특허 개요
본 특허는 빛을 안내하는 통로 안에서 양자적으로 연결된 빛 입자 쌍을 생성하는 집적 양자 광원 소자입니다. 실리콘 기판과 실리콘 산화물 버퍼 층 위에 리튬 니오베이트 광 도파로 층을 형성하고, 신호 도파로에 인접한 공진 도파로에 주기분극반전 구조를 배치합니다. 이 구조에서 펌프 광을 자발적 매개변수 하향변환(SPDC)으로 얽힘 광자 쌍으로 변환하고, 공진 구조를 이용해 변환 효율을 높이도록 설계합니다. 메인·보조 공진 도파로와 제어 전극 또는 히터 전극을 추가하는 구성에서는 공진 세기·파장·스펙트럼을 제어할 수 있도록 합니다.
- 핵심 기능
신호 도파로의 펌프 광을 결합부를 통해 공진 도파로에 전달하면, 주기분극반전 구조에서 SPDC로 얽힘 광자 쌍을 생성하고 공진 후 신호 도파로로 내보냅니다. 메인·보조 공진 도파로와 공진 전극·히터 전극을 이용하는 구성에서는 광자 쌍의 생성 효율과 파장, 공진 세기 및 스펙트럼을 조절하도록 설계합니다.
- 차별 강점
입력 명세서는 양자 광원의 SPDC 변환 효율을 높일 필요성을 제시하며, 본 특허는 신호 도파로와 결합된 공진 도파로 내부에 주기분극반전 구조를 배치해 광자 쌍 생성과 공진 증강을 결합합니다. 보조 공진 도파로와 전극을 이용한 추가 제어, 중첩 공진 도파로를 이용한 노이즈 저감 구성을 제시하지만, 기존 기술 대비 개선 정도를 보여주는 정량 비교 결과는 기재되어 있지 않습니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 집적 광자 양자광원, 얽힘 광자 쌍 생성·제어, 양자센싱·계측 및 양자컴퓨팅용 광자 인터페이스 연구에 활용 가능합니다. 사업 측면에서는 양자키분배·양자통신용 광원 소자와 양자정보통신 광학 시스템의 광원 모듈로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
명세서는 리튬 니오베이트 도파로의 주기분극반전 구조, 공진 결합 및 전극을 이용한 제어 원리와 제조 방법을 제시하며, 변환 효율 향상과 노이즈 저감 가능성을 정성적으로 설명합니다. 실험 대상·조건·비교군과 정량 결과가 제공되지 않아 광자 쌍 생성 성능, 얽힘 품질 및 실환경 시스템 동작은 확인되지 않았습니다.
현재 성과
공진 도파로 내부의 주기분극반전 구조에서 SPDC로 광자 쌍을 생성하고, 공진 구조를 결합해 변환 효율을 높이도록 설계합니다. 보조 공진 도파로는 생성 효율과 파장의 추가 제어에 활용할 수 있으나, 실제 개선 정도는 PoC에서 확인해야 합니다.
명세서에는 웨이퍼 본딩, 리소그래피·식각을 통한 도파로 형성과 콤 전극의 고전압 펄스를 이용한 주기분극반전 형성 방법이 제시되어 있습니다. 다만 실험 조건과 측정 결과가 제공되지 않아 제작 재현성, 변환 효율 및 얽힘 품질에 대한 검증 근거는 부족합니다.
신호 도파로에 결합된 공진 도파로에 주기분극반전 구조를 마련해 SPDC 광자 쌍 생성과 공진 증강을 결합한 점이 핵심 구조적 차별성입니다. 메인·보조 공진 도파로와 전극을 통한 제어 및 중첩 공진 도파로를 통한 노이즈 저감 구성을 제시하며, 기존 기술 대비 성능 우위는 별도 비교 검증이 필요합니다.
상용화까지 남은 부분
SPDC 변환 효율, 광자 쌍 밝기·순도·얽힘 품질 및 스펙트럼 제어 범위의 정량 실증
소자 제작 재현성 확보와 대면적 제조·실장 공정 검증
광학 손실·내구성·장기 안정성 평가 및 실사용 광학 시스템 연동 검증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
양자적 특성을 갖는 광원 소자
Quantum light source device and optical system including the same
10-2023-0192702 (2023.01.01)
미등록 (심사 중)