(57)【要約】  本開示は、単一光子放射システム形成する方法、および単一光子放射システムを提供する。この方法は、適切な励起に応答して所定の波長で単一光子を放射するように構成された単一光子源を設けるステップを含む。単一光子源は、単一光子を生成するための粒子を含む。この方法はまた、適切な光子の形で適切な励起をもたらすように構成された光ポンプ源を設けるステップを含む。さらに、この方法は、光ポンプ源によって供給される光子の経路、および単一光子源の位置を互いに対して調整し、その結果、単一光子源が、光ポンプ源によって供給される光子の経路に対して所定の位置に配置され、使用時に単一光子源によって単一光子が放射されるステップを含む。単一光子源を設けるステップは、所定の位置から離れた位置で、単一光子を生成するための粒子を識別するステップを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
適切な励起に応答して所定の波長で単一光子を放射するように構成された単一光子源を設けるステップであって、前記単一光子源は、ホルダによって保持された、前記単一光子を生成するための粒子を含むステップと、
適切な光子の形で前記適切な励起をもたらすように構成された光ポンプ源を設けるステップと、
前記光ポンプ源によって供給される前記光子の経路、および前記単一光子源の位置を互いに対して調整し、その結果、前記単一光子源が、前記光ポンプ源によって供給される前記光子の前記経路に対して所定の位置に配置され、使用時に前記単一光子源によって単一光子が放射されるステップとを含み、
前記単一光子源を設けるステップは、前記所定の位置から離れた位置で、前記単一光子を生成するための前記粒子を識別するステップを含む、単一光子放射システムを形成する方法。
【請求項２】
前記単一光子源を設けるステップは、前記粒子を前記ホルダによって保持する前に、前記粒子の単一光子放射特性を識別するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
使用時に、前記ホルダから離れる方向に単一光子が放射されるように、前記単一光子源および前記光ポンプ源を構成するステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
使用時に、前記ホルダの一部分を通り抜けて伝送されることなく、前記ホルダから離れる方向に単一光子が放射されるように、前記単一光子源および前記光ポンプ源を構成するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に従って形成される、単一光子放射システム。
【請求項６】
前記単一光子源および前記光ポンプ源を位置決めするための位置決め装置、または、前記光ポンプ源によって放射される前記光子の光路を互いに対して決定し、その結果、使用時に、前記光ポンプ源によって放射される前記光子が前記単一光子源に送られ、単一光子が生成される光学構成部品を備える、請求項５に記載の単一光子放射システム。
【請求項７】
生成された前記単一光子の出力に基づいて前記位置決め装置を制御するように構成されたフィードバックループを備える、請求項６に記載の単一光子放射システム。
【請求項８】
前記位置決め装置および前記フィードバックループは、前記光ポンプ源、または、前記光ポンプ源によって放射される前記光子の光路を決定する光学構成部品に対する前記単一光子源の位置の調整が、自動で実行できるように構成される、請求項７に記載の単一光子放射システム。
【請求項９】
前記単一光子放射システムは、使用時に前記光ポンプ源によって放射される前記光子のビームが前記単一光子源の表面全体に走査されるように構成される、請求項５から８のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１０】
単一光子放射出力に関する情報を提供するための単一光子検出器を備える、請求項５から９のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１１】
前記位置決め装置およびフィードバックループは、単一光子放射強度が最大になる前記単一光子源に対する、前記光ポンプ源によって供給される前記光子のビームの位置を識別するように構成される、請求項７もしくは８のいずれか一項に記載の、または、請求項７もしくは８に従属するときには請求項９もしくは１０のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１２】
前記位置決め装置の制御はコンピュータソフトウェアでサポートされる、請求項７もしくは８のいずれか一項に記載の、または、請求項７もしくは８に従属するときには請求項９もしくは１０のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１３】
前記粒子は、使用時に前記放射される単一光子の波長で光子を放射する単独の粒子である、請求項５から１２のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１４】
