CN1237368C - 光信号发送装置及光信号发送方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的量子密码发送装置的光学系由法拉第镜和相位调制器构成。相位调制器具有双折射性，在该光路的构造上无法避免很大的插入损失。这导致S/N比降低，使得起动时的调整困难。射入发送装置的光脉冲有对于相位调制器(8)的TE偏振波和TM偏振波的2个光脉冲。用法拉第镜(7)使光脉冲的偏振面旋转90度后反射，将TE偏振波反射为TM偏振波、将TM偏振波反射为TE偏振波后，自发送装置输出。使用2个偏振光分光镜(5)、偏振光分光镜(6)，使TM偏振波的光脉冲对相位调制器(8)旁通。只让TE偏振波的光脉冲通往相位调制器(8)。

Description

光信号发送装置及光信号发送方法
技术领域
本发明是有关于例如在法拉第镜方式量子密码装置的发送装置。
背景技术
图7是例如在G.Ribordy，et.al.“Automated’plug & play’quantum key distribution，”ELECTRONICS LETTERS Vol.34 No.22pp.2116-2117(1998)或国际专利公开公报WO98/10560 QUANTUMCRYPHTOGRAPHY DEVICE AND METHOD所示的以往的法拉第镜方式量子密码装置的整体构造图，在图7，量子密码发送装置100由如下部分构成，耦合器1，和通信用光纤10连接；光检测器2，检测自通信用光纤10向该耦合器1输入的光脉冲；偏振光控制器3，调整所输入的光脉冲的偏振光模式；衰减器4，使光脉冲的强度衰减，使自该量子密码装置输出的光脉冲的强度变成量子级(每个脉冲0.1个光子)；法拉第镜7，使所输入的光脉冲的偏振面旋转90度后反射，因此，TE偏振波的输入脉冲被反射为TM偏振波的光脉冲，TM偏振波的输入脉冲被反射为TE偏振波的光脉冲；相位调制器8，对通过的光脉冲进行相位调制；以及控制板9。在此，TE偏振波(TRANSVERSR ELECTRICPORARIZATION WAVE)意指电气向量的振动方向和入射面垂直且磁性向量的振动方向位于入射面内的光波。又，TM偏振波(TRANSVERSRMAGNETIC PORARIZATION WAVE)意指磁向量的振动方向和入射面垂直且电向量的振动方向位于入射面内的光波。量子密码发送装置200由耦合器51、光检测器1、光检测器2、偏振光控制器54、偏振光控制器55、偏振光分光镜56、循环器57、相位调制器58、控制板59、激光60、短光路61以及长光路62构成。
其次，使用图8说明动作。图7的量子密码发送装置200利用激光60产生光脉冲P。光脉冲P利用耦合器51分割成短光路61和长光路62。长光路62的光脉冲利用偏振光控制器55调整偏振面，通过相位调制器8后利用偏振光分光镜56向通信用光纤10输出。短光路61的光脉冲也向通信用光纤10输出。因长光路62具有比短光路61长的路径，向通信用光纤10输出2种不同的光脉冲P1和P2。于是，向通信用光纤10输出具有2种不同的偏振光模式的光脉冲P1和P2。在时序上错开的向量子密码发送装置100输入通过通信用光纤10的具有2种不同的偏振光模式的光脉冲P1和P2。经过通信用光纤10所输入的光脉冲P1和P2各自利用耦合器1分割成二部分，利用光检测器2检测用耦合器1所分割的一方的光脉冲P1、P2。按照光检测器2的光脉冲检测时序，相位调制器8只对光脉冲P1、P2之中的光脉冲P2调制。