CN102159984B - 相位调制装置、发送装置、接收装置以及相位调制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种在2连光脉冲的高速相位调制时，实现高精度的相位调制的相位调制装置。相位调制装置具备的相位调制器(105)在信号光脉冲(SP)与参照光脉冲(RP)这样的带有时间差的2连光脉冲通过时，对该2连光脉冲，实施与电脉冲的施加电压成比例的相位调制。其结果，输出相位调制后的(SP)′和(RP)′。调制信号生成器(106)根据例如4值的数据信号的输入，以触发信号的输入定时，输出预定的偏置的电脉冲。调制信号生成器(106)针对1次触发信号的输入，输出具有时间差的、极性正相反的2连电脉冲。该2连电脉冲的时间差对应于通过相位调制器(105)的2连光脉冲的时间差。

Description

相位调制装置、发送装置、接收装置以及相位调制方法
技术领域
本发明涉及相位调制装置、发送装置、接收装置以及相位调制方法。本发明特别涉及高速相位调制装置。
背景技术
以往，存在在作为具有时间差的2个光脉冲的信号光脉冲与参照光脉冲之间的相位差中载置信息的相位调制方式。采用了该相位调制方式的相位调制装置用于量子密码通信。如果对输入到相位调制装置中设置的相位调制器的光脉冲施加电脉冲，则对该光脉冲实施相位调制(参照图9)。
在所述以往的相位调制装置中，如专利文献1的发送侧装置的结构那样，仅对信号光脉冲施加用于实施相位调制的电脉冲，参照光脉冲不被实施相位调制而透过相位调制器(参照图10)。或者，如专利文献1的接收侧装置的结构那样，信号光脉冲不被实施相位调制而透过相位调制器，仅对参照光脉冲施加用于实施相位调制的电脉冲。
专利文献1：日本特开2007-251678号公报
发明内容
在如以往技术那样，通过仅对信号光脉冲和参照光脉冲中的某一方施加电脉冲来进行相位调制，对另一方的光脉冲不施加电脉冲而不进行相位调制的结构中，产生以下那样的课题。
电脉冲的脉冲宽度窄至几ns(纳秒)，所以如果驱动频率是直至几十MHz(兆赫兹)的慢的频率，则占空比非常小。另外，占空比是指，脉冲宽度相对脉冲周期的比率。如果占空比非常小，则与伴随数据信号的值(即，在信号光脉冲与参照光脉冲之间的相位差中载置的信息)的变化的电脉冲的信号值的变化(即，电脉冲的有无)无关地，电脉冲的DC(直流)基底不变动。另一方面，如果驱动频率成为100MHz以上的高速，则占空比变大，所以DC基底追随电脉冲的信号值的变化而变动。其结果，对不应实施相位调制的另一方的光脉冲也施加DC基底的变动量的相位调制。该未预期的相位调制相当于产生针对信号光脉冲与参照光脉冲之间的相位差的噪声分量，所以导致干涉清晰度降低、甚至通信差错增加。
图11示出针对电脉冲的信号值的变化与DC基底的变动的关系进行了仿真的结果。
在该仿真中，使用脉冲发生器，生成了重复速度为20MHz、脉冲宽度为10ns、波高为0.5V的输入信号。然后，通过操作输入信号的模式，针对脉冲间隔为(a)50ns、(b)100ns、(c)150ns、(d)200ns这4种信号波进行了仿真。例如，如果将模式设成11111111...，则制作(a)的信号波。另外，如果将模式设成00010001...，则制作(d)的信号波。在将(a)～(d)的信号波输入到宽频带放大器(使用SHF100AP)时，得到图11所示那样的输出信号。各个输出信号的DC基底成为(a)-710mV(毫伏)、(b)-330mV、(c)-250mV、(d)-170mV。根据其结果可知，如果脉冲间隔越窄，即占空比越大，DC基底越降低。另外，在该仿真中频率成为20MHz、脉冲宽度成为10ns，但在频率是100MHz以上、脉冲宽度是几ns的情况下也引起同样的现象。
这样，在以往技术中，追随电脉冲的信号值的变化而引起未预期的DC基底的变动。因此，在嵌入了以往的相位调制装置的量子密码通信装置中，仅能够进行包含噪声的低质量的通信。
本发明的目的在于提供一种相位调制装置，例如，在2连光脉冲的高速相位调制时，实现高精度的相位调制。
本发明的一个方式提供一种相位调制装置，其特征在于，具备：
光脉冲输出部，输入光脉冲，从所输入的光脉冲生成第1光脉冲和以规定的时间差追随所述第1光脉冲的第2光脉冲并对其进行输出；以及
相位调制部，输入具有规定的电压的第1电脉冲，根据所输入的第1电脉冲的电压对从所述光脉冲输出部输出的第1光脉冲进行相位调制，并且输入相对所述第1电脉冲具有规定的电位差的第2电脉冲，根据所输入的第2电脉冲的电压对从所述光脉冲输出部输出的第2光脉冲进行相位调制。
所述第1电脉冲和所述第2电脉冲具有相反的极性。
