專利名稱：?jiǎn)我还庾影l(fā)生裝置的制作方法
(本申請(qǐng)是2000年12月12日遞交的國家申請(qǐng)?zhí)枮?9807306.7、發(fā)明名稱為“單一光子發(fā)生裝置”PCT申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。)
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(hào)公報(bào)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(yùn)非線性光學(xué)晶體5的抽運(yùn)光的激光器。在非線性光學(xué)晶體11中，發(fā)生抽運(yùn)光的1個(gè)光子概率地發(fā)生2個(gè)光子的參量熒光對(duì)。其中的1個(gè)光子(這里，稱為空載光子)由光檢測(cè)器和門控制裝置49檢測(cè)，檢測(cè)到時(shí)就打開門裝置4讓另一方的光子(稱為信號(hào)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(cè)器的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)發(fā)生2個(gè)光子對(duì)時(shí)，通過門操作將射出2個(gè)信號(hào)光子，從而在脈沖內(nèi)將存在2個(gè)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(shí)刻。
另外，在即使檢測(cè)光子的到達(dá)的檢測(cè)器未檢測(cè)到光子而由于噪聲等發(fā)生輸出脈沖的所謂的「暗計(jì)數(shù)脈沖」時(shí)，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(gè)光子。
另外，目的旨在降低由于檢測(cè)器的暗計(jì)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(shí)刻發(fā)生光子。
另外，具有發(fā)生由信號(hào)光子和空載光子組成的發(fā)生時(shí)刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對(duì)的光子對(duì)源、檢測(cè)空載光子的光子的入射的光子檢測(cè)器、時(shí)鐘發(fā)生器、生成用于僅對(duì)由該時(shí)鐘規(guī)定的一定時(shí)間內(nèi)的最初的光子檢測(cè)器的信號(hào)開關(guān)門裝置的信號(hào)的門控制裝置和根據(jù)門控制裝置的信號(hào)而開關(guān)的門裝置。
另外，作為入射抽運(yùn)光的非線性光學(xué)介質(zhì)，設(shè)置了抽運(yùn)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(duì)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(yùn)光的非線性光學(xué)介質(zhì)，具有抽運(yùn)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(duì)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(yùn)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(yùn)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(hào)光子的射出的門裝置，具有以比開關(guān)時(shí)間短的時(shí)間差進(jìn)行開關(guān)的多個(gè)快門。
另外，具有使從光子對(duì)發(fā)生的信號(hào)光子到達(dá)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(cè)器檢測(cè)空載光子的光子的入射，在由時(shí)鐘發(fā)生器的時(shí)鐘規(guī)定的一定時(shí)間內(nèi)僅以小于特定的次數(shù)的次數(shù)開關(guān)控制信號(hào)光子的射出的門裝置。
另外，由光子檢測(cè)器檢測(cè)空載光子的光子的入射，僅對(duì)由時(shí)鐘發(fā)生器的時(shí)鐘規(guī)定的一定時(shí)間內(nèi)的最初的光子檢測(cè)器的信號(hào)開關(guān)控制信號(hào)光子的射出的門裝置。
另外，使來自抽運(yùn)光光源的抽運(yùn)光入射，將由非線性光學(xué)介質(zhì)發(fā)生的發(fā)生時(shí)刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對(duì)作為空載光子和信號(hào)光子使用。
另外，在設(shè)置入射抽運(yùn)光的非線性光學(xué)介質(zhì)時(shí)，將抽運(yùn)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(duì)應(yīng)的直線相切的角度。
另外，在設(shè)置入射抽運(yùn)光的非線性光學(xué)介質(zhì)時(shí)，將抽運(yùn)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(duì)應(yīng)的直線相切的角度。
另外，將抽運(yùn)光入射到波導(dǎo)型的非線性光學(xué)介質(zhì)中。
另外，將抽運(yùn)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(shí)間短的時(shí)間差進(jìn)行開關(guān)的多個(gè)快門構(gòu)成的門裝置控制信號(hào)光子的射出。
另外，使用光纖使從光子對(duì)發(fā)生的信號(hào)光子到達(dá)控制該光子的射出的門裝置。
附圖的簡(jiǎn)單說明

圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的全體結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例的動(dòng)作的圖。
圖5是用于說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的動(dòng)作的圖。
圖6是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的全體結(jié)構(gòu)圖。
圖7是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例中使用的門裝置部的動(dòng)作的圖。
圖9是先有技術(shù)的一例的全體結(jié)構(gòu)圖。
實(shí)施例1.
圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的全體結(jié)構(gòu)圖。
在圖1中，1是發(fā)生發(fā)生時(shí)刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對(duì)的光子對(duì)源、2是檢測(cè)空載光子5的光子檢測(cè)器、3是將從光子檢測(cè)器發(fā)生的信號(hào)脈沖進(jìn)行微分的微分電路、8是與微分電路3的信號(hào)和時(shí)鐘發(fā)生部7的控制數(shù)對(duì)應(yīng)地控制門裝置4的門控制裝置。
圖2表示本實(shí)施例的詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，在時(shí)鐘內(nèi)的特定的時(shí)刻，高效地發(fā)生僅包含單一光子的光脈沖。
(光子對(duì)發(fā)生器的說明)在圖2中，9是抽運(yùn)非線性光學(xué)介質(zhì)11的抽運(yùn)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(yùn)光10的波長λ的2倍的波長2λ的空載光子5和信號(hào)光子6。在本實(shí)施例中，作為抽運(yùn)光光源9，使用具有351.1nm的波長的氬激光器。這時(shí)，空載光子5和信號(hào)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(duì)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(xì)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(yùn)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(hào)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(yùn)光成50.4度的角度時(shí)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(duì)于抽運(yùn)光的入射方向的出射方向。由圖可知，2個(gè)諧振曲線與和波長702.2nm對(duì)應(yīng)的直線相切。在該條件下，波長702.2nm的熒光對(duì)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(duì)于抽運(yùn)光的入射功率可以有效地發(fā)生光子對(duì)，結(jié)果，在以同等的比率發(fā)生單一光子時(shí)，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(cè)器2上。
(光子檢出器的說明)在本實(shí)施例中，作為光子檢測(cè)器2，使用了精工EG&G公司制造的SPCM-AQ。該光子檢測(cè)器作為受光元件，以有源猝熄的蓋格模式驅(qū)動(dòng)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(shí)，即使僅入射單一光子，由其所激勵(lì)的內(nèi)部載流子也將被外加電壓所加速，激勵(lì)其他載流子的過程不會(huì)結(jié)束，從而將成為反復(fù)擊穿的狀態(tài)。這樣，就不能檢測(cè)下一個(gè)光子的入射。所謂猝熄，就是在檢測(cè)到光子的入射引起發(fā)生擊穿狀態(tài)時(shí)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(cè)下一個(gè)光子的入射。將在電壓供給部分簡(jiǎn)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(dòng)地進(jìn)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(cè)下一個(gè)光子的時(shí)間即檢測(cè)器的無信號(hào)時(shí)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(cè)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(cè)器2中時(shí)用于控制門裝置4的微分電路3、時(shí)鐘發(fā)生部7和門裝置控制部8的動(dòng)作。在圖4中，18是從時(shí)鐘發(fā)生部輸出的時(shí)鐘脈沖，19是表示空載光子5向光子檢測(cè)器2的入射時(shí)刻的曲線，20是表示從檢測(cè)器2輸出的信號(hào)脈沖的形狀的曲線，21是表示微分電路的輸出信號(hào)的曲線，22是表示門裝置控制部的輸出信號(hào)等的曲線。
在本實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了在18所示的時(shí)鐘脈沖的前沿之后一定時(shí)間τ的期間輸出僅包含1個(gè)光子的光脈沖、而在除此以外的時(shí)間不輸出光子的動(dòng)作。
空載光子5設(shè)定為在時(shí)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(gè)時(shí)，就設(shè)定為N＞1/τ。時(shí)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(shí)刻的空載光子的入射，從檢測(cè)器2輸出由20所看到的信號(hào)脈沖串。例如，在時(shí)刻23發(fā)生光子的入射時(shí)，相應(yīng)地就從檢測(cè)器2輸出脈沖25，但是，對(duì)于在此后的時(shí)刻24入射的光子，若是在檢測(cè)器的無信號(hào)時(shí)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(hào)。作為觸發(fā)門裝置控制部的信號(hào)，可以直接使用光子檢測(cè)器的輸出脈沖25，但是，通過將這樣的微分信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)使用，可以抑制由于信號(hào)脈沖25的形狀的起伏引起的光子檢測(cè)時(shí)刻的起伏。
在門裝置控制部8中，在時(shí)鐘脈沖18的前沿之后，僅根據(jù)最初的微分信號(hào)26的觸發(fā)生成僅以短的時(shí)間δ開放門裝置4的控制信號(hào)27。與空載光子5對(duì)應(yīng)的信號(hào)光子6在門裝置4中的透過時(shí)刻，在曲線22上用虛線和實(shí)線的棒表示?？蛰d光子5引起的信號(hào)脈沖20僅延遲了電子電路的信號(hào)處理時(shí)間，所以，信號(hào)光子6也由延遲單元僅延遲相同的時(shí)間，但是，在圖4中將它們省略了。在門裝置4中，信號(hào)光子28可以透過，但是，通過縮短門裝置的開放時(shí)間δ，便可抑制其后繼續(xù)的信號(hào)光子的射出。在下一個(gè)時(shí)鐘中，同樣射出信號(hào)光子30。
