CN1457571B - 相位调制装置及相位调制方法 - Google Patents

Abstract

在高速工作时，无法忽略对相位调制器施加电压时，达到可以施加的电压时的上升期间和回到0V为止的下降期间。将第一相位调制器(71)、第二相位调制器(73)并联配置后，由控制部(51)的切换部(55)用第一光开关(33)、第二光开关(35)切换光路。控制部(51)的切换部(55)向第一电压产生部(57)或第二电压产生部(59)提供相位调制数据存储器(53)所存储的相位调制数据(31)，产生相位调制所需的电压。

Description

相位调制装置及相位调制方法

技术领域

本发明涉及对光信号高速地进行相位调制的相位调制装置及方法。例如涉及在相位调制方式的量子密码中使用的高速调制装置及方法。

背景技术

图14、15表示例如在1996年12月的文献：内山[量子力学的基础和量子密码]数理科学No.402中公开的在已有技术的量子密码中使用的相位调制方法。

在相位调制方式密码中，一般以图14所示的构造配置相位调制器(PM)。在传送装置和接收装置中各自配置一个相位调制器(PMA、PMB)，对相位调制器施加和相位调制(0、π/2、π、3π/2)对应的电压。

相位调制方式的量子密码，以使用光纤等的光学系统，利用通过两种长度相同的光路而来的相位不同的光子的干涉构成物理系统。在一般的相位调制方式的量子密码的调制在传送装置和接收装置之间各自配置一个相位调制器，进行所需的相位调制使其工作。

举例具体说明相位调制方式的量子密码的常规的相位调制方法如下。

例如，使用图14、图15说明使用了光纤的在接合点使用耦合器的B92协议的一个实施例。自激光器输出以某重复频率振荡的光子，成为光信号，通过光纤等到耦合器1。下面，只说明在量子密码中重要的两条光路。

第一条是在耦合器1往图14的上方传送，通过相位调制器PMA后通过耦合器2，接着在耦合器3不通过相位调制器PMB的光路，而经由耦合器4到检测器的第一光路。

第二条是在耦合器1不通过相位调制器PMA的光路，而通过耦合器2，接着在耦合器3往图14的上方传送，通过相位调制器PMB后经由耦合器4到检测器的第二光路。

第一光路和第二光路的长度相同。

在该长度相同的光路，关于相位，设一个是用相位调制器PMA进行调制的相位Фa、另一个是用相位调制器PMB进行调制的相位Фb，按照其差值Фa-Фb发生光的干涉。相位调制方式的量子密码利用该干涉。如此，以往的相位调制的方法只是在传送装置和接收装置各配置一个相位调制器，进行所需的相位调制。

例如，为了进行0、π/2、π、3π/2的相位调制，对相位调制器施加0V、4V、8V、12V的电压。如图15所示，加电压时，一定存在电压的上升期间LP和下降期间TP。又，在用一个相位调制器依次调制连续不同的随机的相位时，必须设置空白期间BP(BP＞0)。

在以往的相位调制方法中，为了调制，需要对相位调制器以不同的值高速地加电压，电压的上升期间LP、下降期间TP成了高速化的瓶颈。例如，使用脉冲激光器，使光子以某重复频率振荡，也需要和该时序同步地进行相位调制，为了进行相位调制需要和该时序同步地施加和调制量对应的几种电压。在量子密码的位速率因和脉冲激光器的频率成正比，为了高速化需要对相位调制器施加高速切换的电压。因而，电压的上升期间LP、下降期间TP长时，一般至施加和前值不同的下一电压为止的时间变长。若忽略其而提高(例如脉冲激光器的)重复频率，则无法取空白期间BP(BP≤0)，下一时序的电压的上升和前一时序的电压的下降重叠，无法正常地发挥功能。因而，具有成为高速化的障碍的问题点。