前記粒子は、色中心を有するダイヤモンド材料を含む、請求項５から１３のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１５】
前記粒子は、直径がおよそ４０〜１５０ｎｍ程度である、請求項５から１４のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１６】
前記色中心は、窒素空孔（Ｎ−Ｖ）色中心である、請求項５から１５のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１７】
前記単一光子を生成するための前記粒子は１つの色中心を含む、請求項５から１６のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１８】
前記光ポンプ源によって供給される光子を、直径が３００〜５００ｎｍの領域に集束するように構成されたレンズを備える、請求項５から１７のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１９】
前記ホルダは、前記単一光子を生成するための前記粒子が配置される凹部を備える、請求項５から１８のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項２０】
前記ホルダは、凹部をもつ端面を有する光ファイバ部分の形式で設けられる、請求項５から１９のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項２１】
前記ホルダは、前記放射される単一光子のエネルギーに対応するエネルギーで光学バンドギャップを有する領域によって囲まれたコア領域を含む、光ファイバ部分の形式で設けられ、また、前記単一光子を生成するための前記粒子が前記コア領域内に配置される、請求項５から２０のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項２２】
前記単一光子放射システムは、前記ホルダから離れる方向に放射される単一光子がさらなる用途に使用されるように構成される、請求項５から２１のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項２３】
適切な励起に応答して所定の波長で単一光子を放射するように構成された単一光子源であって、ホルダによって保持された、前記単一光子を生成するための粒子を含む前記単一光子源と、
適切な光子の形で前記適切な励起をもたらすように構成された光ポンプ源と、
前記光ポンプ源によって供給される前記光子の経路、および前記単一光子源の位置を互いに対して調整し、その結果、使用時に前記単一光子源によって単一光子が放射される位置決め装置と、
前記単一光子源、前記光ポンプ源および前記位置決め装置が配置されるハウジングとを備え、
移動可能であるように構成される単一光子放射システム。
【請求項２４】
前記単一光子放射システムは、適切なテーブル上に配置するように構成される、請求項２３に記載の単一光子放射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広く光子放射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバは、大量のデータを高速に伝送するための手段を提供する。しかし、従来の光学的なデータ伝送システムは、通常セキュリティがもっぱら限定されており、伝送データに関連する情報への許可されていないアクセスが問題になることがある。
【０００３】
量子通信システムは、データの安全な伝送を可能にする光学的なデータ伝送システムである。量子通信は、量子力学の原理を利用し、従来の光学的なデータ伝送システムを使用して伝送される多数の光子とは対照的に、単一光子の伝送を必要とする。データが単一光子のパルスの形で伝送される場合、このデータが、許可されていない相手方によって任意のやり方でアクセスおよび／または変更されたとすれば、そのことを確認検査することができる。
【０００４】
現在の量子通信システムは、減衰したレーザ光を利用して単一光子を提供する。しかし、こうしたシステムが単一光子を確実に生成する信頼性は８５％しかない。真の単一光子源は、現在は研究室の中でのみ利用可能であり、非常に大がかりで複雑なセットアップを伴う。技術的な進歩が必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、第１の態様において、
適切な励起に応答して所定の波長で単一光子を放射するように構成された単一光子源を設けるステップであって、この単一光子源は、ホルダによって保持された、単一光子を生成するための粒子を含むステップと、
適切な光子の形で適切な励起をもたらすように構成された光ポンプ源を設けるステップと、
光ポンプ源によって供給される光子の経路、および単一光子源の位置を互いに対して調整し、その結果、単一光子源が、光ポンプ源によって供給される光子の経路に対して所定の位置に配置され、使用時に単一光子源によって単一光子が放射されるステップとを含み、