該信號(hào)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(hào)光子6有效地入射到光纖12上的微動(dòng)裝置。
為了使光子傳達(dá)到門裝置4，光纖12的長度設(shè)定為使用圖4說明的信號(hào)處理需要的時(shí)間所必須的長度。該時(shí)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(hào)延遲器進(jìn)行。
利用上述結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)在時(shí)鐘脈沖前沿之后的一定時(shí)間τ的期間輸出僅包含1個(gè)光子的光脈沖、而在除此以外的時(shí)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(shí)鐘信號(hào)18、信號(hào)脈沖25、控制信號(hào)27和微分信號(hào)26是非常有用的。時(shí)鐘信號(hào)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(hào)使用。另外，也可以利用從外部供給的時(shí)鐘供給時(shí)鐘發(fā)生部7或使之同步。
另外，通過使用信號(hào)脈沖25或微分信號(hào)26縮短接收機(jī)側(cè)的門裝置的開放時(shí)間，量子密碼通信系統(tǒng)的光子的接收者便可將信號(hào)光子與其他噪聲信號(hào)分離而接收。
在本實(shí)施例中，從時(shí)鐘開始僅讓第1個(gè)光子透過，但是，如果使用由時(shí)鐘18置位后，輸出脈沖數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的數(shù)N時(shí)復(fù)位的預(yù)置位計(jì)數(shù)器，在時(shí)鐘內(nèi)就可以輸出N個(gè)光子。這時(shí)，便可生成在一定時(shí)間內(nèi)包含N個(gè)光子的狀態(tài)。
在本實(shí)施例中，將連續(xù)光(CW光)作為抽運(yùn)光10使用，但是，也可以將脈沖光作為抽運(yùn)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(yùn)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(hào)光子6。
實(shí)施例2.
在實(shí)施例1中，作為檢測(cè)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(shí)間。下面，使用圖5說明這時(shí)的控制情況。在圖5中，31表示加到APD上的外加電壓的隨時(shí)間的變化的曲線，32表示APD的信號(hào)脈沖的曲線，33表示從微分電路3輸出的微分信號(hào)的曲線。
在實(shí)施例1中，如在對(duì)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(shí)，對(duì)于1個(gè)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(shí)施例中，根據(jù)時(shí)鐘18控制加到APD上的電壓。
僅在由18所看到的時(shí)鐘的前沿之后約時(shí)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(shí)，APD成為擊穿狀態(tài)，輸出達(dá)到飽和，該狀態(tài)持續(xù)到外加電壓變?yōu)榈陀趽舸╇妷簽橹埂Ｒ虼?，從APD可以得到35那樣的輸出脈沖。由微分信號(hào)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(shí)，由于猝熄所使用的電路的限制，難于縮短其無反應(yīng)時(shí)間及脈沖長度，從而難于使1時(shí)鐘時(shí)間比檢測(cè)器的無反應(yīng)時(shí)間及脈沖長度短，但是，用該方法可以實(shí)現(xiàn)比其更短的時(shí)鐘時(shí)間。
實(shí)施例3.
在實(shí)施例1中，發(fā)生的信號(hào)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?cè)摬ㄩL。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(shí)施例1(圖3)所示的光子對(duì)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(duì)光束的方法，但是，對(duì)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(duì)。這時(shí)，圖3的2個(gè)諧振曲線分別與和不同的波長對(duì)應(yīng)的直線相切。這時(shí)，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(duì)應(yīng)的直線相切的角度取出。按照該條件，通常擴(kuò)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(shí)施例，有在圖2中使用半導(dǎo)體激勵(lì)Yag激光器的升頻激光器作為抽運(yùn)光源7發(fā)生532nm的抽運(yùn)光8、發(fā)生1310nm的光子作為信號(hào)光子6而發(fā)生896nm的光子作為空載光子5的裝置。這時(shí)，按照日本特愿平9-353078的「光子光束發(fā)生裝置」所詳細(xì)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(duì)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(cè)器2的量子效率高的狀態(tài)檢測(cè)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(shí)鐘脈沖的前沿之后一定時(shí)間τ以內(nèi)不會(huì)密集地存在2光子。另外，在本實(shí)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(duì)，另外，可以維持空載光子的光子數(shù)的高檢測(cè)效率，結(jié)果，便可減少裝置的電力消耗。
實(shí)施例4.
