JP2003018094A

JP2003018094A - 光信号出力装置、光信号伝送システム及び光信号伝送方法

Info

Publication number: JP2003018094A
Application number: JP2002009451A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nishioka; 毅西岡; Yuichi Ishizuka; 裕一石塚; Toshio Hasegawa; 俊夫長谷川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2003-01-17

Abstract

(57)【要約】【課題】光子の偏波状態制御が不要な量子暗号装置を
提供する。【解決手段】量子暗号受信装置Ｂ（１００）と量子暗
号送信装置Ａ（２００）との間に物理的に独立した二本
の量子暗号通信路１を設け、量子暗号受信装置Ｂ（１０
０）のカプラ５から送出された二つの光子を二本の量子
暗号通信路１を通じてそれぞれ反対方向に環流させ、一
方の光子を量子暗号送信装置Ａ（２００）の位相変調器
９で位相変調させ、他方の光子を量子暗号受信装置Ｂ
（１００）内の位相変調器７で位相変調させ、位相変調
後の二つの光子を量子暗号受信装置Ｂ（１００）内のカ
プラ５に戻し、カプラ５で二つの光子に干渉作用を生じ
させ、干渉状態により光子検出器３又は光子検出器４の
いずれかが光子を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば干渉型量
子暗号システムおよびその方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は例えば、Ｒ．Ｒｉｂｏｒｄｙ、ｅ
ｔ．ａｌ．”Ａｕｔｏｍａｔｅｄ’ｐｌｕｇ＆ｐｌａ
ｙ’ｑｕａｎｔｕｍｋｅｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏ
ｎ、”ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳＶｏ
ｌ．３４Ｎｏ．２２ｐｐ．２１１６−２１１７（１
９９８）もしくは国際特許公開公報ＷＯ９８／１０５６
０ＱＵＡＮＴＵＭＣＲＹＰＴＯＧＲＡＰＨＹＤＥ
ＶＩＣＥＡＮＤＭＥＴＨＯＤに示された従来のファ
ラディーミラー方式量子暗号装置の構成図であり、図７
において量子暗号装置は、１対の量子暗号受信装置１０
０と量子暗号送信装置２００とこれらをつなぐ量子暗号
通信路１から構成される。量子暗号通信路１は具体的に
は通信用光ファイバを用いた光路である。量子暗号受信
装置１００では、光子発生器２から光子が発生し、サー
キュレータ６を通りカプラ５に導かれる。このとき、偏
光コントローラ１４０により光子の偏波面が調整され
る。カプラ５に到達した光子は量子力学的に２つの光路
を伝送することになる。１つは偏光ビームスプリッタ９
０に直接至る「短光路」であり、もう１つは、位相変調
器７、光ファイバ８を通り偏光ビームスプリッタ９０に
至る「長光路」である。いずれの光路を選択した光子も
量子暗号通信路１を通り、量子暗号送信装置２００に送
られる。量子暗号送信装置２００に到達した光子は、ア
ッテネータ１１０、位相変調器１２０、ファラディーミ
ラー１３０を順に通過する。ファラディーミラー１３０
に到達した光子は反射されてもときた経路を戻るのだ
が、その際その偏波面を９０度回転させられる。往路に
おいて長光路を通った光子は位相変調器１２０において
位相変調を受ける。再び量子暗号通信路１を通って量子
暗号受信装置１００に戻った光子は偏光ビームスプリッ
タ９０において２つの光路に分離される。ここで鍵配送
に用いられる光子は、往路と復路とで異なる光路を通過
した光子である。つまり、往路において短光路を選択
し、復路で長光路を通過する光子、及び往路において長
光路を選択し、復路で短光路を通過する光子である。往
路復路とも同じ光路を通過する光子は観測時間の分解能
を高めることで破棄され、使用されない。復路において
長光路を通過する光子は位相変調器７において位相変調
を受ける。往路に長光路、復路に短光路を選択した光子
と往路に短光路、復路に長光路を選択した光子は同時に
カプラ５に戻り、位相変調器７及び位相変調器１２０で
受けた位相変調の大きさに応じた干渉を起こすことにな
る。干渉の結果、帰還した光子は光子検出器３と光子検
出器４のどちらかで選択的に検出される。量子力学的な
性質により２つの光子検出器において同時に検出される
ことはない。なお、光子検出器４において検出されるべ
き光子は、サーキュレータ６により光子発生器２に導か
れることなく光子検出器４に到達する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のファラディーミ
ラー方式量子暗号装置では、光子が通過する光路は４つ
可能である。往路に短光路、復路に長光路を通過する
「短長路」と往路に長光路、復路に短光路を通過する
「長短路」と往路復路ともに短光路を通過する「短々
路」と往路復路ともに長光路を通過する「長々路」の４
つである。このうち、鍵配送に使用される光子は干渉現
象を引き起こす短長路と長短路を通る光子であり、短々
路および長々路を通る光子は鍵配送には全く寄与しな
い。従って、短長路および長短路を通る光子の割合が少
ないと伝送速度が小さくなり性能が劣化してしまう。こ
のため、高性能な量子暗号装置を実現するためには量子
暗号受信装置にある偏光ビームスプリッタにおいてなる
べく多くの光子が短長路および長短路を通るように光子
の偏波状態を精妙に制御しなければならないという問題
点があった。特に高性能を得る完全な偏波状態制御を実
現するためには、高価な偏波保持ファイバを用いざるを
えないという問題点もあった。

【０００４】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、光子の偏波状態制御が不要な量
子暗号システムを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光信号出力
装置は、光信号に対して所定の処理を行う光信号処理装
置に対して第一の光信号と第二の光信号とを出力する光
信号出力装置であって、前記光信号処理装置へ第一の光
信号を伝送する第一の光信号伝送路と、前記光信号処理
装置へ第二の光信号を伝送する第二の光信号伝送路とに
接続され、前記第一の光信号伝送路に第一の光信号を出
力し、前記第二の光信号伝送路に第二の光信号を出力す
ることを特徴とする。

【０００６】前記光信号出力装置は、前記光信号出力装
置に接続されていない端同士が連結され、第一の光信号
と第二の光信号とを前記光信号処理装置を経由させて相
互に反対の方向に環流させ、第一の光信号と第二の光信
号とを前記光信号出力装置に戻す環状の光信号伝送路を
形成する第一の光信号伝送路と第二の光信号伝送路とに
接続されていることを特徴とする。

【０００７】前記光信号出力装置は、光信号を発生する
光信号発生部と、前記光信号発生部より前記光信号を入
力し、入力した前記光信号を第一の分離光信号と第二の
分離光信号とに分離し、前記第一の分離光信号を前記第
一の光信号伝送路に出力し、前記第二の分離光信号を前
記第二の光信号伝送路に出力する光信号分離出力部とを
有することを特徴とする。

【０００８】前記光信号分離出力部は、前記第一の光信
号伝送路に出力した第一の分離光信号を前記第二の光信
号伝送路より入力し、前記第二の光信号伝送路に出力し
た第二の分離光信号を前記第一の光信号伝送路より入力
し、入力した第一の分離光信号と第二の分離光信号とを
合成することを特徴とする。

【０００９】前記光信号出力装置は、更に、少なくとも
いずれか一つが、前記光信号分離出力部で合成された第
一の分離光信号と第二の分離光信号とを入力する複数の
合成光信号入力部を有し、前記光信号分離出力部は、位
相変調処理が行われた位相変調後の第一の分離光信号を
前記第二の光信号伝送路より入力し、位相変調処理が行
われた位相変調後の第二の分離光信号を前記第一の光信
号伝送路より入力し、入力した位相変調後の第一の分離
光信号と位相変調後の第二の分離光信号とを合成し、合
成した位相変調後の第一の分離光信号と位相変調後の第
二の分離光信号とに干渉作用を生じさせ、前記複数の合
成光信号入力部の少なくともいずれか一つは、前記光信
号分離出力部において生じた干渉作用に応じて、合成さ
れた位相変調後の第一の分離光信号と位相変調後の第二
の分離光信号とを入力することを特徴とする。