用耦合器1所分割的另一方的光脉冲P1、P2利用偏振光控制器3将偏振面调整使相位调制器8为最佳。此时，将在时序上错开的向量子密码发送装置100输入的2个光脉冲P1和P2之中的第一个光脉冲P1调整成变成TE偏振波的偏振光模式。第二个光脉冲P2变成TM偏振波的偏振光模式。通过偏振光控制器3和衰减器4后往法拉第镜7的光脉冲通过相位调制器8后输入法拉第镜7。法拉第镜7所输入的光脉冲的偏振光模式为TE偏振波的光脉冲被反射为TM偏振波的光脉冲，TM偏振波的光脉冲被反射为TE偏振波的光脉冲。所反射的光脉冲再通过相位调制器8。相位调制器8利用控制板9将时序调整成只对被法拉第镜7反射后通过相位调制器8的2个光脉冲P1、P2之中的第2个光脉冲P2相位调制。如在向通信用光纤10射入的光路逆行那样发送受到相位调制后的光脉冲P2。在法拉第镜7反射后通过了相位调制器8的2个光脉冲P1、P2去往衰减器4。衰减器4使光脉冲的强度衰减至在相位调制器8受到相位调制的光脉冲的强度变成量子级(每个脉冲0.1个光子)。然后，光脉冲按照偏振光控制器3、耦合器1的顺序通过后发送至通信用光纤10。
以往的法拉第镜方式量子密码发送装置因该装置所输入的光脉冲在去路和回路通过同一光路，光脉冲通过相位调制器8两次，而且因以偏振光模式损失比较少的TE偏振波和损失极大的TM偏振波的两模式通过，光强度的损失L变成很大。量子密码装置为了提高S/N比(信号/噪音比)而在拆下衰减器4后调整各部分，但是光强度的损失L大时，具有在量子密码装置调整时的S/N比变成极小的问题。
在此，说明光强度的损失。
首先，图8所示的L4表示光脉冲P1、P2通过衰减器4时各光脉冲的强度的损失，L8表示通过相位调制器8时各光脉冲的强度的损失。又，在图8，以符号L表示光脉冲P1、P2通过各部时承受的损失。
例如，设自通信用光纤10所输入的光脉冲的强度为S、相位调制器8的TE偏振波的损失为L8(TE)、相位调制器8的TM偏振波的损失为L8(TM)、其他的损失为LZ，取如下所示的值。
此外，其他的损失LZ包含L4.
S＝50dB
L8(TE)＝6dB
L8(TM)＝30dB
LZ＝2dB
设整体的光强度的损失为L，可由下式求L。
L＝L8(TE)+LZ+L8(TM)+LZ
＝6+2+30+2
＝40dB
设在拆下衰减器4后调整的情况的光脉冲的强度为M，则
M＝S-L＝50-40＝10dB
损失L愈大光脉冲的强度M愈小，S/N比变差，调整作业变难。
本发明的目的在于提供一种量子密码发送装置，在量子密码调整时光强度的损失小。
发明内容
本发明的光信号发送装置的特征在于包括：
第一光路，接收光信号，变成光信号的光路而且发送光信号；
第一和第二偏振光分光镜，设于该第一光路，自第一光路将光信号分离；
第二光路，设于该第一和第二偏振光分光镜之间，成为利用第一和第二偏振光分光镜所分离的光信号的光路；以及
相位调制器，设于该第二光路，对光信号相位调制。
该光信号发送装置的特征在于：还包括反射镜，在该第一光路的端部变更光信号的偏振光模式，而且将光信号反射；
该第一光路用作光信号的去路和回路；
该第二光路用作利用第一和第二偏振光分光镜所分离的光信号的去路和回路。
该第一光路接收具有TE偏振波的光脉冲和TM偏振波的光脉冲的光信号；
该第一和第二偏振光分光镜将TE偏振波的光脉冲分离；
该相位调制器对TE偏振波的光脉冲相位调制。
本发明的光信号发送方法的特征在于包括：
自在第一光路流动并具有TE偏振波和TM偏振波的光信号将TE偏振波分离至第二光路的分离过程；
对于利用分离过程分离至第二光路的TE偏振波相位调制的相位调制过程；以及
