的光子對。這時，圖3的2個諧振曲線分別與和不同的波長對應(yīng)的直線相切。這時，光子的取出方向就是以圖3所示的諧振曲線與和各波長對應(yīng)的直線相切的角度取出。按照該條件，通常擴展為圓錐狀的光子就集束為1條光束，從而可以得到分布密度高的光子光束。
作為本發(fā)明的這樣的其他實施例，有在圖2中使用半導(dǎo)體激勵Yag激光器的升頻激光器作為抽運光源7發(fā)生532nm的抽運光8、發(fā)生1310nm的光子作為信號光子6而發(fā)生896nm的光子作為空載光子5的裝置。這時，按照日本特愿平9-353078的「光子光束發(fā)生裝置」所詳細說明的方法，將非線性光學(xué)介質(zhì)的光軸的角度設(shè)定為其諧振曲線分別在1310nm和896nm相切的角度，提高了光子對的發(fā)生效率。另外，通過將空載光子的波長設(shè)定為接近可見光的波長的近紅外區(qū)域，可以在光子數(shù)檢測器2的量子效率高的狀態(tài)檢測光子數(shù)。
利用這樣的結(jié)構(gòu)，可以發(fā)生在光纖中的傳輸損失小的1310nm附近的光子，而在時鐘脈沖的前沿之后一定時間τ以內(nèi)不會密集地存在2光子。另外，在本實施例中，通過如上述那樣設(shè)定晶體的角度，便可高效率地發(fā)生光子對，另外，可以維持空載光子的光子數(shù)的高檢測效率，結(jié)果，便可減少裝置的電力消耗。
實施例4．本發(fā)明的其他實施例示于圖6。在本實施例中，9是抽運波導(dǎo)型非線性光學(xué)介質(zhì)38的抽運光源、37是在光纖中導(dǎo)引抽運光的光纖、39是分辨從波導(dǎo)型非線性光學(xué)介質(zhì)38發(fā)生的熒光對和抽運光的波導(dǎo)型濾波器、40是抽運光的刪除口、41是將熒光對分配到2個分支中的波導(dǎo)型濾波器。
在本實施例中，參量熒光對在波導(dǎo)型非線性光學(xué)介質(zhì)38中發(fā)生。熒光對分別具有縱、橫的偏振光，在作為偏振光光束分離器而動作的波導(dǎo)型濾波器41中，具有其中的一方的偏振光的熒光向光子數(shù)檢測器2傳輸，另一方向光纖12傳輸。
利用這樣的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)裝置的小型化，另外，不需要進行光學(xué)的調(diào)整。
在本實施例中，作為波導(dǎo)型非線性光學(xué)介質(zhì)38，使用偽假相位匹配型非線性光學(xué)介質(zhì)。如由日本物理學(xué)會講演概要集第53卷第2號第2分冊341頁的佐中等人的「光波導(dǎo)型非線性元件的2光子相關(guān)現(xiàn)象I」所述的那樣，在偽假相位匹配型的波導(dǎo)型非線性介質(zhì)中，通過偽假相位匹配，可以得到滿足所使用的抽運光和發(fā)生的光子平行地發(fā)生的條件的非線性。
這樣，就可以任意選擇抽運光和發(fā)生光子的波長。
當(dāng)然，在本實施例中，作為抽運光源9，可以使用脈沖光源和CW光源。另外，通過在波導(dǎo)型非線性光學(xué)介質(zhì)38的前后設(shè)置反射抽運光的鏡子，構(gòu)成集光器，可以更有效地發(fā)生空載光子和信號光子。
實施例5．作為其他的實施例，圖2中的門裝置4具有2個快門的結(jié)構(gòu)示于圖7。在圖7中，12是用于使信號光子到達門裝置的到達時刻延遲的光纖，43、45是電光元件，42、44、46是偏振片，47是“非”門，48是延遲器，8是控制裝置。這時，偏振片44和46設(shè)定為對通過偏振片42的光的偏振光具有最大的透過率、而不讓具有與其正交的偏振光透過。另外，電光元件43和45在給定的控制信號的邏輯值為1時使偏振光轉(zhuǎn)動90度，在邏輯值為0時就不使偏振光轉(zhuǎn)動。利用一對偏振片和將其夾在中間的使偏振光轉(zhuǎn)動的電光元件可以構(gòu)成快門，但是，在本實施例中，偏振片44是在2個快門中共用的形式。
門裝置盡可能僅在光子存在的期間保持開的狀態(tài)，而在除此以外的期間關(guān)閉。但是，在以應(yīng)答時間短為特征的電光元件中，在單體中不能將其門時間設(shè)定為小于由電光元件的反復(fù)應(yīng)答時間給定的時間。本實施例通過具有2個門裝置，可以實現(xiàn)比門裝置的反復(fù)應(yīng)答時間短的時間的門操作。
下面，使用圖8說明門電路的動作。在圖8中，橫軸表示時間。最上邊的曲線表示作為目標(biāo)的光子數(shù)的狀態(tài)到達門操作部的概率，曲線A表示在圖7的A點的信號的狀態(tài)，曲線B同樣表示圖7的B點的信號的狀態(tài)?？梢哉J為A是控制裝置的控制信號本身。電光元件45在通過與偏振片44、46的組合而輸入邏輯0時使光子透過，在輸入邏輯1時將光子阻擋。
