JP2002084277A - 位相変調装置及び位相変調方法 - Google Patents
位相変調装置及び位相変調方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 位相変調器に電圧を印加するとき、印加した
い電圧になるまでの立ち上がり期間、０Ｖにまで戻る立
ち下がり期間が高速作動時には無視できない。 【解決手段】 第１の位相変調器７１、第２の位相変調
器７３を２つ並列に配置し、制御部５１の切替部５５に
より、第１の光スイッチ３３、第２の光スイッチ３５で
光路を切り替える。制御部５１の切替部５５は、位相変
調データメモリ５３に記憶された位相変調データ３１を
第１の電圧発生部５７又は第２の電圧発生部５９に供給
して位相変調に必要な電圧を発生させる。
い電圧になるまでの立ち上がり期間、０Ｖにまで戻る立
ち下がり期間が高速作動時には無視できない。 【解決手段】 第１の位相変調器７１、第２の位相変調
器７３を２つ並列に配置し、制御部５１の切替部５５に
より、第１の光スイッチ３３、第２の光スイッチ３５で
光路を切り替える。制御部５１の切替部５５は、位相変
調データメモリ５３に記憶された位相変調データ３１を
第１の電圧発生部５７又は第２の電圧発生部５９に供給
して位相変調に必要な電圧を発生させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光信号を高速に
位相変調する位相変調装置及び方法に関するものであ
る。例えば、位相変調方式量子暗号における高速変調装
置及び方法に関するものである。
位相変調する位相変調装置及び方法に関するものであ
る。例えば、位相変調方式量子暗号における高速変調装
置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１４，図１５は、例えば、文献：内山
「量子力学の基礎と量子暗号」数理科学Ｎｏ．４０２，
ＤＥＣＥＭＢＥＲ １９９６に示された従来の位相変調
方式量子暗号における位相変調を行う方法である。位相
変調方式暗号では、通常、図１４のような構成で位相変
調器（ＰＭ）を配置する。送信装置と受信装置とで、各
々１つの位相変調器（ＰＭＡ，ＰＭＢ）を配し、位相変
調（０，π／２，π，３π／２）に対応する印加電圧を
位相変調器にかける。
「量子力学の基礎と量子暗号」数理科学Ｎｏ．４０２，
ＤＥＣＥＭＢＥＲ １９９６に示された従来の位相変調
方式量子暗号における位相変調を行う方法である。位相
変調方式暗号では、通常、図１４のような構成で位相変
調器（ＰＭ）を配置する。送信装置と受信装置とで、各
々１つの位相変調器（ＰＭＡ，ＰＭＢ）を配し、位相変
調（０，π／２，π，３π／２）に対応する印加電圧を
位相変調器にかける。
【０００３】位相変調方式量子暗号は、光ファイバなど
を使用した光学系で、２種類の同じ長さの光路を通って
きた位相の異なる光子の干渉を利用して物理的に系を構
成している。通常の位相変調方式量子暗号における変調
は、送信装置と受信装置との２者間で各々１つ位相変調
器を配し、希望の位相変調をかけて動作させる。位相変
調方式量子暗号における従来の位相の変調の仕方を、１
つの例を使って具体的に説明すると次の通りである。
を使用した光学系で、２種類の同じ長さの光路を通って
きた位相の異なる光子の干渉を利用して物理的に系を構
成している。通常の位相変調方式量子暗号における変調
は、送信装置と受信装置との２者間で各々１つ位相変調
器を配し、希望の位相変調をかけて動作させる。位相変
調方式量子暗号における従来の位相の変調の仕方を、１
つの例を使って具体的に説明すると次の通りである。
【０００４】例えば、光ファイバを使用した接合点でカ
プラを使用したＢ９２プロトコルの１つの実現例を図１
４，図１５を用いて説明する。レーザーからある繰り返
し周波数で光子が発振され、それが光信号となり、光フ
ァイバなどを通ってカプラ１に行く。ここから先は、量
子暗号で重要な２つの光路のみ説明する。１つ目は、カ
プラ１で図１４において上に行き、位相変調器ＰＭＡを
通りカプラ２を通って、次に、カプラ３で位相変調器Ｐ
ＭＢを通らない路を通りカプラ４を通って検出器に行く
第１の光路。２つ目は、カプラ１で位相変調器ＰＭＡを
通らない路を通りカプラ２を通って、次に、カプラ３で
図１４において上に行き、位相変調器ＰＭＢを通りカプ
ラ４を通って検出器に行く第２の光路。第１の光路と第
２の光路とは、同じ長さである。この同じ長さの光路
で、位相が、１つは位相変調器ＰＭＡでかけられた位相
Φａ、もう１つは位相変調器ＰＭＢでかけられた位相Φ
ｂとすると、その差Φａ−Φｂの値に従って光の干渉が
起きる。位相変調方式量子暗号は、この干渉を利用して
いる。このように、従来の位相を変調させる方法は、単
純に位相変調器を送信装置と受信装置とに各々１つ配置
し、希望の位相変調を行っていた。例えば、０，π／
２，π，３π／２の位相変調を行うためには、０Ｖ，４
Ｖ，８Ｖ，１２Ｖの電圧を位相変調器に印加する。図１
５に示すように、電圧を印加するためには、電圧の立ち
上がり期間ＬＰと立ち下がり期間ＴＰが必ず存在する。
また、１つの位相変調器で連続して異なるランダムな位
相を順次変調する場合には、ブランク期間ＢＰ（ＢＰ＞
０）を設けなければならない。
プラを使用したＢ９２プロトコルの１つの実現例を図１
４，図１５を用いて説明する。レーザーからある繰り返
し周波数で光子が発振され、それが光信号となり、光フ
ァイバなどを通ってカプラ１に行く。ここから先は、量
子暗号で重要な２つの光路のみ説明する。１つ目は、カ
プラ１で図１４において上に行き、位相変調器ＰＭＡを
通りカプラ２を通って、次に、カプラ３で位相変調器Ｐ
ＭＢを通らない路を通りカプラ４を通って検出器に行く
第１の光路。２つ目は、カプラ１で位相変調器ＰＭＡを
通らない路を通りカプラ２を通って、次に、カプラ３で
図１４において上に行き、位相変調器ＰＭＢを通りカプ
ラ４を通って検出器に行く第２の光路。第１の光路と第
