JP2003046445A - Optical signal receiver and optical signal reception method - Google Patents

Optical signal receiver and optical signal reception method

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JP2003046445A JP2001229096A JP2001229096A JP2003046445A JP 2003046445 A JP2003046445 A JP 2003046445A JP 2001229096 A JP2001229096 A JP 2001229096A JP 2001229096 A JP2001229096 A JP 2001229096A JP 2003046445 A JP2003046445 A JP 2003046445A
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a quantum receiver where the level of an output signal is not biased to either '0' or '1' even when quantization efficiency of two detectors has a deviation. SOLUTION: The optical signal (quantum) receiver 1 of this invention is provided with a signal output device 107 that changes a coding method, where even at a receiver side a PMB 102 is used to apply N-value (4-value) modulation to the interpolation signal, the N-value signal is divided into first and second groups comprising N/2 value signals and a detection signal of two photon detectors (Avalanche Photo Diodes APD1 905 and 2 906) is converted into an output signal, depending on the first group and the second group. As a result, the output signal wherein the deviation due to the optical detectors is cancelled is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、量子効率の偏差を
打ち消す光信号受信装置及び、光信号受信方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical signal receiving device and an optical signal receiving method for canceling deviations in quantum efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】以下、「光信号受信装置」の一例として
「量子受信装置」を用いて説明する。また、「光信号送
信装置」の一例として「量子送信装置」を用いて説明す
る。図5に、従来の量子受信装置の構成図を示す。図5
において、900は、従来のBB84プロトコル(”B
B84プロトコル”とはCharles H.Benn
ett,Gilles Brassardが1984年
に提案した量子的鍵の配布方式である)を実装する量子
受信装置(光信号受信装置)である。量子受信装置90
0は図示していない量子送信装置から光信号910を入
力する。光信号910は、量子送信装置の位相変調器
(PMA)によって「0」,「π」,「π/2」,「−
π/2」の位相変調がランダムに等しい比率で(1/4
の比率で)かけられている既変調光信号950と、位相
変調がかけられていない未変調光信号960とが含まれ
た光信号である。901は、光信号910を入力して、
既変調光信号950と未変調光信号960とに分離する
カプラである。902は未変調光信号960を入力して
位相変調を行い、現変調光信号970を出力する位相変
調器(PMB)である。位相変調器902は、未変調光
信号960に対して「0」,「π/2」の位相変調を行
う。908は、位相変調器902に対して「0」と「π
/2」の位相変調を印加する変調電圧印加器である。9
03は、既変調光信号950のタイミング調整用に設け
られた迂回路(遅延バッファ)である。904は、既変
調光信号950と現変調光信号970とを入力して結合
し、現変調光信号970と既変調光信号950との干渉
を誘起して、干渉した光信号980と990を出力する
カプラ904である。905と906とは検出器であ
り、検出器905をAPD1(APDはAvalanc
e Photo Diodeの略)とし、検出器906
をAPD2とする。APD1 905とAPD2 90
6とは互いに相反する検出結果を出力する検出器であ
り、例えば、APD1 905は光路位相差0の光子を
検出する。一方、APD2 906は光路位相差πの光
子を検出する。APD1 905で光子を検出した場合
は出力信号を「1」とし、APD2 906で光子を検
出した場合は出力信号を「0」とする。また、APD1
905における「1」の量子効率は「η1」とし、A
PD2 906における「0」の量子効率は「η2」と
する。BB84プロトコルを実装する従来の量子受信装
置は、量子効率(η1とη2)が等しいことを前提にし
て、位相変調器902により2つ(N/2(Nは偶
数))の変調をかけ、APD1 905とAPD2 9
06で信号を検出している。
2. Description of the Related Art A "quantum receiver" will be described below as an example of an "optical signal receiver". In addition, a “quantum transmitter” will be described as an example of the “optical signal transmitter”. FIG. 5 shows a configuration diagram of a conventional quantum receiver. Figure 5
In the 900, the conventional BB84 protocol ("B
"B84 Protocol" is Charles H. Benn
Quantum receiver (optical signal receiver) that implements the quantum key distribution method proposed by ett, Gilles Brassard in 1984). Quantum receiver 90
0 receives an optical signal 910 from a quantum transmitter (not shown). The optical signal 910 is “0”, “π”, “π / 2”, “−” by the phase modulator (PMA) of the quantum transmitter.
The phase modulation of “π / 2” is randomly (1/4
The optical signal includes a modulated optical signal 950 that has been applied (at a ratio of 1) and an unmodulated optical signal 960 that has not been subjected to phase modulation. 901 inputs the optical signal 910,
It is a coupler that separates a modulated optical signal 950 and an unmodulated optical signal 960. Reference numeral 902 denotes a phase modulator (PMB) that inputs the unmodulated optical signal 960, performs phase modulation, and outputs the present modulated optical signal 970. The phase modulator 902 performs phase modulation of “0” and “π / 2” on the unmodulated optical signal 960. 908 indicates “0” and “π” for the phase modulator 902.
A modulation voltage applicator for applying a phase modulation of "/ 2". 9
Reference numeral 03 is a detour (delay buffer) provided for adjusting the timing of the modulated optical signal 950. Numeral 904 inputs and combines the modulated optical signal 950 and the current modulated optical signal 970, induces interference between the current modulated optical signal 970 and the modulated optical signal 950, and outputs the interfered optical signals 980 and 990. The coupler 904 that does this. 905 and 906 are detectors, and the detector 905 is the APD1 (APD is Avalanc).
e Photo Diode), and the detector 906
Be APD2. APD1 905 and APD2 90
Reference numeral 6 is a detector that outputs detection results that are contradictory to each other. For example, the APD1 905 detects a photon having an optical path phase difference of 0. On the other hand, the APD2 906 detects photons having an optical path phase difference of π. When the photon is detected by the APD1 905, the output signal is set to "1", and when the photon is detected by the APD2 906, the output signal is set to "0". Also, APD1
The quantum efficiency of “1” in 905 is “η1”, and A
The quantum efficiency of “0” in PD2 906 is “η2”. In the conventional quantum receiver that implements the BB84 protocol, assuming that the quantum efficiencies (η1 and η2) are equal, two (N / 2 (N is an even number)) modulations are performed by the phase modulator 902, and APD1 905 and APD29
The signal is detected at 06.

