JP2004312321A - 光信号送信装置、光信号受信装置、光信号送受信システム及び光通信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】盗聴者の推測困難な二つの光信号を安定に生成し、データ送信する。
【解決手段】波長λ１の光を第１の光源８で発生し、異なる波長λ２の光を第２の光源９で発生する。第１の光変調器１０により一方の光をノイズを起源とするデジタル信号で変調し、第２の光変調器１１により他方の光をデジタル信号のパタンが反転した反転パタン信号で変調する。変調された二つの光を波長合波器１５で合波し、合波光を第３の光変調器１６によりデータ信号で変調する。変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に波長分波器１８で分波し、これら二つの光信号の遅延量を調整し光増幅して、異なる経路に出力する。
【選択図】 図２
【解決手段】波長λ１の光を第１の光源８で発生し、異なる波長λ２の光を第２の光源９で発生する。第１の光変調器１０により一方の光をノイズを起源とするデジタル信号で変調し、第２の光変調器１１により他方の光をデジタル信号のパタンが反転した反転パタン信号で変調する。変調された二つの光を波長合波器１５で合波し、合波光を第３の光変調器１６によりデータ信号で変調する。変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に波長分波器１８で分波し、これら二つの光信号の遅延量を調整し光増幅して、異なる経路に出力する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光信号を送受信する光通信技術に関し、特に、盗聴や改ざんに対するセキュリティを確保し、信頼性の高いデータの送受信を行うための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光送受信システムでは、図１３に示すように、光信号送信側１０１と光信号受信側１０２がファイバ伝送路１０３により一対一に対応し、特定の１つの波長の光をデータ信号で変調した光信号をやり取りしていた。このことは、ノードの数が増えて複数のノード間で光信号のやり取りが行われる複雑なシステムにおいても変わっていない。
【０００３】
しかし、図１３に示したような単純な構成では、例えば、悪意のある第３者からの盗聴などに弱く、セキュリティ上問題があった。つまり、盗聴者は、ファイバ伝送路１０３に光信号を分岐するタップ１０４を入れて光信号パワーの一部１０５を抜き取り、データ解析・生成装置１０６などを用いて情報処理すれば、情報の盗聴が可能であった。また、反対に第３者がタップ１０７を介して改ざんデータ１０８をファイバ伝送路１０３に入れても、光信号受信側１０２で受信データが改ざんデータ１０８であると判別することが困難であった。
【０００４】
盗聴や改ざんに対して高いセキュリティを実現する方法として、多波長の光源を送信側に用い、単独の波長の光信号からはデータを再現することができず、全部の波長の光信号をまとめてはじめて、データを再生することが可能となる方法が知られている。つまり、それぞれの波長の光信号は別々の経路で送信されるもので、もし、盗聴者がある経路から光信号をタップにより分岐してその信号を解析したとしても、単独の光信号からは元のデータを再生することができない。同様に、もし、改ざんデータをある経路にタップから入れたとしても、この改ざんデータは受信側におけるエラーの原因となるだけで、データとして受信側で再生されることはない。このような仕組みにより、この方法は高いセキュリティをもたらす。しかし、この方法では、（１）単独ではデータを再生できないが、一括するとデータの再生が可能となる多波長の光信号をいかにして発生するか、また、（２）盗聴者によって単独の光信号が盗聴された場合にデータの復元を困難とする光信号をいかにして発生するかが課題になる。
【０００５】
このような課題を解決する従来の方法の一例として、図１４、図１５に示されるように、半導体光増幅器を用いた同時発振二波長リングレーザを光源として用いた秘匿通信方法が提案されている。図１４に示す二波長発振リングレーザ１０９は、半導体光増幅器１１０の出力端にファイバ１１１と光スプリッタ１１２を介して二つのファイバ１１３、１１５を接続し、一方のファイバ１１３に中心波長がλ１の光バンドバスフィルタ１１４を、他方のファイバ１１５に中心波長がλ２（λ２≠λ１）の光バンドパスフィルタ１１６をそれぞれ接続し、光カプラ１１７とファイバ１１８を介して両方を半導体光増幅器１１０の入力端に結合し、半導体増幅器１１０の出力端と光スプリッタ１１２との間のファイバ１１１から、光スプリッタ１１９を介して、波長λ１の光と波長λ２の光を取り出すようになっている。
【０００６】
この二波長発振リングレーザ１０９から出力される二波長λ１、λ２の光は、パワーの時間表示１２０及びスペクトル表示１２１から分かるように、パワーの時間波形を見ると両方の合計パワーが常に一定で、且つ、一方の波長のみに注目するとカオス的にパワーが変動しているという特徴を持つ。
【０００７】
よって、図１５の光信号送信装置のように、二波長発振リングレーザ１０９からの二波長に対して、光変調器１２２により同時に変調してデータ信号源１２３からのデータを重畳し、その後に波長スプリッタ１２４で二波長λ１、λ２に分波し、別々の経路１２５、１２６で伝送すれば、一方の波長例えばλ１の光信号からだけではデータを推測することが非常に困難であるが、他方の波長λ２の光信号を合波するだけで容易にデータを復元することが可能な光信号送信装置ができる。
【０００８】