２の光路とは、同じ長さである。この同じ長さの光路
で、位相が、１つは位相変調器ＰＭＡでかけられた位相
Φａ、もう１つは位相変調器ＰＭＢでかけられた位相Φ
ｂとすると、その差Φａ−Φｂの値に従って光の干渉が
起きる。位相変調方式量子暗号は、この干渉を利用して
いる。このように、従来の位相を変調させる方法は、単
純に位相変調器を送信装置と受信装置とに各々１つ配置
し、希望の位相変調を行っていた。例えば、０，π／
２，π，３π／２の位相変調を行うためには、０Ｖ，４
Ｖ，８Ｖ，１２Ｖの電圧を位相変調器に印加する。図１
５に示すように、電圧を印加するためには、電圧の立ち
上がり期間ＬＰと立ち下がり期間ＴＰが必ず存在する。
また、１つの位相変調器で連続して異なるランダムな位
相を順次変調する場合には、ブランク期間ＢＰ（ＢＰ＞
０）を設けなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の位相変調の方式
では、変調させるために、位相変調器に電圧を異なる値
で高速に印加する必要があるが、電圧の立ち上がり期間
ＬＰ、立ち下がり期間ＴＰが高速化のネックとなる。例
えば、パルスレーザーを使用して、光子をある繰り返し
周波数で発振し、このタイミングと同期して位相変調も
施す必要があるわけで、これを行うために変調量に対応
した何種類かの電圧を上記タイミングに同期して印加す
る必要がある。量子暗号におけるビットレートは、パル
スレーザーの周波数に比例するため、高速化を行うため
には位相変調器に電圧を高速に切り替えて印加する必要
がある。そのため、電圧の立ち上がり期間ＬＰ、立ち下
がり期間ＴＰが大きいと、一般には前の値とは異なる次
の電圧がかけられるまでの時間は大きくなってしまう。
これを無視して（例えば、パルスレーザーの）繰り返し
周波数を上げると、ブランク期間ＢＰがとれなくなり
（ＢＰ≦０）、次のタイミングの電圧の立ち上がりと前
のタイミングの電圧の立ち下がりとが重なり、正常に機
能しなくなる。このため、高速化の障害になるという問
題点があった。
では、変調させるために、位相変調器に電圧を異なる値
で高速に印加する必要があるが、電圧の立ち上がり期間
ＬＰ、立ち下がり期間ＴＰが高速化のネックとなる。例
えば、パルスレーザーを使用して、光子をある繰り返し
周波数で発振し、このタイミングと同期して位相変調も
施す必要があるわけで、これを行うために変調量に対応
した何種類かの電圧を上記タイミングに同期して印加す
る必要がある。量子暗号におけるビットレートは、パル
スレーザーの周波数に比例するため、高速化を行うため
には位相変調器に電圧を高速に切り替えて印加する必要
がある。そのため、電圧の立ち上がり期間ＬＰ、立ち下
がり期間ＴＰが大きいと、一般には前の値とは異なる次
の電圧がかけられるまでの時間は大きくなってしまう。
これを無視して（例えば、パルスレーザーの）繰り返し
周波数を上げると、ブランク期間ＢＰがとれなくなり
（ＢＰ≦０）、次のタイミングの電圧の立ち上がりと前
のタイミングの電圧の立ち下がりとが重なり、正常に機
能しなくなる。このため、高速化の障害になるという問
題点があった。
【０００６】この発明は、位相変調の高速処理を目的と
している。例えば、位相干渉方式量子暗号におけるビッ
トレートの向上、即ち、高速動作化を目的とする。
している。例えば、位相干渉方式量子暗号におけるビッ
トレートの向上、即ち、高速動作化を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係る位相変調
装置は、光路を流れる光信号に位相変調をかけるＮ個
（Ｎは２以上の整数）の位相変調器と、上記Ｎ個の位相
変調器を並列に配置して、Ｎ個の位相変調器のいずれか
を選択的に光路に接続する第１と第２の光スイッチと、
上記第１と第２の光スイッチに対して切り替え信号を出
力してＮ個の位相変調器のいずれかを光路に接続させる
制御部とを備えたことを特徴とする。
装置は、光路を流れる光信号に位相変調をかけるＮ個
（Ｎは２以上の整数）の位相変調器と、上記Ｎ個の位相
変調器を並列に配置して、Ｎ個の位相変調器のいずれか
を選択的に光路に接続する第１と第２の光スイッチと、
上記第１と第２の光スイッチに対して切り替え信号を出
力してＮ個の位相変調器のいずれかを光路に接続させる
制御部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】上記制御部は、位相変調データを記憶する
位相変調データメモリと、Ｎ個の位相変調器に対して位
相変調に対応する電圧をそれぞれ発生するＮ個の電圧発
生部と、位相変調データメモリに記憶された位相変調デ
ータを順次読み込んで読み込んだ位相変調データを、上
記第１と第２の光スイッチにより光路に接続される位相
変調器に対して電圧を発生させる電圧発生部に順次供給
する切替部とを有することを特徴とする。
位相変調データメモリと、Ｎ個の位相変調器に対して位
相変調に対応する電圧をそれぞれ発生するＮ個の電圧発
生部と、位相変調データメモリに記憶された位相変調デ
ータを順次読み込んで読み込んだ位相変調データを、上
記第１と第２の光スイッチにより光路に接続される位相
変調器に対して電圧を発生させる電圧発生部に順次供給
する切替部とを有することを特徴とする。
【０００９】上記制御部は、Ｎ個の値をとる位相変調デ
ータを記憶する位相変調データメモリと、Ｎ個の位相変
調器に対して、位相変調データのＮ個の値に対応したＮ
個の一定の電圧をそれぞれ発生させて各位相変調器に対
して一定の電圧を供給する電圧発生部と、位相変調デー
タメモリに記憶された位相変調データを読み込んで読み
込んだ位相変調データの値に対応した電圧が供給されて
いる位相変調器を選択する切り替え信号を上記第１と第
２の光スイッチに対して出力する切替部とを備えたこと
を特徴とする。
ータを記憶する位相変調データメモリと、Ｎ個の位相変
調器に対して、位相変調データのＮ個の値に対応したＮ