単一光子源を設けるステップは、所定の位置から離れた位置で、単一光子を生成するための粒子を識別するステップを含む、単一光子放射システムを形成する方法を提供する。
【０００６】
単一光子源を設けるステップは、通常、粒子をホルダによって保持する前に、粒子の単一光子放射特性を識別するステップを含む。
【０００７】
この方法はまた、使用時に、通常はホルダの一部分を通り抜けて伝送されることなく、ホルダから離れる方向に単一光子が放射されるように、単一光子源および光ポンプ源を構成するステップを含んでもよい。
【０００８】
本発明は、第２の態様において、本発明の第１の態様による方法で形成される単一光子放射システムを提供する。
【０００９】
本明細書全体を通して、同時に１つの光子だけが放射されるような光子の放射について、用語「単一光子放射」が使用されており、単一光子放射用に構成された光子源について、用語「単一光子源」が使用されている。たとえば、単一光子源は、使用時に一連のまたはパルス状の単一（個々の）光子を放射してもよい。
【００１０】
単一光子源は通常、離れた場所で、かつ単一光子放射システムを組み立てる前に、事前に特徴づけられる。したがって、単一光子放射システムは、通常、単一光子放射粒子を識別するため、および／または単一光子放射特性を特徴づけるための装置を含む必要はない。したがって、本発明の実施形態による単一光子放射システムは、この単一光子放射システムが、通常は多数の他の粒子の中で単一光子放射用に構成された粒子を識別するための装置、およびさらなる特徴づけ装置を備える既知の研究室ベースの単一光子放射システムよりも、はるかにコンパクトな寸法でもよく、あまり複雑ではない設計でもよいという重要な利点を有する。
【００１１】
単一光子放射システムはまた、通常、単一光子源および光ポンプ源を位置決めするための位置決め装置、または、光ポンプ源によって放射される光子の光路を互いに対して決定し、その結果、使用時に、光ポンプ源によって放射される光子が単一光子源に送られ、単一光子が生成される光学構成部品を備える。
【００１２】
さらに、単一光子放射システムは、通常、生成された単一光子の出力に基づいて位置決め装置を制御するように構成されたフィードバックループを備える。位置決め装置およびフィードバックループは、通常、光ポンプ源、または、光ポンプ源によって放射される光子の光路を決定する光学構成部品に対する単一光子源の位置の調整が、自動で実行できるように構成される。単一光子は、通常、位置決め装置の制御がコンピュータソフトウェアでサポートされるように構成される。たとえば、位置決め装置は、使用時に光ポンプ源によって放射される光子のビームが単一光子源の表面全体に走査されるように構成してもよい。単一光子放射システムはまた、通常、単一光子放射出力に関する情報を提供するための単一光子検出器を備える。位置決め装置およびフィードバックループは、通常、単一光子放射強度が最大になる単一光子源に対する、光ポンプ源によって供給される光子のビームの位置を識別するように構成される。
【００１３】
粒子は通常、使用時に、放射された単一光子の波長で光子を放射する単独の粒子である。この粒子は通常、ダイヤモンド構造を有する材料を含み、通常、単結晶または多結晶のダイヤモンド材料などのダイヤモンド材料を含む。ダイヤモンド材料は、通常、色中心を含む。粒子は通常、直径がおよそ４０〜１５０ｎｍ程度である。
【００１４】
本明細書全体を通して、単一光子の放射を介して励起状態が減衰するように配置された原子、分子または空孔の中心など、光子を放射することができる任意の光学的に活性の原子、分子または空孔の中心について、用語「色中心」が使用されている。
【００１５】
そのまたはそれぞれの色中心は、通常、ダイヤモンド材料内に、１つまたは複数の不純物を含む。たとえば、そのまたはそれぞれの不純物は、窒素空孔（Ｎ−Ｖ）色中心が形成されるように、空孔に隣接して位置している窒素原子でもよい。そのまたはそれぞれの不純物はまた、普通は「ＮＥ８」色中心と呼ばれている、ニッケル関連の色中心でもよい。このようなＮ−Ｖ色は、通常、適切に励起すると、波長が６３７ｎｍの近傍の単一光子を放射するように構成される。
【００１６】
単一光子を生成するための粒子は、通常１つの色中心を含む。
【００１７】
この単一光子放射システムは、通常、光ポンプ源によって供給される光子を、直径が３００〜５００ｎｍなどの小さい領域に集束するように構成されたレンズを備える。
【００１８】
光ポンプ源は、通常、適切なレーザの形式で実現される。
【００１９】
ホルダは通常、単一光子を生成するための粒子を配置する凹部を備える。たとえば、ホルダは、凹部をもつ端面を有する光ファイバ部分の形式で設けてもよい。
【００２０】
本発明の具体的な一実施形態では、ホルダは、コア領域およびコア周辺領域を含む光ファイバ部分の形式で設けられる。この実施形態では、光ファイバ部分は、シリカおよびドーパント材料など、光学的に透過する適切な材料を含む。この例では、コア領域は、より高いドーパント濃度を有し、コア周辺領域および凹部は、ドーパント濃度がより高い領域を優先的にエッチングする適切なエッチング溶液に光ファイバ部分の端面を曝すことによって形成される。