しかし、図１４、図１５に示した方法は、二波長発振リングレーザ１０９の性能に深く係わっており、かつ、この二波長発振リングレーザ１０９の動作特性が十分解明されていないという課題を抱えている。つまり、二波長発振リングレーザ１０９は現状ではブラックボックス（未知）であり、いわんや二波長発振リングレーザ１０９を任意に制御する技術レベルには達していない。そのため、二波長発振リングレーザ１０９を使った光信号送信装置も、安定に再現し、制御することは現状では困難であり、実用レベルの技術には至っていない。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２９０３８０
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点に鑑み、単独ではデータを再生することができずに、一括して始めてデータを再生することが可能となる多波長の光信号を送受信するセキュリティの高い伝送技術において、盗聴者による推測が困難な二つの光信号を安定に生成し、それらを用いてデータを送信する技術、及び、それらを受信する技術を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１発明は光信号送信装置であり、波長λ１の光を発生する第１光発生手段と、第１光発生手段で発生される光の波長λ１とは異なる波長λ２の光を発生する第２光発生手段と、第１光発生手段で発生される波長λ１の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタン信号のうち一方で変調されてなる第１の光と、第２光発生手段で発生される波長λ２の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタンのうち他方で変調されてなる第２の光を生成する１段目変調手段と、１段目変調手段で生成された第１の光と第２の光を合波する合波手段と、合波手段で合波された合波光をデータ信号で変調する２段目変調手段と、２段目変調手段で変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波する分波手段と、分波手段で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を異なる経路に出力する光信号出力手段を有することを特徴とする。
【００１２】
第２発明の光信号送信装置は、波長λ１の第１レーザダイオードと、波長λ１とは異なる波長λ２の第２レーザダイオードと、パタンの規則性が低いデジタル信号を発生し、該デジタル信号で第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち一方を直接変調するためのデジタル信号発生手段と、デジタル信号発生手段で発生されるパタンの規則性が低いデジタル信号を分岐し、その一方のパタンを反転して反転パタン信号を発生し、該反転パタン信号で第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち他方を直接変調するためのパタン反転手段と、第１レーザダイオードと第２レーザダイオードからの二つの変調された光を合波する合波手段と、合波手段で合波された合波光をデータ信号で変調する電界吸収型光変調手段と、電界吸収型光変調手段にデータ信号を送るデータ信号発生手段と、電界吸収型光変調手段で変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波するための分波手段と、分波手段で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を異なる経路に出力するための光信号出力手段を有することを特徴とする。
【００１３】
第３発明の光信号送受信装置は、波長λ１の第１レーザダイオードと、波長λ１とは異なる波長λ２の第２レーザダイオードと、パタンの規則性が低いデジタル信号を発生し、該デジタル信号で第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち一方を直接変調するためのデジタル信号発生手段と、第１レーザダイオードと第２レーザダイオードからの二つの光を合波するための合波手段と、合波手段で合波された合波光を入力し、変調された光の反転パタンを変調されていない光に相互利得変調により転写するための半導体光増幅手段と、半導体光増幅手段からの光をデータ信号で変調するための電界吸収型光変調手段と、電界吸収型光変調手段にデータ信号を送るデータ信号発生手段と、電界吸収型光変調手段で変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波するための分波手段と、分波手段で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を異なる経路に出力するための光信号出力手段を有することを特徴とする。
【００１４】
第４発明は、第１発明の光信号送信装置において、前記第１光発生手段と前記第２光発生手段は同じパワーで波長λ１の光と波長λ２の光を発生するものであることを特徴とする。
【００１５】
第５発明は、第１発明または第２発明または第３発明の光信号送信装置において、前記パタンの規則性の低いデジタル信号と前記データ信号との間の同期をとる同期手段を有することを特徴とする。
【００１６】
第６発明は、第１発明または第２発明または第３発明の光信号送信装置において、前記デジタル信号発生手段はパタンの規則性が低いデジタル信号をノイズを起源として発生するものであることを特徴とする。
【００１７】
第７発明は、第６発明の光信号送信装置において、前記デジタル信号発生手段として、ノイズ発生手段と、ノイズ発生手段で発生されるノイズから必要な周波数帯域のノイズを取り出すフィルタ手段と、フィルタ手段で取り出されたノイズの振幅と閾値との大小関係を判別し、二値のデジタル信号を発生する判別手段を有することを特徴とする。
【００１８】
第８発明は、第７発明の光信号送信装置において、前記ノイズ発生手段として、低いＱ値を持つ正帰還増幅器と、この正帰還増幅器の出力周波数の一部を取り出すためのフィルタ手段を有することを特徴とする。
【００１９】