使利用相位调制过程相位调制后的TE偏振波向第一光路汇合的汇合过程。
该光信号发送方法的特征在于：具有使光信号反射后使在光路往复的去路过程和回路过程；
在回路过程执行相位调制过程。
本发明的光信号发送装置的特征在于包括：
收发光路，接收光信号，成为光信号的光路，而且发送光信号；
偏振光分光镜，设于收发光路的端部，来自收发光路的光信号分离；
环光路，两端和该偏振光分光镜连接，成为使利用该偏振光分光镜所分离的光信号向该偏振光分光镜环流的光路；
相位调制器，设于环光路，对光信号相位调制；以及
偏振光模式变更器，设于环光路，变更光信号的偏振光模式。
又，偏振光模式变更器包括快·慢耦合器，通过将光纤的偏光波偏振波轴的快轴和慢轴连接变更偏光模式偏振光模式；
收发光路用作光信号的去路和回路；
环光路用作利用偏振光分光镜所分离的光信号的去路和回路。
又，收发光路接收具有TE偏振波的光脉冲和TM偏振波的光脉冲的光信号，该偏振光分光镜将TE偏振波的光脉冲和TM偏振波的光脉冲分离，该相位调制器对TE偏振波的光脉冲相位调制。
本发明的光信号发送方法的特征在于包括：
自在收发光路流动并具有TE偏振波和TM偏振波的光信号将TE偏振波和TM偏振波分离后向环光路的一端和另一端输出的分离过程；
对于利用分离过程所分离的TE偏振波在环光路相位调制的相位调制过程；以及
使自环光路的另一端和一端输出的光信号汇合的汇合过程。
该光信号发送方法的特征在于：在收发光路具有使光信号往复的去路过程和回路过程，在环光路具有使光信号环流的环流过程；
在环流过程执行该相位调制过程。
本发明还包括：
一种光信号发送装置，其特征在于，
包括：
收发光路，接收光信号，成为光信号的光路，而且发送光信号，
偏振光分光镜，设于收发光路的端部，使来自收发光路的光信号分离，
环光路，两端和所述偏振光分光镜连接，成为使利用所述偏振光分光镜所分离的光信号向所述偏振光分光镜环流的光路，
相位调制器，设于环光路，对光信号相位调制，
偏振光模式变更器，设于环光路，变更光信号的偏振光模式；
所述收发光路接收有TE偏振波的光脉冲和TM偏振波的光脉冲的光信号，所述偏振光分光镜将TE偏振波的光脉冲和TM偏振波的光脉冲分离，所述相位调制器对TE偏振波的光脉冲相位调制；
偏振光模式变更器包括快慢耦合器，通过将光纤的偏振波轴的快轴和慢轴连接变更偏振光模式；
所述环光路用作利用偏振光分光镜所分离的光信号的去路和回路。
一种光信号发送方法，其特征在于，
包括：
自在收发光路流动并具有TE偏振波和TM偏振波的光信号将TE偏振波和TM偏振波分离后向环光路的一端和另一端输出的分离工序，
对于利用分离工序所分离的TE偏振波在环光路相位调制的相位调制工序，
使自环光路的另一端和一端输出的光信号汇合的汇合工序，
使光信号在收发光路中往复的去路工序和回路工序，
使光信号在环光路环流的环流工序。
 附图说明
图1是表示本发明的适合实施例的法拉第镜方式量子密码发送装置的光学是构造图。
图2是图1的动作流程图。
图3是表示光脉冲的状态图。
图4是表示光脉冲的时系列通过状况的图。
图5是实施例2的光学是构造图。
图6是实施例2的光学是构造图。
图7是以往的法拉经镜方式量子密码装置的整体构造图。
图8是以往的法拉第镜方式量子密码发送装置的光脉冲的状态图。
图9是实施例3的光学是构造图。
图10是图9的动作流程图。
具体实施方式
实施例1
图1是表示在法拉第镜方式量子密码装置的量子密码发送装置100的光学系构造图。本实施例的法拉第镜方式量子密码发送装置通过使用2片偏振光分光镜使发送装置内的去路和回路不同。