【0003】図6は、位相変調した光信号をそれぞれの
検出器により検出した結果を示す図である。図6におい
て、S101は、図5には図示していない量子送信装置
側の位相変調器による位相変調の値を示している。量子
送信装置側の位相変調器(PMA)による位相変調は
「0」,「π/2」,「π」,「−π/2」の4値(φ
A)による位相変調を行う。S102は、図6の位相変
調器(PMB)902による位相変調の値を示してい
る。位相変調器902による位相変調は、「0」,「π
/2」の2値(φB)による位相変調を行う。S103
は、カプラ904による干渉結果△φを示しており、式
「φA − φB = △φ」によって求められる。S
104は、APD1 905の検出結果を示しており、
干渉結果△φ=0の場合は、光路位相差0の光子が検出
されたものとし、△φ=0を検出した場合の検出結果を
「1」とする。△φ=πの場合は、光路位相差πの光子
なので(光路位相差0の光子ではないので)、検出結果
は「0」となる。△φ=π/2及び△φ=−π/2の場
合の検出結果は、光路位相差0の光子か光路位相差πの
光子かのいずれになるか不明であり、「1/0」のいず
れかになる(1又は0のいずれか、すなわち、不定)。
S105は、APD2 906の検出結果を示してお
り、干渉結果△φ=πの場合は、光路位相差πの光子が
検出されたものとし、△φ=πを検出した場合の検出結
果を「1」とする。△φ=0場合は、光路位相差0の光
子なので(光路位相差πの光子ではないので)の検出結
果は「0」となる。△φ=π/2及び△φ=−π/2の
場合の検出結果は、光路位相差0の光子か光路位相差π
の光子かのいずれになるか不明であり、「0/1」のい
ずれかになる(1又は0のいずれか、すなわち、不
定)。S106は、出力信号であり、APD1 905
の検出結果が「1」の時、出力信号の値を「1」とし、
APD2906の検出結果が「1」の時、出力信号の値
を「0」とする。S107は、出力信号の出現比を示し
ている。APD1 905への光路位相差0の光子の入
力比率とAPD2 906への光路位相差πの光子の入
力比率は等しいはずであるが、APD1 905が光路
位相差0の光子を検出する量子効率(検出効率)η1と
APD2 906が光路位相差πの光子を検出する量子
効率(検出効率)η2とが異なっている。したがって、
APD1 905の出力信号の値が「1」である時の比
率は「η1」、APD1 905の出力信号の値が
「0」である時の比率は「η2」となってしまう。AP
D1 905とAPD2906の出力信号の値が「1/
0」、「0/1」の場合は、後に無視されるため、ここ
では、「η1」及び「η2」の比率には含めない。S1
08は、出力信号の値「1」と「0」の全体出現比を示
しており、「1:0 = η1:η2」である。図6の
S101,S102はカプラ904の入力であり、S1
03はカプラ904の出力であり、S104はAPD1
905の検出結果であり、S105はAPD2 90
6の検出結果である。S106の出力信号はAPD1
905とAPD2 906の検出結果に依存している。
図6に示すように、S106の出力信号は、S101の
PMAのφAが「π/2」と「−π/2」のいずれかで
あり、PMBのφBが「0」ある場合に、「1」になる
か「0」になるか分からない。このため、出力信号とし
ては無効とする。S101のPMAのφAが「0」と
「π」のいずれかであり、PMBのφBが「0」である
場合にその出力信号を有効とする。また、PMAのφA
が「0」と「π」のいずれかであり、PMBのφBが
「π/2」である場合に、「1」になるか「0」になる
か分からない。このため、出力信号としては無効とす
る。PMAのφAが「π/2」と「−π/2」のいずれ
かであり、PMBのφBが「π/2」である場合、その
出力信号を有効とする。図6から有効とする出力信号を
抽出して図7に示す。
FIG. 6 is a diagram showing the results of detecting the phase-modulated optical signals by the respective detectors. In FIG. 6, S101 indicates the value of the phase modulation by the phase modulator on the side of the quantum transmission device, which is not shown in FIG. The phase modulation by the phase modulator (PMA) on the side of the quantum transmitter is four values (φ) of “0”, “π / 2”, “π”, and “−π / 2”.
Phase modulation according to A) is performed. S102 shows the value of the phase modulation by the phase modulator (PMB) 902 of FIG. The phase modulation performed by the phase modulator 902 is “0”, “π
Phase modulation is performed by the binary value (φB) of “/ 2”. S103
Indicates the interference result Δφ by the coupler 904, and is obtained by the expression “φA−φB = Δφ”. S
104 shows the detection result of APD1 905,
When the interference result Δφ = 0, it is assumed that a photon having an optical path phase difference of 0 is detected, and the detection result when Δφ = 0 is detected is “1”. When Δφ = π, the detection result is “0” because it is a photon with an optical path phase difference of π (because it is not a photon with an optical path phase difference of 0). The detection result in the case of Δφ = π / 2 and Δφ = −π / 2 is unclear whether it is a photon with an optical path phase difference of 0 or a photon with an optical path phase difference of π, and the detection result of “1/0” It is either (1 or 0, that is, undefined).
S105 shows the detection result of the APD2 906. If the interference result Δφ = π, it is assumed that a photon with an optical path phase difference π is detected, and the detection result when Δφ = π is “1”. ". When Δφ = 0, the detection result is “0” because it is a photon having an optical path phase difference of 0 (not a photon having an optical path phase difference of π). When Δφ = π / 2 and Δφ = −π / 2, the detection result is a photon with an optical path phase difference of 0 or an optical path phase difference of π.
It is unknown whether it becomes any of the photons of (1) or (1) or “0” (that is, undefined). S106 is an output signal, which is APD1 905.
When the detection result of is "1", the value of the output signal is "1",
When the detection result of the APD 2906 is "1", the value of the output signal is "0". S107 shows the appearance ratio of the output signal. The input ratio of the photons having the optical path phase difference of 0 to the APD1 905 and the input ratio of the photons having the optical path phase difference of π to the APD2 906 should be equal, but the quantum efficiency (detection by the APD1 905 of detecting the photons having the optical path phase difference of 0 The efficiency) η1 is different from the quantum efficiency (detection efficiency) η2 at which the APD2 906 detects a photon having an optical path phase difference π. Therefore,
The ratio when the output signal value of the APD1 905 is "1" is "η1", and the ratio when the output signal value of the APD1 905 is "0" is "η2". AP
The value of the output signal of D1 905 and APD2906 is "1 /
The cases of "0" and "0/1" are ignored later, and thus are not included in the ratio of "η1" and "η2" here. S1
Reference numeral 08 denotes the overall appearance ratio of the output signal values “1” and “0”, which is “1: 0 = η1: η2”. S101 and S102 in FIG. 6 are inputs of the coupler 904, and S1
03 is the output of the coupler 904, and S104 is APD1.
905 is the detection result, S105 is APD2 90
6 is the detection result of 6. The output signal of S106 is APD1
905 and APD2 906 detection results.
As shown in FIG. 6, the output signal of S106 is "1" when φA of PMA of S101 is either "π / 2" or "-π / 2" and φB of PMB is "0". I don't know if it will be "" or "0". Therefore, it is invalid as an output signal. When φA of PMA in S101 is either “0” or “π” and φB of PMB is “0”, the output signal is validated. Also, PMA φA
Is either “0” or “π”, and when φB of PMB is “π / 2”, it is unknown whether it will be “1” or “0”. Therefore, it is invalid as an output signal. When φA of PMA is either “π / 2” or “−π / 2” and φB of PMB is “π / 2”, the output signal is valid. An output signal to be validated is extracted from FIG. 6 and shown in FIG.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の量子受信装置は
上記したように構成され、出力信号を生成する。BB8
4プロトコルを実装する従来の量子受信装置は、量子効
率(η1とη2)が等しいことを前提にして、位相変調
器902により2値の変調をかけ、APD1 905と
APD2 906で信号を検出している。しかし、この
場合、量子効率に偏りがあると出力信号の値が「0」と
「1」のどちらかに偏ってしまうという問題が発生す
る。
The conventional quantum receiver is constructed as described above and produces an output signal. BB8
In the conventional quantum receiver that implements the four protocols, assuming that the quantum efficiencies (η1 and η2) are equal, binary modulation is performed by the phase modulator 902, and signals are detected by the APD1 905 and the APD2 906. There is. However, in this case, if the quantum efficiency is biased, the value of the output signal is biased to either "0" or "1".