第９発明は、第７発明の光信号送信装置において、前記ノイズ発生手段として、自然放出光発生源と、自然放出光発生源で発生される自然放出光の一部の光周波数成分を切り出すための光フィルタ手段と、光フィルタ手段で切り出された自然放出光を受光する受光手段と、受光手段の出力から直流成分を除去する直流成分除去手段を有することを特徴とする。
【００２０】
第１０発明は、第１発明または第２発明または第３発明の光信号送信装置において、分波後の前記二つの光信号間の遅延量を調整する遅延調整手段を有すること、前記光信号出力手段が波長λ１の光信号と波長λ２の光信号をそれぞれ伝送可能なパワーまで増幅する光増幅器であることを特徴とする。
【００２１】
第１１発明は、第２発明の光信号送信装置において、前記第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち一方と前記デジタル信号発生手段との間に直接変調のための第１電気増幅手段を有し、第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち他方と前記パタン反転手段との間に直接変調するための第２電気増幅手段を有することを特徴とする。
【００２２】
第１２発明は、第３発明の光信号送信装置において、前記第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち一方と前記デジタル信号発生手段との間に直接変調のための電気増幅手段を有することを特徴とする。
【００２３】
第１３発明は、第３発明の光信号送信装置において、前記半導体光増幅手段と前記電界吸収型光変調手段あるいは合波手段との間に電界吸収型変調手段における変調タイミングを調整するための可変遅延手段有することを特徴とする。
【００２４】
第１４発明は光信号受信装置であり、第１発明から第１３発明いずれかの光信号送信装置から伝送されてくる二つの光信号を合波する合波手段と、合波手段で合波された光信号からデータ信号を復元するデータ信号復元手段と、データ信号復元手段で復元されたデータ信号を解読するデータ解読手段を有することを特徴とする。
【００２５】
第１５発明の光信号受信装置は、第１発明から第１３発明いずれかの光信号送信装置から伝送されてくる二つの光信号を光学的に合波する合波手段と、合波手段で合波された光信号を電気信号に変換する光電気変換手段と、伝送で波形が乱れた光電気変換手段からの電気信号を再生するための再生識別手段と、再生識別手段で再生された電気信号からデータを解読するためのデータ解読手段を有することを特徴とする。
【００２６】
第１６発明の光信号受信装置は、第１発明から第１３発明いずれかの光信号送信装置から伝送されてくる二つの光信号をそれぞれ電気信号に変換する光電気変換手段と、伝送で波形が乱れた光電気変換手段からのそれぞれの電気信号を再生するための再生識別手段と、再生識別手段からの二つの電気信号を電気的に合波する合波手段と、合波前の二つの電気信号間の位相を調整するための位相調整手段と、合波手段で合波されて再生されたデータ信号を解読するデータ解読手段を有することを特徴とする。
【００２７】
第１７発明は、第１４発明または第１５発明または第１６発明の光信号受信装置において、伝送されてくる前記二つの光信号間の遅延をなくすための遅延調整手段を有することを特徴とする。
【００２８】
第１８発明は、第１４発明または第１５発明または第１６発明の光信号受信装置において、伝送によるパワー損失を補うための光増幅手段を有することを特徴とする。
【００２９】
第１９発明は光信号送受信システムであり、第１発明から第１３発明いずれかの光信号送信装置と、この光信号送信装置が送信する二つの光信号を別々の経路で伝送する伝送手段と、この伝送手段から二つの光信号を受信するための第１４発明から第１８発明いずれかの光信号受信装置を有することを特徴とする。
【００３０】
第２０発明は光通信方法であり、送信側では、波長λ１の光及びこれとは異なる波長λ２の光を発生し、波長λ１の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタン信号のうち一方で変調されてなる第１の光を生成し、波長λ２の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタンのうち他方で変調されてなる第２の光を生成し、第１の光と第２の光を合波し、この合波光をデータ信号で変調し、変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波し、分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を伝送路の異なる経路に出力すること、受信側では、異なる経路で伝送されてくる二つの光信号からデータ信号を復元し、復元されたデータ信号を解読することを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
［発明の概要］
図１を参照して本発明の光信号送受信システムを説明する。光信号送信側１には、後述する第１実施例（図２）、第２実施例（図３）、第１０実施例（図１１）、第１１実施例（図１２）で代表される光信号送信装置が用いられ、光信号受信側６には、後述する第３実施例（図４）、第４実施例（図５）で代表される光信号受信装置が用いられる。図１に示すように、光信号送信側１からは二つの光信号３、４を伝送路５の異なる経路５Ａ、５Ｂに伝送し、光信号受信側６では二つの光信号３、４から受信データ信号７を復元し、データを解読する。
【００３３】