本发明的目的在于相位调制的高速处理。例如，目的在于提高在相位干涉方式量子密码的位速率，即高速工作。

发明内容

本发明的相位调制装置，其特征在于包括：

N(N为2以上的整数)个相位调制器，对在光路传送的光信号进行相位调制；

第一和第二光开关，选择并联配置的该N个相位调制器的其中一个和光路连接；以及

控制部，向该第一和第二光开关输出切换信号，令N个相位调制器的其中一个和光路连接。

该控制部的特征为包括：

相位调制数据存储器，存储相位调制数据；

N个电压产生部，对N个相位调制器各自产生和相位调制对应的电压；以及

切换部，依次读入相位调制数据存储器所存储的相位调制数据后，依次供给对利用该第一和第二光开关和光路连接的相位调制器产生电压的电压产生部所读入的相位调制数据。

该控制部的特征为包括：

相位调制数据存储器，存储取N个值的相位调制数据；

电压产生部，对N个相位调制器各自产生和相位调制数据的N个值对应的N个固定的电压后，向各相位调制器提供固定的电压；以及

切换部，读入存储在相位调制数据存储器的相位调制数据，向该第一和第二光开关输出选择与读入的相位调制数据值的对应电压所供给的相位调制器的切换信号。

本发明的相位调制装置，其特征在于包括：

N(N为2以上的整数)个相位调制器，串联连接在光路上；及

控制部，对N个相位调制器产生N个电压后，各自供给N个相位调制器所产生的N个电压，使得作用于该N个相位调制器的电压和与和对光信号进行的相位调制对应的电压相等。

该控制部的特征为包括：

相位调制数据存储器，存储相位调制数据；及

电压产生部，产生将和相位调制数据存储器所存储的相位调制数据对应的电压VN等分的均匀电压(V/N)后，分别供给N个相位调制器所产生的N个均匀电压(V/N)。

本发明的相位调制方法，将第一和第二光信号依次进行相位调制，其特征在于包括：

第一调制过程，用第一相位调制器对第一光信号进行相位调制；及

第二调制过程，在该第一调制过程结束前，用第二相位调制器对第二光信号进行相位调制。

本发明的相位调制方法，对光信号只进行规定量的相位调制，其特征在于包括：

第一调制过程，用第一相位调制器对第一光信号进行相位调制；及

第二调制过程，用第二相位调制器对利用第一调制过程进行相位调制后的光信号再进行相位调制；

通过执行该第一调制过程和第二调制过程，对光信号进行该规定量的相位调制。

附图说明

图1是表示实施例1的相位调制装置的图；

图2是表示实施例1的相位调制器的工作说明图；

图3是表示实施例1的切换部的工作流程图；

图4是表示实施例2的相位调制装置的图；

图5是表示实施例2的相位调制器的工作说明图；

图6是表示实施例2的切换部的工作流程图；

图7是表示实施例3的相位调制装置的图；

图8是表示实施例3的相位调制器的工作说明图；

图9是所加电压的波形图；

图10是表示实施例3的电压产生部的工作流程图；

图11是相位调制器的另一配置构造图；

图12是相位调制器的另一配置构造图；

图13是相位调制器的另一配置构造图；

图14是常规的相位调制器的配置图；

图15是常规的相位调制器的工作说明图。

发明的最佳实施例

实施例1

在本实施例1，说明一种相位调制方式的量子密码的高速调制方式，其特征在于，在使用相位调制方式的量子密码使用中，并联地配置多个相位调制器，用光开关高速切换。

图1表示相位调制方式的量子密码的高速调制系统。

本调制系统由传送装置100、传送路200以及接收装置300构成。在传送装置100中，激光器91使光信号以重复频率C振荡，连续地产生光信号。第一耦合器94、第二耦合器95是令光信号分离、汇合的。第一相位调制器71和第二相位调制器73是对光信号进行相位调制的。第一光开关33和第二光开关35是切换第一相位调制器71和第二相位调制器73的。又，自激光器91向切换部55输出同步输出信号93。

控制部51控制相位调制。控制部51具有相位调制数据存储器53、切换部55、第一电压产生部57以及第二电压产生部59。相位调制数据存储器53输入相位调制数据31后存储。切换部55在自激光器91输出了同步输出信号93时，交替地切换第一光开关33和第二光开关35，使第一相位调制器71和第二相位调制器73交替使用。又，切换部55根据相位调制数据存储器所存储的相位调制数据31的值，向第一电压产生部57和第二电压产生部59指示，使其产生对第一相位调制器71及第二相位调制器73进行相位调制的电压。第一电压产生部57令第一相位调制器71产生相位调制电压。第二电压产生部59令第二相位调制器73产生相位调制电压。