【0005】この発明は上記した問題を解決して、以下
のことを目的とする。2つの検出器の量子効率に偏りが
ある場合でも、出力信号の値が「0」と「1」のどちら
かに偏らない量子受信装置を提供する。
The present invention solves the above problems and has the following objects. Provided is a quantum receiving device in which the output signal value is not biased to either "0" or "1" even if the quantum efficiencies of the two detectors are biased.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明に係る光信号受
信装置は、光信号を受信し、既にN(Nは偶数)値の位
相変調がかけられた既変調光信号と未だ位相変調がかけ
られていない未変調光信号との2つの光信号に分離する
分離器と、分離器により分離された未変調光信号に対し
てN値の位相変調をかけ、位相変調した光信号を現変調
光信号として出力する位相変調器と、位相変調器により
出力された現変調光信号と分離器により分離された既変
調光信号とを結合し、現変調光信号と既変調光信号との
干渉を誘起する結合器と、結合器から出力される光信号
の検出を行い検出信号を出力する2つの検出器と、N値
の信号を発生させて位相変調器にN値の位相変調をかけ
させるとともに、2つの検出器から検出信号を受け取
り、発生させたN値の信号と2つの検出器から受け取っ
た検出信号とから出力信号を生成して出力する信号処理
装置とを備えたことを特徴とする。
An optical signal receiving device according to the present invention receives an optical signal, and a phase-modulated optical signal already phase-modulated with N (N is an even number) value is still phase-modulated. A splitter for separating the unmodulated optical signal and the unmodulated optical signal into two optical signals, and the unmodulated optical signal separated by the separator is subjected to N-value phase modulation, and the phase-modulated optical signal is subjected to current modulation light. The phase modulator output as a signal and the current modulated optical signal output by the phase modulator and the already-modulated optical signal separated by the separator are combined to induce interference between the currently-modulated optical signal and the already-modulated optical signal. And two detectors that detect the optical signal output from the coupler and output a detection signal, generate an N-valued signal and cause the phase modulator to perform N-valued phase modulation, and N value generated by receiving detection signals from two detectors Characterized by comprising a signal and a signal processing unit for generating and outputting an output signal from the detection signal received from the two detectors.

【0007】また、この発明に係る光信号受信装置は、
上記光信号は光子列であり、上記検出器は、光子を検出
する光検出器であることを特徴とする。
The optical signal receiving apparatus according to the present invention is
The optical signal is a photon train, and the detector is a photodetector for detecting photons.

【0008】また、この発明に係る光信号受信装置は、
上記信号処理装置は、N値の信号をN/2値の信号から
なる第1のグループと第2のグループに分け、第1のグ
ループに属するN/2値の信号に基づいて位相変調がな
された場合に用いる出力信号の符号化方法と、第2のグ
ループに属するN/2値の信号に基づいて位相変調がな
された場合に用いる出力信号の符号化方法とを取り替え
ることを特徴とする。
The optical signal receiving apparatus according to the present invention is
The signal processing device divides an N-valued signal into a first group and a second group of N / 2-valued signals, and performs phase modulation based on the N / 2-valued signals belonging to the first group. In this case, the output signal encoding method used in the above case and the output signal encoding method used in the case where the phase modulation is performed based on the N / 2-valued signal belonging to the second group are replaced.

【0009】また、この発明に係る光信号受信装置は、
上記信号処理装置は、N値(N≧4)の信号をN/2値
の信号からなる第1のグループと第2のグループに分
け、第1のグループに属するN/2値の信号に基づいて
位相変調がなされた場合に、所定の符号化アルゴリズム
を用いて2値の信号を求めて出力信号とし、第2のグル
ープに属するN/2値の信号に基づいて位相変調がなさ
れた場合には、上記所定の符号化アルゴリズムと同一の
アルゴリズムを用いて得た2値の信号を反転させて出力
信号とすることを特徴とする。
The optical signal receiving apparatus according to the present invention is
The signal processing device divides an N-valued signal (N ≧ 4) into a first group and a second group of N / 2-valued signals, and based on the N / 2-valued signals belonging to the first group. In the case where phase modulation is performed by a predetermined encoding algorithm, a binary signal is obtained and used as an output signal, and phase modulation is performed based on the N / 2-valued signal belonging to the second group. Is characterized by inverting a binary signal obtained by using the same algorithm as the above-mentioned predetermined encoding algorithm and using it as an output signal.

【0010】また、この発明に係る光信号受信装置は、
上記信号処理装置は、0,π/2,π,−π/2の4値
の信号のうち、0とπ/2とを第1グループとし、πと
−π/2とを第2のグループとすることを特徴とする。
The optical signal receiving apparatus according to the present invention is
In the signal processing device, among four-valued signals of 0, π / 2, π, and -π / 2, 0 and π / 2 are the first group, and π and -π / 2 are the second group. It is characterized by