在图1，量子密码发送装置100包括耦合器1，和通信用光纤10连接；光检测器2，检测自通信用光纤10向该耦合器1输入的光脉冲；偏振光控制器3，调整所输入的光脉冲的偏振光模式；衰减器4，使光脉冲的强度衰减，使自该量子密码装置输出的光脉冲的强度变成量子级(每个脉冲0.1个光子)；偏振光分光镜5和偏振光分光镜6，按照偏振光模式，将光脉冲自动切换至使TE偏振波的光脉冲通过相位调制器8的调制光路13、将TM偏振波的光脉冲旁通的旁通光路11；法拉第镜7，使所输入的光脉冲的偏振面旋转90度后反射，因此，TE偏振波的输入脉冲被反射为TM偏振波的光脉冲，TM偏振波的输入脉冲被反射为TE偏振波的光脉冲；以及相位调制器8，对通过的光脉冲进行相位调制。连接衰减器4、偏振光分光镜5、偏振光分光镜6以及法拉第镜7的光路是第一光路R1。又，连接偏振光分光镜5、相位调制器8以及偏振光分光镜6的光路是第二光路R2。第二光路R2相对于第一光路R1并列配置。相位调制器8配置于第二光路R2。其他构造和图7的相同。
其次，使用图2、3、4说明动作。
图2是量子密码发送装置100的动作流程图。图3是在光脉冲的各部的状态图。图4是表示在旁通光路11和调制光路13的光脉冲的时间系列通过状况的图。在图3、4，P、P1、P2表示光脉冲。又，各光脉冲的上部所记载的L4、L5、L6、L8的箭号各自表示有衰减器4、偏振光分光镜6、偏振光分光镜6以及相位调制器8所引起的强度的损失。
(1)去路过程S20
首先，向图1的量子密码发送装置100在时序上错开地输入通过通信用光纤10后具有2种不同的偏振光模式的光脉冲P1、P2(S1)。经过通信用光纤10所输入的光脉冲P1、P2各自利用耦合器1分割成二部分，利用光检测器2检测用耦合器1所分割的一方的光脉冲P1、P2。按照光检测器2的光脉冲检测时序，相位调制器8只对光脉冲P1、P2之中的光脉冲P2调制。利用偏振光控制器3将用耦合器1所分割的另一方的光脉冲P1、P2的偏振面调整使相位调制器8为最佳(S2)。此时，将在时序上错开地输入量子密码发送装置100的2个光脉冲P1、P2之中的第一个光脉冲P1调整成TE偏振波的偏振光模式。因此，第二个光脉冲变成TM偏振波的偏振光模式。其次，利用衰减器4使光脉冲的强度减弱(S3)。通过偏振光控制器3后往法拉第镜7的光脉冲利用偏振光分光镜5将其偏振光模式为TE偏振波的光脉冲P1选择为往通过相位调制器8的调制光路13，将TM偏振波的光脉冲P 2选择为直接往偏振光分光镜6的旁通光路11(S4)。通过了不同的光路的2个光脉冲P1、P2都在偏振光分光镜6汇合后，输入法拉第镜7(S5)。法拉第镜7所输入的光脉冲之中其偏振光模式为TE偏振波的光脉冲被反射为TM偏振波的光脉冲P1，TM偏振波的光脉冲被反射为TE偏振波的光脉冲P2(S6)。
(2)回路过程S30
所反射的光脉冲P1、P2在偏振光分光镜6依照其偏振光模式将TE偏振波的光脉冲P2选择为往通过相位调制器8的调制光路13，将TM偏振波的光脉冲P1选择为直接往偏振光分光镜5的旁通光路11(S7)。相位调制器8利用控制板9调整时序，使得只对被法拉第镜7反射后通过相位调制器8的光脉冲P2进行相位调制(S8)。往通信光纤10如与所射入的光路反向那样发送未受到相位调变调制的光脉冲P1和受到相位调制的光脉冲P2。在法拉第镜7反射后通过了这种不同的光路的2个光脉冲P1、P2在偏振光分光镜5汇合后去往衰减器4(S9)。衰减器4使光脉冲的强度衰减至在相位调制器8受到相位调制的光脉冲的强度变成量子级(每个脉冲0.1个光子)(S10)。