【００１０】前記光信号分離出力部は、前記光信号処理
装置により位相変調処理が行われた位相変調後の第一の
分離光信号及び位相変調後の第二の分離光信号のうち少
なくともいずれか一方を入力し、前記光信号出力装置
は、更に、第一の分離光信号及び第二の分離光信号のう
ち少なくともいずれか一方に位相変調処理を行う位相変
調処理部を有し、前記光信号分離出力部は、前記光信号
処理装置及び前記位相変調処理部のうち少なくともいず
れか一方により位相変調処理が行われた位相変調後の第
一の分離光信号を前記第二の光信号伝送路より入力し、
前記光信号処理装置及び前記位相変調処理部のうち少な
くともいずれか一方により位相変調処理が行われた位相
変調後の第二の分離光信号を前記第一の光信号伝送路よ
り入力することを特徴とする。

【００１１】前記第一の光信号伝走路及び第二の光信号
伝走路には、それぞれ偏波コントローラが配置され、前
記光信号分離出力部は、前記偏波コントローラが配置さ
れた前記第一の光信号伝走路に前記第一の分離光信号を
出力し、前記偏波コントローラが配置された前記第二の
光信号伝走路に前記第二の分離光信号を出力することを
特徴とする。

【００１２】前記光信号出力装置は、更に、前記第二の
光信号伝走路上に配置された半波長板を有することを特
徴とする。

【００１３】前記半波長板は、前記第二の光信号伝走路
上であって前記光信号分離出力部の近傍に配置されたこ
とを特徴とする。

【００１４】前記光信号出力装置は、更に、前記光信号
発生部と前記光信号分離出力部との間に配置されたデポ
ラライザを有することを特徴とする。

【００１５】前記位相変調処理部は、それぞれが所定の
偏光軸を有し、それぞれの偏光軸が相互に直交する２つ
の位相変調器を直列に接続することにより構成されるこ
とを特徴とする。

【００１６】前記光信号出力装置は、量子暗号方式によ
る鍵生成のために第一の光信号と第二の光信号とを出力
することを特徴とする。

【００１７】本発明に係る光信号伝送システムは、第一
の光信号と第二の光信号とを出力する光信号出力装置
と、前記光信号出力装置より出力された第一の光信号と
第二の光信号とのうち少なくともいずれか一方に対して
所定の処理を行う光信号処理装置と、前記光信号出力装
置から前記光信号処理装置へ第一の光信号を伝送する第
一の光信号伝送路と、前記光信号出力装置から前記光信
号処理装置へ前記第二の光信号を伝送する第二の光信号
伝送路とを有することを特徴とする。

【００１８】前記第一の光信号伝送路と前記第二の光信
号伝送路のそれぞれは、前記光信号出力装置に接続され
ていない端同士が連結され、第一の光信号と第二の光信
号とを前記光信号処理装置を経由させて相互に反対の方
向に環流させ、第一の光信号と第二の光信号とを前記光
信号処理装置に戻す環状の光信号伝送路を形成すること
を特徴とする。

【００１９】前記光信号出力装置は、光信号を発生する
光信号発生部と、前記光信号発生部より前記光信号を入
力し、入力した前記光信号を第一の分離光信号と第二の
分離光信号とに分離し、前記第一の分離光信号を前記第
一の光信号伝送路に出力し、前記第二の分離光信号を前
記第二の光信号伝送路に出力する光信号分離出力部とを
有し、前記光信号処理装置は、前記第一の光信号伝送路
より第一の分離光信号を入力し、前記第二の光信号伝送
路より第二の分離光信号を入力し、前記第一の光信号伝
送路より入力した第一の分離光信号を前記第二の光信号
伝送路に出力し、前記第二の光信号伝送路より入力した
第二の分離光信号を前記第一の光信号伝送路に出力し、
前記光信号出力装置の前記光信号分離出力部は、第一の
分離光信号を前記第二の光信号伝送路より入力し、第二
の分離光信号を前記第一の光信号伝送路より入力し、入
力した第一の分離光信号と第二の分離光信号とを合成す
ることを特徴とする。

【００２０】前記光信号出力装置は、更に、少なくとも
いずれか一つが、前記光信号分離出力部で合成された第
一の分離光信号と第二の分離光信号とを入力する複数の
合成光信号入力部と、第一の分離光信号及び第二の分離
光信号のうち少なくともいずれか一方に位相変調処理を
行う出力装置側位相変調処理部とを有し、前記光信号処
理装置は、第一の分離光信号及び第二の分離光信号のう
ち少なくともいずれか一方に位相変調処理を行い、位相
変調処理を行った位相変調後の第一の分離光信号を前記
第二の光信号伝送路に出力し、位相変調処理を行った位
相変調後の第二の分離光信号を前記第一の光信号伝送路
に出力する処理装置側位相変調処理部を有し、前記光信
号出力装置の前記光信号分離出力部は、前記出力装置側
位相変調処理部及び前記処理装置側位相変調処理部のう
ち少なくともいずれか一方により位相変調処理が行われ
た位相変調後の第一の分離光信号を前記第二の光信号伝
送路より入力し、前記出力装置側位相変調処理部及び前
記処理装置側位相変調処理部のうち少なくともいずれか
一方により位相変調処理が行われた位相変調後の第二の
分離光信号を前記第一の光信号伝送路より入力し、入力
した位相変調後の第一の分離光信号と位相変調後の第二
の分離光信号とを合成し、合成した位相変調後の第一の
分離光信号と位相変調後の第二の分離光信号とに干渉作
用を生じさせ、前記光信号出力装置の前記複数の合成光
信号入力部の少なくともいずれか一つは、前記光信号分
離出力部において生じた干渉作用に応じて、合成された
位相変調後の第一の分離光信号と位相変調後の第二の分
離光信号とを入力することを特徴とする。

【００２１】前記第一の光信号伝走路及び第二の光信号
伝走路には、それぞれ偏波コントローラが配置され、前
記光信号出力装置の前記光信号分離出力部は、前記偏波
コントローラが配置された前記第一の光信号伝走路に前
記第一の分離光信号を出力し、前記偏波コントローラが
配置された前記第二の光信号伝走路に前記第二の分離光
信号を出力することを特徴とする。

【００２２】前記光信号出力装置は、更に、前記第二の
光信号伝走路上に配置された半波長板を有することを特
徴とする。

【００２３】前記半波長板は、前記第二の光信号伝走路
上であって前記光信号出力装置の前記光信号分離出力部
の近傍に配置されたことを特徴とする。

【００２４】前記光信号出力装置は、更に、前記光信号
発生部と前記光信号分離出力部との間に配置されたデポ
ラライザを有することを特徴とする。

【００２５】前記光信号出力装置の前記出力装置側位相
変調処理部は、それぞれが所定の偏光軸を有し、それぞ
れの偏光軸が相互に直交する２つの位相変調器を直列に
接続することにより構成され、前記光信号処理装置の処
理装置側位相変調処理部は、それぞれが所定の偏光軸を
有し、それぞれの偏光軸が相互に直交する２つの位相変
調器を直列に接続することにより構成されることを特徴
とする。

【００２６】本発明に係る光信号伝送システムは、第一
の光信号と第二の光信号とを出力する光信号出力装置
と、前記光信号出力装置より出力された第一の光信号と
第二の光信号とのうち少なくともいずれか一方に対して
所定の処理を行う複数の光信号処理装置と、前記光信号
出力装置と前記複数の光信号処理装置とを直列に接続す
る環状の光信号伝送路であって、前記光信号出力装置に
より出力された第一の光信号と第二の光信号とを前記複
数の光信号処理装置を経由させて相互に反対の方向に環
流させ、第一の光信号と第二の光信号を前記光信号出力
装置に戻す環状の光信号伝送路とを有することを特徴と
する。