【0011】この発明に係る光信号受信方法は、光信号
を受信し、既にN(Nは偶数)値の位相変調がかけられ
た既変調光信号と未だ位相変調がかけられていない未変
調光信号との2つの光信号に分離する分離工程と、分離
工程により分離された未変調光信号に対してN値の位相
変調をかけ、位相変調した光信号を現変調光信号として
出力する位相変調工程と、位相変調工程により出力され
た現変調光信号と分離工程により分離された既変調光信
号とを結合し、現変調光信号と既変調光信号との干渉を
誘起する結合工程と、結合工程から出力される光信号の
検出を行い検出信号を出力する検出工程と、N値の信号
を発生させて位相変調工程においてN値の位相変調をか
けさせるとともに、検出工程から検出信号を受け取り、
発生させたN値の信号と検出工程から受け取った検出信
号とから出力信号を生成して出力する信号処理工程とを
備えたことを特徴とする。
An optical signal receiving method according to the present invention receives an optical signal, and an already-modulated optical signal which has already undergone N (N is an even number) phase modulation and an unmodulated optical signal which has not yet undergone phase modulation. And a separation step of separating the optical signal into two optical signals, and a phase modulation in which an unmodulated optical signal separated by the separation step is subjected to N-value phase modulation and the phase-modulated optical signal is output as a current modulation optical signal. And a coupling step of coupling the current modulated optical signal output by the phase modulation step and the already-modulated optical signal separated by the separation step, and inducing interference between the currently-modulated optical signal and the already-modulated optical signal. A detection step of detecting an optical signal output from the step and outputting a detection signal; and a step of generating an N-value signal for phase modulation of the N-value in the phase modulation step, and receiving the detection signal from the detection step,
And a signal processing step of generating and outputting an output signal from the generated N-value signal and the detection signal received from the detection step.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】実施の形態1.以下に、この発明
の光信号受信装置の一例を量子受信装置を用いて説明す
る。図1に、実施の形態1の量子送信装置と量子受信装
置の構成図を示す。図1において、2は量子送信装置で
あり、1は量子受信装置であり、3は量子送信装置2と
量子受信装置1とを接続する通信路(光ファイバケーブ
ル)である。量子送信装置2は光信号を生成して、生成
した光信号を通信路3介して量子受信装置1へ送信す
る。量子送信装置2の構成を簡単に説明する。量子送信
装置2を構成する201はレーザーであり、202はカ
プラであり、カプラ202は、レーザー201から照射
された光信号を入力して、入力した光信号を2つに分離
する。203は、位相変調器(PMA)であり、208
は、PMA203に対して変調電圧を印加する変調電圧
印加器である。PMA203は、カプラ202により分
離された光信号のどちらか一方を入力するように予め決
められていて、入力した光信号に対して変調電圧印加器
208により印加されるN値(Nは偶数)の位相変調を
ランダムにそれぞれ等しい比率(1/N)でかける(こ
こでは、「0」、「π」、「π/2」、「−π/2」の
位相変調をかける)。ここでは、N値の位相変調をかけ
た光信号を既変調光信号と呼び、カプラ202により分
離されてN値の位相変調をかけられていない方の光信号
を未変調光信号と呼ぶ。205は、カプラであり、既変
調光信号と未変調光信号を入力して結合する。206は
アッテネータであり、カプラ205により結合した光信
号を入力して、光信号を光子1個のレベルに減衰させて
通信路3に出力する。量子受信装置1は、通信路3より
光信号を受信する。この受信する光信号は、既変調光信
号と未変調光信号が含まれた光信号である。次に、量子
受信装置1の構成を説明する。101はカプラであり、
通信路3を介して量子送信装置2から送信された光信号
を入力して、既変調光信号150と未変調光信号160
とに光信号を分離する(分離工程)。102は、位相変
調器(PMB)であり、108は、PMB102に対し
て変調電圧を印加する変調電圧印加器である。PMB1
02は、カプラ101により分離された未変調光信号1
60を入力する。既変調光信号150は、タイミング調
整用に設けられた遅延ファイバである迂回路103を通
過して、再度位相変調をかけられることはない。PMB
102は、未変調光信号160に対して変調電圧印加器
108により印加されるN値(Nは偶数)の位相変調を
ランダムにそれぞれ等しい比率(1/N)でかける(位
相変調工程)。ここでは、N値を「0」、「π」、「π
/2」、「−π/2」の4値とする。この位相変調をか
ける4値は、量子送信装置2のPMA203により位相
変調を行ったN値と同じである。PMB102により位
相変調をかけられた光信号を現変調光信号170と呼
ぶ。104はカプラであり、現変調光信号170と迂回
路103を通ってきた既変調光信号150とを入力して
結合し、現変調光信号170と既変調光信号150との
干渉を誘起する(結合工程)。105及び106とは、
検出器であり、105をAPD1(APDはAvala
nche Photo Diodeの略)とし、106
をAPD2とする。APD1 105とAPD2 10
6は、一方が光路位相差0の光子を検出し、他方が光路
位相差πの光子を検出するものである(検出工程)。A
PD1105が光路位相差0の光子の光信号を検出する
確率(量子効率)はη1であり、APD2 106が光
路位相差πの光子の光信号を検出する確率(量子効率)
はη2である。107は信号処理装置であり、変調電圧
印加器108に対してN値を発生させる。ここでは、た
とえば、「0」、「π」、「π/2」、「−π/2」に
それぞれ対応する4値 00,01,10,11をラン
ダムにそれぞれ等しい比率(1/N)で発生させる。信
号処理装置107は、PMB102に対してN値の位相
変調をかけさせるとともに、APD1 105及びAP
D2 106から検出結果を入力して、検出結果に基づ
いて出力信号を生成する(信号処理工程)。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1. Hereinafter, an example of the optical signal receiving device of the present invention will be described using a quantum receiving device. FIG. 1 shows a configuration diagram of the quantum transmitter and the quantum receiver according to the first embodiment. In FIG. 1, 2 is a quantum transmitter, 1 is a quantum receiver, and 3 is a communication path (optical fiber cable) connecting the quantum transmitter 2 and the quantum receiver 1. The quantum transmitter 2 generates an optical signal and transmits the generated optical signal to the quantum receiver 1 via the communication path 3. The configuration of the quantum transmitter 2 will be briefly described. The quantum transmitter 2 comprises a laser 201 and a coupler 202. The coupler 202 inputs the optical signal emitted from the laser 201 and splits the input optical signal into two. Reference numeral 203 denotes a phase modulator (PMA), and 208
Is a modulation voltage applicator that applies a modulation voltage to the PMA 203. The PMA 203 is predetermined to input either one of the optical signals separated by the coupler 202, and has the N value (N is an even number) of the N value (N is an even number) applied by the modulation voltage applying unit 208 to the input optical signal. Phase modulation is randomly applied at equal ratios (1 / N) (here, phase modulation of “0”, “π”, “π / 2”, and “−π / 2” is applied). Here, the optical signal subjected to the N-valued phase modulation is referred to as an already-modulated optical signal, and the optical signal separated by the coupler 202 and not subjected to the N-valued phase modulation is referred to as an unmodulated optical signal. Reference numeral 205 denotes a coupler, which inputs and combines the modulated optical signal and the unmodulated optical signal. An attenuator 206 inputs the optical signal coupled by the coupler 205, attenuates the optical signal to the level of one photon, and outputs the optical signal to the communication path 3. The quantum receiver 1 receives an optical signal from the communication path 3. The received optical signal is an optical signal containing a modulated optical signal and an unmodulated optical signal. Next, the configuration of the quantum receiving device 1 will be described. 101 is a coupler,
The optical signal transmitted from the quantum transmitter 2 via the communication path 3 is input to the modulated optical signal 150 and the unmodulated optical signal 160.
The optical signals are separated into and (separation step). Reference numeral 102 is a phase modulator (PMB), and reference numeral 108 is a modulation voltage applicator that applies a modulation voltage to the PMB 102. PMB1
02 is the unmodulated optical signal 1 separated by the coupler 101
Enter 60. The already-modulated optical signal 150 does not pass through the bypass 103, which is a delay fiber provided for timing adjustment, and is subjected to phase modulation again. PMB
Reference numeral 102 randomly applies the N-valued (N is an even number) phase modulation applied by the modulation voltage application unit 108 to the unmodulated optical signal 160 at an equal ratio (1 / N) (phase modulation step). Here, the N value is “0”, “π”, “π”.
4 values of "/ 2" and "-π / 2". The four values to which the phase modulation is applied are the same as the N values to which the phase modulation is performed by the PMA 203 of the quantum transmitter 2. The optical signal that is phase-modulated by the PMB 102 is called a current modulation optical signal 170. Reference numeral 104 denotes a coupler, which inputs and combines the current modulated optical signal 170 and the modulated optical signal 150 that has passed through the bypass 103, and induces interference between the current modulated optical signal 170 and the modulated optical signal 150 ( Bonding step). 105 and 106 are
The detector is APD1 105 (APD is Avala
nche Photo Diode), 106
Be APD2. APD1 105 and APD2 10
6 detects one of photons having an optical path phase difference of 0 and the other detects a photon having an optical path phase difference of π (detection step). A
The probability (quantum efficiency) that the PD 1105 detects an optical signal of a photon having an optical path phase difference of 0 is η1, and the probability that the APD 2 106 detects an optical signal of a photon having an optical path phase difference of π (quantum efficiency).
Is η2. Reference numeral 107 denotes a signal processing device, which causes the modulation voltage applicator 108 to generate an N value. Here, for example, four values 00, 01, 10, and 11 corresponding to “0”, “π”, “π / 2”, and “−π / 2” are randomly set at equal ratios (1 / N). generate. The signal processing device 107 causes the PMB 102 to perform N-value phase modulation, and at the same time, APD1 105 and AP.
The detection result is input from D2 106 and an output signal is generated based on the detection result (signal processing step).