【００２１】
ホルダはまた、放射される単一光子のエネルギーに対応するエネルギーで光学バンドギャップを有する領域によって囲まれたコア領域を含む、光ファイバ部分の形式で設けてもよい。この場合、単一光子を生成するための粒子は、通常コア領域内に配置され、このコア領域は中空領域でもよく、また光学バンドギャップが存在するため、コア領域に沿った方向での単一光子の放射が容易になる。したがって、光ファイバの側部に放射される単一光子に起因する単一光子強度の損失が低減する。
【００２２】
単一光子放射システムは、ホルダを介して放射される単一光子がさらなる用途に使用されるように構成してもよい。たとえば、ホルダが光ファイバ部分である場合、放射される単一光子は、初めに光ファイバ部分で導いてもよい。しかし、単一光子放射システムは、通常、ホルダから離れる方向に放射される単一光子がさらなる用途に使用されるように構成される。
【００２３】
本発明は、第３の態様において、
適切な励起に応答して所定の波長で単一光子を放射するように構成された単一光子源であって、ホルダによって保持された、単一光子を生成するための粒子を含む単一光子源と、
適切な光子の形で適切な励起をもたらすように構成された光ポンプ源と、
光ポンプ源によって供給される光子の経路、および単一光子源の位置を互いに対して調整し、その結果、使用時に単一光子源によって単一光子が放射される位置決め装置と、
単一光子源、光ポンプ源および位置決め装置が配置されるハウジングとを備え、
単一光子放射システムは、移動可能であるように構成される単一光子放射システムを提供する。
【００２４】
本発明の第３の態様による単一光子放射システムは、通常、適切なテーブルを配置するように構成される。
【００２５】
本発明の具体的な実施形態の以下の説明から、本発明がより完全に理解されよう。添付図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の具体的な一実施形態による単一光子放射システムを形成する方法を示す流れ図である。
【図２】本発明の一実施形態による単一光子源を含む光学要素を示す図である。
【図３】本発明の具体的な一実施形態による光子放射システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１〜３を参照すると、次に、本発明の具体的な実施形態による、単一光子放射システムを形成する方法および単一光子放射システムが説明してある。
【００２８】
図１には、具体的な一実施形態による単一光子放射システムを形成する方法が示してある。
【００２９】
方法１００は、第１の位置に配置された粒子の単一光子放射特性を識別するステップ１０２を含む。この粒子は、適切な励起に応答して所定の波長で単一光子を放射するように構成される。
【００３０】
この実施形態では、粒子はダイヤモンド粒子であり、単一光子放射を識別するステップはまた、複数のダイヤモンド粒子を基板上に析出するステップを含む。ダイヤモンド粒子は、ダイヤモンド粉末の形式で提供してもよい。ダイヤモンド粉末の粒子は、メタノールなど適切な溶液中に懸濁され、基板に加えられる。次いで、メタノールは蒸発し、結果としてダイヤモンド粒子が基板上に析出する。基板はウェーハの形で提供してもよい。
【００３１】
この実施形態では、ダイヤモンド粒子は、空孔（Ｎ−Ｖ色中心）に隣接して位置する窒素原子などの不純物を含む。Ｎ−Ｖ色中心は、通常、６３７ｎｍの近傍の波長を有する放射を放出するように構成される。単一光子放射用に構成された粒子は、通常、１つのＮＶ色中心を含む。しかし、ダイヤモンド粒子のうちの大部分は、通常、２つ以上のＮＶ色中心を含む。
【００３２】
さらに、単一光子放射を識別するステップは、この例では、析出した粒子からの蛍光放射を検出するステップ、ならびに、反相関測定法およびブラウントゥイスの干渉計のセットアップを使用して単一光子放射のための蛍光放射を分析するステップを含む。ハンブリーブラウントゥイスの干渉計のセットアップを使用する反相関測定法に関するさらなる詳細については、Ｒ．Ｈａｎｂｕｒｙ  ＢｒｏｗｎおよびＲ．Ｑ．Ｔｗｉｓｓ著「Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ｐｈｏｔｏｎｓ  ｉｎ  ｔｗｏ  ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｂｅａｍｓ  ｏｆ  ｌｉｇｈｔ」、Ｎａｔｕｒｅ  １７７、２７〜２９頁（１９５６年）で言及している。
【００３３】
単一光子を生成するための粒子は、通常、非常に小さい粒子であり、典型的には直径がおよそ４０〜１５０ｎｍ程度である。したがって、光学イメージング法の分解能は不十分なので、その粒子からの蛍光放射を検出することで粒子自体を撮像することはしないが、蛍光放射が生じる位置を識別することになる。
【００３４】
ダイヤモンド粒子が配置される基板は、この実施形態ではマーカを含む。ステップ１０２はまた、この実施形態では、マーカに対する単一光子放射粒子の位置を記録するステップを含む。