【００２７】前記光信号伝送システムは、量子暗号方式
による鍵生成のために第一の光信号と第二の光信号とを
伝送させることを特徴とする。

【００２８】本発明に係る光信号伝送方法は、光信号を
発生する発生工程と、前記光信号を第一の分離光信号と
第二の分離光信号とに分離する分離工程と、第一の分離
光信号及び第二の分離光信号を出力する出力工程と、前
記出力工程により出力された第一の分離光信号及び第二
の分離光信号のそれぞれに対して位相変調処理を行うと
ともに、第一の分離光信号と第二の分離光信号とを相互
に反対の方向に環流させる環流工程と、前記環流工程に
より位相変調処理が行われた位相変調後の第一の光信号
と位相変調後の第二の光信号とを合成し、合成した位相
変調後の第一の分離光信号と位相変調後の第二の分離光
信号とに干渉作用を生じさせる合成干渉工程と、合成干
渉工程における干渉作用に応じて、合成された位相変調
後の第一の分離光信号と位相変調後の第二の分離光信号
とを入力する光信号入力工程とを有することを特徴とす
る。

【００２９】前記光信号出力工程は、所定の光信号伝送
路の一方の端から第一の分離光信号を出力し、前記光信
号伝送路の他方の端から第二の分離光信号を出力し、前
記環流工程は、前記光信号伝送路において第一の分離光
信号と第二の分離光信号とを相互に反対の方向に環流さ
せることを特徴とする。

【００３０】前記光信号伝送方法は、量子暗号方式によ
る鍵生成のために第一の分離光信号と第二の分離光信号
とを伝送させることを特徴とする。

【００３１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
干渉型量子暗号システム（光信号伝送システム）を示す
光学系構成図である。この実施の形態の係る量子暗号シ
ステムは、２本の量子暗号通信路を用いることにより、
光路の往路と復路を区別し環流するようにしたものであ
る。図において、量子暗号通信路１は光子（光信号）を
伝送する２本の通信用光ファイバからなる。量子暗号受
信装置（光信号出力装置）１００はパルス状に光子を発
生する光子発生器（光信号発生部）２、発生した光子を
カプラ５にのみ導くサーキュレータ６がある。サーキュ
レータ６はカプラ５から戻ってきた光子を光子検出器
（合成光信号入力部）４にのみ送る。カプラ（光信号分
離出力部）５は２入力２出力方向性結合器であり、サー
キュレータ６と結合しないもう一方の入力端には光子検
出器（合成光信号入力部）３が接続する。カプラ５の２
つの出力端のうち一端は直接量子暗号通信路１の一方に
接続し、もう一端は位相変調器（位相変調処理部）７に
接続する。位相変調器７のもう一方の端は光ファイバ８
と接続し、もう一本の量子暗号通信路１とつながる。量
子暗号送信装置（光信号処理装置）２００は２本ある量
子暗号通信路の両端を連結し光子を環流するようになっ
ている。その間に光パルス１個あたりの光子数を０．１
個までに減衰できる可変アッテネータ１０と位相変調器
（処理装置側位相変調処理部）９が挿入されている。図
１において、カプラ５から可変アッテネータ１０に至る
までの経路が第一の光信号伝送路に相当し、カプラ５か
ら量子暗号受信装置内の光ファイバ８（以下、単に光フ
ァイバという）、位相変調器９を経て可変アッテネータ
１０に至るまでの経路が第二の光信号伝送路に相当す
る。すなわち、可変アッテネータ１０において第一の光
信号伝送路と第二の光信号伝送路が連結されることにな
る。

【００３２】光子発生器１において光子が発生し、発生
した光子はサーキュレータ６を経由しカプラ５に到達す
る。カプラ５において１個の光子は量子力学的に経路を
２つに分割され、それぞれ量子暗号送信装置２００まで
到達した後光学路を環流してカプラ５に戻ってくる。こ
のとき、図１を上から見て時計回りに環流する光路を
「ＣＷ（Ｃｌｏｃｋ−Ｗｉｓｅ）光路」、反時計回りに
環流する光路を「ＣＣＷ（ＣｏｕｎｔｅｒＣｌｏｃｋ
−Ｗｉｓｅ）光路」と呼ぶ。光ファイバ８によりＣＷ光
路を選択した光子はＣＣＷ光路を選択した光子に比べて
十分な時間的遅延を伴って位相変調器９を通過する。従
って、量子暗号送信装置２００はＣＷ光路を経る光子の
みを位相変調器９において選択的に位相変調をかける。
この位相変調を受けた光子は可変アッテネータ１０にお
いて量子暗号通信路１において盗聴がなされたとしても
その行為を検知できるまでに強度が落とされる。その
後、量子暗号通信路１を環流しカプラ５に戻る。ＣＣＷ
光路を経る光子は量子暗号送信装置２００において、可
変アッテネータ１０でその強度をＣＷ光路を経る光子と
同程度に減衰されるが位相変調器９において位相変調を
受けることなく環流し、量子暗号受信装置に戻る。量子
暗号受信装置に戻ったＣＣＷ光路を経た光子は光ファイ
バ８を通過し、位相変調器７で位相変調を選択的に受け
た後カプラ５に戻る。カプラ５に戻ったＣＣＷ光路を経
た光子とＣＷ光路を経た光子は、向きは互いに逆である
が同一の光路を経たので、同一の光路長を環流してお
り、同じだけの偏波面の回転も被っている。従って、十
分な可干渉性を持っており、それぞれの位相変調を受け
た大きさに応じた干渉を引き起こす。結果として、光子
検出器３と光子検出器４のいずれかで選択的に光子検出
がなされることなる。ここで往路と復路の光路を物理的
に２本の通信用光ファイバを用いて構成しているので、
非干渉な光路を経る光子が存在しないことにより、完全
に偏波制御された、すなわち、無駄な光路を経る光子が
存在せず、ファラディーミラー方式量子暗号装置と同じ
ように高性能な量子暗号化システムを自然に実現でき
る。

【００３３】次に動作について図２、図３を用いて説明
する。図２は量子暗号装置の動作フローチャートであ
る。図３は光子の各部における状態図である。図３にお
いて、Ｐ、Ｐ１、Ｐ２は光子を示す。

【００３４】（１）発生工程Ｓ１まず、図１の量子暗号受信装置１００における光子発生
器１において、光子が発生する。この光子は、レーザパ
ルスのようにそのパルスあたりの光子数がポアソン分布
に従うように発生しても、単一光子源を用いてパルスあ
たり単一光子として発生してもいずれでもよい。発生し
た光子はサーキュレータ６を通ってカプラ５に導かれ
る。このとき、サーキュレータ６の機能により光子が光
子検出器４に導かれることはない。

【００３５】（２）分離出力工程Ｓ２カプラ５に到達した光子は、カプラ５の方向性結合器の
機能として、量子暗号通信路１の２本の光路の何れかに
導かれるように量子力学的に分離される。ここで、量子
力学的という意味は光子が粒子性と波動性の二重性を持
つことを示す。粒子的には何れか１本の光路を確率的に
選択するのであるが、波動的にはどちらの光路も選択す
るので、ここでは量子力学的に分離されると表現した。
なお、光子が光子検出器３に導かれることはカプラ５の
方向性により無い。ここで、図１において光子が時計回
りに環流する光路をＣＷ（Ｃｌｏｃｋ−Ｗｉｓｅ）光
路、反時計回りに環流する光路をＣＣＷ（Ｃｏｕｎｔｅ
ｒＣｌｏｃｋ−Ｗｉｓｅ）光路と呼ぶ。図１において
ＣＷ光路を選んだ光子は位相変調器７、光ファイバ８を
順に通過する。このとき、位相変調器７において位相変
調を受けることはない。但し、十分な長さを有した光フ
ァイバ８を通過するので、ＣＣＷ光路を選択した光子に
比べて十分な時間的遅延をもって量子暗号通信路１に送
出される。

