단일모드 광섬유 집광기를 이용한 Hong-Ou-Mandel 간섭 가시도 향상

Improvement of Hong-Ou-Mandel Interference Visibility by Using a Single-Mode Optical-Fiber Photon Collector

우리는 Hong-Ou-Mandel 간섭 실험에서 95% 간섭가시도를 획득했다. 지난 연구에서 56% 가시도를 획득한 것에 비하면 획기적으로 가시도가 개선되었다. 우리는 제1형 자발적 매개 하향 변환 목적으로 제작된 ${\beta}$-Barium Borate 단결정에 405 nm 단일모드 연속 발진 레이저를 주사하여 만들어진 쌍둥이 광자쌍을 표준적인 Hong-Ou-Mandel 간섭광학계를 거치게 한 후 다이오드 기반 단일광자 계수기와 자체적으로 제작한 동시계수기에 의해 간섭신호를 측정했다. 지난 연구와 이번 연구의 가장 큰 차이점은 광자를 집광하는데 단일모드 광섬유를 사용했다는 점이다. 단일모드 광섬유는 중심부 크기가 매우 작기 때문에 광결정에서 발생하는 여러 서로 다른 모드 광자 사이의 우연한 동시계수를 억제시키는 공간 필터역할을 함으로써 가시도가 개선된 것으로 보인다.

We achieved 95% visibility in the Hong-Ou-Mandel interference experiment while we achieved only 56% visibility in a previous report. We used a 120 mW 405 nm single-mode continuous wave laser, a 5-mm-thick type-1 ${\beta}$-barium borate single crystal, standard Hong-Ou-Mandel interferometer optics, two avalanche photodiode single-photon counters, and a homemade coincidence counting unit. The photon collection unit was the key difference between the present study and the previous study. In the present experiment, we used single-mode optical fibers for photon collection, which suppressed accidental coincidence between-different mode photons by acting as a spatial filter because of its core size being much smaller than a multi-mode fiber.