所述相位调制装置还具备电脉冲输出部，该电脉冲输出部输入电脉冲，与从所述光脉冲输出部输出所述第1光脉冲的定时对应地，将所输入的电脉冲作为所述第1电脉冲而输出，并且使所输入的电脉冲的极性反转，以与所述规定的时间差对应的时间差，将所述极性被反转了的电脉冲作为所述第2电脉冲而输出，
所述相位调制部将从所述电脉冲输出部输出的第1电脉冲施加到从所述光脉冲输出部输出的第1光脉冲而对该第1光脉冲进行相位调制，将从所述电脉冲输出部输出的第2电脉冲施加到从所述光脉冲输出部输出的第2光脉冲而对该第2光脉冲进行相位调制。
所述第1电脉冲和所述第2电脉冲是矩形波。
所述第1电脉冲和所述第2电脉冲的占空比是50％。
所述第1电脉冲和所述第2电脉冲是锯齿波。
本发明的一个方式提供一种发送装置，其特征在于，具备：
相位调制装置；以及
发送部，将由所述相位调制装置的相位调制部进行了相位调制的第1光脉冲和第2光脉冲经由光路发送到接收装置。
本发明的一个方式提供一种接收装置，其特征在于，具备：
接收部，从发送装置经由光路，接收相位调制后的第1光脉冲和第2光脉冲；
相位调制部，输入具有规定的电压的第1电脉冲，根据所输入的第1电脉冲的电压对由所述接收部接收到的第1光脉冲进行相位调制，并且输入相对所述第1电脉冲具有规定的电位差的第2电脉冲，根据所输入的第2电脉冲的电压对由所述接收部接收到的第2光脉冲进行相位调制；以及
相位差检测部，对由所述相位调制部进行了相位调制的第1光脉冲与第2光脉冲之间的相位差进行检测。
本发明的一个方式提供一种相位调制方法，其特征在于，
光脉冲输出部输入光脉冲，
所述光脉冲输出部从所输入的光脉冲生成第1光脉冲和以规定的时间差追随所述第1光脉冲的第2光脉冲并对其进行输出，
相位调制部输入具有规定的电压的第1电脉冲，
所述相位调制部根据所输入的第1电脉冲的电压对从所述光脉冲输出部输出的第1光脉冲进行相位调制，
所述相位调制部输入相对所述第1电脉冲具有规定的电位差的第2电脉冲，
所述相位调制部根据所输入的第2电脉冲的电压对从所述光脉冲输出部输出的第2光脉冲进行相位调制。
所述第1电脉冲和所述第2电脉冲具有相反的极性。
所述相位调制方法还包括：
电脉冲输出部输入电脉冲，
所述电脉冲输出部与从所述光脉冲输出部输出所述第1光脉冲的定时对应地，将所输入的电脉冲作为所述第1电脉冲而输出，
所述电脉冲输出部使所输入的电脉冲的极性反转，以与所述规定的时间差对应的时间差，将所述极性被反转了的电脉冲作为所述第2电脉冲而输出，
在所述第1光脉冲的相位调制中，所述相位调制部将从所述电脉冲输出部输出的第1电脉冲施加到从所述光脉冲输出部输出的第1光脉冲而对该第1光脉冲进行相位调制，
在所述第2光脉冲的相位调制中，所述相位调制部将从所述电脉冲输出部输出的第2电脉冲施加到从所述光脉冲输出部输出的第2光脉冲而对该第2光脉冲进行相位调制。
所述第1电脉冲和所述第2电脉冲是矩形波。
所述第1电脉冲和所述第2电脉冲的占空比是50％。
所述第1电脉冲和所述第2电脉冲是锯齿波。
根据本发明的一个方式，相位调制部根据第1电脉冲的电压对第1光脉冲进行相位调制，并且根据相对第1电脉冲具有规定的电位差的第2电脉冲的电压对第2光脉冲进行相位调制，从而在2连光脉冲的高速相位调制时，可以实现高精度的相位调制。例如，通过将具备这样的相位调制部的相位调制装置嵌入到量子密码通信装置中，通信质量提高。
附图说明
图1是示出嵌入了实施方式1的相位调制装置的量子密码通信装置的结构例的框图。
图2是示出实施方式1的相位调制装置的结构的框图。
图3是示出实施方式1的相位调制装置中的相位调制的定时以及电脉冲的波形的时序图。
图4是示出实施方式1的仿真结果的图。
图5是示出使用了实施方式1的相位调制方法的量子密码通信步骤的流程图。
图6是示出实施方式2的相位调制装置中的相位调制的定时以及电脉冲的波形的时序图。
图7是示出实施方式3的相位调制装置的详细结构的一个例子的图。
图8是示出实施方式4的相位调制装置中的相位调制的定时以及电脉冲的波形的时序图。
图9是示出以往的相位调制装置的结构的框图。
图10是示出以往的相位调制装置中的相位调制的定时以及电脉冲的波形的时序图。
图11是示出以往技术的仿真结果的图。
(符号说明)
100：相位调制装置；101：量子密码发送装置；102：光子源；103：非对称马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉计；104：发送部；105：相位调制器；106：调制信号生成器；107：电脉冲生成器；108：延迟线；109：差动放大器；200：相位调制装置；201：量子密码接收装置；202：接收部；203：非对称马赫-曾德干涉计；204：光子检测器；205：光子检测器；206：相位调制器；301：量子通信路径。
具体实施方式
以下，使用附图，说明本发明的实施方式。
实施方式1.