【００３６】（３）伝送（往路）工程（環流工程）Ｓ３量子暗号受信装置１００から送出された光子は量子暗号
通信路１を通って量子暗号送信装置２００に伝送され
る。このとき、ＣＷ光路を選択した光子とＣＣＷ光路を
選択した光子は物理的に全く独立な光ファイバを通って
伝送される。但し、商用の光ファイバケーブルにおいて
は２本の光ファイバを束ねた２芯の光ファイバケーブル
は存在しており（例えば、（株）フジクラ製光ファイバ
ケーブル：ＯＧ−ＬＡＮ×２Ｃ−ＬＡＰ）、光ファイバ
ケーブルとしては１本でもよい。

【００３７】（４）減衰１工程（環流工程）Ｓ４量子暗号通信路１の２本の光路のうちＣＣＷ光路を選択
して量子暗号送信装置２００に到達した光子は、まず図
１における可変アッテネータ１０を通過するので、その
際１パルスあたりの光子数の減衰を受ける。ＣＷ光路を
選択した光子については未だ可変アッテネータ１０を通
過しないので、当該工程において減衰を受けることはな
い。

【００３８】（５）位相変調Ａ工程（環流工程）Ｓ５ＣＷ光路を選択した光子は量子暗号送信装置２００にお
いてまず位相変調器９を通過する。このとき、適当な大
きさの位相変調を受ける。ＣＣＷ光路を選択した光子は
位相変調器９において位相変調を受けることなく通過す
る。このように選択的に位相変調をかけることは十分可
能である。これは、ＣＷ光路を選択した光子が光ファイ
バ８を通過するときに十分な時間遅延を得たからであ
る。

【００３９】（６）減衰２工程（環流工程）Ｓ６ＣＷ光路を選択した光子は次に可変アッテネータ１０を
通過する際に光子数の減衰を受ける。この減衰の大きさ
は、減衰１工程Ｓ４においてＣＣＷ光路を選択した光子
が受けた減衰と全く同じである。但し、減衰の大きさは
ＣＷ光路を選択した光子が受ける減衰の大きさにより調
整される。光子発生器２が単一光子源であれば全く減衰
する必要がなく、パルスレーザであれば、パルスあたり
の平均光子数が０．１個程度になるまで減衰させる。当
該工程が終了後、光子は量子暗号送信装置２００から量
子暗号通信路１に再送出される。

【００４０】（７）伝送（復路）工程（環流工程）Ｓ７量子暗号送信装置２００から再送出された光子は量子暗
号通信路１を通って量子暗号受信装置１００に再伝送さ
れる。このとき、ＣＷ光路を選択した光子とＣＣＷ光路
を選択した光子は、互いに量子暗号通信路１のうち伝送
（往路）工程Ｓ３で通った通信用光ファイバではないも
う１本の方の通信用光ファイバを通って伝送される。

【００４１】（８）位相変調Ｂ工程（環流工程）Ｓ８量子暗号受信装置１００において、ＣＣＷ光路を選択し
て戻ってきた光子は光ファイバ８、位相変調器７を順に
通過する。位相変調器７を通過する際、適当な大きさの
位相変調を受けることになる。位相変調を受けた後、カ
プラ５に導かれる。ＣＷ光路を選択した光子は直にカプ
ラ５に導かれる。

【００４２】（９）合流・干渉工程（合成干渉工程）Ｓ
９ＣＣＷ光路、ＣＷ光路それぞれを環流して戻ってきた光
子はカプラ５において合流し、それぞれが被った位相変
調の大きさに応じて干渉を引き起こす。

【００４３】（１０）検出工程（入力工程）Ｓ１０カプラ５において発生した干渉の結果、光子は光子検出
器３、光子検出器４のいずれか一方において検出され
る。

【００４４】以上のように、この実施の形態では、量子
暗号通信路１として２本の独立な通信用光ファイバを用
いて同一であるが対向する２つの環流型光路により生じ
る干渉現象を利用した干渉型量子暗号システムを説明し
た。

【００４５】この実施の形態では、干渉を引き起こす光
路として物理的には同一の、但し、向きだけが逆である
２つの光路を用いているので、従来のファラディーミラ
ー型量子暗号装置と同様に光路長が同じになり、なおか
つ、偏波面の回転量も同じになるので高い可干渉性を有
している。更に、干渉に寄与しない光路を精妙な偏波面
制御を実現しなくても排除できるので、容易に高性能を
実現できる。例えば、従来技術における完全な偏波面制
御の方法として高価な偏波保持ファイバの使用が考えら
れるが、本実施の形態では、安価な通常のシングルモー
ドファイバを用いても同程度の高性能が自然に得られ
る。従来のファラデーミラー型量子暗号装置では、光路
制御に必要であった偏波面制御およびそのための装置が
不要になるため、この実施の形態によれば伝送率が格段
に向上するなどの高性能が実現できる。

【００４６】実施の形態２．以上の実施の形態１に対し
て、これから述べる実施の形態２、３では、光ファイバ
の複屈折性揺らぎに対して、より安定性の強い量子暗号
通信を実現する実施の形態を示す。まず、光ファイバの
複屈折性揺らぎをジョーンズ行列およびジョーンズベク
トルを用いて記述する。複屈折性とは光ファイバの断面
において直交する２軸があり、一方の軸(スロー軸)に偏
光面がある光信号ともう一方の軸(ファースト軸)に偏光
面のある光信号の伝播速度に差があり位相差Γが生じる
ことをいう。光信号の進行方向をz軸にとり光信号と共
動する右手系の座標軸をとるとき、スロー軸とx軸がな
す角度をφとすると、光信号の伝送の仕方を記述するジ
ョーンズ行列は、以下にて示される。

【００４７】

【数１】

【００４８】ここで、Ｒは座標軸からのずれを表す回転
行列である。

【００４９】

【数２】

【００５０】Ｗ₀はスロー軸、ファースト軸が座標軸と
重なっているときの複屈折性をあらわす行列である。

【００５１】

【数３】

【００５２】この伝送行列がＣＣＷ光路を選択した光子
（第一の分離光信号）に対応するとすると、ＣＷ光路を
選択した光子（第二の分離光信号）に対しては、光の進
行方向が逆になるため、共動座標系におけるｘ軸とスロ
ー軸のなす角が正負反転し、以下に示すように異なる伝
送行列となる。

【００５３】

【数４】

【００５４】このため、第一の分離光信号と第二の分離
光信号を合成し干渉作用が生じるさいに、第一の分離光
信号と第二の分離光信号とにズレが生じるため完全な干
渉がおこらなくなってしまう。

【００５５】このような干渉の不完全さは安定性の低下
を招くので、複屈折性揺らぎに対しても頑強な安定性を
実現する実施の形態を示す。図４はこのような場合の光
学系構成図の一例である。図１の光学系構成図に対し
て、本実施の形態においては、図４に示すように２つの
量子暗号通信路に偏波コントローラ２２、２３が各１個
が配置され、２つの量子暗号通信路の一方（第二の光信
号伝送路）上であってカプラ（光信号分離出力部）５の
近傍に半波長板２１が配置されている。この半波長板２
１を透過する光信号の偏光は当該半波長板固有の直交軸
により２つの偏光状態に射影されるが、その際に、その
一方が他方に対して位相が半波長ずれることになる。偏
波コントローラ２２、２３は第一の分離光信号と第二の
分離光信号の各々の伝送行列が微小揺らぎを無視すると
恒等行列にするように調節する。これにより、複屈折性
揺らぎを微小揺らぎとして扱うことができ、第一の分離
光信号と第二の分離光信号を記述する伝送行列が互いに
可換となる。このとき、任意の微小複屈折性の揺らぎに
対して、カプラ５の近傍に配置された半波長板２１によ
り、第一の分離光信号に対する伝送行列と第二の分離光
信号に対応する伝送行列が等しくなることが以下のよう
に示すことができる。