【0013】上記した図1の説明の中で、「既変調光信
号」、「未変調光信号」、「現変調光信号」について述
べたが、ここで改めてこれら「既変調光信号」、「未変
調光信号」、「現変調光信号」について詳細に説明を行
う。量子送信装置2側では、レーザー201からでた光
信号は、カプラ202で2つに分離される。一方は、位
相変調器203がある短経路を、もう一方は迂回路20
4がある長経路を通る。分離された2つの光信号は、カ
プラ205で再び合流するが、それぞれの光路に応じた
通過時間だけタイミング的にずれて通信路3に導かれ
る。通信路3を通って量子受信装置1に達した2つの光
信号は、カプラ101でそれぞれ2つに分離される。一
方は、位相変調器102がある短経路を、もう一方は迂
回路103がある長経路を通る。合計4つに分離された
光信号は、カプラ104で合流され、光検出器であるA
PD1 105,APD2 106に時間的にずれて至
ることになる。ここで、量子送信装置2と量子受信装置
1の両方で短経路を選択した「短短光信号」と、量子送
信装置2と量子受信装置1の両方で長経路を選択した
「長長光信号」とは時間的に速すぎて、もしくは遅すぎ
て光検出器であるAPD1 105,APD2 106
に至るので分離することができ、この発明には用いな
い。量子送信装置2と量子受信装置1とのいずれか一方
でのみ短経路を選択した「短長光信号」と「長短光信
号」が同時にカプラ104に到着し、干渉を引き起こす
ことになる。この発明では、この干渉を誘起する2つの
光信号にのみ着目して、「既変調光信号」、「未変調光
信号」、「現変調光信号」の用語を用いる。「既変調光
信号」とは、「短長光信号」で、量子送信装置2の位相
変調器203で位相変調を受けた後の光信号である。
「未変調光信号」とは、「長短光信号」で、量子受信装
置1の位相変調器102で位相変調を受ける前の光信号
である。「現変調光信号」とは、「長短光信号」で、量
子受信装置1の位相変調器102で位相変調を受けた後
の光信号である。
In the above description of FIG. 1, the "modulated optical signal", "unmodulated optical signal", and "currently modulated optical signal" have been described. The "unmodulated optical signal" and "currently modulated optical signal" will be described in detail. On the quantum transmitter 2 side, the optical signal emitted from the laser 201 is separated into two by the coupler 202. One is for the short path with the phase modulator 203, and the other is for the detour 20.
Take a long route with 4. The two separated optical signals merge again at the coupler 205, but are guided to the communication path 3 with a timing shift by the passage time corresponding to each optical path. The two optical signals that have reached the quantum receiving device 1 through the communication path 3 are separated into two by the coupler 101. One goes through the short path with the phase modulator 102, and the other goes through the long path with the detour 103. The optical signals separated into a total of four are combined by the coupler 104, and the optical detector A
The PD1 105 and the APD2 106 are shifted in time. Here, the “short optical signal” in which the short path is selected by both the quantum transmitter 2 and the quantum receiver 1 and the “long optical signal in which the long path is selected by both the quantum transmitter 2 and the quantum receiver 1. Is too fast or too slow in time, and the photodetectors APD1 105 and APD2 106
Therefore, they are not used in the present invention. The “short-long optical signal” and the “long-short optical signal”, which have selected the short path only in either the quantum transmitter 2 or the quantum receiver 1, arrive at the coupler 104 at the same time, causing interference. In the present invention, the terms “modulated optical signal”, “unmodulated optical signal”, and “currently modulated optical signal” are used, focusing only on the two optical signals that induce this interference. The “modulated optical signal” is an “short optical signal”, which is an optical signal that has been subjected to phase modulation by the phase modulator 203 of the quantum transmitter 2.
The “unmodulated optical signal” is a “long and short optical signal”, which is an optical signal before being subjected to phase modulation by the phase modulator 102 of the quantum receiving device 1. The “current modulation optical signal” is a “long and short optical signal”, which is an optical signal that has been subjected to phase modulation by the phase modulator 102 of the quantum receiving device 1.

【0014】図2は、図1より量子受信装置1を取り出
して図示したものである。従来例の図5と図2との違い
は、図2に示した本発明の量子受信装置1の信号処理装
置107が4値(「0」、「π」、「π/2」、「−π
/2」の4値)の位相変調を行うようにPMB102を
制御して、PMB102が4値の位相変調を行うことで
ある。図3は、実施の形態1のAPD1とAPD2の検
出結果と信号処理装置により生成される出力信号の値を
示す図である。図3において、S201は量子送信装置
2から受信した既変調光信号150であり、迂回路10
3を通ってカプラ104に入力される値である。S20
2はPMB102によって位相変調をかけられた現変調
光信号170の位相変調の値φA、φBであり、カプラ
104に入力される値である。S201とS202と
は、カプラ104に入力される全ての信号の組み合わせ
を表している。S203はS201とS202との光信
号の組み合わせにおけるカプラ104の干渉の誘起を
「φA−φB=Δφ」により表している。例えば、「φ
A=π/2」、「φB=π」の時「Δφ=π/2」とな
る。S204はAPD1 105による光信号の検出結
果を表し、S205はAPD2 106による光信号の
検出結果を表している。上記したように、APD1 1
05は、光路位相差0の光子を検出し、APD2 10
6は、光路位相差πの光子を検出する。このため、AP
D1 105とAPD2 106とが正しく動作してい
る場合には、検出結果は相反する結果になる。APD1
105は光路位相差0の光子を検出すると「1」を検
出結果として出力する。APD2 106は光路位相差
πの光子を検出すると「1」を検出結果として出力す
る。APD1 105とAPD2 106とが正しく動
作している場合は、APD1 105の検出結果が
「1」であると、APD2106の検出結果は「0」で
ある。また、干渉結果Δφが「π/2」或いは「−π/
2」である場合は、APD1 105とAPD2 10
6の検出結果は「1/0」或いは「0/1」となり不定
である。S206は信号処理装置107がS204とS
205の検出結果を入力して、予め決められた条件に従
い入力した検出結果に基づいて出力信号を生成する。こ
こでは、信号処理装置107は、S202の「φB」の
値が「π」または「―π/2」である時は、S205の
APD2 106の検出結果と同じ値を出力する。そし
て、S202の「φB」の値が「0」または「π/2」
である時は、S204のAPD1 105の検出結果と
同じ値を出力する。つまり、信号処理装置107は、P
MB102による位相変調φBが「0」と「π/2」で
ある場合(第1のグループ)と、「π」と「−π/2」
である場合(第2のグループ)とで出力信号の値を逆転
している。S207は信号処理装置107の生成した出
力信号の出現比率を示しており、APD1 105が光
路位相差0の光子を検出する確率(量子効率)は「η
1」であり、APD2 106の光路位相差πの光子を
検出する確率(量子効率)は「η2」である(η1≠η
2)。S208は出力信号の部分出現比率を示してお
り、S202の「φB」の値が「0」または「π/2」
である時の出力信号が1である場合の確率と出力信号が
0である場合の確率は、「1:0=η1:η2」であ
る。S202の「φB」の値が「π」または「−π/
2」である時の出力信号が1である場合の確率と出力信
号が0である場合の確率は、「1:0=η2:η1」で
ある。このため、S209の出力信号の全体出現比率は
「1:0=η1+η2:η2+η1=1:1」である。
図3の「A(第1のグループ)」で示すS202の「φ
B」の値が「0」または「π/2」である時のS203
からS208の内容は、従来の図6のS103からS1
08の内容と同じである。これは、位相変調する値が従
来の位相変調器902と同じであるためである。図3の
「B(第2のグループ)」で示すS201からS209
の値は、従来の図6には記載されていない内容である。
これは、位相変調する値(「π」,「−π/2」)が従
来の位相変調器902による位相変調には存在していな
い値であるためである。図4は、図3のS202とS2
04とS205とS206とを抽出して図示したもので
ある。S206の出力信号の「1」と「0」の出現比率
は「η1+η2:η2+η1=1:1」となる。このた
め、従来例のようにη1とη2との違いにより出力信号
0と1とのどちらかの出現比率に偏りがあっても、量子
受信装置1は、出力信号の「1」と「0」を等しい出現
比率で出力できる。
FIG. 2 shows the quantum receiver 1 extracted from FIG. The difference between FIG. 5 and FIG. 2 of the conventional example is that the signal processing device 107 of the quantum receiving device 1 of the present invention shown in FIG. 2 has four values (“0”, “π”, “π / 2”, “−”). π
This is to control the PMB 102 so as to perform the 4-valued phase modulation of “/ 2”, and the PMB 102 performs the 4-valued phase modulation. FIG. 3 is a diagram showing the detection results of APD1 and APD2 of the first embodiment and the value of the output signal generated by the signal processing device. In FIG. 3, S 201 is the modulated optical signal 150 received from the quantum transmitter 2, and the detour 10
It is a value that is input to the coupler 104 through 3. S20
Reference numerals 2 are phase modulation values φA and φB of the current modulation optical signal 170 that are phase-modulated by the PMB 102, and are values input to the coupler 104. S201 and S202 represent combinations of all signals input to the coupler 104. In S203, the induction of interference of the coupler 104 in the combination of the optical signals of S201 and S202 is represented by “φA−φB = Δφ”. For example, "φ
When A = π / 2 ”and“ φB = π ”,“ Δφ = π / 2 ”. S204 represents the detection result of the optical signal by the APD1 105, and S205 represents the detection result of the optical signal by the APD2 106. As mentioned above, APD1 1
05 detects a photon having an optical path phase difference of 0, and APD 210
6 detects a photon having an optical path phase difference π. Therefore, AP
If the D1 105 and the APD2 106 are operating correctly, the detection results will be contradictory. APD1
When 105 detects a photon having an optical path phase difference of 0, it outputs "1" as a detection result. When the APD2 106 detects a photon having an optical path phase difference of π, it outputs "1" as the detection result. When the APD1 105 and the APD2 106 are operating correctly, the detection result of the APD1 105 is “1” and the detection result of the APD2 106 is “0”. In addition, the interference result Δφ is “π / 2” or “−π /
2 ”, APD1 105 and APD2 10
The detection result of No. 6 is "1/0" or "0/1" and is indefinite. In S206, the signal processing device 107 performs S204 and S.
The detection result of 205 is input, and an output signal is generated based on the input detection result according to a predetermined condition. Here, when the value of “φB” in S202 is “π” or “−π / 2”, the signal processing device 107 outputs the same value as the detection result of the APD2 106 in S205. Then, the value of “φB” in S202 is “0” or “π / 2”.
If so, the same value as the detection result of the APD1 105 in S204 is output. That is, the signal processing device 107
When the phase modulation φB by the MB 102 is “0” and “π / 2” (first group), “π” and “−π / 2”
In the case of (2nd group), the value of the output signal is reversed. S207 indicates the appearance ratio of the output signal generated by the signal processing device 107, and the probability (quantum efficiency) that the APD1 105 detects a photon having an optical path phase difference of 0 is "η.
1 ”, and the probability (quantum efficiency) of detecting a photon having an optical path phase difference π of the APD2 106 is“ η2 ”(η1 ≠ η).
2). S208 shows the partial appearance ratio of the output signal, and the value of "φB" of S202 is "0" or "π / 2".
The probability when the output signal is 1 and the probability when the output signal is 0 is “1: 0 = η1: η2”. The value of “φB” in S202 is “π” or “−π /
The probability when the output signal is 1 when it is “2” and the probability when the output signal is 0 is “1: 0 = η2: η1”. Therefore, the overall appearance ratio of the output signal in S209 is “1: 0 = η1 + η2: η2 + η1 = 1: 1”.
“Φ (first group)” in FIG.
S203 when the value of "B" is "0" or "π / 2"
The contents of steps S208 to S208 are the same as the conventional steps S103 to S1 of FIG.
It is the same as the content of 08. This is because the value for phase modulation is the same as that of the conventional phase modulator 902. S201 to S209 indicated by "B (second group)" in FIG.
The value of is a content not described in the conventional FIG.
This is because the values for phase modulation (“π”, “−π / 2”) do not exist in the phase modulation by the conventional phase modulator 902. FIG. 4 shows S202 and S2 of FIG.
04, S205, and S206 are extracted and illustrated. The appearance ratio of “1” and “0” in the output signal of S206 is “η1 + η2: η2 + η1 = 1: 1”. Therefore, even if the appearance ratio of either of the output signals 0 and 1 is biased due to the difference between η1 and η2 as in the conventional example, the quantum receiving device 1 can output “1” and “0” of the output signals. Can be output with the same appearance ratio.