图1是示出嵌入了本实施方式的相位调制装置100、200的量子密码通信装置的结构例的框图。
在图1中，量子密码发送装置101是发送装置的一个例子，除了相位调制装置100以外，还具备(单一)光子源102、非对称马赫-曾德干涉计103、和发送部104。相位调制装置100具备相位调制器105。
量子密码接收装置201是接收装置的一个例子，除了相位调制装置200以外，还具备接收部202、非对称马赫-曾德干涉计203、1对光子检测器204、205。相位调制装置200具备相位调制器206。
在量子密码发送装置101中，从光子源102放射的光子在通过非对称马赫-曾德干涉计103时成为由信号光脉冲和参照光脉冲构成的带有时间差的2连光脉冲。该2连光脉冲在相位调制器105中被进行了相位调制之后，经由作为光路的一个例子的量子通信路径301从发送部104被发送到量子密码接收装置201。如后所述，对相位调制器105，与所述2连光脉冲的定时对应地输入2连电脉冲。该2连电脉冲被施加到所述2连光脉冲，作为调制信号发挥作用。
在量子密码接收装置201中，从量子密码发送装置101发送的2连光脉冲由接收部202接收。该2连光脉冲在相位调制器206中被进行了相位调制之后，通过非对称马赫-曾德干涉计203。此时，信号光脉冲和参照光脉冲干涉，而通过与非对称马赫-曾德干涉计203的2个端口分别连接的光子检测器204、205中的某一个被检测到。与量子密码发送装置101的相位调制器105同样地，对相位调制器206，与所述2连光脉冲的定时对应地输入2连电脉冲。该2连电脉冲被施加到所述2连光脉冲，作为解调信号发挥作用。
图2是示出量子密码发送装置101中嵌入的相位调制装置100的结构的框图。图3是示出该相位调制装置100中的相位调制的定时以及电脉冲的波形的时序图。
在图2中，相位调制装置100具备相位调制器105以及调制信号生成器106。
相位调制器105对通过的光脉冲，实施与电脉冲的施加电压成比例的相位调制。例如，相位调制器105利用光脉冲的折射率根据所施加的电脉冲的偏置电压而变化这样的电气光学效果，通过使光脉冲的光路长度变化而可以对光脉冲实施相位调制。在图2中，将输入到相位调制器105的信号光脉冲以及参照光脉冲分别表示为SP以及RP。将从相位调制器105输出的信号光脉冲以及参照光脉冲、即实施了相位调制的信号光脉冲以及参照光脉冲表示为SP′以及RP′。
调制信号生成器106根据例如4值的数据信号(也可以是2值或者多值)的输入，在触发信号的输入定时输出预定的偏置的电脉冲。触发信号是时钟或者与时钟同步的信号，对光子源102也输入同样的信号。由此，可以使2连光脉冲通过相位调制器105的定时、和从调制信号生成器106施加2连电脉冲的定时对应。在本实施方式中，调制信号生成器106针对1次触发信号的输入，输出具有时间差的、极性正相反的2连电脉冲。该2连电脉冲的时间差对应于通过相位调制器105的2连光脉冲的时间差。
如图3所示，对相位调制器105，以某一定的时间差，反复输入信号光脉冲和参照光脉冲。同样地，对调制信号生成器106，反复输入触发信号，数据信号被切换。如果输入了触发信号，则调制信号生成器106与信号光脉冲通过相位调制器105的定时对应地，将数据信号指定的振幅的电脉冲施加到相位调制器105。然后，与参照光脉冲通过相位调制器105的定时对应地，将与施加到信号光脉冲的电脉冲相比极性相反且振幅为相同的大小的电脉冲施加到相位调制器105。即，调制信号生成器106每当1组光脉冲通过相位调制器105时，将极性相互相反的1组电脉冲施加到相位调制器105。
本实施方式通过采用所述那样的电脉冲的施加方式，与仅对信号光脉冲施加电脉冲的以往技术相比，起到以下那样的有利的效果。
根据本实施方式，可以将起因于伴随数据信号的变化的向相位调制器105的施加电脉冲的模式变化的、其DC基底的变动抑制至大致0。由此，可以避免如以往技术那样对参照光脉冲也进行伴随DC基底的变动的相位调制而产生噪声这样的事态，可以总是进行精确的相位调制。
图4示出针对输入到相位调制器105的电脉冲的信号值的变化与DC基底的变动的关系进行了仿真的结果。