【００５６】

【数５】

【００５７】ここで、左辺は第一の分離光信号の伝送行
列、右辺は第二の分離光信号の伝送行列である。二つの
複屈折性揺らぎを表現する伝送行列は第一の光信号伝送
路、第二の光信号伝送路に対応する。添字１、２は第
一、第二の光信号伝送路を示す。ＨＷＰは半波長板２１
を示す伝送行列である。

【００５８】

【数６】

【００５９】このように、揺らぎの有無によらず、伝送
行列が第一、第二の光分離信号において同じになるの
で、干渉時に第一、第二の分離光信号のズレが補償され
完全な干渉が起こる。従って、複屈折性揺らぎに対して
も安定な量子暗号通信が実現できる。

【００６０】実施の形態３．実施の形態２では、ファイ
バの複屈折性揺らぎに対して、前記第一、第二の分離光
信号が伝送過程において等価な揺らぎを被るようにする
ことで量子暗号通信の安定性を実現したが、実施の形態
３では、光信号状態自体が揺らぎに対して不感であるよ
うな実施の形態を示す。光信号をカプラ５で出力する前
にあらゆる偏光状態を含む無偏光状態にすると、第一の
分離光信号が伝送中において揺らぎの効果を受けて偏光
状態が変化しても、その変化に応じて干渉が完全に起き
るような第二の分離光信号が必ず存在するので、干渉は
揺らぎに関わらず完全に起こり、安定な量子暗号通信を
実現できる。

【００６１】図５はこのような場合の光学系構成図の一
例である。図１の光学系構成図に対して、本実施の形態
においては、図５に示すように、前記光子発生器２と前
記カプラ（光信号分離出力部）との間にデポラライザ２
４が挿入されている。このデポラライザ２４を透過した
光信号は無偏光状態になるので、複屈折性揺らぎに対し
て安定性を実現できる。しかし、図１に示した位相変調
器７及び位相変調器９は一般に偏光依存性を有する。こ
のため、本実施の形態においては、図５に示すように、
２つの位相変調器を用意し、その偏光依存性（偏光軸）
が直交するように二段に直列接続した構成をとる。つま
り、偏光軸が相互に直交する２つの位相変調器を直列に
接続することで位相変調処理部が構成される。このよう
に、位相変調器を二段に直列接続したことで、デポララ
イザ２４を透過した無偏光状態の光信号に対しても、均
一に位相変調をかけることができる。このようにするこ
とで、複屈折性の揺らぎに対しても安定な量子暗号通信
が実現できる。

【００６２】実施の形態４．以上の実施の形態１、２、
３では、１対の量子暗号送受信装置間で量子暗号通信を
するようにしたものであるが、次に１つの量子暗号受信
装置と複数の量子暗号送信装置があり、複数ある量子暗
号送信装置の任意の１つを選択し、量子暗号送受信装置
間で量子暗号通信を実現する実施の形態を示す。図６
は、このような場合の光学系構成図の１例である。図１
においては環流型量子暗号通信路上に１つの量子暗号送
信装置のみが挿入されていたが、本実施の形態において
は、図６に示すように複数の量子暗号送信装置が挿入さ
れていてもかまわない。この形態において任意の１つの
量子暗号送信装置を選択した後は、その選択された量子
暗号送信装置と暗号受信装置の間では実施の形態１と全
く同様に量子暗号通信が実現できる。例えば、量子暗号
送信装置Ｃ（３００）が選択された場合には、ＣＣＷ光
路を選択した光子は量子暗号送信装置Ａ（２００）を素
通りし、量子暗号送信装置Ｃ（３００）の可変アッテネ
ータ１２で減衰される。その後量子暗号送信装置Ｄ（４
００）及び量子暗号送信装置Ｆ（５００）を素通りし、
量子暗号受信装置Ｂ（１００）内の位相変調器７で位相
変調を受け、カプラ５に戻る。一方、ＣＷ光路を選択し
た光子は量子暗号送信装置Ｆ（５００）及び量子暗号送
信装置Ｄ（４００）を素通りし、量子暗号送信装置Ｃ
（３００）内の位相変調器１１で位相変調を受け、可変
アッテネータ１２で減衰される。その後、量子暗号送信
装置Ａ（２００）を素通りし、量子暗号受信装置Ｂ（１
００）のカプラ５に戻る。

【００６３】このように、従来の方式では各量子暗号送
信装置と量子暗号受信装置の間をそれぞれ別々な量子暗
号通信路を敷設しなければならないが、本実施の形態に
よれば１つの量子暗号通信路で済む。また、１つの量子
暗号受信装置と複数の量子暗号送信装置とを接続する際
に、従来の方式では、エンド・ツー・エンドの通信形態
をとっているため、各量子暗号送信装置と量子暗号受信
装置の間をそれぞれ別々な量子暗号通信路を敷設しなけ
ればならないが、この実施の形態によれば１つの量子暗
号通信路ですむという効果がある。

【００６４】ここで、以上にて説明した本発明の特徴を
まとめると以下のようになる。本発明による量子暗号受
信装置は、１個の量子暗号受信装置、１個の量子暗号送
信装置、および、その間を物理的に独立した２本の光路
で接続する量子暗号通信路とを備えたことを特徴とす
る。

【００６５】前記量子暗号受信装置は、以下の手段を備
えたことを特徴とする（ａ）パルス状に光子を発生する光子発生器（ｂ）光子を検出する２つの光子検出器（ｃ）２本の量子暗号通信路と２つの光子検出器を接続
する２入力２出力のカプラ（方向性結合器）（ｄ）一方の光子検出器とカプラの間に挿入され、この
２つの機器と光子発生器とを接続するサーキュレータ（ｅ）２本ある量子暗号通信路のうちの１つの光路とカ
プラの間に挿入され通過する光子に対して選択的に位相
変調をかけることのできる位相変調器（ｆ）位相変調器と１つの量子暗号通信路の間に挿入さ
れる適当な長さを有する光ファイバ。

【００６６】前記量子暗号送信装置は、以下の手段を備
えたことを特徴とする（ａ）２本の量子暗号通信路を接合し、通過する光子に
対して選択的に位相変調をかけることのできる位相変調
器（ｂ）位相変調器と一方の量子暗号通信路の間に挿入さ
れ、１パルスあたりの通過する光子数を調整できる可変
アッテネータ（可変減衰器）。

【００６７】前記量子暗号受信装置は、以下のことを特
徴とする（ａ）光子発生器において発生した光子はサーキュレー
タを介してカプラに導かれ、カプラにおいて光子は２つ
の量子暗号通信路に向けて送信される（ｂ）光子発生器において発生した光子は、サーキュレ
ータにより光子検出器には導かれることなく、カプラに
のみ導かれる（ｃ）２つの量子暗号通信路を通って戻ってきた光子
は、位相変調器において選択的に位相変調を受ける。さ
らにカプラを通してこの光子は干渉作用を起こし、２つ
ある光子検出器のいずれかで検出される（ｄ）カプラから光子検出器に向かう光子はサーキュレ
ータにより光子発生器に導かれることなく、光子検出器
にのみ導かれる。