然后，光脉冲按照偏振光控制器3、耦合器1的顺序通过后发送至通信用光纤10(S11)。
如图4所示，通过作为第一光路R1的一部分的旁通光路11的光脉冲只有TM偏振波的光脉冲。而，通过第二光路R2的调制光路13的光脉冲只有TE偏振波的光脉冲。这些光脉冲通过的顺序为按照图4的箭号A1、A2、A3。又，也是按照箭号A4、A5、A6的顺序。
在此，说明光强度的损失。
例如，设自通信用光纤10所输入的光脉冲的强度为S、偏振光分光镜5所引起的光脉冲的强度的损失为L5、偏振光分光镜6所引起的光脉冲的强度的损失为L6、相位调制器8所引起的光脉冲的强度的损失为L8、其他的损失为LZ，取如下所示的值。
此外，其他的损失LZ包含图4的衰减器4所引起的光脉冲的强度的损失L4等。又，在图4，以箭号L表示光脉冲P1、P2通过各部时承受的损失。
S＝50dB
L5＝5dB
L6＝5dB
L8＝6dB
LZ＝2dB
设整体的光强度的损失为L，可由下式求L。
L＝(L5+L6)+LZ+(L6+L8+L5)+LZ
＝5+5+2+5+6+5+2
＝30dB
如上述所示，射入发送装置的光脉冲有对于相位调制器8的TE偏振波和TM偏振波的2个光脉冲。在法拉第镜7使该光脉冲的偏振面旋转，将TE偏振波反射为TM偏振波、TM偏振波反射为TE偏振波后，自发送装置输出。以往，在一个光脉冲以TE偏振波、TM偏振波的2种状态通过相位调制器8。可是相位调制器8对于TM偏振波的透射率低，在以往的构造，入射脉冲例如衰减40dB后输出。
可是，在本实施例，使用2个偏振光分光镜5、偏振光分光镜6，TM偏振波的光脉冲对相位调制器8旁通。只让TE偏振波的光脉冲通往相位调制器8。于是，将入射脉冲的衰减抑制为30dB，换算为S/N比，可提高10dB。
如以上所示，在本实施例，说明了法拉第镜方式量子密码发送装置，其特征在于使用2个偏振光分光镜5、偏振光分光镜6分别在量子密码发送装置内光路设置去路和回路，在某一方的光路上设置相位调制器8。
在本实施例，通过量子密码发送装置的光脉冲的去路和回路利用偏振光分光镜5、偏振光分光镜6变成不同，只通过相位调制器8一次，而且，因只以TE偏振波的偏振光模式通过，入射脉冲的由量子密码发送装置100所引起的损失在拆下了衰减器4时变成30dB，和现有技术的量子密码发送装置100的损失相比，可提高10dB。因此，在调整时换算为S/N比，可提高10Db，可更容易调整量子密码装置。
实施例2
在图1，使用将TE偏振波反射、TM偏振波通过的偏振光分光镜5和偏振光分光镜6，但是如图5所示，也可使用使TE偏振波通过、将TM偏振波反射的偏振光分光镜5a和偏振光分光镜6a。
又，如图6所示，也可使用TM偏振波通过的偏振光分光镜5和TE偏振波通过偏振光分光镜6a。或者，虽未图示，也可使用TE偏振波通过的偏振光分光镜5a和TM偏振波通过的偏光发光镜6。
又，在图1，使用法拉第镜7，但是只要是具有和法拉第镜7相同的功能的，也可使用法拉第镜7以外的部件。
实施例3
图9是未使用法拉第镜7的构造图。
在图9，发送装置包括收发光路R3和环光路R4
在收发光路R3设置偏振光控制器3、衰减器4以及偏振光分光镜5。偏振光分光镜5具有A、B、C3个口。A口连接收发光路R3。B口连接环光路R4的一端。C口连接环光路R4的另一端。通过照这样构成，自B口所输出的光信号输入C口。
又，自C口所输出的光信号输入B口。
以下将像这样使用环光路R4使光信号在B口和C口之间环绕称为环流。