传送路200是光纤等的传送路。

接收装置300具有和传送装置100相同的构造。接收装置300和传送装置100的相异点在于不象传送装置100那样具有激光器91，而具有检测器98。检测器98是检测光的干涉的。

图2表示第一相位调制器71和第二相位调制器73及第一相位调制器81和第二相位调制器83的工作图。

图2(a)表示加到第一光信号的电压，图2(b)表示加到第二光信号的电压。

如图2所示，第一相位调制器71和第二相位调制器73的工作时间只在期间OP重叠。即，在用第一相位调制器71对第一光信号进行相位调制的第一调制过程终了前，用第二相位调制器73对第二光信号进行相位调制的第二调制过程开始。第一调制过程和第二调制过程由于第一相位调制器71和第二相位调制器73并联而具有重叠期间OP。

图3是表示控制部51的切换部55的工作的流程图。

切换部55首先在S11，自相位调制数据存储器53依次取得相位调制数据31。接着，在S12，在无相位调制数据31时，切换部55结束相位调制处理。然后，在S13，决定在下一光信号的相位调制使用第一相位调制器71和第二相位调制器73之中的哪一个相位调制器。在此时，交替使用第一相位调制器71和第二相位调制器73。然后，在S14，在使用第一相位调制器71时，预先向第一电压产生部57传送相位调制数据31。而在使用第二相位调制器73时，预先向第二电压产生部59传送相位调制数据31。接着，在S15，等待来自激光器91的同步输出信号93。在来自激光器91的同步输出信号93来到时，切换部55在S16对第一光开关33和第二光开关35进行向第一相位调制器71或第二相位调制器73的切换。然后，在S17，向供给利用第一光开关33和第二光开关35所连接的相位调制器相位调制用的电压的电压产生部传送根据相位调制数据31产生的电压的启动信号。结果，第一电压产生部57或第二电压产生部59向第一相位调制器71或第二相位调制器73输出根据相位调制数据31产生的电压。

在图2中，在时刻T1，第一电压产生部57起动，在时刻T2，第二电压产生部59起动。

如以上所示，通过切换使用并联的两个相位调制器，能以最快为2倍的速度进行相位调制。通过切换使用并联的N台相位调制器，能以最快为N倍的速度进行相位调制。

实施例2

图4是表示传送装置100(或接收装置300)的另一实例的图。

在图4，表示将第一相位调制器71、第二相位调制器73、第三相位调制器75、第四相位调制器77的4个相位调制器并联后用第一光开关33和第二光开关35切换的情况。电压产生部58为了进行0、π/2、π、3π/2的4种量的相位调制，总是产生0V、4V、8V、12V。0V供给第一相位调制器71。4V供给第二相位调制器73。8V供给第三相位调制器75。12V供给第四相位调制器77。

图5是第一相位调制器71、第二相位调制器73、第三相位调制器75、第四相位调制器77的工作说明图。第一相位调制器71总是进行0V的相位调制。第二相位调制器73总是进行4V的相位调制。第三相位调制器75总是进行8V的相位调制。第四相位调制器77总是进行12V的相位调制。切换部55依照相位调制数据存储器53所存储的相位调制数据31的4种值(0、π/2、π、3π/2)切换第一光开关33和第二光开关35。例如，如图5所示，在相位调制数据31是3π/2时，切换部55将第一光开关33和第二光开关35切换到S4。于是，第一光信号以12V的电压进行相位调制。其次，在相位调制数据31是π时，切换部55将第一光开关33和第二光开关35切换到S3。于是，第二光信号以8V的电压进行相位调制。

图6是图4所示控制部51的切换部55的工作流程图。

首先，在S21，切换部55依次取得相位调制数据存储器53所存储的相位调制数据31。接着，在S22，在无相位调制数据31时，结束相位调制处理。在有相位调制数据31时，在S23，等待来自激光器91的同步输出信号93。当来自激光器91的同步输出信号93来到时，在S24依据相位调制数据31的值指示第一光开关33和第二光开关35的切换。