【００６８】前記量子暗号通信路は、以下のことを特徴
とする（ａ）量子暗号受信装置から送信された光子は量子力学
的に２つに分離して２本ある量子暗号通信路を介して量
子暗号送信装置まで伝送される（ｂ）量子暗号送信装置から返信される光子は量子力学
的に２つに分離したまま２本ある量子暗号通信路を介し
て量子暗号受信装置まで伝送される。

【００６９】本発明による量子暗号送信装置は、以下の
ことを特徴とする（ａ）２本ある量子暗号通信路を介してたどり着いた光
子は位相変調器により選択的に位相変調を受けた後、量
子暗号通信路に向けて逆送信される（ｂ）位相変調を受けた光子は可変アッテネータにより
１パルスあたり１個以下になるように減衰を受ける。

【００７０】本発明による量子暗号通信方法は、以下の
ことを特徴とする（ａ）光子を発生する工程（ｂ）２つの量子暗号通信路に応じて光子を分離する工
程（ｃ）分離された後２つの量子暗号通信路、それぞれを
通って量子暗号受信装置から量子暗号送信装置に光子が
伝送される伝送（往路）工程（ｄ）光子のアッテネートを受ける減衰１工程（ｅ）量子暗号送信装置において光子が位相変調される
位相変調Ａ工程（ｆ）１回あたりに位相変調を受けた光子の数を１個以
下になるまでアッテネートさせる減衰２工程（ｇ）２つの量子暗号通信路、それぞれを通って量子暗
号送信装置から量子暗号受信装置に光子が伝送される伝
送（復路）工程（ｈ）量子暗号受信装置において光子が位相変調される
位相変調Ｂ工程（ｉ）分離されていた光子を合流し、干渉を起こす合流
・干渉工程（ｊ）干渉結果を光子検出として観測する検出工程。

【００７１】本発明による量子暗号通信方法は、以下の
ことを特徴とする（ａ）分離工程において分離された光子は、２つの量子
暗号通信路のいずれか一方だけを往復するのではなく、
順番は違うが２つの量子暗号通信路のいずれをも通過す
る（ｂ）往路において量子暗号受信装置側の位相変調器を
通過した光子が位相変調Ａ工程において位相変調を受
け、減衰２工程において光子数が１以下になるまでアッ
テネートを受ける（ｃ）復路において量子暗号受信装置側の位相変調器を
通過する光子が、減衰１工程においてアッテネートを受
け、位相変調Ｂ工程において位相変調を受ける。

【００７２】本発明による量子暗号受信装置は、１個の
量子暗号受信装置、１個の量子暗号送信装置、および、
その間を物理的に独立した２本の光路で接続する量子暗
号通信路とを備えたことを特徴とする。

【００７３】前記量子暗号受信装置は、以下の手段を備
えたことを特徴とする（ａ）パルス状に光子を発生する光子発生器（ｂ）光子を検出する２つの光子検出器（ｃ）２本の量子暗号通信路と２つの光子検出器を接続
する２入力２出力のカプラ（方向性結合器）（ｄ）一方の光子検出器とカプラの間に挿入され、この
２つの機器と光子発生器とを接続するサーキュレータ（ｅ）２本ある量子暗号通信路のうちの１つの光路とカ
プラの間に挿入され通過する光子に対して選択的に位相
変調をかけることのできる位相変調器（ｆ）位相変調器と１つの量子暗号通信路の間に挿入さ
れる適当な長さを有する光ファイバ。（ｇ）位相変調器と適当な長さを有する光ファイバとの
間に挿入され、通過する光信号の偏光状態を調節できる
偏波コントローラ。（ｈ）カプラと位相変調器の間に挿入され、通過する光
信号の２つの直交する偏光状態において、一方を他方に
対してその位相を半波長分ずらす半波長板。

【００７４】前記量子暗号送信装置は、以下の手段を備
えたことを特徴とする（ａ）２本の量子暗号通信路を接合し、通過する光子に
対して選択的に位相変調をかけることのできる位相変調
器（ｂ）位相変調器と一方の量子暗号通信路の間に挿入さ
れ、１パルスあたりの通過する光子数を調整できる可変
アッテネータ（可変減衰器）。（c）可変アッテネータと一方の量子暗号通信路の間に
挿入され、通過する光信号の偏光状態を調節できる偏波
コントローラ。

【００７５】本発明による量子暗号受信装置は、１個の
量子暗号受信装置、１個の量子暗号送信装置、および、
その間を物理的に独立した２本の光路で接続する量子暗
号通信路とを備えたことを特徴とする。

【００７６】前記量子暗号受信装置は、以下の手段を備
えたことを特徴とする（ａ）パルス状に光子を発生する光子発生器（ｂ）光子を検出する２つの光子検出器（ｃ）２本の量子暗号通信路と２つの光子検出器を接続
する２入力２出力のカプラ（方向性結合器）（ｄ）一方の光子検出器とカプラの間に挿入され、この
２つの機器と光子発生器とを接続するサーキュレータ（ｅ）２本ある量子暗号通信路のうちの１つの光路とカ
プラの間に挿入され通過する光子に対して選択的に位相
変調をかけることのできる、かつ、通過する光信号の偏
光状態に依存しない二段直列接続位相変調器（ｆ）位相変調器と１つの量子暗号通信路の間に挿入さ
れる適当な長さを有する光ファイバ。（ｇ）サーキュレータとカプラの間に挿入され、通過す
る光信号の偏光状態を無偏光状態にするデポラライザ。

【００７７】前記量子暗号送信装置は、以下の手段を備
えたことを特徴とする（ａ）２本の量子暗号通信路を接合し、通過する光子に
対して選択的に位相変調をかけることのできる、かつ、
通過する光信号の偏光状態に依存しない二段直列接続位
相変調器（ｂ）位相変調器と一方の量子暗号通信路の間に挿入さ
れ、１パルスあたりの通過する光子数を調整できる可変
アッテネータ（可変減衰器）。

【００７８】本発明による干渉型量子暗号装置は、１個
の量子暗号受信装置と複数の量子暗号送信装置、およ
び、その量子暗号受信装置から発し、複数の量子暗号送
信装置を貫いて、再び量子暗号受信装置に戻るようにル
ープ状に敷設された量子暗号通信路とを備えたことを特
徴とする。

【００７９】前記量子暗号受信装置は、以下の手段を備
えたことを特徴とする（ａ）光子を発生する光子発生器（ｂ）光子を検出する２つの光子検出器（ｃ）ループ状量子暗号通信路の両端と２つの光子検出
器を接続する２入力２出力のカプラ（方向性結合器）（ｄ）一方の光子検出器とカプラの間に挿入され、この
２つの手段と光子発生器とを接続するサーキュレータ（ｅ）ループ状量子暗号通信路の両端のうちの一端とカ
プラの間に挿入され通過する光子に対して選択的に位相
変調かけることのできる位相変調器（ｆ）位相変調器と量子暗号通信路の間に挿入される適
当な長さを有する光ファイバ。

【００８０】前記量子暗号送信装置は、以下の手段を備
えたことを特徴とする（ａ）ループ状量子暗号通信路上に挿入され、通過する
光子の位相を選択的に位相変調かけることのできる位相
変調器（ｂ）位相変調器と量子暗号通信路の一方の端との間に
挿入され、１回あたり通過する光子数を調整できる可変
アッテネータ（可変減衰器）。

【００８１】前記量子暗号受信装置は、以下のことを特
徴とする（ａ）光子発生器において発生した光子はサーキュレー
タを介してカプラに導かれ、カプラにおいて光子はルー
プ状量子暗号通信路の両端に向けて送信される（ｂ）光子発生器において発生した光子は、サーキュレ
ータにより光子検出器には導かれることなく、カプラに
のみ導かれる（ｃ）ループ状量子暗号通信路を環流して戻ってきた光
子は、位相変調器において選択的に位相変調を受ける。
さらにカプラを通してこの光子は干渉作用を起こし、２
つある光子検出器のいずれかで検出される（ｄ）カプラから光子検出器に向かう光子はサーキュレ
ータにより光子発生器に導かれることなく、光子検出器
にのみ導かれる。