在环光路R4设置相位调制器8和快慢耦合器70。快慢耦合器70通过将光纤的偏振波轴的快轴和慢轴连接将TM偏振波变更为TE偏振波，同时将TE偏振波变更为TM偏振波。快慢耦合器70是偏振光模式变更器的一例。
使用偏光发光镜5将TM偏振波的光脉冲和TE偏振波的光脉冲分离后，使TE偏振波的光脉冲直接通往相位调制器8。TM偏振波的光脉冲经过快慢耦合器70通往相位调制器8的另一方的口。
图10是图9所示量子密码发送装置100的动作流程图。
(1)去路过程S40
图10所示去路过程S40的S1～S4的动作和图2所示S1～S4的动作一样。
(2)环流过程S50
利用偏振光分光镜5所分离的TE偏振波的光脉冲输入相位调制器8，受到相位调制(S8)。其次，受到相位调制的TE偏振波的光脉冲输入快慢耦合器70，变更偏振光模式(S12)，以TM偏振波的光脉冲输出。
而，利用偏振光分光镜5所分离的TM偏振波的光脉冲输入快慢耦合器70，自TM偏振波变更为TM偏振波(S12)后输出。自快慢耦合器70所输出的TE偏振波的光脉冲输入相位调制器8，但是不进行相位调制，直接向偏振光分光镜5输出。
(3)回路过程S60
图10所示回路过程S60的S9～S11的动作和图2所示S9～S11的动作一样。
上述的去路过程S40和回路过程S60是在收发光路R3进行的动作。又，上述的环流过程S50是在环光路R4进行的动作。
在使用图9所示的构造的情况，B口所输出的TE偏振波的光脉冲只通过相位调制器8一次，就被送回C口。因此，将光强度的损失抑制为最小，可具有和上述的实施例一样的效果。
此外，上述的快慢耦合器70是偏振光模式变更器的一例，只要是可在TE偏振波和TM偏振波之间变更的，使用别的机器也可。例如，使用1/2λ板(λ是波长)也可。或者，使得光通信缆线扭转90度也可.或者，使光通信缆线成90度正交后连接也可。
产业上的可应用性
如以上所述，若依据本发明的适合的实施例的法拉第镜方式量子密码发送装置，装置内的光路分成去路和回路，因通过的光脉冲只通过相位调制器8一次即可，具有可减少强度损失、可提高量子密码发送装置在调整时的S/N比、调整变得容易的效果。
又，若依据本发明的适合的实施例，因使得使用环光路，不使用法拉第镜，具有装置的构造变得简单的效果。

Claims (2)

1.一种光信号发送装置，其特征在于，
包括：
收发光路，接收光信号，成为光信号的光路，而且发送光信号，
偏振光分光镜，设于收发光路的端部，使来自收发光路的光信号分离，
环光路，两端和所述偏振光分光镜连接，成为使利用所述偏振光分光镜所分离的光信号向所述偏振光分光镜环流的光路，
相位调制器，设于环光路，对光信号相位调制，
偏振光模式变更器，设于环光路，变更光信号的偏振光模式；
所述收发光路接收有TE偏振波的光脉冲和TM偏振波的光脉冲的光信号，所述偏振光分光镜将TE偏振波的光脉冲和TM偏振波的光脉冲分离，所述相位调制器对TE偏振波的光脉冲相位调制；
偏振光模式变更器包括快慢耦合器，通过将光纤的偏振波轴的快轴和慢轴连接变更偏振光模式；
所述环光路用作利用偏振光分光镜所分离的光信号的去路和回路。
2.一种光信号发送方法，其特征在于，
包括：
自在收发光路流动并具有TE偏振波和TM偏振波的光信号将TE偏振波和TM偏振波分离后向环光路的一端和另一端输出的分离工序，
对于利用分离工序所分离的TE偏振波在环光路相位调制的相位调制工序，
使自环光路的另一端和一端输出的光信号汇合的汇合工序，
使光信号在收发光路中往复的去路工序和回路工序，
使光信号在环光路环流的环流工序。
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