在该仿真中，使用脉冲发生器，生成了重复速度为20MHz、脉冲宽度为10ns、波的峰值-峰值的高度为0.5V的输入信号。然后，通过与图11的仿真同样地，操作输入信号的模式，针对脉冲间隔为(a)50ns、(b)100ns、(c)150ns、(d)200ns这4种信号波进行了仿真。在将(a)～(d)的信号波输入到宽频带放大器(使用SHF100AP)时，得到图4所示那样的输出信号。任意一个输出信号的DC基底都成为大致0V。根据其结果可知，在本实施方式中，即使占空比变大，也可以抑制DC基底的变动。另外，在该仿真中频率成为20MHz、脉冲宽度成为10ns，但如上所述，在频率为100MHz以上、脉冲宽度为几ns的情况下，也可以期待同样的效果。
如对比图4和图11可知，在本实施方式中，与仅对单一的光脉冲施加电脉冲的以往技术相比，施加到信号光脉冲、参照光脉冲的电脉冲的振幅(即，电压)是一半的大小即可。因此，作为构成调制信号生成器106的驱动器，可以使用与以往技术相比增益小、并且饱和输出小的廉价的放大器。
以下，说明本实施方式中的量子密码通信方法(即，步骤)。
图5是示出使用了本实施方式的相位调制方法的量子密码通信步骤的流程图。
在量子密码发送装置101中，光子源102生成光脉冲，输入到非对称马赫-曾德干涉计103。非对称马赫-曾德干涉计103根据从光子源102输入的光脉冲生成信号光脉冲和参照光脉冲并输出(步骤S101：光脉冲输出步骤)。另外，光子源102以及非对称马赫-曾德干涉计103的组合是光脉冲输出部的一个例子。信号光脉冲是第1光脉冲的一个例子。参照光脉冲是以规定的时间差追随第1光脉冲的第2光脉冲的一个例子。
相位调制装置100的调制信号生成器106输入具有规定的电压的电脉冲。调制信号生成器106与从非对称马赫-曾德干涉计103输出信号光脉冲的定时对应地，将所输入的电脉冲作为第1电脉冲输出。另外，调制信号生成器106使所输入的电脉冲的极性反转，以与所述规定的时间差(即，信号光脉冲与参照光脉冲之间的时间差)对应的时间差，将所述极性被反转的电脉冲作为第2电脉冲而输出(步骤S101：电脉冲输出步骤)。另外，调制信号生成器106是电脉冲输出部的一个例子。第1电脉冲是具有与数据信号的值对应的电压(但是，也可以是以往的一半的电压)的电脉冲，成为信号光脉冲的调制信号。数据信号是通过量子密码通信发送的对信息进行编码而得到的，从量子密码发送装置101的输入装置(未图示，例如键盘、鼠标)、存储装置(未图示，例如HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器))被输入到调制信号生成器106。第2电脉冲是相对第1电脉冲具有规定的电位差的电脉冲，成为参照光脉冲的调制信号。第1电脉冲与第2电脉冲之间的电位差优选为可以消除DC分量的程度。在本实施方式中，通过简单地使第1电脉冲和第2电脉冲具有相反的极性，确保了该电位差。
相位调制装置100的相位调制器105输入从调制信号生成器106输出的第1电脉冲，根据所输入的第1电脉冲的电压对从非对称马赫-曾德干涉计103输出的信号光脉冲进行相位调制。即，相位调制器105将从调制信号生成器106输出的第1电脉冲施加到从非对称马赫-曾德干涉计103输出的信号光脉冲而对该信号光脉冲进行相位调制。另外，相位调制器105输入从调制信号生成器106输出的第2电脉冲，根据所输入的第2电脉冲的电压对从非对称马赫-曾德干涉计103输出的第2光脉冲进行相位调制。即，相位调制器105将从调制信号生成器106输出的第2电脉冲施加到从非对称马赫-曾德干涉计103输出的参照光脉冲而对该参照光脉冲进行相位调制(步骤S102：相位调制步骤)。另外，相位调制器105是相位调制部的一个例子。
例如，在将输入到调制信号生成器106的数据信号设成4值时(即，通过量子密码通信发送的信息是2比特的情况)，在电脉冲输出步骤(步骤S101)中，从量子密码发送装置101的输入装置、存储装置向调制信号生成器106输入值为00、10、01、11中的某一个数据信号(即，2比特的信息)。调制信号生成器106生成与数据信号的值对应的第1电脉冲和第2电脉冲，控制在相位调制步骤(步骤S102)中在信号光脉冲与参照光脉冲之间附加的相位差。例如，可以对数据信号的值00、10、01、11，依次分配相位差0、π、-π/2、π/2。此处，相位差0在将n设成n＞1的整数时设为与2nπ相同的值。同样地，相位差π、-π/2、π/2依次设为与2nπ+π、2nπ-(π/2)、2nπ+(π/2)相同的值。