在本实施例，因使4个相位调制器各自总是进行某一种相位调制(0或π/2或π或3π/2)，利用第一光开关33和第二光开关35选择相位调制器，所以，可完全不考虑电压的上升下降期间，进行高速的相位调制。

在本实施例，只要第一光开关33和第二光开关35的切换时间以比从激光器91产生的光子的重复频率C快的频率S切换即可，可进行高速的相位调制。

实施例3

在本实施例3，说明一种相位调制方式的量子密码的高速调制方式，其特征在于在使用相位调制方式的量子密码方式中，串联地配置多个相位调制器，将想进行调制的相位分割后进行调制。

在本实施例，说明传送装置100(或接收装置300)的另一实例。

在本实施例，使用图7说明将相位调制器串联的情况。

在图7中，第一相位调制器71、第二相位调制器73、第三相位调制器75、第四相位调制器77串联。电压产生部56产生相等的电压后同时供给这4个相位调制器。

图8是表示4个相位调制器的工作电压。

图9是表示进行π的相位调制时的电压V(V＝8V)。

为了产生8V的电压，设上升期间只需要LP、下降期间只需要TP。在进行相位调制时，施加8V的电压也可进行π的相位调制，施加4次2V的电压也可进行π的相位调制。设产生2V的电压时的上升期间为W、下降期间为U，则因上升期间与下降期间和电压的大小成正比，所以W＝LP/4及U＝TP/4。因此，在本实施例，是通过将本来进行相位调制所需的电压分割后供给，缩短产生本来应供给的电压所需的上升期间及下降期间。例如，如图7所示，在用4个相位调制器施加本来应作用的电压时，用4个相位调制器各自施加1/4的电压即可。因此，上升期间及下降期间变成1/4。

在图8，对4个相位调制器同时供给2V的电压。其理由是因从第一相位调制器71至第四相位调制器77的配置距离短，可将自第一相位调制器71至第四相位调制器77的光信号的通过时间看成近似于0。在从第一相位调制器71至第四相位调制器77的通过时间长至无法忽略时，只要将供给各相位调制器的工作电压的时序分别稍微错开即可。

图10是控制部51的电压产生部56的工作流程图。

电压产生部56在S31，从相位调制数据存储器53取得相位调制数据31。接着，在S32，在无相位调制数据31时，结束相位调制处理。接着，在S33，等待同步输出信号93的输入。在S34，电压产生部56产生相位调制数据31所示的本来的电压V的1/4的电压(V/4)后，同时向4个相位调制器输出。

在上述的例子，表示使8V变成1/4的情况，在作用电压为4V时，对4个相位调制器各自施加1V，而在工作电压为12V时，对4个相位调制器各自施加3V即可。

若依据本实施例，通过将N个相位调制器串联，可将上升期间及下降期间各自缩短至1/N。

在本实施例中，包括第一调制过程，用第一相位调制器71对光信号进行相位调制；及第二调制过程，用第二相位调制器73将利用该第一相位调制器71进行相位调制后的光信号再进行相位调制；还包括第三调制过程及第四调制过程，通过全部串行地执行第一至第四调制过程，进行所需的预定量的相位调制。这样，通过串联配置多个相位调制器，将调制后的相位分割后施加，这样，电压的上升期间和下降期间就缩短，因而可以高速工作。

图11至图13是传送装置100和接收装置300的相位调制器的连接例。

图11表示串联N个相位调制器的情况。

图12表示将相位调制器串联后部分并联的情况。

图13表示将相位调制器并联而且串联的情况。

又，虽未图示，其他的组合也可能。

上述的相位调制装置可用于相位调制方式的量子密码的高速调制装置。不限于量子密码，可用于对光信号进行相位调制。可只在传送装置和接收装置的一方使用上述的构造。

工业实用性

如以上所示，依据本发明的最佳实施例，在以使用了相位调制方式的量子密码令位速率值提高，即在想高速工作时，具有可不受为了进行相位调制而加的电压的上升期间、下降期间等影响、或可大幅度减少其影响而可以高速工作的效果。