【００３５】
方法１００はさらに、識別された特性を有する粒子をホルダ内に位置決めして、単一光子源を形成するステップ１０４を含む。このステップはまた、単一光子を生成するための粒子を配置する基板を撮像するステップを含む。マーカおよび粒子を伴う基板は、粒子を撮像するのに十分な解像度を有する２次電子顕微鏡を使用して撮像される。単一光子を生成するための粒子の位置は、各マーキングに対して以前より記録されてきたので、２次電子顕微鏡の画像内でその粒子を識別することは可能である。
【００３６】
さらに、方法１００はまた、第１の位置から、通常粒子を保持するためのホルダ上の位置である第２の位置に、各粒子を移動させるステップ１０６を含む。
【００３７】
この実施形態では、ホルダは光ファイバを備える。光ファイバは、単一光子を生成するための粒子が移動し、その粒子が適位置に保持される凹部を備える端部を有する。この実施形態では、光ファイバ部分は、ゲルマニウムでドープされるシリカから形成されており、コア周辺領域よりもドーパント濃度が高いコア領域を含む。この凹部は、ドーパント濃度がより高い領域を優先的にエッチングするエッチング溶液に光ファイバの端面を曝すことにより、コア領域内に形成される。
【００３８】
単一光子源の製造に関するさらなる詳細が、本願と同じ日に出願の「ａ  ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ａ  ｓｉｎｇｌｅ  ｐｈｏｔｏｎ  ｓｏｕｒｃｅ」と題する、出願人らによる同時係属出願に開示されている。
【００３９】
図２には、形成された単一光子源２０２を備える光学要素２００が示してある。単一光子源２０２は、単一光子を生成するための粒子が配置される凹部を、端面２０４に有する。さらに、光子源２０２は、光ファイバコネクタ（ＦＣ光コネクタ）２０６を備えており、その中でセラミックのフェルールが配置されて、単一光子源２０２の光ファイバ部分を位置決めしている。
【００４０】
単一光子源２０２の光ファイバ部分は、蛍光光子の放射強度が非常に低い適切な光学接着剤を使用して、ＦＣ光コネクタ２０６に接着される。
【００４１】
形成された単一光子源２０２および光学要素２００は、様々な形態で実現してもよいことを理解されたい。たとえば、単一光子源２０２の光ファイバは、コア領域を囲む領域内に、放射される単一光子のエネルギーに対応するエネルギーで、光学バンドギャップを有してもよい。したがって、そのバンドギャップが存在するので、コアに沿った方向での単一光子の放射が容易になり、光ファイバの側部に向かう方向に光子が放射されることが大半は回避でき、それにより、単一光子放射の強度が増大する。
【００４２】
方法１００はまた、適切な光子の形で適切な励起をもたらすように構成された光ポンプ源を設けるステップ１０８を含む。この実施形態では、光ポンプ源は、５３２ｎｍの波長での放射を放出するレーザである。
【００４３】
図３には、本発明の具体的な一実施形態による単一光子放射システム３００が示してある。単一光子放射システム３００は、単一光子源２０２を有する前述の光学要素２００を備える。光学要素２００は、位置決め装置３０２上に配置される。さらに、単一光子放射システム３００は、この実施形態ではレーザの形態で設けられている光ポンプ源を備え、このレーザは、５３２ｎｍの波長で光子を生成するように構成されており、生成された光子は、使用時にファイバ入力３０４に結合される（図３には、レーザは図示されていない）。次いで、レーザによって放射される光子は、フィルタ３０６、ビームスプリッタ３０８および顕微鏡対物レンズ３１０を介して粒子に送られて、単一光子を生成する。フィルタ３０６は、５３２ｎｍで窓を有し、他の波長で６ｄＢを超えて減衰する帯域通過フィルタである。ビームスプリッタ３０８はダイクロイックミラーを備え、このダイクロイックミラーは、６００ｎｍよりも短い波長において光子強度のほぼ９９％を反射し、波長が６００ｎｍよりも長い光子の９９％を超えて伝送する。顕微鏡対物レンズ３１０は、倍率が１００倍になるように構成され、開口数は０．９５である。
【００４４】
この実施形態では、単一光子放射システム３００は、単一光子源２０２の光ファイバから離れる方向に（図２に示した単一光子源２０２の左手側に向けて）放射される単一光子が、さらなる用途のために使用されるように構成される。
【００４５】
単一光子源２０２によって放射される単一光子は、顕微鏡対物レンズ３１０、ビームスプリッタ３０８、集束レンズ３１２、フィルタ３１４、光ファイバ入力３１６、単一光子スプリッタ３１８を介して、単一光子出力３２０または単一光子検出器３２２に送られる。フィルタ３１４は、波長が６００〜８００ｎｍの範囲であり、他の波長で１２ｄＢを超えて減衰する光子の９０％を超えて伝送するように構成される。単一光子検出器３２２が、位置決め装置３０２に接続されて、フィードバックループが形成される。
【００４６】