【0015】従来例では、光信号送信装置のかけた4
(N)値の(位相)変調に対し、光信号受信装置では2
(N/2)値の変調をかけて、2つの光子検出器(AP
D1905、APD2 906)の検出信号に対して、
APD1 905で検出した場合は「1」、APD2
906で検出した場合は「0」を割り当てて符号化し
て、信号出力を行っていた。このため、量子効率に偏り
がある場合に、直接、出力信号の偏りとして反映してし
まうという問題点があった。一方、本発明の実施の形態
2の光信号受信装置では、送信装置のN(4)値変調に
対し、受信装置でもN(4)値変調をかけ、2つの光子
検出器(APD1105、APD2 106)の検出信
号を出力信号に変換する符号化の方法を従来と変える
(本発明では、「0」及び「π/2」の位相変調と、
「π」及び「−π/2」の位相変調とで符号化の方法を
逆転させる)ことで、光子検出器の偏りをうち消した出
力信号が得られる光信号受信装置、及び、光信号受信方
法を説明した。上記に説明した光信号受信装置の一例で
は、出力信号の出現比が「1」、「0」ともに2つの光
子検出器(APD1 105、APD2 106)の量
子効率の平均となって等しいため、出力信号に偏りが無
くなる。
In the conventional example, the number of optical signals transmitted by the optical signal transmitter is four.
In contrast to (N) -valued (phase) modulation, 2 is used in the optical signal receiving device.
Two photon detectors (AP
D1905, APD2 906) detection signal,
“1” if detected by APD1 905, APD2
When detected in 906, "0" is assigned and encoded, and the signal is output. Therefore, there is a problem that when the quantum efficiency is biased, it is directly reflected as the bias of the output signal. On the other hand, in the optical signal receiving apparatus according to the second embodiment of the present invention, the N (4) value modulation of the transmitting apparatus is also subjected to the N (4) value modulation in the receiving apparatus, and two photon detectors (APD1105, APD2 106) are provided. ) The encoding method for converting the detection signal into an output signal is changed from the conventional method (in the present invention, phase modulation of "0" and "π / 2",
By reversing the encoding method with the phase modulation of "π" and "-π / 2"), an optical signal receiving device and an optical signal receiving device that can obtain an output signal with the bias of the photon detector canceled I explained how. In the example of the optical signal receiving apparatus described above, since the appearance ratios of the output signals are both “1” and “0”, which is equal to the average quantum efficiency of the two photon detectors (APD1 105, APD2 106), the output Unbiased signals.

【0016】上記実施の形態1で説明した光信号受信装
置は、光信号を受信し、受信した光信号を第1の光路と
第2の光路の2つに分離する分離器(カプラ101)
と、2つに分離した光信号を結合し干渉を誘起する結合
器(カプラ104)と、分離された第1の光路において
タイミング調整用に設けられた遅延ファイバ(迂回路1
03)と、第2の光路において量子送信装置がN値に位
相変調かけたことに対応し、N値に位相変調をかける位
相変調器(PMB102)と、干渉を誘起する結合器の
出力ポートにあって光子の検出を行う2つの光子検出器
(APD1 105、APD2 106)と、位相変調
器にN値の変調をかけるためにN値の変調電圧を印加で
きる変調電圧印加器(変調電圧印加器108)と、変調
電圧印加器にN値の信号を送り、この送った信号と2つ
の光子検出器から受取った検出信号から出力信号を構成
する信号処理装置(信号処理装置107)とを備えたこ
とを特徴とする。
The optical signal receiving apparatus described in the first embodiment receives the optical signal and separates the received optical signal into the first optical path and the second optical path (coupler 101).
, A coupler (coupler 104) that couples the two separated optical signals and induces interference, and a delay fiber (detour 1) provided for timing adjustment in the separated first optical path.
03), corresponding to the fact that the quantum transmitter performs the phase modulation on the N value in the second optical path, the phase modulator (PMB102) for performing the phase modulation on the N value and the output port of the coupler inducing interference. There are two photon detectors (APD1 105, APD2 106) for detecting photons, and a modulation voltage applicator (modulation voltage applicator) that can apply an N-value modulation voltage to the N-value modulation of the phase modulator. 108) and a signal processing device (signal processing device 107) which sends an N-valued signal to the modulation voltage applying device and forms an output signal from the sent signal and the detection signals received from the two photon detectors. It is characterized by

【0017】また、上記実施の形態1で説明した光信号
受信方法は、入射した光信号を第1の光路と第1の光路
の2つに分離する分離工程と、第1の光路(迂回路)を
流れ遅延を受ける遅延工程と、第2の光路を流れる光信
号に対してN値の位相変調をかける位相変調工程と、遅
延を受けた第1の光路の光信号と位相変調を受けた第2
の光路の光信号を合流し干渉を誘起する合流干渉(結
合)工程と、干渉したのち光信号を検出する検出工程
と,位相変調工程でかけたN値の変調に応じて、検出工
程で光信号から電気信号に変換された検出信号をディジ
タル信号に符号化する信号処理工程とを有することを特
徴とする。
In the optical signal receiving method described in the first embodiment, the separating step of separating the incident optical signal into the first optical path and the first optical path, and the first optical path (detour path). ), A phase modulation step of subjecting the optical signal flowing in the second optical path to N-valued phase modulation, and a delayed optical signal of the first optical path subjected to phase modulation Second
According to the confluence interference (coupling) step of merging the optical signals of the optical path of No. 1 to induce interference, the detection step of detecting the optical signal after the interference, and the N value modulation applied in the phase modulation step, the optical signal is detected in the detection step. And a signal processing step of encoding a detection signal converted into an electric signal into a digital signal.