個の一定の電圧をそれぞれ発生させて各位相変調器に対
して一定の電圧を供給する電圧発生部と、位相変調デー
タメモリに記憶された位相変調データを読み込んで読み
込んだ位相変調データの値に対応した電圧が供給されて
いる位相変調器を選択する切り替え信号を上記第１と第
２の光スイッチに対して出力する切替部とを備えたこと
を特徴とする。
【００１０】この発明に係る位相変調装置は、光路に対
して直列に接続されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の位相
変調器と、上記Ｎ個の位相変調器に印加する電圧の和が
光信号にかける位相変調に対応する電圧と等しくなるよ
うに、Ｎ個の位相変調器に対してＮ個の電圧を発生さ
せ、発生させたＮ個の電圧をＮ個の位相変調器にそれぞ
れ供給する制御部とを備えたことを特徴とする。
して直列に接続されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の位相
変調器と、上記Ｎ個の位相変調器に印加する電圧の和が
光信号にかける位相変調に対応する電圧と等しくなるよ
うに、Ｎ個の位相変調器に対してＮ個の電圧を発生さ
せ、発生させたＮ個の電圧をＮ個の位相変調器にそれぞ
れ供給する制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】上記制御部は、位相変調データを記憶する
位相変調データメモリと、位相変調データメモリに記憶
された位相変調データに対応する電圧ＶをＮ等分した均
等電圧（Ｖ／Ｎ）を発生させ、発生させたＮ個の均等電
圧（Ｖ／Ｎ）をＮ個の位相変調器にそれぞれ供給する電
圧発生部とを備えたことを特徴とする。
位相変調データメモリと、位相変調データメモリに記憶
された位相変調データに対応する電圧ＶをＮ等分した均
等電圧（Ｖ／Ｎ）を発生させ、発生させたＮ個の均等電
圧（Ｖ／Ｎ）をＮ個の位相変調器にそれぞれ供給する電
圧発生部とを備えたことを特徴とする。
【００１２】この発明に係る位相変調方法は、第１と第
２の光信号を順次位相変調する位相変調方法において、
第１の光信号を第１の位相変調器で位相変調する第１の
変調工程と、上記第１の変調工程の終了する前に、第２
の光信号を第２の位相変調器で位相変調する第２の変調
工程とを備えたことを特徴とする。
２の光信号を順次位相変調する位相変調方法において、
第１の光信号を第１の位相変調器で位相変調する第１の
変調工程と、上記第１の変調工程の終了する前に、第２
の光信号を第２の位相変調器で位相変調する第２の変調
工程とを備えたことを特徴とする。
【００１３】この発明に係る位相変調方法は、光信号を
所定量だけ位相変調する位相変調方法において、光信号
を第１の位相変調器で位相変調する第１の変調工程と、
第１の変調工程により位相変調された光信号を第２の位
相変調器で更に位相変調する第２の変調工程とを備え、
上記第１の変調工程と第２の変調工程との両方を実行す
ることにより光信号に上記所定量の位相変調をかけるこ
とを特徴とする。
所定量だけ位相変調する位相変調方法において、光信号
を第１の位相変調器で位相変調する第１の変調工程と、
第１の変調工程により位相変調された光信号を第２の位
相変調器で更に位相変調する第２の変調工程とを備え、
上記第１の変調工程と第２の変調工程との両方を実行す
ることにより光信号に上記所定量の位相変調をかけるこ
とを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】実施の形態１．この実施の形態１
においては、位相変調方式を使用した量子暗号方式にお
いて、複数並列に位相変調器を配置し、光スイッチで高
速切り替えることを特徴とする位相変調方式量子暗号の
高速変調方式を説明する。
においては、位相変調方式を使用した量子暗号方式にお
いて、複数並列に位相変調器を配置し、光スイッチで高
速切り替えることを特徴とする位相変調方式量子暗号の
高速変調方式を説明する。
【００１５】図１は、位相変調方式の量子暗号における
高速変調システムを示す図である。この変調システム
は、送信装置１００と伝送路２００と受信装置３００か
ら構成されている。送信装置１００において、レーザー
９１は、光信号を繰り返し周波数Ｃで発振し、光信号を
連続して発生させるものである。第１のカプラ９４、第
２のカプラ９５は、光信号を分離し、合流させるもので
ある。第１の位相変調器７１と第２の位相変調器７３
は、光信号に位相変調を施すものである。第１の光スイ
ッチ３３と第２の光スイッチ３５は、第１の位相変調器
７１と第２の位相変調器７３を切り替えるものである。
また、レーザー９１から同期出力信号９３が切替部５５
に出力される。
高速変調システムを示す図である。この変調システム
は、送信装置１００と伝送路２００と受信装置３００か
ら構成されている。送信装置１００において、レーザー
９１は、光信号を繰り返し周波数Ｃで発振し、光信号を
連続して発生させるものである。第１のカプラ９４、第
２のカプラ９５は、光信号を分離し、合流させるもので
ある。第１の位相変調器７１と第２の位相変調器７３
は、光信号に位相変調を施すものである。第１の光スイ
ッチ３３と第２の光スイッチ３５は、第１の位相変調器
７１と第２の位相変調器７３を切り替えるものである。
また、レーザー９１から同期出力信号９３が切替部５５
に出力される。
【００１６】制御部５１は、位相変調を制御するもので
ある。制御部５１は、位相変調データメモリ５３と切替
部５５と第１の電圧発生部５７と第２の電圧発生部５９
を有している。位相変調データメモリ５３は、位相変調
データ３１を入力し、記憶しておく。切替部５５は、レ
ーザー９１から同期出力信号９３が出力された場合に、
第１の光スイッチ３３と第２の光スイッチ３５を交互に
切り替え、第１の位相変調器７１と第２の位相変調器７
３を交代で使用するように切り替えるものである。ま
た、切替部５５は、位相変調データメモリ５３に記憶さ
れた位相変調データ３１の値に基づいて、第１の位相変