【００８２】前記量子暗号通信路は、以下のことを特徴
とする（ａ）量子暗号受信装置から送信された光子はループ状
の量子暗号通信路を量子力学的に２つに分離して互いに
反対向きに環流して量子暗号受信装置に戻る（ｂ）ループ状量子暗号通信路は複数ある量子暗号送信
装置を直列に貫いており、その中を環流する光子は順番
に各量子暗号送信装置を通過する。

【００８３】前記量子暗号送信装置は、以下のことを特
徴とする（ａ）ループ状量子暗号通信路を介して位相変調器を通
過する光子は位相変調器により選択的に位相変調を受け
る（ｂ）位相変調を受けた光子は可変アッテネータにより
１パルスあたり１個以下になるように減衰を受ける。

【００８４】

【発明の効果】本発明によれば、干渉を引き起こす光路
として物理的には同一の、但し、向きだけが逆である２
つの光路を用いているので、光路長が同じになり、なお
かつ、偏波面の回転量も同じになるので高い干渉性を有
している。

【００８５】また、本発明によれば、偏波長コントロー
ラと半波長板の組合せ、又はデポラライザと二段直列構
成の位相変調器の組合せにより、複屈折性揺らぎに対し
ても安定な量子暗号通信が実現できる。

【００８６】また、１つの量子暗号受信装置と複数の量
子暗号送信装置とを接続する際に、本発明によれば１つ
の量子暗号通信路で済むという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係る干渉型量子暗号システム
の光学系構成図。