发送部104将由相位调制装置100的相位调制器105进行了相位调制的信号光脉冲和参照光脉冲经由量子通信路径301发送到量子密码接收装置201(步骤S103：发送步骤)。
在量子密码接收装置201中，接收部202从量子密码发送装置101经由量子通信路径301，接收相位调制后的信号光脉冲和参照光脉冲并对其进行输出(步骤S104：接收步骤)。
相位调制装置200的调制信号生成器(未图示)输入具有规定的电压的电脉冲。该调制信号生成器与从接收部202输出信号光脉冲的定时对应地，将所输入的电脉冲作为第1电脉冲而输出。另外，调制信号生成器106使所输入的电脉冲的极性反转，以与所述规定的时间差(即，信号光脉冲与参照光脉冲之间的时间差)对应的时间差，将所述极性被反转的电脉冲作为第2电脉冲而输出(步骤S104：电脉冲输出步骤)。另外，与量子密码发送装置101的调制信号生成器106同样地，相位调制装置200的调制信号生成器也是电脉冲输出部的一个例子。第1电脉冲是具有与数据信号的值对应的电压(但是，也可以是以往的一半的电压)的电脉冲，成为信号光脉冲的解调信号。数据信号是表示随机数的值的信号(以下，简称为“随机数”)，从量子密码接收装置201的随机数生成器(未图示)被输入到调制信号生成器。第2电脉冲是相对第1电脉冲具有规定的电位差的电脉冲，成为参照光脉冲的解调信号。对于第1电脉冲与第2电脉冲之间的电位差，与量子密码发送装置101的调制信号生成器106相同。
相位调制装置200的相位调制器206输入从调制信号生成器输出的第1电脉冲，根据所输入的第1电脉冲的电压对由接收部202接收到的信号光脉冲进行相位调制。即，相位调制器206将从调制信号生成器输出的第1电脉冲施加到从接收部202输出的信号光脉冲而对该信号光脉冲进行相位解调。另外，相位调制器206输入从调制信号生成器输出的第2电脉冲，根据所输入的第2电脉冲的电压对由接收部202接收到的第2光脉冲进行相位调制。即，相位调制器206将从调制信号生成器输出的第2电脉冲施加到从接收部202输出的参照光脉冲而对该参照光脉冲进行相位解调(步骤S105：相位解调步骤)。另外，相位调制器206是相位调制部的一个例子，可以使用与量子密码发送装置101的相位调制器105相同的结构。
光子检测器204、205中的某一个对由相位调制器206进行了相位解调的信号光脉冲与参照光脉冲之间的相位差进行检测。另外，光子检测器204、205是相位差检测部的一个例子(步骤S106：相位差检测步骤)。
例如，在将输入到量子密码发送装置101的调制信号生成器106的数据信号设成4值时(即，通过量子密码通信发送的信息是2比特的情况)，在接收步骤(步骤S104)中，通过接收部202接收作为相位差为0、π、-π/2、π/2中的某一个的2连光脉冲。在电脉冲输出步骤(步骤S104)中，从量子密码接收装置201的随机数生成器对调制信号生成器输入值为0或者1的随机数(即，1比特的随机数)。调制信号生成器生成与随机数的值对应的第1电脉冲和第2电脉冲，对在相位解调步骤(步骤S105)中施加到信号光脉冲和参照光脉冲的相位调制的量进行控制(即，对在信号光脉冲与参照光脉冲之间施加的相位差进行控制)。例如，可以对随机数的值0、1，依次分配相位调制的量0、π/2。
在电脉冲输出步骤(步骤S104)中随机数的值为0的情况下，相位解调步骤(步骤S105)中的相位调制的量成为0。因此，在接收步骤(步骤S104)中接收到的相位差0、π、-π/2、π/2的2连光脉冲在相位解调步骤(步骤S105)中，依次成为相位差0、π、-π/2、π/2的2连光脉冲(即，未进行相位调制)。例如，如果作为光子检测器204使用对相位差0的光子进行检测的光子检测器，作为光子检测器205使用对相位差π的光子进行检测的光子检测器，则在相位差检测步骤(步骤S106)中，光子检测器204可以检测相位差0的2连光脉冲，光子检测器205可以检测相位差π的2连光脉冲。在光子检测器204检测到相位差0的2连光脉冲的情况下，可知输入到量子密码发送装置101的调制信号生成器106中的数据信号的值是00。在光子检测器205检测到相位差π的2连光脉冲的情况下，可知输入到量子密码发送装置101的调制信号生成器106中的数据信号的值是10。在相位差检测步骤(步骤S106)中得知的数据信号的值(即，2比特的信息)例如通过量子密码接收装置201的输出装置(未图示，例如LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器))输出。然后，通过量子密码接收装置201的处理装置(未图示，例如CPU(Central ProcessingUnit，中央处理单元))，例如用作密码密钥信息或者其一部分。