送信側１から送信された二つの光信号３、４は、単独には、パタンの規則性が低いデジタル信号（例えば、ノイズを起源としたデジタル信号）と送信データ信号２との合成波、もしくは、そのデジタル信号がパタンを反転されてなる反転パタン信号と送信データ信号２との合成波であり、デジタル信号やその反転パタン信号は予測困難なランダム信号なので、一方の光信号から送信データ信号２のみを抽出することは非常に困難である。ところが、光信号受信側６にて二つの光信号３、４を適当に位相を揃えて重ね合わせると、デジタル信号とその反転信号とが補間しあうので、送信データ信号２を容易に抽出することが可能となる。盗聴や改ざんについて説明すれば、例えば、光信号３、４が伝送される伝送路５の異なる経路５Ａ、５Ｂから一方の光信号３のパワーの一部を第３者がタップ１０４で抜き取り、データ解析・生成装置１０６などを用いて情報処理しても、不正確なデータ１０５となるだけで情報の盗聴は困難である。また、第３者がタップ１０７を介して改ざんデータを伝送路５の経路５Ａに入れても、光信号受信側６では、改ざんデータを送信データ信号２に対する正規の受信データ信号７と区別することができる。
【００３４】
これらの効果そのものは、前述した従来の二波長発振リングレーザ１０９を使用した従来の技術でも同様であるが、本発明による技術では、光源や変調器などがそれぞれ独立して存在するので、パワーや変調度などの各種条件が容易であることや、光源や変調器などにパワーレーザダイオードや電界吸収型光変調器など技術的に確立したものを用いることが可能であることから、信頼性が高く実用性に富む光信号送信装置、光信号受信装置、光信号送受信システム、光通信方法を構成できるという特長がある。また、上記の効果により、先にも述べた第３者によるデータの盗聴や改ざんを防ぐことが可能となり、本発明によりセキュリティの高い光通信を安定且つ確実に実現することができる。
【００３５】
［第１実施例：光信号送信装置の構成１］
図２は、本発明の第１実施例における光信号送信装置の構成を示している。この光信号送信装置は、図２に示すように、第１の光源８と、第２の光源９と、第１の光変調器１０と、第２の光変調器１１と、ノイズ源１２と、デジタル信号発生器１３と、反転器１４と、波長合波器１５と、第３の光変調器１６と、データ信号源１７と、波長分波器１８と、第１の遅延調整器１９と、第２の遅延調整器２０と、第１の光増幅器２１と、第２の光増幅器２２を有したものである。
【００３６】
図２において、第１の光源８は波長λ１のＣＷ光（変調されていないパワーが一定の光）を発生し、これとは独立に、第２の光源９は波長λ１とは異なる波長λ２のＣＷ光を発生する。二つの光源８、９は同じパワーのＣＷ光を発生するようにしている。デジタル信号発生器１３はパタンの規則性が低いデジタル信号を発生するためのものであり、本例ではノイズ源１２が発生するノイズを起源とするデジタル（２値）信号を作り出す。反転器１４はデジタル信号発生器１３から出力されるデジタル信号を二分岐した一方の出力のパタンを反転して反転パタン信号を発生するためのものである。本例では、第１の光変調器１０は第１の光源８からの波長λ１のＣＷ光をデジタル信号発生器１３からのデジタル信号で変調し、第２の光変調器１１は第２の光源９からの波長λ２のＣＷ光を反転器１４からの反転パタン信号で変調する。逆に、第１の光変調器１０により波長λ１のＣＷ光を反転パタン信号で変調し、第２の光変調器１１により波長λ２のＣＷ光をデジタル信号で変調しても良い。いずれにしろ、第１の光変調器１０と第２の光変調器１１により、波長λ１の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタン信号のうち一方で変調されてなる第１の光と、波長λ２の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタンのうち他方で変調されてなる第２の光を生成するための１段目変調手段を構成する。波長合波器１５は変調された二つの光を合波するためのものであり、第１の光変調器１０及び第２の光変調器１１でそれぞれ変調された二つの光を併せて、合波光として出力する。
【００３７】
第３の光変調器１６は波長合波器１５で合波された合波光をデータ信号で変調するものであり、２段目変調手段を構成する。データ信号源１７は第３の光変調器１６にて変調に用いるデータ信号を発生するためのものであり、データ信号を第３の光変調器１６に送る。波長分波器１８は第３の光変調器１６で変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波するものである（図１の光信号３、４参照）。
【００３８】
第１の遅延調整器１９と第２の遅延調整器２０は波長分波器１８で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号の遅延量を調整するものであり、本例では、分波直後に第１の遅延調整器１９と第２の遅延調整器２０を設け、二つの光信号の遅延量が揃うように調整している。従って、２つの遅延調整器を用いる代わりに、１つの遅延調整器により遅延量の少ない方の光信号を遅延量の大きい光信号に合わせるように調整することができる。
【００３９】
第１の光増幅器２１と第２の増幅器２２は波長分波器１８で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を伝送路の異なる経路（図１の経路５Ａ、５Ｂ参照）に出力するものであり、光信号出力手段を構成するとともに、波長λ１の光信号と波長λ２の光信号をそれぞれ伝送可能なパワーまで光増幅するものである。本例では、第１の光増幅器２１と第２の増幅器２２を遅延調整器１９、２０の後段に設けているが、遅延調整器１９、２０の前段に設けても良い。
【００４０】
波長分波後の二つの光信号のパワーが十分であれば、光増幅器２１、２２は不要である。また、二つの光信号の遅延量が揃うように光信号送信装置を調整しておくのが、製品としてはスマートであるが、必ずしもその必要はないので、遅延調整器１９、２０を省略することもできる。いずれの場合も、光信号出力手段は二つの光信号を別々の経路に送出する機能を有するものであれば良い。
【００４１】