調器７１及び第２の位相変調器７３に対して位相変調の
ための電圧を発生するよう第１の電圧発生部５７と第２
の電圧発生部５９に指示する。第１の電圧発生部５７
は、第１の位相変調器７１に対して位相電圧を発生させ
る。また、第２の電圧発生部５９は、第２の位相変調器
７３に対して位相変調電圧を発生させる。
ある。制御部５１は、位相変調データメモリ５３と切替
部５５と第１の電圧発生部５７と第２の電圧発生部５９
を有している。位相変調データメモリ５３は、位相変調
データ３１を入力し、記憶しておく。切替部５５は、レ
ーザー９１から同期出力信号９３が出力された場合に、
第１の光スイッチ３３と第２の光スイッチ３５を交互に
切り替え、第１の位相変調器７１と第２の位相変調器７
３を交代で使用するように切り替えるものである。ま
た、切替部５５は、位相変調データメモリ５３に記憶さ
れた位相変調データ３１の値に基づいて、第１の位相変
調器７１及び第２の位相変調器７３に対して位相変調の
ための電圧を発生するよう第１の電圧発生部５７と第２
の電圧発生部５９に指示する。第１の電圧発生部５７
は、第１の位相変調器７１に対して位相電圧を発生させ
る。また、第２の電圧発生部５９は、第２の位相変調器
７３に対して位相変調電圧を発生させる。
【００１７】伝送路２００は、光ファイバ等の伝送路で
ある。受信装置３００は、送信装置１００と同じ構成を
有している。受信装置３００が送信装置１００と異なる
点は、送信装置１００のようにレーザー９１を有してお
らず、検出器９８を有している点である。検出器９８
は、光の干渉を検出するものである。
ある。受信装置３００は、送信装置１００と同じ構成を
有している。受信装置３００が送信装置１００と異なる
点は、送信装置１００のようにレーザー９１を有してお
らず、検出器９８を有している点である。検出器９８
は、光の干渉を検出するものである。
【００１８】図２は、第１の位相変調器７１と第２の位
相変調器７３及び第１の位相変調器８１と第２の位相変
調器８３の動作を示す図である。図２の（ａ）は、第１
の光信号に対して加えられた電圧を示し、図２の（ｂ）
は、第２の光信号に対して加えられた電圧を示してい
る。図２に示すように、第１の位相変調器７１と第２の
位相変調器７３の動作時間は、期間ＯＰだけ重なってい
る。即ち、第１の光信号を第１の位相変調器７１で位相
変調する第１の変調工程の終了する前に、第２の光信号
を第２の位相変調器７３で位相変調する第２の変調工程
が開始されている。このように、第１の変調工程と第２
の変調工程がオーバーラップした期間ＯＰを持つことが
できるのは、第１の位相変調器７１と第２の位相変調器
７３が並列に接続されているからである。
相変調器７３及び第１の位相変調器８１と第２の位相変
調器８３の動作を示す図である。図２の（ａ）は、第１
の光信号に対して加えられた電圧を示し、図２の（ｂ）
は、第２の光信号に対して加えられた電圧を示してい
る。図２に示すように、第１の位相変調器７１と第２の
位相変調器７３の動作時間は、期間ＯＰだけ重なってい
る。即ち、第１の光信号を第１の位相変調器７１で位相
変調する第１の変調工程の終了する前に、第２の光信号
を第２の位相変調器７３で位相変調する第２の変調工程
が開始されている。このように、第１の変調工程と第２
の変調工程がオーバーラップした期間ＯＰを持つことが
できるのは、第１の位相変調器７１と第２の位相変調器
７３が並列に接続されているからである。
【００１９】図３は、制御部５１の切替部５５の動作を
示すフローチャート図である。切替部５５は、まず、Ｓ
１１において、位相変調データメモリ５３から位相変調
データ３１を順次取得する。次に、Ｓ１２において、位
相変調データ３１がない場合には、位相変調処理を終了
する。次に、Ｓ１３において、第１の位相変調器７１と
第２の位相変調器７３とのいずれの位相変調器を次の光
信号の位相変調のために用いるかを決定する。この場合
には、第１の位相変調器７１と第２の位相変調器７３を
交互に用いる。そして、Ｓ１４において、第１の位相変
調器７１を用いる場合には、第２の電圧発生部５９に対
して位相変調データ３１を送信しておく。第２の位相変
調器７３を用いる場合には、第１の電圧発生部５７に対
して位相変調データ３１を送信しておく。次に、Ｓ１５
において、レーザー９１からの同期出力信号９３を待
つ。レーザー９１からの同期出力信号９３がきた場合に
は、切替部５５は、Ｓ１６において、第１の光スイッチ
３３と第２の光スイッチ３５に対して第１の位相変調器
７１への又は第２の位相変調器７３への切り替えを行
う。そして、Ｓ１７において、第１の光スイッチ３３と
第２の光スイッチ３５により接続された位相変調器に対
して位相変調用の電圧を与える電圧発生部に対して、位
相変調データ３１に基づいた電圧を発生するよう起動信
号を送る。この結果、第１の電圧発生部５７又は第２の
電圧発生部５９は、位相変調データ３１に基づいた電圧
を第１の位相変調器７１又は第２の位相変調器７３に出
力する。図２においては、時刻Ｔ１において、第１の電
圧発生部５７の起動が行われ、また、時刻Ｔ２におい
て、第２の電圧発生部５９の起動が行われたことを示し
ている。
示すフローチャート図である。切替部５５は、まず、Ｓ
１１において、位相変調データメモリ５３から位相変調
データ３１を順次取得する。次に、Ｓ１２において、位
相変調データ３１がない場合には、位相変調処理を終了
する。次に、Ｓ１３において、第１の位相変調器７１と
第２の位相変調器７３とのいずれの位相変調器を次の光
信号の位相変調のために用いるかを決定する。この場合
には、第１の位相変調器７１と第２の位相変調器７３を
交互に用いる。そして、Ｓ１４において、第１の位相変
調器７１を用いる場合には、第２の電圧発生部５９に対
して位相変調データ３１を送信しておく。第２の位相変
調器７３を用いる場合には、第１の電圧発生部５７に対
して位相変調データ３１を送信しておく。次に、Ｓ１５
において、レーザー９１からの同期出力信号９３を待