另一方面，在电脉冲输出步骤(步骤S104)中随机数的值为1的情况下，相位解调步骤(步骤S105)中的相位调制的量成为π/2。因此，在接收步骤(步骤S104)中接收到的相位差0、π、-π/2、π/2的2连光脉冲在相位解调步骤(步骤S105)中，依次成为相位差π/2、-π/2、0、π的2连光脉冲。例如，如上所述，如果作为光子检测器204使用对相位差0的光子进行检测的光子检测器，作为光子检测器205使用对相位差π的光子进行检测的光子检测器，则在相位差检测步骤(步骤S106)中，光子检测器204可以检测相位差0的2连光脉冲，光子检测器205可以检测相位差π的2连光脉冲。在光子检测器204检测到相位差0的2连光脉冲的情况下，可知输入到量子密码发送装置101的调制信号生成器106中的数据信号的值是01。在光子检测器205检测到相位差π的2连光脉冲的情况下，可知输入到量子密码发送装置101的调制信号生成器106中的数据信号的值是11。在相位差检测步骤(步骤S106)中得知的数据信号的值(即，2比特的信息)例如如上所述，通过量子密码接收装置201的输出装置(未图示)输出。然后，通过量子密码接收装置201的处理装置(未图示)，例如用作密码密钥信息或者其一部分。
如以上说明，根据本实施方式，相位调制部(例如，相位调制器105、206)根据第1电脉冲的电压对第1光脉冲(例如，信号光脉冲)进行相位调制，并且根据相对第1电脉冲具有规定的电位差的第2电脉冲的电压对第2光脉冲(例如，参照光脉冲)进行相位调制，从而可以在2连光脉冲的高速相位调制时，进行高精度的相位调制。另外，通过将具备这样的相位调制部的相位调制装置(例如，相位调制装置100、200)嵌入到量子密码通信装置(例如，量子密码发送装置101、量子密码接收装置201)中，通信质量提高。
如上所述，本实施方式的相位调制装置是采用在作为具有时间差的2个光脉冲的信号光脉冲与参照光脉冲之间的相位差中载置信息的相位调制方式，且具备量子密码的相位调制器和调制信号生成器的相位调制装置。在该相位调制装置中，信号光脉冲和参照光脉冲通过相位调制器，根据有无调制信号而接受相位调制。调制信号生成器输出调制用电脉冲信号。通过相位调制用数据信号选择调制用电脉冲信号的振幅。调制用电脉冲信号的输出定时与触发信号同步。根据信号光脉冲和参照光脉冲之间的时间差生成调制用电脉冲信号，由极性相互反转了的2个调制用电脉冲信号构成。对信号光脉冲和参照光脉冲，分别施加极性反转了的相位调制。
实施方式2.
对于本实施方式，主要说明与实施方式1的差异。
嵌入了本实施方式的相位调制装置100、200的量子密码通信装置与实施方式1同样地，可以取图1所示那样的结构。相位调制装置100的结构与图2所示的实施方式1的结构相同。
如图3所示，在实施方式1中，如果输入了触发信号，则调制信号生成器106与信号光脉冲通过相位调制器105的定时对应地，将数据信号指定的振幅的第1电脉冲施加到相位调制器105。然后，调制信号生成器106与参照光脉冲通过相位调制器105的定时对应地，将与施加到信号光脉冲的电脉冲相比极性相反且振幅为相同的大小的第2电脉冲施加到相位调制器105。图3的第1电脉冲、第2电脉冲是使脉冲宽度与信号光脉冲、参照光脉冲的脉冲宽度对应的矩形波，但第1电脉冲、第2电脉冲的脉冲宽度也可以更宽。
图6是示出本实施方式的相位调制装置100中的相位调制的定时以及电脉冲的波形的时序图。
如图6所示，第1电脉冲、第2电脉冲、即施加到相位调制器105的电脉冲的脉冲宽度也可以不与光脉冲的脉冲宽度对应，而设成脉冲周期的50％。即，从调制信号生成器106输出的第1电脉冲和第2电脉冲的占空比也可以是50％。由此，可以易于制作电脉冲，所以相位调制装置100的安装变得简单。另外，对于相位调制装置200也是同样的。
实施方式3.