【0018】また、光信号受信方法では、N値の変調は
2個ずつN/2個のペアになっており、2つの光子検出
器から生じる検出信号に対して、N値変調が互いにペア
となっている場合(「0」と「1」のペア)に、信号処
理工程は、ディジタル信号としてビット反転操作を行い
符号化を行うことを特徴とする。
Further, in the optical signal receiving method, the N-valued modulation is in pairs of N / 2 each, and the N-valued modulation is paired with the detected signals generated from the two photon detectors. If so (a pair of “0” and “1”), the signal processing step is characterized by performing bit inversion operation as a digital signal and performing encoding.

【0019】また、上記説明では、N値を「0」,「π
/2」,「π」,「−π/2」の4値としたが、N≧4
かつNは偶数であれば、他の値でもかまわない。
In the above description, the N value is set to "0", "π".
It is set to four values of "/ 2", "π", and "-π / 2", but N ≧ 4
Moreover, if N is an even number, other values may be used.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上のように、この発明の光信号受信装
置は、光信号送信装置において既にN値の位相変調をか
けられた既変調光信号と未だ位相変調がかけられていな
い未変調光信号とを受信して、N値の信号を発生させて
位相変調器にN値の位相変調をかけさせて未変調光信号
を位相変調するとともに、2つの検出器から検出信号を
受け取り、発生させたN値の信号と2つの検出器から受
け取った検出信号とから出力信号を生成して出力する信
号処理装置を備えた。このため、2つの検出器の量子効
率の偏りをうち消した出力信号を得ることができる効果
がある。
As described above, according to the optical signal receiving apparatus of the present invention, the already-modulated optical signal which has already undergone the N-value phase modulation and the unmodulated optical signal which has not yet undergone the phase modulation in the optical signal transmitting apparatus. Signal and generate an N-valued signal to cause the phase modulator to perform N-valued phase modulation to phase-modulate the unmodulated optical signal and receive and generate detection signals from two detectors. A signal processing device for generating and outputting an output signal from the N-valued signal and the detection signals received from the two detectors was provided. Therefore, it is possible to obtain an output signal in which the bias of the quantum efficiency of the two detectors is eliminated.

【0021】また、光信号は光子列であり、光検出器は
光子を検出する。このため、光子の量子力学的性質を利
用したシステムにこの発明の光信号受信装置を利用でき
る効果がある。
The optical signal is a photon train, and the photodetector detects photons. Therefore, there is an effect that the optical signal receiving device of the present invention can be used in a system using the quantum mechanical property of photons.

【0022】また、信号処理装置は、N値の信号をN/
2値の信号からなる第1のグループと第2のグループに
分け、第1のグループに属するN/2値の信号に基づい
て位相変調がなされた場合に用いる出力信号の符号化方
法と、第2のグループに属するN/2値の信号に基づい
て位相変調がなされた場合に用いる出力信号の符号化方
法とを取り替える。このため、出力信号から見た量子効
率がディジタル信号の「0」,「1」ともに2つの検出
器の量子効率の平均となって等しくなるため、出力信号
の偏りを無くすことができる効果がある。
Further, the signal processing device converts an N-value signal into N /
A first group of binary signals and a second group, which are used to encode an output signal when phase modulation is performed based on N / 2-valued signals belonging to the first group; The encoding method of the output signal used when the phase modulation is performed based on the N / 2-valued signals belonging to the two groups is replaced. Therefore, the quantum efficiency viewed from the output signal becomes the average of the quantum efficiencies of the two detectors for both “0” and “1” of the digital signal, and is equal, and therefore, the bias of the output signal can be eliminated. .

【0023】また、信号処理装置は、0,π/2,π,
−π/2の4値の信号のうち、0(水平)とπ/2とを
第1グループとし、π(垂直)と−π/2とを第2グル
ープとした。上記4値は、光信号受信装置が受信する光
信号送信装置によって4値の位相変調をかけられた4値
と同じ値である。このため、光信号送信装置側と光信号
受信装置側とで同じ位相変調機能を用いることができる
効果がある。
Further, the signal processing device is 0, π / 2, π,
Of the four-valued signals of −π / 2, 0 (horizontal) and π / 2 were set as the first group, and π (vertical) and −π / 2 were set as the second group. The above four values are the same as the four values which are phase-modulated by the four values by the optical signal transmission device which the optical signal reception device receives. Therefore, there is an effect that the same phase modulation function can be used on the optical signal transmitting device side and the optical signal receiving device side.

【0024】この発明の光信号受信方法は、既にN値の
位相変調をかけられた既変調光信号と未だ位相変調がか
けられていない未変調光信号とを受信して、N値の信号
を発生させて位相変調器にN値の位相変調をかけさせて
未変調光信号を位相変調するとともに、2つの検出器か
ら検出信号を受け取り、発生させたN値の信号と2つの
検出器から受け取った検出信号とから出力信号を生成し
て出力する信号処理工程を備えた。このため、2つの検
出器の量子効率の偏りをうち消した出力信号を得ること
ができる効果がある。
According to the optical signal receiving method of the present invention, an N-valued signal is received by receiving an already-modulated optical signal that has already been N-phase-modulated and an unmodulated optical signal that has not been phase-modulated yet. The phase modulator modulates the non-modulated optical signal by applying phase modulation of N value to the phase modulator and receives the detection signal from the two detectors and receives the generated N value signal and the two detectors. And a signal processing step of generating and outputting an output signal from the detected signal. Therefore, it is possible to obtain an output signal in which the bias of the quantum efficiency of the two detectors is eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 実施の形態1の量子送信装置と量子受信装置
の構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram of a quantum transmitter and a quantum receiver according to a first embodiment.

【図2】 実施の形態1の量子受信装置の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of the quantum receiving device according to the first embodiment.

【図3】 実施の形態1の量子受信装置の各構成要素の
入力値と出力値を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing an input value and an output value of each component of the quantum receiving device according to the first embodiment.

【図4】 実施の形態1の位相変調の値と検出結果と出
力信号の値を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a phase modulation value, a detection result, and an output signal value according to the first embodiment.

【図5】 従来例の量子受信装置の構成を示すブロック
図。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a conventional quantum receiving device.

【図6】 従来例の量子受信装置の各構成要素の入力値
と出力値を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing an input value and an output value of each component of the conventional quantum receiving device.