つ。レーザー９１からの同期出力信号９３がきた場合に
は、切替部５５は、Ｓ１６において、第１の光スイッチ
３３と第２の光スイッチ３５に対して第１の位相変調器
７１への又は第２の位相変調器７３への切り替えを行
う。そして、Ｓ１７において、第１の光スイッチ３３と
第２の光スイッチ３５により接続された位相変調器に対
して位相変調用の電圧を与える電圧発生部に対して、位
相変調データ３１に基づいた電圧を発生するよう起動信
号を送る。この結果、第１の電圧発生部５７又は第２の
電圧発生部５９は、位相変調データ３１に基づいた電圧
を第１の位相変調器７１又は第２の位相変調器７３に出
力する。図２においては、時刻Ｔ１において、第１の電
圧発生部５７の起動が行われ、また、時刻Ｔ２におい
て、第２の電圧発生部５９の起動が行われたことを示し
ている。
【００２０】以上のように、２個の位相変調器を並列に
接続して切り替えて用いることにより、最大で２倍の速
さで位相変調を行うことができる。また、Ｎ個の位相変
調器を並列に接続して切り替えて用いる場合には、最大
でＮ倍の速さで位相変調を行うことができる。
接続して切り替えて用いることにより、最大で２倍の速
さで位相変調を行うことができる。また、Ｎ個の位相変
調器を並列に接続して切り替えて用いる場合には、最大
でＮ倍の速さで位相変調を行うことができる。
【００２１】実施の形態２．図４は、送信装置１００
（又は受信装置３００）の他の例を示す図である。図４
においては、第１の位相変調器７１、第２の位相変調器
７３、第３の位相変調器７５、第４の位相変調器７７の
４つの位相変調器を並列に接続し、第１の光スイッチ３
３と第２の光スイッチ３５で切り替える場合を示してい
る。電圧発生部５８は、０，π／２，π，３π／２とい
う４つの量の位相変調を行うために、０Ｖ，４Ｖ，８
Ｖ，１２Ｖを常時発生させている。０Ｖは、第１の位相
変調器７１に供給される。４Ｖは、第２の位相変調器７
３に供給される。８Ｖは、第３の位相変調器７５に供給
される。１２Ｖは、第４の位相変調器７７に供給され
る。
（又は受信装置３００）の他の例を示す図である。図４
においては、第１の位相変調器７１、第２の位相変調器
７３、第３の位相変調器７５、第４の位相変調器７７の
４つの位相変調器を並列に接続し、第１の光スイッチ３
３と第２の光スイッチ３５で切り替える場合を示してい
る。電圧発生部５８は、０，π／２，π，３π／２とい
う４つの量の位相変調を行うために、０Ｖ，４Ｖ，８
Ｖ，１２Ｖを常時発生させている。０Ｖは、第１の位相
変調器７１に供給される。４Ｖは、第２の位相変調器７
３に供給される。８Ｖは、第３の位相変調器７５に供給
される。１２Ｖは、第４の位相変調器７７に供給され
る。
【００２２】図５は、図４に示した第１の位相変調器７
１、第２の位相変調器７３、第３の位相変調器７５、第
４の位相変調器７７の動作説明図である。第１の位相変
調器７１は、常に０Ｖの位相変調を行う。第２の位相変
調器７３は、常に４Ｖの位相変調を行う。第３の位相変
調器７５は、常に８Ｖの位相変調を行う。第４の位相変
調器７７は、常に１２Ｖの位相変調を行う。切替部５５
は、位相変調データメモリ５３に記憶された位相変調デ
ータ３１の４つの値（０，π／２，π，３π／２）に基
づいて第１の光スイッチ３３と第２の光スイッチ３５の
切り替えを行う。例えば、図５に示すように、位相変調
データ３１が３π／２である場合には、切替部５５は、
第１の光スイッチ３３と第２の光スイッチ３５をＳ４に
切り替える。こうして、第１の光信号は、１２Ｖの電圧
で位相変調される。次に、位相変調データ３１がπであ
るときは、切替部５５は、第１の光スイッチ３３と第２
の光スイッチ３５をＳ３に切り替える。このようにし
て、第２の光信号は、８Ｖで位相変調される。
１、第２の位相変調器７３、第３の位相変調器７５、第
４の位相変調器７７の動作説明図である。第１の位相変
調器７１は、常に０Ｖの位相変調を行う。第２の位相変
調器７３は、常に４Ｖの位相変調を行う。第３の位相変
調器７５は、常に８Ｖの位相変調を行う。第４の位相変
調器７７は、常に１２Ｖの位相変調を行う。切替部５５
は、位相変調データメモリ５３に記憶された位相変調デ
ータ３１の４つの値（０，π／２，π，３π／２）に基
づいて第１の光スイッチ３３と第２の光スイッチ３５の
切り替えを行う。例えば、図５に示すように、位相変調
データ３１が３π／２である場合には、切替部５５は、
第１の光スイッチ３３と第２の光スイッチ３５をＳ４に
切り替える。こうして、第１の光信号は、１２Ｖの電圧
で位相変調される。次に、位相変調データ３１がπであ
るときは、切替部５５は、第１の光スイッチ３３と第２
の光スイッチ３５をＳ３に切り替える。このようにし
て、第２の光信号は、８Ｖで位相変調される。
【００２３】図６は、図４に示す制御部５１の切替部５
５の動作フローチャート図である。まず、Ｓ２１におい
て、切替部５５は、位相変調データメモリ５３に記憶さ
れた位相変調データ３１を順次取得する。次に、Ｓ２２
において、位相変調データ３１がない場合には、位相変
調処理を終了する。位相変調データ３１が存在する場合
には、Ｓ２３において、レーザー９１からの同期出力信
号９３を待つ。レーザー９１からの同期出力信号９３が
きた場合には、Ｓ２４において、位相変調データ３１の
値により第１の光スイッチ３３と第２の光スイッチ３５
の切り替えを指示する。
５の動作フローチャート図である。まず、Ｓ２１におい
て、切替部５５は、位相変調データメモリ５３に記憶さ
れた位相変調データ３１を順次取得する。次に、Ｓ２２
において、位相変調データ３１がない場合には、位相変
調処理を終了する。位相変調データ３１が存在する場合
には、Ｓ２３において、レーザー９１からの同期出力信
号９３を待つ。レーザー９１からの同期出力信号９３が
きた場合には、Ｓ２４において、位相変調データ３１の
値により第１の光スイッチ３３と第２の光スイッチ３５
の切り替えを指示する。