本發(fā)明的其他實(shí)施例示于圖6。在本實(shí)施例中，9是抽運(yùn)波導(dǎo)型非線性光學(xué)介質(zhì)38的抽運(yùn)光源、37是在光纖中導(dǎo)引抽運(yùn)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(duì)和抽運(yùn)光的波導(dǎo)型濾波器、40是抽運(yùn)光的刪除口、41是將熒光對(duì)分配到2個(gè)分支中的波導(dǎo)型濾波器。
在本實(shí)施例中，參量熒光對(duì)在波導(dǎo)型非線性光學(xué)介質(zhì)38中發(fā)生。熒光對(duì)分別具有縱、橫的偏振光，在作為偏振光光束分離器而動(dòng)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(cè)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(shí)現(xiàn)裝置的小型化，另外，不需要進(jìn)行光學(xué)的調(diào)整。
在本實(shí)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(huì)講演概要集第53卷第2號(hào)第2分冊(cè)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(yùn)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(yùn)光和發(fā)生光子的波長。
當(dāng)然，在本實(shí)施例中，作為抽運(yùn)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(yùn)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(hào)光子。
實(shí)施例5.
作為其他的實(shí)施例，圖2中的門裝置4具有2個(gè)快門的結(jié)構(gòu)示于圖7。在圖7中，12是用于使信號(hào)光子到達(dá)門裝置的到達(dá)時(shí)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(shí)，偏振片44和46設(shè)定為對(duì)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(hào)的邏輯值為1時(shí)使偏振光轉(zhuǎn)動(dòng)90度，在邏輯值為0時(shí)就不使偏振光轉(zhuǎn)動(dòng)。利用一對(duì)偏振片和將其夾在中間的使偏振光轉(zhuǎn)動(dòng)的電光元件可以構(gòu)成快門，但是，在本實(shí)施例中，偏振片44是在2個(gè)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(shí)間短為特征的電光元件中，在單體中不能將其門時(shí)間設(shè)定為小于由電光元件的反復(fù)應(yīng)答時(shí)間給定的時(shí)間。本實(shí)施例通過具有2個(gè)門裝置，可以實(shí)現(xiàn)比門裝置的反復(fù)應(yīng)答時(shí)間短的時(shí)間的門操作。
下面，使用圖8說明門電路的動(dòng)作。在圖8中，橫軸表示時(shí)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(dá)門操作部的概率，曲線A表示在圖7的A點(diǎn)的信號(hào)的狀態(tài)，曲線B同樣表示圖7的B點(diǎn)的信號(hào)的狀態(tài)?？梢哉J(rèn)為A是控制裝置的控制信號(hào)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(shí)使光子透過，在輸入邏輯1時(shí)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(shí)刻T0的狀態(tài)那樣，總是將控制裝置的控制信號(hào)設(shè)定為1。這時(shí)，由電光元件45作為門裝置而不讓光子透過。這時(shí)，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(cè)為光子到達(dá)門操作部之前的時(shí)刻T1使偏振光透過電光元件45。這時(shí)，由于延遲器48的作用，電光元件45仍然是邏輯0。這時(shí)，光子可以透過門裝置。該狀態(tài)在由延遲器設(shè)定的時(shí)間的期間繼續(xù)。在該延遲之后，在時(shí)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(shí)刻T3，控制信號(hào)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)更高速的快門動(dòng)作。另外，使用聲音光學(xué)元件時(shí)，可以廉價(jià)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(jī)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(hào)光子和空載光子組成的發(fā)生時(shí)刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對(duì)的光子對(duì)源、檢測(cè)空載光子的光子的入射的光子檢測(cè)器、時(shí)鐘發(fā)生器、生成用于在由該時(shí)鐘規(guī)定的一定時(shí)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(hào)的門控制裝置和根據(jù)門控制裝置的信號(hào)而開關(guān)的門裝置，所以，在時(shí)鐘脈沖的前沿之后一定時(shí)間內(nèi)可以發(fā)生小于特定的個(gè)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(hào)光子和空載光子組成的發(fā)生時(shí)刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對(duì)的光子對(duì)源、檢測(cè)空載光子的光子的入射的光子檢測(cè)器、時(shí)鐘發(fā)生器、生成用于僅對(duì)由該時(shí)鐘規(guī)定的一定時(shí)間內(nèi)的最初的光子檢測(cè)器的信號(hào)開關(guān)門裝置的信號(hào)的門控制裝置和根據(jù)門控制裝置的信號(hào)而開關(guān)的門裝置，所以，在時(shí)鐘脈沖的前沿之后一定時(shí)間內(nèi)可以僅發(fā)生1個(gè)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(duì)源，具有抽運(yùn)光光源和入射上述抽運(yùn)光的非線性光學(xué)介質(zhì)，所以，在時(shí)鐘脈沖的前沿之后一定時(shí)間內(nèi)可以發(fā)生小于特定的個(gè)數(shù)的光子或有效地僅發(fā)生1個(gè)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(yùn)光的非線性光學(xué)介質(zhì)，具有抽運(yùn)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(duì)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(duì)。