图7是示出图2所示的实施方式1的相位调制装置100(特别地，调制信号生成器106)的详细结构的一个例子的图。
在图7中，调制信号生成器106具备电脉冲生成器107、延迟线108、差动放大器109。
电脉冲生成器107与触发信号的输入同步地，生成通过数据信号设定的振幅的电脉冲。电脉冲生成器107将所生成的电脉冲作为信号脉冲调制信号和参照脉冲调制信号而从2个输出端口输出。此时，信号脉冲调制信号和参照脉冲调制信号的振幅相同。信号脉冲调制信号直接输入到差动放大器109。另一方面，参照脉冲调制信号经由附加与信号光脉冲和参照光脉冲之间的时间差相当的延迟的延迟线108，输入到差动放大器109的逆变器输入端口。差动放大器109根据相位调制器105的特性适合地进行了信号放大之后，将所放大的信号脉冲调制信号以及参照脉冲调制信号施加到相位调制器105。
在本实施方式中，通过取所述那样的结构，可以容易地生成图2的时序图所示那样的极性相互反转了的有时间差的2连电脉冲。
如上所述，本实施方式的相位调制装置的调制信号生成器对通过数据信号进行了振幅调制的电脉冲信号进行2通道输出。在该调制信号生成器中，所输出的2个信号中的1个信号直接输入到差动放大器而用于信号光脉冲调制。另1个信号通过延迟线与光脉冲的时间差对应地延迟之后，输入到差动放大器的逆变器输入而用于参照光脉冲调制。各信号通过差动放大器被放大为适合的相位调制电压而输出。
实施方式4.
对于本实施方式，主要说明与实施方式1的差异。
嵌入了本实施方式的相位调制装置100、200的量子密码通信装置与实施方式1同样地，可以取图1所示那样的结构。相位调制装置100的结构与图2所示的实施方式1的结构相同。
如图3所示，在实施方式1中，如果输入了触发信号，则调制信号生成器106与信号光脉冲通过相位调制器105的定时对应地，将数据信号指定的振幅的第1电脉冲施加到相位调制器105。然后，调制信号生成器106与参照光脉冲通过相位调制器105的定时对应地，将与施加到信号光脉冲的电脉冲相比极性相反且振幅为相同的大小的第2电脉冲施加到相位调制器105。图3的第1电脉冲、第2电脉冲是使脉冲宽度与信号光脉冲、参照光脉冲的脉冲宽度对应的矩形波，但第1电脉冲、第2电脉冲也可以并非矩形波。
图8是示出本实施方式的相位调制装置100中的相位调制的定时以及电脉冲的波形的时序图。
如图8所示，第1电脉冲、第2电脉冲、即施加到相位调制器105的电脉冲的波形也可以是锯齿状的波形。即，从调制信号生成器106输出的第1电脉冲和第2电脉冲也可以是锯齿波。由此，即使2连光脉冲通过相位调制器105的定时与对相位调制器105施加2连电脉冲的定时稍微偏移，也可以施加具有必要的电位差的2连电脉冲。即，通过施加锯齿状的电脉冲，即使电脉冲的定时相对光脉冲不精确而稍微偏移，相对信号光脉冲和参照光脉冲的相位调制的量之差也恒定，所以可以实现精确的相位调制。另外，对于相位调制装置200也是同样的。
在图8中，示出了锯齿状波的扫描范围比光脉冲的时间差稍微长的例子，但扫描范围也可以等于或者短于光脉冲的时间差。另外，也可以使扫描范围等于脉冲周期。即，也可以与实施方式2同样地，施加横跨脉冲周期的整体的扫描。
如上所述，本实施方式的相位调制装置是采用在作为具有时间差的2个光脉冲的信号光脉冲与参照光脉冲之间的相位差中载置信息的相位调制方式，且具备量子密码的相位调制器和调制信号生成器的相位调制装置。在该相位调制装置中，信号光脉冲和参照光脉冲通过相位调制器，根据有无调制信号而受到相位调制。调制信号生成器输出调制用电脉冲信号。通过相位调制用数据信号选择调制用电脉冲信号的振幅。调制用电脉冲信号的输出定时与触发信号同步。调制用电脉冲信号是消除DC分量的单发(one-shot)的锯齿波状，具有与信号光脉冲和参照光脉冲之间的时间差相同程度或者比该时间差长的扫描时间。对信号光脉冲和参照光脉冲，分别施加极性反转了的相位调制。
以上，说明了本发明的实施方式，但也可以将它们中的2个以上的实施方式组合而实施。或者，也可以部分性地实施它们中的1个实施方式。或者，也可以部分性地组合实施它们中的2个以上的实施方式。

Claims (14)

1.一种相位调制装置，其特征在于，具备：