【００２４】この実施の形態においては、４つの位相変
調器の各々が常にある１つの位相変調（０又はπ／２又
はπ又は３π／２）を行うようにし、第１の光スイッチ
３３と第２の光スイッチ３５により位相変調器を選択し
ているため、電圧の立ち上がり立ち下がり期間を全く考
慮することなく、高速な位相変調を行うことができる。
この実施の形態において、第１の光スイッチ３３と第２
の光スイッチ３５のスイッチング時間がレーザー９１か
ら発生する光子の繰り返し周波数Ｃよりも早い周波数Ｓ
で切り替えることができればよく、非常に高速な位相変
調を行うことができる。
調器の各々が常にある１つの位相変調（０又はπ／２又
はπ又は３π／２）を行うようにし、第１の光スイッチ
３３と第２の光スイッチ３５により位相変調器を選択し
ているため、電圧の立ち上がり立ち下がり期間を全く考
慮することなく、高速な位相変調を行うことができる。
この実施の形態において、第１の光スイッチ３３と第２
の光スイッチ３５のスイッチング時間がレーザー９１か
ら発生する光子の繰り返し周波数Ｃよりも早い周波数Ｓ
で切り替えることができればよく、非常に高速な位相変
調を行うことができる。
【００２５】実施の形態３．この実施の形態施３におい
て、位相変調方式を使用した量子暗号方式において、複
数直列に位相変調器を配置し、変調したい位相を分割し
て変調することを特徴とする位相変調方式量子暗号の高
速変調方式を説明する。
て、位相変調方式を使用した量子暗号方式において、複
数直列に位相変調器を配置し、変調したい位相を分割し
て変調することを特徴とする位相変調方式量子暗号の高
速変調方式を説明する。
【００２６】この実施の形態においては、送信装置１０
０（又は受信装置３００）の他の例について説明する。
この実施の形態においては、位相変調器を直列に接続し
た場合を図７を用いて説明する。図７において、第１の
位相変調器７１と第２の位相変調器７３と第３の位相変
調器７５と第４の位相変調器７７は、直列に接続されて
いる。電圧発生部５６は、これら４つの位相変調器に対
して等しい電圧を発生させて同時に供給する。
０（又は受信装置３００）の他の例について説明する。
この実施の形態においては、位相変調器を直列に接続し
た場合を図７を用いて説明する。図７において、第１の
位相変調器７１と第２の位相変調器７３と第３の位相変
調器７５と第４の位相変調器７７は、直列に接続されて
いる。電圧発生部５６は、これら４つの位相変調器に対
して等しい電圧を発生させて同時に供給する。
【００２７】図８は、４つの位相変調器の印加電圧を示
す図である。図９は、πの位相変調を行う場合の電圧Ｖ
（Ｖ＝８Ｖ）を示す図である。８Ｖの電圧を発生させる
ために、立ち上がり期間がＬＰ、立ち下がり期間がＴＰ
だけ必要であるとする。位相変調を行う場合、８Ｖの電
圧を一度に印加してもπの位相変調を行うことができる
し、２Ｖの印加電圧を４回印加してもπの位相変調を行
うことができる。２Ｖの電圧を発生させるための立ち上
がり期間をＷとし、立ち下がり期間をＵとすると、立ち
上がり期間と立ち下がり期間とは、電圧の大きさに比例
しているため、Ｗ＝ＬＰ／４及びＵ＝ＴＰ／４となる。
そこで、この実施の形態においては、本来位相変調を行
うために必要な電圧を分割して与えることにより、本来
与えるべき電圧発生させるために必要な立ち上がり期間
及び立ち下がり期間を短縮しようとしたものである。例
えば、図７のように、４つの位相変調器で、本来印加す
べき電圧を加える場合には、１／４の電圧を４つの位相
変調器でそれぞれ印加すればよくなる。従って、立ち上
がり期間及び立ち下がり期間は、１／４で済む。図８に
おいては、２Ｖの電圧を４つの位相変調器に同時に与え
ている。その理由は、第１の位相変調器７１から第４の
位相変調器７７までの配置距離が小さいため、第１の位
相変調器７１から第４の位相変調器７７を通過する光信
号の通過時間をほぼ０と捉えることができるからであ
る。もし、第１の位相変調器７１から第４の位相変調器
７７への通過時間が無視できないほど長い場合には、各
位相変調器に与える印加電圧のタイミングを少しずつず
らせばよい。
す図である。図９は、πの位相変調を行う場合の電圧Ｖ
（Ｖ＝８Ｖ）を示す図である。８Ｖの電圧を発生させる
ために、立ち上がり期間がＬＰ、立ち下がり期間がＴＰ
だけ必要であるとする。位相変調を行う場合、８Ｖの電
圧を一度に印加してもπの位相変調を行うことができる
し、２Ｖの印加電圧を４回印加してもπの位相変調を行
うことができる。２Ｖの電圧を発生させるための立ち上
がり期間をＷとし、立ち下がり期間をＵとすると、立ち
上がり期間と立ち下がり期間とは、電圧の大きさに比例
しているため、Ｗ＝ＬＰ／４及びＵ＝ＴＰ／４となる。
そこで、この実施の形態においては、本来位相変調を行
うために必要な電圧を分割して与えることにより、本来
与えるべき電圧発生させるために必要な立ち上がり期間
及び立ち下がり期間を短縮しようとしたものである。例
えば、図７のように、４つの位相変調器で、本来印加す
べき電圧を加える場合には、１／４の電圧を４つの位相
変調器でそれぞれ印加すればよくなる。従って、立ち上
がり期間及び立ち下がり期間は、１／４で済む。図８に
おいては、２Ｖの電圧を４つの位相変調器に同時に与え
ている。その理由は、第１の位相変調器７１から第４の
位相変調器７７までの配置距離が小さいため、第１の位
相変調器７１から第４の位相変調器７７を通過する光信
号の通過時間をほぼ０と捉えることができるからであ
る。もし、第１の位相変調器７１から第４の位相変調器
７７への通過時間が無視できないほど長い場合には、各
位相変調器に与える印加電圧のタイミングを少しずつず
らせばよい。
【００２８】図１０は、制御部５１の電圧発生部５６の
動作をフローチャート図である。電圧発生部５６は、Ｓ
３１において、位相変調データメモリ５３から位相変調
データ３１を取得する。次に、Ｓ３２において、位相変
調データ３１がない場合には、位相変調処理を終了す