【図２】実施の形態１に係る干渉型量子暗号システム
の動作を示すフローチャート図。

【図３】実施の形態１に係る干渉型量子暗号システム
内の光子の状態を示す図。

【図４】実施の形態２に係る干渉型量子暗号システム
の光学系構成図。

【図５】実施の形態３に係る干渉型量子暗号システム
の光学系構成図。

【図６】実施の形態４に係る干渉型量子暗号システム
の光学系構成図。

【図７】従来技術を示す光学系構成図。

【符号の説明】

１量子暗号通信路、２光子発生器、３光子検出
器、４光子検出器、５カプラ、６サーキュレータ、
７位相変調器、８光ファイバ、９位相変調器、１
０可変アッテネータ、２１半波長板、２２偏波コ
ントローラ、２３偏波コントローラ、２４デポララ
イザ、１００量子暗号受信装置、２００量子暗号送
信装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長谷川俊夫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） 5J104 AA05 NA02 5K002 AA01 AA02 AA03 BA04 BA05 BA21 CA14 FA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光信号に対して所定の処理を行う光信号
処理装置に対して第一の光信号と第二の光信号とを出力
する光信号出力装置であって、前記光信号処理装置へ第一の光信号を伝送する第一の光
信号伝送路と、前記光信号処理装置へ第二の光信号を伝
送する第二の光信号伝送路とに接続され、前記第一の光信号伝送路に第一の光信号を出力し、前記
第二の光信号伝送路に第二の光信号を出力することを特
徴とする光信号出力装置。
【請求項２】前記光信号出力装置は、前記光信号出力装置に接続されていない端同士が連結さ
れ、第一の光信号と第二の光信号とを前記光信号処理装
置を経由させて相互に反対の方向に環流させ、第一の光
信号と第二の光信号とを前記光信号出力装置に戻す環状
の光信号伝送路を形成する第一の光信号伝送路と第二の
光信号伝送路とに接続されていることを特徴とする請求
項１に記載の光信号出力装置。
【請求項３】前記光信号出力装置は、光信号を発生する光信号発生部と、前記光信号発生部より前記光信号を入力し、入力した前
記光信号を第一の分離光信号と第二の分離光信号とに分
離し、前記第一の分離光信号を前記第一の光信号伝送路
に出力し、前記第二の分離光信号を前記第二の光信号伝
送路に出力する光信号分離出力部とを有することを特徴
とする請求項１又は２に記載の光信号出力装置。
【請求項４】前記光信号分離出力部は、前記第一の光
信号伝送路に出力した第一の分離光信号を前記第二の光
信号伝送路より入力し、前記第二の光信号伝送路に出力
した第二の分離光信号を前記第一の光信号伝送路より入
力し、入力した第一の分離光信号と第二の分離光信号と
を合成することを特徴とする請求項３に記載の光信号出
力装置。
【請求項５】前記光信号出力装置は、更に、少なくと
もいずれか一つが、前記光信号分離出力部で合成された
第一の分離光信号と第二の分離光信号とを入力する複数
の合成光信号入力部を有し、前記光信号分離出力部は、位相変調処理が行われた位相
変調後の第一の分離光信号を前記第二の光信号伝送路よ
り入力し、位相変調処理が行われた位相変調後の第二の
分離光信号を前記第一の光信号伝送路より入力し、入力
した位相変調後の第一の分離光信号と位相変調後の第二
の分離光信号とを合成し、合成した位相変調後の第一の
分離光信号と位相変調後の第二の分離光信号とに干渉作
用を生じさせ、前記複数の合成光信号入力部の少なくともいずれか一つ
は、前記光信号分離出力部において生じた干渉作用に応
じて、合成された位相変調後の第一の分離光信号と位相
変調後の第二の分離光信号とを入力することを特徴とす
る請求項３に記載の光信号出力装置。
【請求項６】前記光信号分離出力部は、前記光信号処
理装置により位相変調処理が行われた位相変調後の第一
の分離光信号及び位相変調後の第二の分離光信号のうち
少なくともいずれか一方を入力し、前記光信号出力装置は、更に、第一の分離光信号及び第
二の分離光信号のうち少なくともいずれか一方に位相変
調処理を行う位相変調処理部を有し、前記光信号分離出力部は、前記光信号処理装置及び前記
位相変調処理部のうち少なくともいずれか一方により位
相変調処理が行われた位相変調後の第一の分離光信号を
前記第二の光信号伝送路より入力し、前記光信号処理装
置及び前記位相変調処理部のうち少なくともいずれか一
方により位相変調処理が行われた位相変調後の第二の分
離光信号を前記第一の光信号伝送路より入力することを
特徴とする請求項３に記載の光信号出力装置。
【請求項７】前記第一の光信号伝走路及び第二の光信
号伝走路には、それぞれ偏波コントローラが配置され、前記光信号分離出力部は、前記偏波コントローラが配置
された前記第一の光信号伝走路に前記第一の分離光信号
を出力し、前記偏波コントローラが配置された前記第二
の光信号伝走路に前記第二の分離光信号を出力すること
を特徴とする請求項３に記載の光信号出力装置。
【請求項８】前記光信号出力装置は、更に、前記第二
の光信号伝走路上に配置された半波長板を有することを
特徴とする請求項７に記載の光信号出力装置。
【請求項９】前記半波長板は、前記第二の光信号伝走
路上であって前記光信号分離出力部の近傍に配置された
ことを特徴とする請求項８に記載の光信号出力装置。
【請求項１０】前記光信号出力装置は、更に、前記光
信号発生部と前記光信号分離出力部との間に配置された
デポラライザを有することを特徴とする請求項３又は６
に記載の光信号出力装置。
【請求項１１】前記位相変調処理部は、それぞれが所
定の偏光軸を有し、それぞれの偏光軸が相互に直交する
２つの位相変調器を直列に接続することにより構成され
ることを特徴とする請求項６に記載の光信号出力装置。
【請求項１２】前記光信号出力装置は、量子暗号方式
による鍵生成のために第一の光信号と第二の光信号とを
出力することを特徴とする請求項１に記載の光信号出力
装置。
【請求項１３】第一の光信号と第二の光信号とを出力
する光信号出力装置と、前記光信号出力装置より出力された第一の光信号と第二
の光信号とのうち少なくともいずれか一方に対して所定
の処理を行う光信号処理装置と、前記光信号出力装置から前記光信号処理装置へ第一の光
信号を伝送する第一の光信号伝送路と、前記光信号出力装置から前記光信号処理装置へ前記第二
の光信号を伝送する第二の光信号伝送路とを有すること
を特徴とする光信号伝送システム。
【請求項１４】前記第一の光信号伝送路と前記第二の
光信号伝送路のそれぞれは、前記光信号出力装置に接続
されていない端同士が連結され、第一の光信号と第二の
光信号とを前記光信号処理装置を経由させて相互に反対
の方向に環流させ、第一の光信号と第二の光信号とを前
記光信号処理装置に戻す環状の光信号伝送路を形成する
ことを特徴とする請求項１３に記載の光信号伝送システ
ム。
【請求項１５】前記光信号出力装置は、光信号を発生する光信号発生部と、前記光信号発生部より前記光信号を入力し、入力した前
記光信号を第一の分離光信号と第二の分離光信号とに分
離し、前記第一の分離光信号を前記第一の光信号伝送路
に出力し、前記第二の分離光信号を前記第二の光信号伝
送路に出力する光信号分離出力部とを有し、前記光信号処理装置は、前記第一の光信号伝送路より第一の分離光信号を入力
し、前記第二の光信号伝送路より第二の分離光信号を入
力し、前記第一の光信号伝送路より入力した第一の分離
光信号を前記第二の光信号伝送路に出力し、前記第二の
光信号伝送路より入力した第二の分離光信号を前記第一
の光信号伝送路に出力し、前記光信号出力装置の前記光信号分離出力部は、第一の分離光信号を前記第二の光信号伝送路より入力
し、第二の分離光信号を前記第一の光信号伝送路より入
力し、入力した第一の分離光信号と第二の分離光信号と
を合成することを特徴とする請求項１３又は１４に記載
の光信号伝送システム。
【請求項１６】前記光信号出力装置は、更に、少なくともいずれか一つが、前記光信号分離出力部で合
成された第一の分離光信号と第二の分離光信号とを入力
する複数の合成光信号入力部と、第一の分離光信号及び第二の分離光信号のうち少なくと
もいずれか一方に位相変調処理を行う出力装置側位相変
調処理部とを有し、前記光信号処理装置は、第一の分離光信号及び第二の分離光信号のうち少なくと
もいずれか一方に位相変調処理を行い、位相変調処理を
行った位相変調後の第一の分離光信号を前記第二の光信
号伝送路に出力し、位相変調処理を行った位相変調後の
第二の分離光信号を前記第一の光信号伝送路に出力する
処理装置側位相変調処理部を有し、前記光信号出力装置の前記光信号分離出力部は、前記出力装置側位相変調処理部及び前記処理装置側位相
変調処理部のうち少なくともいずれか一方により位相変
調処理が行われた位相変調後の第一の分離光信号を前記
第二の光信号伝送路より入力し、前記出力装置側位相変
調処理部及び前記処理装置側位相変調処理部のうち少な
くともいずれか一方により位相変調処理が行われた位相
変調後の第二の分離光信号を前記第一の光信号伝送路よ
り入力し、入力した位相変調後の第一の分離光信号と位
相変調後の第二の分離光信号とを合成し、合成した位相
変調後の第一の分離光信号と位相変調後の第二の分離光
信号とに干渉作用を生じさせ、前記光信号出力装置の前記複数の合成光信号入力部の少
なくともいずれか一つは、前記光信号分離出力部において生じた干渉作用に応じ
て、合成された位相変調後の第一の分離光信号と位相変
調後の第二の分離光信号とを入力することを特徴とする
請求項１５に記載の光信号伝送システム。
【請求項１７】前記第一の光信号伝走路及び第二の光
信号伝走路には、それぞれ偏波コントローラが配置さ
れ、前記光信号出力装置の前記光信号分離出力部は、前記偏波コントローラが配置された前記第一の光信号伝
走路に前記第一の分離光信号を出力し、前記偏波コント
ローラが配置された前記第二の光信号伝走路に前記第二
の分離光信号を出力することを特徴とする請求項１５に
記載の光信号伝送システム。
【請求項１８】前記光信号出力装置は、更に、前記第
二の光信号伝走路上に配置された半波長板を有すること
を特徴とする請求項１７に記載の光信号伝送システム。
【請求項１９】前記半波長板は、前記第二の光信号伝
走路上であって前記光信号出力装置の前記光信号分離出
力部の近傍に配置されたことを特徴とする請求項１８に
記載の光信号伝送システム。
【請求項２０】前記光信号出力装置は、更に、前記光
信号発生部と前記光信号分離出力部との間に配置された
デポラライザを有することを特徴とする請求項１５に記
載の光信号出力装置。
【請求項２１】前記光信号出力装置の前記出力装置側
位相変調処理部は、それぞれが所定の偏光軸を有し、それぞれの偏光軸が相
互に直交する２つの位相変調器を直列に接続することに
より構成され、前記光信号処理装置の処理装置側位相変調処理部は、それぞれが所定の偏光軸を有し、それぞれの偏光軸が相
互に直交する２つの位相変調器を直列に接続することに
より構成されることを特徴とする請求項１６に記載の光
信号出力装置。
【請求項２２】第一の光信号と第二の光信号とを出力
する光信号出力装置と、前記光信号出力装置より出力された第一の光信号と第二
の光信号とのうち少なくともいずれか一方に対して所定
の処理を行う複数の光信号処理装置と、前記光信号出力装置と前記複数の光信号処理装置とを直
列に接続する環状の光信号伝送路であって、前記光信号
出力装置により出力された第一の光信号と第二の光信号
とを前記複数の光信号処理装置を経由させて相互に反対
の方向に環流させ、第一の光信号と第二の光信号を前記
光信号出力装置に戻す環状の光信号伝送路とを有する光
信号伝送システム。
【請求項２３】前記光信号伝送システムは、量子暗号
方式による鍵生成のために第一の光信号と第二の光信号
とを伝送させる請求項１３又は２２に記載の光信号伝送
システム。
【請求項２４】光信号を発生する発生工程と、前記光信号を第一の分離光信号と第二の分離光信号とに
分離する分離工程と、第一の分離光信号及び第二の分離光信号を出力する出力
工程と、前記出力工程により出力された第一の分離光信号及び第
二の分離光信号のそれぞれに対して位相変調処理を行う
とともに、第一の分離光信号と第二の分離光信号とを相
互に反対の方向に環流させる環流工程と、前記環流工程により位相変調処理が行われた位相変調後
の第一の光信号と位相変調後の第二の光信号とを合成
し、合成した位相変調後の第一の分離光信号と位相変調
後の第二の分離光信号とに干渉作用を生じさせる合成干
渉工程と、合成干渉工程における干渉作用に応じて、合成された位
相変調後の第一の分離光信号と位相変調後の第二の分離
光信号とを入力する光信号入力工程とを有することを特
徴とする光信号伝送方法。
【請求項２５】前記光信号出力工程は、所定の光信号
伝送路の一方の端から第一の分離光信号を出力し、前記
光信号伝送路の他方の端から第二の分離光信号を出力
し、前記環流工程は、前記光信号伝送路において第一の分離
光信号と第二の分離光信号とを相互に反対の方向に環流
させることを特徴とする請求項２４に記載の光信号伝送
方法。
【請求項２６】前記光信号伝送方法は、量子暗号方式
による鍵生成のために第一の分離光信号と第二の分離光
信号とを伝送させることを特徴とする請求項２４に記載
の光信号伝送方法。