方法１００はまた、光ポンプ源によって供給される光子の経路、および単一光子源の位置を互いに対して調整し、その結果、単一光子源が、光ポンプ源によって供給される光子の経路に対して所定の位置に配置され、使用時に単一光子が生成されるステップ１１０を含む。
【００４７】
この実施形態では、ステップ１１０はまた、位置決め装置３０２を制御し、それにより、フィードバックループを介して単一光子放射強度が最大になるように単一光子源２００の位置を制御するステップを含む。単一光子検出器３２２は、使用時に、検出された単一光子強度に応じた信号をもたらす。位置決め装置３０２は、単一光子源２０２を有する光学要素２００を動かし、その結果、光ポンプレーザからの集束光子が、単一光子源２０２の表面全体にわたって走査される。
【００４８】
この実施形態では、顕微鏡対物レンズ３１０は、ポンプレーザによって放射される光子を非常に小さいスポットサイズに集束するように構成され、このスポットサイズは、通常、単一光子源２０２の表面上で直径がおよそ３００〜５００ｎｍ程度である。位置決め装置３０２の動きは、適切なコンピュータソフトウェアルーチンを使用してコンピュータ制御される。位置決め装置３０２が、光ポンプ源からの集束光子が単一光子放射のために準備された粒子上に送られる位置に単一光子源２００を動かすと、光子検出器３２２は、単一光子放射強度を検知し増大させる。次いで、適切なコンピュータソフトウェアルーチンを使用して、位置決め装置をさらに細かく動かして単一光子放射強度が最大化するように、位置決め装置３０２を制御する。したがって、単一光子放射システム３００は、この実施形態では、単一光子源２０２を最適な位置に位置決めするためのフィードバックループを備える。
【００４９】
さらに、単一光子放射システム３００は、通常、すべての光学構成部品および電子構成部品が配置されるハウジング（図示せず）を備える。単一光子放射システム３００は、この実施形態では、テーブルの上に配置してもよい移動可能な装置である。
【００５０】
本発明は、具体例を参照しながら説明してきたが、本発明が他の多くの形態で実施してもよいことが当業者には理解されよう。たとえば、単一光子を生成するための粒子は、必ずしも光ファイバの凹部の中に配置せず、別法として、他の任意の適切なやり方で適位置に保持してもよい。さらに、各粒子は、ダイヤモンド以外の材料から構成してもよい。さらに、単一光子放射システムは、図３を参照して説明してあるが、本発明の範囲内にある数多くの実現可能な変形形態のうちの１つの変形形態に過ぎないことを理解されたい。
【図１】
2011513769.tif 000003
【図２】
2011513769.tif 000004
【図３】
2011513769.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月18日(2009.5.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
適切な励起に応答して所定の波長で単一光子を放射するように構成された単一光子源を設けるステップであって、前記単一光子源は、ホルダによって保持された、前記単一光子を生成するための粒子を含むステップと、
適切な光子の形で前記適切な励起をもたらすように構成された光ポンプ源を設けるステップと、
前記光ポンプ源によって供給される前記光子の経路、および前記単一光子源の位置を互いに対して調整し、その結果、前記単一光子源が、前記光ポンプ源によって供給される前記光子の前記経路に対して所定の位置に配置され、使用時に前記単一光子源によって単一光子が放射されるステップとを含み、
前記単一光子源を設けるステップは、前記所定の位置から離れた位置で、前記単一光子を生成するための前記粒子を識別するステップを含む、単一光子放射システムを形成する方法。
【請求項２】
前記単一光子源を設けるステップは、前記粒子を前記ホルダによって保持する前に、前記粒子の単一光子放射特性を識別するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
使用時に、前記ホルダから離れる方向に単一光子が放射されるように、前記単一光子源および前記光ポンプ源を構成するステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
使用時に、前記ホルダの一部分を通り抜けて伝送されることなく、前記ホルダから離れる方向に単一光子が放射されるように、前記単一光子源および前記光ポンプ源を構成するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に従った前記方法によって形成される、単一光子放射システム。
【請求項６】
前記単一光子源および前記光ポンプ源を位置決めするための位置決め装置、または、前記光ポンプ源によって放射される前記光子の光路を互いに対して決定し、その結果、使用時に、前記光ポンプ源によって放射される前記光子が前記単一光子源に送られ、単一光子が生成される光学構成部品を備える、請求項５に記載の単一光子放射システム。
【請求項７】
生成された前記単一光子の出力に基づいて前記位置決め装置を制御するように構成されたフィードバックループを備える、請求項６に記載の単一光子放射システム。