図２の光信号送信装置の動作・作用を説明する。第１の光変調器１０と第２の光変調器１１でそれぞれ変調された光を波長合波器１５にて合波すると、両光変調器１０、１１に入力された変調波（パタンの規則性が低いデジタル信号とその反転パタン信号）が互いに反転関係にあることから、波長合波器１５の出力光はＣＷ光のようにパワーが一定の光として出力される。この二波長からなるパワーが一定の合波光を、第３の光変調器１６を使ってデータ信号で変調すると、波長が一つのＣＷ光を変調した場合と同様に、データ信号のパタンと同一の振幅変調パタン、つまりデータ信号が重畳された二波長の光信号が現れる。このデータ信号が重畳された二波長の光信号を波長分波器１８で波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分離することで、単独ではデータの復元が難しい二つの光信号を容易に生成することが可能となる。このようにして生成した波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を必要に応じて遅延調整器１９、２０を使って遅延量を調整し、また、必要に応じて光増幅器２１、２２を使って伝送に適当なパワーに調整して、それぞれ別々の経路で受信先まで伝送する。伝送路としては、例えば、ＷＤＭ（波長分割多重）ネットワークなどの一般的な多波長ファイバ伝送路を用いることができる。
【００４２】
［第２実施例：光信号送信装置の構成２］
図３は、本発明の第２実施例として別の光信号送信装置の構成を示している。
図３の光信号送信装置を第１実施例（図２）の光信号送信装置と比較すると、デジタル信号発生器１３とデータ信号源１７との同期を取るためのマスタークロック２３を有している点が異なり、他は同じである。従って、図３中で、図２と同じ機能部分には同じ符号を付して説明の重複を省くこととする。
【００４３】
マスタークロック２３はデジタル信号発生器１３からのパタンの規則性が低いデジタル信号とデータ信号源１７からのデータ信号との間の同期を取るためのものであり、デジタル信号発生器１３とデータ信号源１７の両方に同じクロック信号を送る。つまり、同じクロック信号を使って、デジタル信号発生器１３がパタンの規則性が低いデジタル信号を発生し、データ信号源１７がデータ信号を発生するので、デジタル信号発生器１３からのパタンの規則性が低いデジタル信号とデータ信号源１７からのデータ信号との間で同期が取られる。
【００４４】
図３に示す本第２実施例の光信号送信装置の動作は、基本的に第１実施例（図２）の光信号送信装置と同様であるが、マスタークロック２３によりそれぞれの光変調器１０、１１、１６に印加される各信号の間に同期が取られているので、図３中のタイミング表示２４から分かるように、信号パタンの時間幅やタイミングが、データ変調前の波長λ１の光、その反転パタンであるデータ変調前の波長λ２の光、そしてデータ信号の間で揃うことになる。その結果、パタンの途中で波長が変わることなく、波長分波器１８で分波後の光信号の波形もデータ信号と同じ時間幅を持つ信号となり、識別しやすくなるという利点がある。このことは、受信側において誤りの発生を抑えることにつながる。
【００４５】
図３ではデジタル信号発生器１３とデータ信号源１７との周期を同じとした例を示しているが、デジタル信号発生器１３の周期がデータ信号源１７の周期の分周値（１／Ｎ倍、Ｎは自然数）であっても構わない。
【００４６】
［第３実施例：光信号受信装置の構成１］
図４は本発明の第３実施例として光信号受信装置の構成を示している。図４の光信号受信装置は前述した第１実施例（図２）や第２実施例（図３）の光信号送信装置、あるいは、後述する第１０実施例（図１１）や第１１実施例（図１２）の光信号送信装置に対応するものであり、第１の遅延調整器２７と、第２の遅延調整器２８と、第１の光増幅器２９と、第２の光増幅器３０と、波長合波器３１と、受光器３２と、識別再生器３３と、タイミング抽出信号解析機４３を有している。
【００４７】
第１の遅延調整器２７と第２の遅延調整器２８は伝送されてきた波長λ１の受信光信号２５と波長λ２の受信光信号２６との間の時間遅延をなくすためのものである。第１の光増幅器２９と第２の光増幅器３０は伝送によるパワー損失を補うためのものであり、伝送によりパワーが異なってしまった二つの受信光信号２５、２６のパワーを揃える機能を有している。波長合波器３１は二つの受信光信号２５、２６を光学的に合波するためのものである。受光器３２はその光電変換機能により合波後の光信号を電気信号に変換するものである。受光器３２としては、波長依存性が小さいもの、少なくとも二つの波長λ１、λ２間で波長依存性が小さいものを使用している。受光器３２が出力する電気信号はデータ信号が復元したものである。識別再生器３３は、伝送により二つの受信光信号２５、２６の波形が乱れることを考慮し、伝送により波形が乱れた受光器３２からのデータ信号を識別しやすいパタン（信号）に再生するための識別再生手段を構成する。
タイミング抽出解析機３４は復元あるいは再生されたデータ信号を解読するためのデータ解読手段を構成し、データ信号を読取るためのタイミング抽出機能を備えている。
【００４８】
ここで、波長λ１の光信号２５と波長λ２の光信号２６の遅延量はそれらの伝送経路の距離差に関係するので、両経路に伝送距離差がΔＬ（ｍ）あるとすれば、例えばΔＬ（ｍ）の長さの光ファイバを遅延調整器として用いれば、二つの伝送経路差に起因する遅延を打ち消して、送信側でデータ変調した時の位相状態にもどすことができる。従って、２つの遅延調整器２７、２８の両方でなく、一方を用いて伝送経路の短い方を長い方に合わせることができる。また、二つの伝送経路差が経年変化等で変化する場合は、光信号送信装置からテスト用のパルスを送信し、光信号受信装置で正しく受信できるように遅延調整器２７または２８で微調整すれば良い。一方、二つの受信光信号２５、２６のパワーが経路の違いによって異なってしまう場合は、二つの受信光信号２５、２６のパワーを第１の光増幅器２９及び第２の光増幅器３０を使って揃えておきことができる。このような状態で二つの受信光信号２５、２６を合波した後、受光器３２で電気信号に変換することにより、データ信号のみからなる電気信号を抽出することができる。