る。次に、Ｓ３３において、同期出力信号９３の入力を
待つ。そして、Ｓ３５において、電圧発生部５６は、位
相変調データ３１が示す本来の電圧Ｖの１／４の電圧
（Ｖ／４）を発生させて４つの位相変調器へ同時に出力
する。
動作をフローチャート図である。電圧発生部５６は、Ｓ
３１において、位相変調データメモリ５３から位相変調
データ３１を取得する。次に、Ｓ３２において、位相変
調データ３１がない場合には、位相変調処理を終了す
る。次に、Ｓ３３において、同期出力信号９３の入力を
待つ。そして、Ｓ３５において、電圧発生部５６は、位
相変調データ３１が示す本来の電圧Ｖの１／４の電圧
（Ｖ／４）を発生させて４つの位相変調器へ同時に出力
する。
【００２９】前述した例においては、８Ｖを１／４にす
る場合を示したが、印加電圧が４Ｖのときには、４つの
位相変調器にそれぞれ１Ｖを印加し、印加電圧が１２Ｖ
のときには、４つの位相変調器にそれぞれ３Ｖを印加す
ればよい。
る場合を示したが、印加電圧が４Ｖのときには、４つの
位相変調器にそれぞれ１Ｖを印加し、印加電圧が１２Ｖ
のときには、４つの位相変調器にそれぞれ３Ｖを印加す
ればよい。
【００３０】この実施の形態によれば、Ｎ個の位相変調
器を直列に接続することにより、立ち上がり期間及び立
ち下がり期間をそれぞれ１／Ｎに短縮することができ
る。
器を直列に接続することにより、立ち上がり期間及び立
ち下がり期間をそれぞれ１／Ｎに短縮することができ
る。
【００３１】この実施の形態においては、光信号を第１
の位相変調器７１で位相変調する第１の変調工程と、こ
の第１の変調工程により位相変調された光信号に対して
第２の位相変調器７３で更に位相変調する第２の変調工
程とを備え、更に、第３の変調工程、第４の変調工程を
備え、これらの第１から第４の変調工程を全てシリアル
に実行することにより、所望の所定量の位相変調を行う
ものである。このように、位相変調器を複数直列に配置
し、変調した位相を分割して印加することにより、電圧
の立ち上がり期間、立ち下がり期間が小さくなり、高速
動作が可能になる。
の位相変調器７１で位相変調する第１の変調工程と、こ
の第１の変調工程により位相変調された光信号に対して
第２の位相変調器７３で更に位相変調する第２の変調工
程とを備え、更に、第３の変調工程、第４の変調工程を
備え、これらの第１から第４の変調工程を全てシリアル
に実行することにより、所望の所定量の位相変調を行う
ものである。このように、位相変調器を複数直列に配置
し、変調した位相を分割して印加することにより、電圧
の立ち上がり期間、立ち下がり期間が小さくなり、高速
動作が可能になる。
【００３２】図１１から図１３は、送信装置１００と受
信装置３００の位相変調器の接続例である。図１１は、
位相変調器をＮ個直列に接続した場合を示している。図
１２は、位相変調器を直列に接続し、一部並列にした場
合を示している。図１３は、位相変調器を並列にし、か
つ、直列に接続した場合を示している。また、図示して
いないが、その他の組み合わせも可能である。
信装置３００の位相変調器の接続例である。図１１は、
位相変調器をＮ個直列に接続した場合を示している。図
１２は、位相変調器を直列に接続し、一部並列にした場
合を示している。図１３は、位相変調器を並列にし、か
つ、直列に接続した場合を示している。また、図示して
いないが、その他の組み合わせも可能である。
【００３３】前述した位相変調装置は、位相変調方式量
子暗号における高速変調装置に用いることができる。ま
た、量子暗号に限らず、光信号を位相変調する場合に用
いることができる。また、送信装置と受信装置の一方に
のみ前述した構成を用いることができる。
子暗号における高速変調装置に用いることができる。ま
た、量子暗号に限らず、光信号を位相変調する場合に用
いることができる。また、送信装置と受信装置の一方に
のみ前述した構成を用いることができる。
【００３４】
【発明の効果】以上のように、この発明の好適な実施の
形態によれば、位相変調方式を使用した量子暗号で、ビ
ットレートの値を向上させる、即ち、高速動作化を図ろ
うとする場合に、位相変調させるために印加する電圧の
立ち上がり期間、立ち下がり期間などに影響を受けず、
又は大幅に影響を少なくでき、高速化できるという効果
がある。
形態によれば、位相変調方式を使用した量子暗号で、ビ
ットレートの値を向上させる、即ち、高速動作化を図ろ
うとする場合に、位相変調させるために印加する電圧の
立ち上がり期間、立ち下がり期間などに影響を受けず、
又は大幅に影響を少なくでき、高速化できるという効果
がある。
【００３５】また、この発明の好適な実施の形態によれ
ば、位相変調器を並列に切り替え接続するようにしたの
で、位相変調動作中の位相変調器の電圧が０Ｖに立ち下
がるまで待つことなく、他の位相変調器の位相変調動作
を開始することができ、高速な位相変調が可能となる。
ば、位相変調器を並列に切り替え接続するようにしたの
で、位相変調動作中の位相変調器の電圧が０Ｖに立ち下
がるまで待つことなく、他の位相変調器の位相変調動作
を開始することができ、高速な位相変調が可能となる。
【００３６】また、この発明の好適な実施の形態によれ
ば、位相変調器に常に一定の電圧を印加しておき、スイ
ッチにより光信号を切り替えて供給するようにしたの
で、立ち上がり期間、立ち下がり期間を０にした高速な
位相変調を行うことができる。
ば、位相変調器に常に一定の電圧を印加しておき、スイ
ッチにより光信号を切り替えて供給するようにしたの
で、立ち上がり期間、立ち下がり期間を０にした高速な
位相変調を行うことができる。
【００３７】また、この発明の好適な実施の形態によれ
ば、位相変調器を直列に配置し、分割して電圧を印加す
るようにしたので、立ち上がり期間及び立ち下がり期間
を小さくすることができ、高速な位相変調を行うことが
できる。
ば、位相変調器を直列に配置し、分割して電圧を印加す
るようにしたので、立ち上がり期間及び立ち下がり期間
を小さくすることができ、高速な位相変調を行うことが