光脉冲输出部，输入光脉冲，从所输入的光脉冲生成第1光脉冲和以规定的时间差追随所述第1光脉冲的第2光脉冲并对其进行输出；以及
相位调制部，输入具有规定的电压的第1电脉冲，根据所输入的第1电脉冲的电压对从所述光脉冲输出部输出的第1光脉冲进行相位调制，并且输入相对所述第1电脉冲具有规定的电位差的第2电脉冲，根据所输入的第2电脉冲的电压对从所述光脉冲输出部输出的第2光脉冲进行相位调制。
2.根据权利要求1所述的相位调制装置，其特征在于，
所述第1电脉冲和所述第2电脉冲具有相反的极性。
3.根据权利要求2所述的相位调制装置，其特征在于，
所述相位调制装置还具备电脉冲输出部，该电脉冲输出部输入电脉冲，与从所述光脉冲输出部输出所述第1光脉冲的定时对应地，将所输入的电脉冲作为所述第1电脉冲而输出，并且使所输入的电脉冲的极性反转，以与所述规定的时间差对应的时间差，将所述极性被反转了的电脉冲作为所述第2电脉冲而输出，
所述相位调制部将从所述电脉冲输出部输出的第1电脉冲施加到从所述光脉冲输出部输出的第1光脉冲而对该第1光脉冲进行相位调制，将从所述电脉冲输出部输出的第2电脉冲施加到从所述光脉冲输出部输出的第2光脉冲而对该第2光脉冲进行相位调制。
4.根据权利要求2所述的相位调制装置，其特征在于，
所述第1电脉冲和所述第2电脉冲是矩形波。
5.根据权利要求4所述的相位调制装置，其特征在于，
所述第1电脉冲和所述第2电脉冲的占空比是50％。
6.根据权利要求1所述的相位调制装置，其特征在于，
所述第1电脉冲和所述第2电脉冲是锯齿波。
7.一种发送装置，其特征在于，具备：
权利要求1所述的相位调制装置；以及
发送部，将由所述相位调制装置的相位调制部进行了相位调制的第1光脉冲和第2光脉冲经由光路发送到接收装置。
8.一种接收装置，其特征在于，具备：
接收部，从权利要求7所述的发送装置经由光路，接收相位调制后的第1光脉冲和第2光脉冲；
相位调制部，输入具有规定的电压的第1电脉冲，根据所输入的第1电脉冲的电压对由所述接收部接收到的第1光脉冲进行相位调制，并且输入相对所述第1电脉冲具有规定的电位差的第2电脉冲，根据所输入的第2电脉冲的电压对由所述接收部接收到的第2光脉冲进行相位调制；以及
相位差检测部，对由所述接收装置的所述相位调制部进行了相位调制的第1光脉冲与第2光脉冲之间的相位差进行检测。
9.一种相位调制方法，其特征在于，
光脉冲输出部输入光脉冲，
所述光脉冲输出部从所输入的光脉冲生成第1光脉冲和以规定的时间差追随所述第1光脉冲的第2光脉冲并对其进行输出，
相位调制部输入具有规定的电压的第1电脉冲，
所述相位调制部根据所输入的第1电脉冲的电压对从所述光脉冲输出部输出的第1光脉冲进行相位调制，
所述相位调制部输入相对所述第1电脉冲具有规定的电位差的第2电脉冲，
所述相位调制部根据所输入的第2电脉冲的电压对从所述光脉冲输出部输出的第2光脉冲进行相位调制。
10.根据权利要求9所述的相位调制方法，其特征在于，
所述第1电脉冲和所述第2电脉冲具有相反的极性。
11.根据权利要求10所述的相位调制方法，其特征在于，
所述相位调制方法还包括：
电脉冲输出部输入电脉冲，
所述电脉冲输出部与从所述光脉冲输出部输出所述第1光脉冲的定时对应地，将所输入的电脉冲作为所述第1电脉冲而输出，
所述电脉冲输出部使所输入的电脉冲的极性反转，以与所述规定的时间差对应的时间差，将所述极性被反转了的电脉冲作为所述第2电脉冲而输出，
在所述第1光脉冲的相位调制中，所述相位调制部将从所述电脉冲输出部输出的第1电脉冲施加到从所述光脉冲输出部输出的第1光脉冲而对该第1光脉冲进行相位调制，
在所述第2光脉冲的相位调制中，所述相位调制部将从所述电脉冲输出部输出的第2电脉冲施加到从所述光脉冲输出部输出的第2光脉冲而对该第2光脉冲进行相位调制。
12.根据权利要求10所述的相位调制方法，其特征在于，
所述第1电脉冲和所述第2电脉冲是矩形波。
13.根据权利要求12所述的相位调制方法，其特征在于，
所述第1电脉冲和所述第2电脉冲的占空比是50％。
14.根据权利要求9所述的相位调制方法，其特征在于，
所述第1电脉冲和所述第2电脉冲是锯齿波。
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