データ信号の抽出後は、識別再生器３３やタイミング抽出信号解析機３４などを用いて一般的な光信号受信機と同様な処理を行うことで、データ信号を解読する。なお、伝送による受信光信号２５，２６の劣化が激しくない場合は、識別再生器３３は必要ない。
【００４９】
［第４実施例：光信号受信装置の構成２］
図５は本発明の第４実施例として別の光信号受信装置の構成を示している。図５の光信号受信装置は、第１の遅延調整器２７と、第２の遅延調整器２８と、第１の受光器３５と、第２の受光器３６と、第１の識別再生器３７と、第２の識別再生器３８と、位相シフタ３９と、加算器４０と、タイミング抽出信号解析機３４を有している。この光信号受信装置も前述した第１実施例（図２）や第２実施例（図３）の光信号送信装置、あるいは、後述する第１０実施例（図１１）や第１１実施例（図１２）の光信号送信装置に対応するものである。
【００５０】
第１の遅延調整器２７と第２の遅延調整器２８は、第３実施例と同様、伝送されてきた波長λ１の受信光信号２５と波長λ２の受信光信号２６との間の時間遅延をなくすためのものである。第１の受光器３５と第２の受光器３６は遅延調整された２つの受信光信号をそれぞれ電気信号に変換するものである。第１の識別再生器３７と第２の識別再生器３８は、伝送により二つの受信光信号２５、２６の波形が乱れることを考慮し、伝送により波形が乱れた第１の受光器３５と第２の受光器３６からの電気信号をそれぞれ識別しやすいパタン（信号）に再生するためのものである。加算器４０は識別再生処理された二つの電気信号を電気的に合波するためのものである。位相シフタ３９は識別再生過程で生じた電気的な位相ずれを合波前に調整するためのものである。加算器４０が出力する電気信号はデータ信号が復元したものである。タイミング抽出信号解析機３４は復元されたデータ信号を解読するためのものであり、データ信号を読取るためのタイミング抽出機能を備えている。
【００５１】
ここで、第３実施例（図４）の光信号受信装置と同様、波長λ１の受信光信号２５と波長λ２の受信光信号２６の遅延量はそれらの伝送経路の距離差に関係するので、両経路に伝送距離差がΔＬ（ｍ）あるとすれば、例えばΔＬ（ｍ）の長さの光ファイバを遅延調整器として用いれば、二つの伝送経路差に起因する遅延を打ち消して、送信側でデータ変調した時の位相状態にもどすことができる。従って、２つの遅延調整器２７、２８の両方でなく、一方を用いて伝送経路の短い方を長い方に合わせることができる。また、二つの伝送経路差が経年変化等で変化する場合は、光信号送信装置からテスト用のパルスを送信し、光信号受信装置で正しく受信できるように遅延調整器２７または２８で微調整すれば良い。このような状態で二つの受信光信号２５、２６をそれぞれ受光器３５、３６の光電変換機能によりで電気信号に変換した後、識別再生器３７、３８で識別再生して加算器４０で電気的に合波する。これにより、伝送劣化の大きい波形に対してもデータ信号の識別がしやすく、且つタイミング精度が高いので、二つの電気信号からデータ信号のみを抽出し復元することができ、データ信号を復元する時の精度が高い。データ信号の抽出後は、タイミング抽出信号解析機３４などを用いて一般的な光信号受信機と同様な処理を行うことで、データ信号を解読する。なお、識別再生を正確にするためには、第２実施例（図３の光信号送信装置）で述べたように、変調する時間幅が揃っており、データパタンの途中で波長が変わることがない光信号送信装置を用いる必要がある。
【００５２】
なお、第３実施例と同様、伝送による受信光信号２５，２６の劣化が激しくない場合は、識別再生器３５，３６は必要ない。また、第３実施例と同様、第１の光増幅器２９及び第２の光増幅器３０を使って、経路の違いによって異なってしまった二つの受信光信号２５、２６のパワーを揃えておいても良い。
【００５３】
［第５実施例：デジタル信号発生器の構成］
図６は本発明の第５実施例としてノイズを起源とするデジタル信号発生器の構成を示している。図６のデジタル信号発生器はノイズ源１２と、バンドパスフィルタ４１と、増幅器４２と、データ判別器４３と、外部信号源４４を有したものである。ノイズ源１２は電気的なノイズを出力する。ノイズ源１２としてはデータ信号と同程度の周波数成分を持つノイズを発生するものであれば良く、１／Ｎ分周波でサンプリングする場合はデータ信号の１／Ｎ倍程度の周波数成分を持てばよい。また、ノイズ源１２としては、データ信号増幅用の電気増幅器をその入力が無い状態で用いるものや、次に述べる第６実施例（図７）や第７実施例（図８）のようなものを用いることができる。バンドパスフィルタ４１はノイズ源１２が発生するノイズから必要な周波数帯域のノイズを取り出すためのフィルタであり、ノイズの直流を中心とする低周波成分及び不必要な高周波成分をカットする役割を果たす。増幅器４２はバンドパスフィルタ４１で取り出されたノイズ成分を閾値による二値判別が可能な振幅に増幅する。データ判別器４３は、増幅器４２からのノイズの振幅と閾値との大小関係を判別し、二値のデジタル信号を発生するための判別手段を構成する。つまり、データ判別器４３は、閾値判別により、ノイズを０か１かの二値データに変換する。外部信号源４４は、データ判別器４３に判別タイミングのトリガとしてサンプリングクロックを与える。
【００５４】
本第５実施例のノイズを起源とするデジタル信号発生器では、ノイズ源１２からノイズの必要な成分をバンドパスフィルタ４１で抽出し、増幅した後にデータ判別器４３で二値のデジタル信号に変換する。このとき、外部信号源４４からのサンプリングクロックをトリがとして閾値判定を行うので、外部信号源４４と同期したデジタル信号発生器となる。
【００５５】
ノイズを起源とするデジタル信号を外部信号に同期させる必要がない場合は、外部信号源４４からのサンプリングクロックは不要である。また、増幅器４２はノイズ源１２とバンドパスフィルタ４１との間に設けても良い。更に、ノイズ源１２の出力振幅が閾値判別が可能な振幅であれば、増幅器４２は不要である。
【００５６】
［第６実施例：ノイズ源の構成１］