できる。
【図１】 実施の形態１の位相変調装置を示す図。
【図２】 実施の形態１の位相変調器の動作説明図。
【図３】 実施の形態１の切替部の動作フローチャート
図。
図。
【図４】 実施の形態２の位相変調装置を示す図。
【図５】 実施の形態２の位相変調器の動作説明図。
【図６】 実施の形態２の切替部の動作フローチャート
図。
図。
【図７】 実施の形態３の位相変調装置を示す図。
【図８】 実施の形態３の位相変調器の動作説明図。
【図９】 印加電圧の波形図。
【図１０】 実施の形態３の電圧発生部の動作フローチ
ャート図。
ャート図。
【図１１】 位相変調器の他の配置構成図。
【図１２】 位相変調器の他の配置構成図。
【図１３】 位相変調器の他の配置構成図。
【図１４】 従来の位相変調器の配置図。
【図１５】 従来の位相変調器の動作説明図。
３１，４１ 位相変調データ、３３，４３ 第１の光ス
イッチ、３５，４５第２の光スイッチ、５１，６１ 制
御部、５３，６３ 位相変調データメモリ、５５，６５
切替部、５６，５８，６６，６８ 電圧発生部、５
７，６７ 第１の電圧発生部、５９，６９ 第２の電圧
発生部、７１，８１ 第１の位相変調器、７３，８３
第２の位相変調器、７５，８５ 第３の位相変調器、７
７，８７第４の位相変調器、７ｎ，８ｎ 第ｎの位相変
調器、９１ レーザー、９３同期出力信号、９４ 第１
のカプラ、９５ 第２のカプラ、９６ 第３のカプラ、
９７ 第４のカプラ、９８ 検出器、１００ 送信装
置、２００ 伝送路、３００ 受信装置。
イッチ、３５，４５第２の光スイッチ、５１，６１ 制
御部、５３，６３ 位相変調データメモリ、５５，６５
切替部、５６，５８，６６，６８ 電圧発生部、５
７，６７ 第１の電圧発生部、５９，６９ 第２の電圧
発生部、７１，８１ 第１の位相変調器、７３，８３
第２の位相変調器、７５，８５ 第３の位相変調器、７
７，８７第４の位相変調器、７ｎ，８ｎ 第ｎの位相変
調器、９１ レーザー、９３同期出力信号、９４ 第１
のカプラ、９５ 第２のカプラ、９６ 第３のカプラ、
９７ 第４のカプラ、９８ 検出器、１００ 送信装
置、２００ 伝送路、３００ 受信装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石塚 裕一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2H079 BA03 FA04 GA03 HA15 5J104 AA05 5K002 AA02 BA06 CA14 FA01 5K004 AA05 FA03 FE12
Claims (7)
- 【請求項１】 光路を流れる光信号に位相変調をかける
Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の位相変調器と、 上記Ｎ個の位相変調器を並列に配置して、Ｎ個の位相変
調器のいずれかを選択的に光路に接続する第１と第２の
光スイッチと、 上記第１と第２の光スイッチに対して切り替え信号を出
力してＮ個の位相変調器のいずれかを光路に接続させる
制御部とを備えたことを特徴とする位相変調装置。 - 【請求項２】 上記制御部は、 位相変調データを記憶する位相変調データメモリと、 Ｎ個の位相変調器に対して位相変調に対応する電圧をそ
れぞれ発生するＮ個の電圧発生部と、 位相変調データメモリに記憶された位相変調データを順
次読み込んで読み込んだ位相変調データを、上記第１と
第２の光スイッチにより光路に接続される位相変調器に
対して電圧を発生させる電圧発生部に順次供給する切替
部とを有することを特徴とする請求項１記載の位相変調
装置。 - 【請求項３】 上記制御部は、 Ｎ個の値をとる位相変調データを記憶する位相変調デー
タメモリと、 Ｎ個の位相変調器に対して、位相変調データのＮ個の値
に対応したＮ個の一定の電圧をそれぞれ発生させて各位
相変調器に対して一定の電圧を供給する電圧発生部と、 位相変調データメモリに記憶された位相変調データを読
み込んで読み込んだ位相変調データの値に対応した電圧
が供給されている位相変調器を選択する切り替え信号を
上記第１と第２の光スイッチに対して出力する切替部と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の位相変調装
置。 - 【請求項４】 光路に対して直列に接続されたＮ個（Ｎ
は２以上の整数）の位相変調器と、 上記Ｎ個の位相変調器に印加する電圧の和が光信号にか
ける位相変調に対応する電圧と等しくなるように、Ｎ個
の位相変調器に対してＮ個の電圧を発生させ、発生させ
たＮ個の電圧をＮ個の位相変調器にそれぞれ供給する制
御部とを備えたことを特徴とする位相変調装置。 - 【請求項５】 上記制御部は、 位相変調データを記憶する位相変調データメモリと、 位相変調データメモリに記憶された位相変調データに対
応する電圧ＶをＮ等分した均等電圧（Ｖ／Ｎ）を発生さ
せ、発生させたＮ個の均等電圧（Ｖ／Ｎ）をＮ個の位相
変調器にそれぞれ供給する電圧発生部とを備えたことを
特徴とする請求項４記載の位相変調装置。 - 【請求項６】 第１と第２の光信号を順次位相変調する
位相変調方法において、 第１の光信号を第１の位相変調器で位相変調する第１の
変調工程と、 上記第１の変調工程の終了する前に、第２の光信号を第
２の位相変調器で位相変調する第２の変調工程とを備え
たことを特徴とする位相変調方法。 - 【請求項７】 光信号を所定量だけ位相変調する位相変
調方法において、 光信号を第１の位相変調器で位相変調する第１の変調工
程と、 第１の変調工程により位相変調された光信号を第２の位
相変調器で更に位相変調する第２の変調工程とを備え、 上記第１の変調工程と第２の変調工程との両方を実行す
ることにより光信号に上記所定量の位相変調をかけるこ
とを特徴とする位相変調方法。
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