【図7】 従来例の位相変調の値と検出結果と出力信号
の値を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a phase modulation value, a detection result, and an output signal value of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 量子受信装置、2 量子送信装置、3 通信路、1
01,104 カプラ、102 位相変調器(PM
B)、103,204 迂回路、105 APD1(光
検出器)、106 APD2(光検出器)、107 信
号処理装置、108,208 変調電圧印加器、150
既変調光信号、160 未変調光信号、170 現変
調光信号、201 レーザー、202,205 カプ
ラ、203 位相変調器(PMA)、206 アッテネ
ータ、900 量子受信装置、901,904 カプ
ラ、903 迂回路、905 APD1、906 AP
D2、908 変調電圧印加器、910,980,99
0 光信号、950 既変調光信号、960 未変調光
信号、970 現変調光信号。
1 quantum receiver, 2 quantum transmitter, 3 communication channel, 1
01, 104 coupler, 102 phase modulator (PM
B), 103, 204 detour, 105 APD1 (photodetector), 106 APD2 (photodetector), 107 signal processing device, 108, 208 modulation voltage applicator, 150
Modulated optical signal, 160 unmodulated optical signal, 170 current modulated optical signal, 201 laser, 202, 205 coupler, 203 phase modulator (PMA), 206 attenuator, 900 quantum receiver, 901, 904 coupler, 903 bypass circuit, 905 APD1, 906 AP
D2,908 Modulation voltage applicator, 910,980,99
0 optical signal, 950 pre-modulated optical signal, 960 unmodulated optical signal, 970 present modulated optical signal.

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04B 10/142 10/152 // H04L 9/38 (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 (72)発明者 安部 淳一 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 AA02 BA03 CA04 FA01 HA11 KA11 KA19 KA20 2K002 AA02 AB18 5J104 AA05 5K002 AA02 AA04 CA14 CA15 DA06Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H04B 10/142 10/152 // H04L 9/38 (72) Inventor Yuichi Ishizuka 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo No. Sanryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Junichi Abe No. 2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Sanryo Electric Co., Ltd. F-term (reference) 2H079 AA02 BA03 CA04 FA01 HA11 KA11 KA19 KA20 2K002 AA02 AB18 5J104 AA05 5K002 AA02 AA04 CA14 CA15 DA06

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光信号を受信し、既にN(Nは偶数)値
の位相変調がかけられた既変調光信号と未だ位相変調が
かけられていない未変調光信号との2つの光信号に分離
する分離器と、 分離器により分離された未変調光信号に対してN値の位
相変調をかけ、位相変調した光信号を現変調光信号とし
て出力する位相変調器と、 位相変調器により出力された現変調光信号と分離器によ
り分離された既変調光信号とを結合し、現変調光信号と
既変調光信号との干渉を誘起する結合器と、 結合器から出力される光信号の検出を行い検出信号を出
力する2つの検出器と、 N値の信号を発生させて位相変調器にN値の位相変調を
かけさせるとともに、2つの検出器から検出信号を受け
取り、発生させたN値の信号と2つの検出器から受け取
った検出信号とから出力信号を生成して出力する信号処
理装置とを備えたことを特徴とする光信号受信装置。
1. An optical signal is received and is converted into two optical signals, an already-modulated optical signal that is already phase-modulated with N (N is an even number) value and an unmodulated optical signal that is not yet phase-modulated. Demultiplexer that separates, phase modulator that performs N-value phase modulation on the unmodulated optical signal that is separated by the separator, and outputs the phase-modulated optical signal as the current modulated optical signal, and output by the phase modulator The combined current modulated optical signal and the modulated optical signal separated by the splitter are combined to induce interference between the present modulated optical signal and the modulated optical signal, and the optical signal output from the coupler Two detectors that perform detection and output a detection signal, and an N value signal is generated to cause a phase modulator to perform N value phase modulation, and a detection signal is received from the two detectors and generated N The value signal and the detection signals received from the two detectors Optical signal receiving apparatus characterized by comprising a signal processing unit which generates and outputs et output signal.
【請求項2】 上記光信号は光子列であり、 上記検出器は、光子を検出する光検出器であることを特
徴とする請求項1記載の光信号受信装置。
2. The optical signal receiving device according to claim 1, wherein the optical signal is a photon train, and the detector is a photodetector for detecting photons.
【請求項3】 上記信号処理装置は、N値(N≧4)の
信号をN/2値の信号からなる第1のグループと第2の
グループに分け、第1のグループに属するN/2値の信
号に基づいて位相変調がなされた場合に用いる出力信号
の符号化方法と、第2のグループに属するN/2値の信
号に基づいて位相変調がなされた場合に用いる出力信号
の符号化方法とを取り替えることを特徴とする請求項1
記載の光信号受信装置。
3. The signal processing device divides an N-valued signal (N ≧ 4) into a first group and a second group of N / 2-valued signals, and N / 2 belonging to the first group. Value signal encoding method used when phase modulation is performed based on a value signal, and output signal encoding method used when phase modulation is performed based on an N / 2 valued signal belonging to a second group Method to replace the method.
The optical signal receiving device described.
【請求項4】 上記信号処理装置は、N値の信号をN/
2値の信号からなる第1のグループと第2のグループに
分け、第1のグループに属するN/2値の信号に基づい
て位相変調がなされた場合に、所定の符号化アルゴリズ
ムを用いて2値の信号を求めて出力信号とし、第2のグ
ループに属するN/2値の信号に基づいて位相変調がな
された場合には、上記所定の符号化アルゴリズムと同一
のアルゴリズムを用いて得た2値の信号を反転させて出
力信号とすることを特徴とする請求項1記載の光信号受
信装置。
4. The signal processing device converts N-valued signals into N / N signals.
When the phase modulation is performed on the basis of the N / 2-valued signals belonging to the first group, the signals are divided into a first group and a second group of binary-valued signals. When a value signal is obtained and used as an output signal, and phase modulation is performed based on the N / 2-valued signal belonging to the second group, it is obtained by using the same algorithm as the above predetermined encoding algorithm. The optical signal receiving device according to claim 1, wherein the value signal is inverted to be an output signal.
【請求項5】 上記信号処理装置は、0,π/2,π,
−π/2の4値の信号のうち、0とπ/2とを第1グル
ープとし、πと−π/2とを第2のグループとすること
を特徴とする請求項4記載の光信号受信装置。
5. The signal processing device comprises 0, π / 2, π,
5. The optical signal according to claim 4, wherein among the four-valued signals of −π / 2, 0 and π / 2 are a first group, and π and −π / 2 are a second group. Receiver.
【請求項6】 光信号を受信し、既にN(Nは偶数)値
の位相変調がかけられた既変調光信号と未だ位相変調が
かけられていない未変調光信号との2つの光信号に分離
する分離工程と、 分離工程により分離された未変調光信号に対してN値の
位相変調をかけ、位相変調した光信号を現変調光信号と
して出力する位相変調工程と、 位相変調工程により出力された現変調光信号と分離工程
により分離された既変調光信号とを結合し、現変調光信
号と既変調光信号との干渉を誘起する結合工程と、 結合工程から出力される光信号の検出を行い検出信号を
出力する検出工程と、 N値の信号を発生させて位相変調工程においてN値の位
相変調をかけさせるとともに、検出工程から検出信号を
受け取り、発生させたN値の信号と検出工程から受け取
った検出信号とから出力信号を生成して出力する信号処
理工程とを備えたことを特徴とする光信号受信方法。
6. An optical signal which is received and is converted into two optical signals, that is, an already-modulated optical signal that is already phase-modulated with N values (N is an even number) and an unmodulated optical signal that is not yet phase-modulated. Separation step of separating, phase modulation step of performing N-value phase modulation on the unmodulated optical signal separated by the separation step, and outputting the phase-modulated optical signal as the present modulation optical signal, output by the phase modulation step Of the optical signal output from the combining step and the combining step of inducing interference between the present modulated optical signal and the already-modulated optical signal by combining the present modulated optical signal and the already-modulated optical signal separated in the separating step. A detection step of performing detection and outputting a detection signal; and a step of generating an N-valued signal for phase modulation of the N-value in the phase modulation step, receiving the detection signal from the detection step, and generating the generated N-valued signal. Received from the detection process An optical signal receiving method is characterized in that a signal processing step of and generate output signals from the output signal output.
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