依据本发明的最佳实施例，因将相位调制器并联地切换连接，所以，不必等到相位调制工作中的相位调制器的电压降至0V就可使其他相位调制器的相位调制工作开始，可进行高速的相位调制。

依据本发明的最佳实施例，因总是对相位调制器施加固定的电压，利用开关切换光信号后供给，所以，可进行使上升期间、下降期间变成0的高速的相位调制。

依据本发明的最佳实施例，因将相位调制器串联配置，施加分割后的电压，所以，可缩短上升期间及下降期间，从而可以进行高速的相位调制。

标号说明

31相位调制数据             33第一光开关

35第二光开关               43光开关

45光开关                   51控制部

53相位调制数据存储器       55切换部

57第一电压产生部           59第二电压产生部

61控制部                   63相位调制数据存储器

65切换部                   67第一电压产生部

69第二电压产生部           71第一相位调制器

73第二相位调制器           75第三相位调制器

77第四相位调制器           81第一相位调制器

83第二相位调制器           91激光器

93同步输出信号             94第一耦合器

95第二耦合器               96耦合器

97耦合器             98检测器

100传送装置          200传送路200

300接收装置          T1时刻

T2时刻BP             空白期间

LP上升期间           TP下降期间

Claims (6)

1.一种相位调制装置，其特征在于包括：

第一相位调制器和第二相位调制器，并联配置，对在光路中传送的光子信号进行相位调制；

第一和第二光开关，选择上述第一相位调制器和上述第二相位调制器中的任意一个和光路连接；以及

控制部，按每个光子信号向该第一和第二光开关输出切换信号，令上述第一相位调制器和上述第二相位调制器交替和光路连接，

上述第一相位调制器和上述第二相位调制器利用电压的输入对光子信号施加相位调制，

通过上述第一和第二光开关进行切换，使得和光路连接的相位调制器在上述第一相位调制器的相位调制终了之前上述第二相位调制器开始相位调制，

该控制部包括：

相位调制数据存储器，存储相位调制数据；

第一电压产生部，产生对应于上述相位调制数据的值的电压，将产生的电压输出到上述第一相位调制器；

第二电压产生部，产生对应于上述相位调制数据的值的电压，将产生的电压输出到上述第二相位调制器；以及

切换部，依次读出相位调制数据存储器所存储的相位调制数据，交替选择使用上述第一相位调制器或上述第二相位调制器，在使用上述第一相位调制器时，预先向第一电压产生部传送相位调制数据，而在使用上述第二相位调制器时，预先向上述第二电压产生部传送相位调制数据，在来自作为光子信号的发生源的激光器的同步输出信号来到时，对上述第一光开关和第二光开关进行向上述第一相位调制器或上述第二相位调制器的切换，然后，向供给利用上述第一光开关和第二光开关所连接的相位调制器相位调制用的电压的电压产生部传送根据相位调制数据产生的电压的启动信号。

2.一种相位调制装置，其特征在于包括：

N个相位调制器，其中N为大于等于2的整数，并联配置，对在光路中传送的光子信号进行相位调制；

第一和第二光开关，选择N个相位调制器的其中一个和光路连接；以及

控制部，按每个光子信号向该第一和第二光开关输出切换信号，令N个相位调制器的其中一个和光路连接，

上述N个相位调制器，通过上述第一和第二光开关进行切换，使得分别对应于N个电压值的其中一个并与光路连接的相位调制器，在其中一个相位调制器进行的相位调制终了之前，根据分别对应的电压值的固定的电压开始相位调制，

该控制部包括：

相位调制数据存储器，存储对应于上述N个电压值取N个值的相位调制数据；

电压产生部，分别产生与相位调制数据的N个值对应的N个固定的电压后，将产生的N个固定的电压供给与各个电压值对应的相位调制器；以及

切换部，依次读出存储在相位调制数据存储器中的相位调制数据，在来自作为光子信号的发生源的激光器的同步输出信号来到时，依据相位调制数据的值指示第一和第二光开关来进行向上述N个相位调制器之一的切换。