図７は本発明の第６実施例としてノイズ源の構成を示している。図７のノイズ源は低Ｑ値発振器４５（低いＱ値を持つ正帰還増幅器）と、バンドパスフィルタ４８を有したものである。低Ｑ値発振器４５は、例えば増幅器４６と帰還量調整器４７とを用いた正帰還増幅器で構成される。バンドパスフィルタ４８は低Ｑ値発振器４５からの出力が持つ発振周波数成分の一部を取り出すフィルタである。
【００５７】
本第６実施例のノイズ源の動作を説明する。低Ｑ値発振器４５は比較的広い周波数範囲で発振するので、発振周波数範囲内では、瞬時瞬時の発振周波数は確率的にしか決まらない。よって、パワースペクトルの様子４９から分かるように、発振周波数帯域のうち一部の帯域をバンドパスフィルタ４８で取り出した出力は、バンドパスフィルタ４８の周波数帯域内で発振している場合はフィルタ出力として現れるが、バンドパスフィルタ４８の周波数帯域外で発振している場合はフィルタ出力として現れず、フィルタ出力の有無は確率的にしか決まらない。つまり、出力が不確定で変動するノイズ発生源が実現する。
【００５８】
［第７実施例：ノイズ源の構成２］
図８は本発明の第７実施例として別のノイズ源の構成を示している。図８のノイズ源は自然放出光源５０と、狭帯域光バンドパスフィルタ５１と、フォトダイオード５２と、ＤＣブロッキングキャパシタ５３と、増幅器５４を有したものである。自然放出光源５０は自然放出光（ＡＳＥ）を発生するものであり、例えば半導体光増幅器やファイバ光増幅器を用いたものが使用される。狭帯域光バンドパスフィルタ５１は自然放出光の成分のうち一部の光周波数帯域を切り出す（スペクトルスライス）ための光フィルタである。フォトダイオード５２はスペクトルスライス後の自然放出光を受光し、電気信号に変換するものである。ＤＣブロッキングキャパシタ５３は自然放出光から変換された電気信号のうち、直流成分をカット（遮断）するものであり、交流成分を出力する。増幅器５４はＤＣブロッキングキャパシタ５３からの交流成分を増幅するものである。
【００５９】
本第７実施例のノイズ源の動作を説明する。自然放出光（ＡＳＥ）は、図８中のパワースペクトルの様子５５に示すように広い光周波数範囲に分布しており、瞬時瞬時の光周波数は確率的にしか決まらない。よって、図８中のパワースペクトルの様子５６に示すように、その一部の帯域を狭帯域光バンドパスフィルタ５１で取り出した光出力は、狭帯域光バンドパスフィルタ５１の光周波数帯域内に自然放出光の光周波数がある場合はフィルタ出力として現れるが、狭帯域光バンドパスフィルタ５１の光周波数帯域外の場合はフィルタ出力として現れず、フィルタ出力の有無は確率的にしか決まらない。このことは第６実施例と同様であり、フィルタ出力をフォトダイオード５２で光電変換し、ＤＣブロッキングキャパシタ５３で交流成分を取り出すことにより、出力が不確定で変動するノイズ発生源が実現する。ＤＣブロッキングキャパシタ５３で取り出した交流成分の振幅が閾値判別に十分な大きさであれば、増幅器５４は不要である。
【００６０】
［第８実施例：反転器の構成１］
図９は本発明の第８実施例として反転器の構成を示している。図９の反転器はトランジスタ５７と、抵抗５８、５９から構成されたものである。トランジスタ５７のベースとコレクタにそれぞれ抵抗５８、５９が接続されている。ベースとエミッタ間に抵抗５８を介して、デジタル信号発生器からのパタンの規則性が低いデジタル信号６０が入力される。コレクタは、抵抗５９を介してプルアップ電圧Ｖｐｕｌｌに接続されている。ベースの入力電圧ＶｉｎがＬｏｗ（０Ｖ）の場合は、トランジスタ５７はオフ状態なので、出力電圧Ｖｏｕｔはプルアップ電圧Ｖｐｕｌｌと同じである。ところが、ベースの入力電圧ＶｉｎがＨｉｇｈになり、ベース‐エミッタ間電圧が０．６Ｖ以上になると、トランジスタ５７はオン状態になり、出力電圧Ｖｏｕｔはプルアップ電圧Ｌｏｗ（０Ｖ）となって入力電圧の状態とは反転した状態になる。つまり、デジタル信号６０に対してパタンが反転した反転パタン信号６１が得られる。本発明では、このような電気的にパタンを反転する回路を使用することが可能である。
【００６１】
［第９実施例：反転器の構成２］
図１０は本発明の第９実施例として別の反転器の構成を示している。図１０の反転器は、半導体光増幅器６２とサーキュレータ６３から構成されたものである。データ信号のパタンに変調された例えば波長λ１の光６４と、ＣＷ光のままの波長λ２の光６５のそれぞれを、互いに反対方向から半導体光増幅器６２に入力すると、相互利得変調が起こり、データ信号のパタンを反転したパタンが波長λ２の光６５に転写される。この反転パタンが転写された光６６のみをサーキュレータ６３を使って図示のように半導体光増幅器６２から取り出すことにより、半導体光増幅器６２とサーキュレータ６３との組合せが、丁度、反転器の役割を果たすことになる。また、この組合せは、反転パタン信号で二つの光の一方を変調する光変調器としての役割も果たす。
【００６２】
［第１０実施例：具体的な光信号送信装置の構成例１］
図１１は、本発明の第２実施例（図３）で示した光信号送信装置のより具体的な構成を示している。この光信号送信装置は、図１１に示すように、第１のレーザダイオード（ＬＤ）６７と、第２のレーザダイオード（ＬＤ）６８と、第１の電気増幅器６９と、第２の電気増幅器７０と、デジタル信号発生器１３と、反転器１４と、波長多重カプラ７１と、電界吸収型光変調器（ＥＡＭ）７２と、データ信号源１７と、波長スプリッタ７３と、光ファイバ遅延線７４と、第１の光増幅器２１と、第２の光増幅器２２を有したものである。
【００６３】