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(yùn)光的非線性光學(xué)介質(zhì)，具有抽運(yùn)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(duì)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(gè)波長的光子對(duì)。
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(yùn)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(shí)現(xiàn)不需要進(jìn)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(yùn)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(yùn)光平行的方向發(fā)生光子對(duì)。
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(hào)光子的射出的門裝置，具有以比開關(guān)時(shí)間短的時(shí)間差進(jìn)行開關(guān)的多個(gè)快門，所以，可以實(shí)現(xiàn)以比快門的開關(guān)時(shí)間短的時(shí)間進(jìn)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(duì)發(fā)生的信號(hào)光子到達(dá)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(shí)刻與信號(hào)光子到達(dá)門的到達(dá)時(shí)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(hào)光子和空載光子組成的發(fā)生時(shí)刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對(duì)的光子對(duì)源、檢測(cè)空載光子的光子的入射的光子檢測(cè)器、時(shí)鐘發(fā)生器、生成用于在由該時(shí)鐘規(guī)定的一定時(shí)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(hào)的門控制裝置和根據(jù)門控制裝置的信號(hào)而開關(guān)的門裝置，作為在時(shí)鐘脈沖的前沿之后一定時(shí)間內(nèi)可以發(fā)生小于特定的個(gè)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(hào)光子和空載光子組成的發(fā)生時(shí)刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對(duì)的光子對(duì)源、檢測(cè)空載光子的光子的入射的光子檢測(cè)器、時(shí)鐘發(fā)生器、生成用于在由該時(shí)鐘規(guī)定的一定時(shí)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(hào)的門控制裝置和根據(jù)門控制裝置的信號(hào)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(hào)光子和空載光子組成的發(fā)生時(shí)刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對(duì)的光子對(duì)源、檢測(cè)空載光子的光子的入射的光子檢測(cè)器、時(shí)鐘發(fā)生器、生成用于僅對(duì)由該時(shí)鐘規(guī)定的一定時(shí)間內(nèi)的最初的光子檢測(cè)器的信號(hào)開關(guān)門裝置的信號(hào)的門控制裝置和根據(jù)門控制裝置的信號(hào)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(duì)源，具有抽運(yùn)光光源和入射上述抽運(yùn)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(yùn)光的非線性光學(xué)介質(zhì)，具有抽運(yùn)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(duì)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(yùn)光的非線性光學(xué)介質(zhì)，具有抽運(yùn)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(duì)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(yùn)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(yùn)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(hào)光子的射出的門裝置，具有以比開關(guān)時(shí)間短的時(shí)間差進(jìn)行開關(guān)的多個(gè)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(duì)發(fā)生的信號(hào)光子到達(dá)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(hào)光子和空載光子組成的發(fā)生時(shí)刻具有相關(guān)關(guān)系的光子對(duì)的光子對(duì)源、檢測(cè)空載光子的光子的入射的光子檢測(cè)器、時(shí)鐘發(fā)生器、生成用于在由該時(shí)鐘規(guī)定的一定時(shí)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(hào)的門控制裝置和根據(jù)門控制裝置的信號(hào)而開關(guān)的門裝置。
文檔編號(hào)H04B10/30GK1388660SQ0210678
公開日2003年1月1日 申請(qǐng)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(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社