【請求項８】
前記位置決め装置および前記フィードバックループは、前記光ポンプ源、または、前記光ポンプ源によって放射される前記光子の光路を決定する光学構成部品に対する前記単一光子源の位置の調整が、自動で実行できるように構成される、請求項７に記載の単一光子放射システム。
【請求項９】
前記単一光子放射システムは、使用時に前記光ポンプ源によって放射される前記光子のビームが前記単一光子源の表面全体に走査されるように構成される、請求項５から８のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１０】
単一光子放射出力に関する情報を提供するための単一光子検出器を備える、請求項５から９のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１１】
前記位置決め装置およびフィードバックループは、単一光子放射強度が最大になる前記単一光子源に対する、前記光ポンプ源によって供給される前記光子のビームの位置を識別するように構成される、請求項７もしくは８のいずれか一項に記載の、または、請求項７もしくは８に従属するときには請求項９もしくは１０のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１２】
前記位置決め装置の制御はコンピュータソフトウェアでサポートされる、請求項７もしくは８のいずれか一項に記載の、または、請求項７もしくは８に従属するときには請求項９もしくは１０のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１３】
前記粒子は、使用時に前記放射される単一光子の波長で光子を放射する単独の粒子である、請求項５から１２のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１４】
前記粒子は、色中心を有するダイヤモンド材料を含む、請求項５から１３のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１５】
前記粒子は、直径がおよそ４０〜１５０ｎｍ程度である、請求項５から１４のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１６】
前記色中心は、窒素空孔（Ｎ−Ｖ）色中心である、請求項５から１５のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１７】
前記単一光子を生成するための前記粒子は１つの色中心を含む、請求項５から１６のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１８】
前記光ポンプ源によって供給される光子を、直径が３００〜５００ｎｍの領域に集束するように構成されたレンズを備える、請求項５から１７のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項１９】
前記ホルダは、前記単一光子を生成するための前記粒子が配置される凹部を備える、請求項５から１８のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項２０】
前記ホルダは、凹部をもつ端面を有する光ファイバ部分の形式で設けられる、請求項５から１９のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項２１】
前記ホルダは、前記放射される単一光子のエネルギーに対応するエネルギーで光学バンドギャップを有する領域によって囲まれたコア領域を含む、光ファイバ部分の形式で設けられ、また、前記単一光子を生成するための前記粒子が前記コア領域内に配置される、請求項５から２０のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項２２】
前記単一光子放射システムは、前記ホルダから離れる方向に放射される単一光子がさらなる用途に使用されるように構成される、請求項５から２１のいずれか一項に記載の単一光子放射システム。
【請求項２３】
適切な励起に応答して所定の波長で単一光子を放射するように構成された単一光子源であって、ホルダによって保持された、前記単一光子を生成するための粒子を含む前記単一光子源と、
適切な光子の形で前記適切な励起をもたらすように構成された光ポンプ源と、
前記光ポンプ源によって供給される前記光子の経路、および前記単一光子源の位置を互いに対して調整し、その結果、使用時に前記単一光子源によって単一光子が放射される位置決め装置と、
前記単一光子源、前記光ポンプ源および前記位置決め装置が配置されるハウジングとを備え、
移動可能であるように構成される単一光子放射システム。
【請求項２４】
前記単一光子放射システムは、適切なテーブル上に配置するように構成される、請求項２３に記載の単一光子放射システム。
【国際調査報告】
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