3.一种相位调制装置，其特征在于包括：

N个相位调制器，为了对光子信号依次地进行相位调制，串联连接在光路上，其中，N为2以上的整数；

控制部，用于产生给N个相位调制器的N个电压，给N个相位调制器分别加所产生的N个电压，使得加在上述N个相位调制器的电压的和与对光子信号进行的相位调制对应的电压V相等，

上述控制部具备

相位调制数据存储器，用于存储对应于电压V的相位调制数据；

电压产生部，用于产生将与相位调制数据存储器所存储的相位调制数据对应的电压V进行N等分的均匀电压即V/N后，分别对N个相位调制器供给所产生的N个等分的均匀电压即V/N。

4.一种相位调制方法，将第一光子信号和第二光子信号依次地进行相位调制，

其特征在于该相位调制方法包括：

第一调制过程，通过对第一相调制器输入电压，用第一相位调制器对第一光子信号进行相位调制；

第二调制过程，在第一调制过程终了前，切换光子信号的传送光路，通过对上述第一相位调制器并联配置的第二相位调制器输入电压，用第二相位调制器对第二光子信号进行相位调制；

第一电压产生过程，用第一电压产生部使得产生对应于相位调制数据的值的电压，将产生的电压输出到上述第一相位调制器；

第二电压产生过程，在用第二电压产生部使得产生对应于相位调制数据的值的电压，将产生的电压输出到上述第二相位调制器；以及

切换过程，依次读出相位调制数据存储器所存储的相位调制数据，交替选择使用上述第一相位调制器或上述第二相位调制器，在使用上述第一相位调制器时，预先向第一电压产生部传送相位调制数据，而在使用上述第二相位调制器时，预先向上述第二电压产生部传送相位调制数据，在来自作为光子信号的发生源的激光器的同步输出信号来到时，对第一光开关和第二光开关进行向上述第一相位调制过程或上述第二相位调制过程的切换，向供给利用上述第一光开关和第二光开关所连接的相位调制器相位调制用的电压的电压产生部传送根据相位调制数据产生的电压的启动信号。

5.一种相位调制方法，将第一光子信号和第二光子信号依次地进行相位调制，其特征在于，

该相位调制方法包括：

第一调制过程，用对应于2个电压值中的一个的第一相位调制器对第一光子信号进行相位调制；

第二调制过程，在上述第一调制过程终了前，切换光子信号的传送光路，用与上述2个电压值中的另一个对应并且与上述第一相位调制器并联配置的第二相位调制器对第二光子信号进行相位调制；

数据读出过程，对应于上述2个电压值从存储取2个值的相位调制数据的相位调制数据存储器中读出相位调制数据；

电压产生过程，使得分别产生对应于相位调制数据的2个值的2个固定的电压，将产生的2个固定的电压供给与各个电压值对应的相位调制器；以及

切换过程，依次读出存储在相位调制数据存储器中的相位调制数据，在来自作为光子信号的发生源的激光器的同步输出信号来到时，依据相位调制数据的值指示第一和第二光开关进行向第一或第二调制过程的切换。

6.一种相位调制方法，用串联连接的第一相位调制器和第二相位调制器依次地对光子信号只进行预定量的相位调制，其特征在于包括：

电压产生过程，产生第一均匀电压和第二均匀电压，该第一均匀电压和第二均匀电压是将与上述预定量的相位调制所对应的电压V进行2等分的第一均匀电压即V/2和第二均匀电压V/2，该第一均匀电压与第二均匀电压的上升期间与下降期间比产生上述预定量的相位调制所对应的电压V所需的上升期间与下降期间短，将产生的第一均匀电压即V/2供给上述第一相位调制器，将产生的第二均匀电压即V/2供给上述第二相位调制器；

第一调制过程，通过向第一相位调制器提供在上述电压产生过程中产生的第一均匀电压即V/2，用第一相位调制器对光子信号进行相位调制；

第二调制过程，通过向第二相位调制器提供在上述电压产生过程中产生的第二均匀电压即V/2，用第二相位调制器对在第一调制过程中进行相位调制后的光子信号再进行相位调制；

通过进行上述第一调制过程和第二调制过程，对光子信号进行上述预定量的相位调制。

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