電光元件43通過與偏振片42和44的組合，也起同樣的作用。
如圖8的曲線A的時刻T0的狀態(tài)那樣，總是將控制裝置的控制信號設(shè)定為1。這時，由電光元件45作為門裝置而不讓光子透過。這時，邏輯0通過“非”門47輸入電光元件43，使光子透過。
控制裝置8使輸出的邏輯值從1變化為0，用以在預(yù)測為光子到達門操作部之前的時刻T1使偏振光透過電光元件45。這時，由于延遲器48的作用，電光元件45仍然是邏輯0。這時，光子可以透過門裝置。該狀態(tài)在由延遲器設(shè)定的時間的期間繼續(xù)。在該延遲之后，在時刻T2，輸入電光元件的邏輯值變化為1，光子不能透過由電光元件43構(gòu)成的快門。在時刻T3，控制信號再次從0變化為1，電光元件45轉(zhuǎn)移為關(guān)閉狀態(tài)，在時刻T4，，返回到初始狀態(tài)。
利用上述結(jié)構(gòu)，可以僅在非常短的時間將門裝置打開，從而可以僅使所需要的光子有選擇地射出。
在本實施例中，使用電光元件構(gòu)成快門，但是，當(dāng)然也可以使用其他的快門。例如，如果使用光-光開關(guān)，就可以實現(xiàn)更高速的快門動作。另外，使用聲音光學(xué)元件時，可以廉價地構(gòu)成比其反復(fù)速度高的高速的快門。另外，也可以使用機械式快門。
本發(fā)明的第1結(jié)構(gòu)的單一光子發(fā)生裝置具有發(fā)生由信號光子和空載光子組成的發(fā)生時刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對的光子對源、檢測空載光子的光子的入射的光子檢測器、時鐘發(fā)生器、生成用于在由該時鐘規(guī)定的一定時間內(nèi)僅以小于特定的次數(shù)的次數(shù)開關(guān)門裝置的信號的門控制裝置和根據(jù)門控制裝置的信號而開關(guān)的門裝置，所以，在時鐘脈沖的前沿之后一定時間內(nèi)可以發(fā)生小于特定的個數(shù)的光子。
本發(fā)明的第2結(jié)構(gòu)的單一光子發(fā)生裝置具有發(fā)生由信號光子和空載光子組成的發(fā)生時刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對的光子對源、檢測空載光子的光子的入射的光子檢測器、時鐘發(fā)生器、生成用于僅對由該時鐘規(guī)定的一定時間內(nèi)的最初的光子檢測器的信號開關(guān)門裝置的信號的門控制裝置和根據(jù)門控制裝置的信號而開關(guān)的門裝置，所以，在時鐘脈沖的前沿之后一定時間內(nèi)可以僅發(fā)生1個光子。
本發(fā)明的第3結(jié)構(gòu)的單一光子發(fā)生裝置，在第1或第2的結(jié)構(gòu)中，作為上述光子對源，具有抽運光光源和入射上述抽運光的非線性光學(xué)介質(zhì)，所以，在時鐘脈沖的前沿之后一定時間內(nèi)可以發(fā)生小于特定的個數(shù)的光子或有效地僅發(fā)生1個光子。
本發(fā)明第4結(jié)構(gòu)的單一光子發(fā)生裝置，在第3結(jié)構(gòu)中，作為入射上述抽運光的非線性光學(xué)介質(zhì)，具有抽運光與非線性光學(xué)介質(zhì)的光軸的夾角設(shè)定為其諧振曲線與和某一特定的單一波長a對應(yīng)的直線相切的角度的非線性光學(xué)晶體，所以，可以有效地發(fā)生特定的單一波長的光子對。
本發(fā)明的第5結(jié)構(gòu)的單一光子發(fā)生裝置，在第3結(jié)構(gòu)中，作為入射抽運光的非線性光學(xué)介質(zhì)，具有抽運光與非線性光學(xué)介質(zhì)的光軸的夾角設(shè)定為其諧振曲線與和某一特定的單一波長a、b對應(yīng)的直線相切的角度的非線性光學(xué)晶體，所以，可以有效地發(fā)生特定的2個波長的光子對。
本發(fā)明的第6結(jié)構(gòu)的單一光子發(fā)生裝置，在第3結(jié)構(gòu)中，作為入射上述抽運光的非線性光學(xué)介質(zhì)，具有波導(dǎo)型的非線性光學(xué)介質(zhì)，所以，可以實現(xiàn)不需要進行光學(xué)的調(diào)整的小型的單一光子發(fā)生裝置。
本發(fā)明的第7結(jié)構(gòu)的單一光子發(fā)生裝置，在第3～第6的任一結(jié)構(gòu)中，作為入射上述抽運光的非線性光學(xué)介質(zhì)，具有偽假相位匹配型非線性光學(xué)介質(zhì)，所以，可以在與抽運光平行的方向發(fā)生光子對。
本發(fā)明的第8結(jié)構(gòu)的單一光子發(fā)生裝置，在第1～7的任一結(jié)構(gòu)中，作為控制上述信號光子的射出的門裝置，具有以比開關(guān)時間短的時間差進行開關(guān)的多個快門，所以，可以實現(xiàn)以比快門的開關(guān)時間短的時間進行開關(guān)的門。
本發(fā)明的第9結(jié)構(gòu)的單一光子發(fā)生裝置，在第1～8的任一結(jié)構(gòu)中，具有使從上述光子對發(fā)生的信號光子到達控制該光子的射出的門裝置的光纖，所以，可以使門的開關(guān)時刻與信號光子到達門的到達時刻一致。
工業(yè)上的可利用性本發(fā)明的單一光子發(fā)生裝置具有發(fā)生由信號光子和空載光子組成的發(fā)生時刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對的光子對源、檢測空載光子的光子的入射的光子檢測器、時鐘發(fā)生器、生成用于在由該時鐘規(guī)定的一定時間內(nèi)僅以小于特定的次數(shù)的次數(shù)開關(guān)門裝置的信號的門控制裝置和根據(jù)門控制裝置的信號而開關(guān)的門裝置，作為在時鐘脈沖的前沿之后一定時間內(nèi)可以發(fā)生小于特定的個數(shù)的光子的單一光子發(fā)生裝置是有用的。
權(quán)利要求
1．單一光子發(fā)生裝置，其特征在于具有發(fā)生由信號光子和空載光子組成的發(fā)生時刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對的光子對源、檢測空載光子的光子的入射的光子檢測器、時鐘發(fā)生器、生成用于在由該時鐘規(guī)定的一定時間內(nèi)僅以小于特定的次數(shù)的次數(shù)開關(guān)門裝置的信號的門控制裝置和根據(jù)門控制裝置的信號而開關(guān)的門裝置。
2．單一光子發(fā)生裝置，其特征在于具有發(fā)生由信號光子和空載光子組成的發(fā)生時刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對的光子對源、檢測空載光子的光子的入射的光子檢測器、時鐘發(fā)生器、生成用于僅對由該時鐘規(guī)定的一定時間內(nèi)的最初的光子檢測器的信號開關(guān)門裝置的信號的門控制裝置和根據(jù)門控制裝置的信號而開關(guān)的門裝置。
3．按權(quán)利要求1所述的單一光子發(fā)生裝置，其特征在于作為上述光子對源，具有抽運光光源和入射上述抽運光的非線性光學(xué)介質(zhì)。
4．按權(quán)利要求3所述的單一光子發(fā)生裝置，其特征在于作為入射上述抽運光的非線性光學(xué)介質(zhì)，具有抽運光與非線性光學(xué)介質(zhì)的光軸的夾角設(shè)定為其諧振曲線與和某一特定的單一波長a對應(yīng)的直線相切的角度的非線性光學(xué)晶體。
5．按權(quán)利要求3所述的單一光子發(fā)生裝置，其特征在于作為入射抽運光的非線性光學(xué)介質(zhì)，具有抽運光與非線性光學(xué)介質(zhì)的光軸的夾角設(shè)定為其諧振曲線與和某一特定的單一波長a、b對應(yīng)的直線相切的角度的非線性光學(xué)晶體。
6．按權(quán)利要求3所述的單一光子發(fā)生裝置，其特征在于作為入射上述抽運光的非線性光學(xué)介質(zhì)，具有波導(dǎo)型的非線性光學(xué)介質(zhì)。
7．按權(quán)利要求3所述的單一光子發(fā)生裝置，其特征在于作為入射上述抽運光的非線性光學(xué)介質(zhì)，具有偽假相位匹配型非線性光學(xué)介質(zhì)。
8．按權(quán)利要求1所述的單一光子發(fā)生裝置，其特征在于作為控制上述信號光子的射出的門裝置，具有以比開關(guān)時間短的時間差進行開關(guān)的多個快門。
9．按權(quán)利要求1所述的單一光子發(fā)生裝置，其特征在于具有使從上述光子對發(fā)生的信號光子到達控制該光子的射出的門裝置的光纖。
全文摘要
具有發(fā)生由信號光子和空載光子組成的發(fā)生時刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對的光子對源、檢測空載光子的光子的入射的光子檢測器、時鐘發(fā)生器、生成用于在由該時鐘規(guī)定的一定時間內(nèi)僅以小于特定的次數(shù)的次數(shù)開關(guān)門裝置的信號的門控制裝置和根據(jù)門控制裝置的信號而開關(guān)的門裝置。
文檔編號H04B10/00GK1305605SQ99807306
公開日2001年7月25日 申請日期1999年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月12日
發(fā)明者竹內(nèi)繁樹 申請人:三菱電機株式會社