図１１において、第１のレーザダイオード６７は波長λ１のＣＷ光（変調されていないパワーが一定の光）を発生し、これとは独立に、第２のレーザダイオード６８は波長λ１とは異なる波長λ２のＣＷ光を発生する。二つレーザダイオード６７、６８は同じパワーのＣＷ光を発生するようにしている。デジタル信号発生器１３はノイズを起源とするパタンの規則性が低いデジタル（二値）信号を発生するものとしている。反転器１４はデジタル信号発生器１３から出力されるデジタル信号を二分岐した一方の出力のパタンを反転して反転パタン信号を発生するためのものである。第１の電気増幅器６９は、デジタル信号発生器１３からのデジタル信号で第１のレーザダイオード６７を直接変調するためのものであり、当該デジタル信号をレーザの直接変調が可能な出力レベルに増幅する。第２の電気増幅器７０は、反転器１４からの反転パタン信号で第２のレーザダイオード６８を直接変調するためのものであり、当該反転パタン信号をレーザの直接変調が可能な出力レベルに増幅する。逆に、第１のレーザダイオード６７を反転パタン信号で直接変調し、第２のレーザダイオード６８をデジタル信号で直接変調しても良い。また、デジタル信号発生器１３及び反転器１４の出力振幅がレーザの直接変調が可能なレベルであれば、電気増幅器６９、７０は不要である。かくして、波長λ１の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタン信号のうち一方で変調されてなる第１の光と、波長λ２の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタンのうち他方で変調されてなる第２の光を生成するための１段目変調手段が構成される。波長多重カプラ７１は変調された二つの光を合波するためのものであり、第１のレーザダイオード６７及び第２のレーザダイオード６８からそれぞれ出力される変調された二つの光を併せて、合波光として出力する。
【００６４】
電界吸収型光変調器７２は波長多重カプラ７１で合波された合波光を一括してデータ信号で変調するものであり、２段目変調手段を構成する。データ信号源１７は電界吸収型光変調器７２にて変調に用いるデータ信号を発生するためのものであり、データ信号を電界吸収型光変調器７２に送る。本第１０実施例では、第２実施例（図３）で用いたマスタークロック２３に代えて、データ信号源１７をマスタークロックに兼任させ、データ信号源１７からはデジタル信号発生器１３にクロックを供給することで、パタンの規則性が低いデジタル信号とデータ信号源１７からのデータ信号との間の同期を取るようにしている。波長スプリッタ７３は電界吸収型光変調器７２で一括変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波するものである（図１の光信号３、４参照）。
【００６５】
ファイバ遅延線７４は波長スプリッタ７３で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号の遅延量を調整するものであり、二つの光信号の遅延量が揃うように調整している。一般に、遅延量の少ない方の光信号を遅延量の大きい光信号に合わせるようにファイバ遅延線７４で調整する。
【００６６】
第１の光増幅器２１と第２の光増幅器２２は波長スプリッタ７３で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を伝送路の異なる経路（図１の経路５Ａ、５Ｂ参照）に出力するものであり、光信号出力手段を構成するとともに、波長λ１の光信号と波長λ２の光信号をそれぞれ伝送可能なパワーまで光増幅するものである。本例では、第２の光増幅器２２をファイバ遅延線７４の後段に設けているが、その前段に設けても良い。
【００６７】
第２実施例と同様、波長分波後の二つの光信号のパワーが十分であれば、光増幅器２１、２２は不要である。また、二つの光信号の遅延量が揃うように光信号送信装置を調整しておくのが、製品としてはスマートであるが、必ずしもその必要はないので、ファイバ遅延線７４を省略することもできる。いずれの場合も、光信号出力手段は二つの光信号を別々の経路に送出する機能を有するものであれば良い。
【００６８】
本第１０実施例の光信号送信装置の動作・作用は、第１実施例（図２）、第２実施例（図３）で説明したものと同様であり、第１のレーザダイオード６７と第２のレーザダイオード６８でそれぞれ変調された光を波長多重カプラ７１にて合波すると、両レーザダイオード６７、６８に入力された変調波（パタンの規則性が低いデジタル信号とその反転パタン信号）が互いに反転関係にあることから、波長多重カプラ７１の出力光はＣＷ光のようにパワーが一定の光として出力される。この二波長からなるパワーが一定の合波光を、電界吸収型光変調器７２を使ってデータ信号で一括変調すると、波長が一つのＣＷ光を変調した場合と同様に、データ信号のパタンと同一の振幅変調パタン、つまりデータ信号が重畳された二波長の光信号が現れる。このデータ信号が重畳された二波長の光信号を波長スプリッタ７３で波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分離することで、単独ではデータの復元が難しい二つの光信号を容易に生成することが可能となる。このようにして生成した波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を必要に応じてファイバ遅延線７４を使って遅延量を調整し、また、必要に応じて光増幅器２１、２２を使って伝送に適当なパワーに調整して、ＷＤＭ（波長分割多重）ネットワークなどの一般的な多波長ファイバ伝送路の別々の経路でそれぞれ受信先まで伝送する。
【００６９】
［第１１実施例：具体的な光信号送信装置の構成例２］
図１２は、本発明の第２実施例（図３）で示した光信号送信装置のより具体的な別の構成を示している。この光信号送信装置は、図１２に示すように、第１のレーザダイオード（ＬＤ）６７と、第２のレーザダイオード（ＬＤ）６８と、デジタル信号発生器１３と、波長多重カプラ７１と、半導体光増幅器７５と、可変遅延線７６と、電界吸収型光変調器（ＥＡＭ）７２と、データ信号源１７と、波長スプリッタ７３と、光ファイバ遅延線７４と、第１の光増幅器２１と、第２の光増幅器２２を有したものである。
【００７０】
図１２において、第１のレーザダイオード６７は波長λ１のＣＷ光（変調されていないパワーが一定の光）を発生し、これとは独立に、第２のレーザダイオード６８は波長λ１とは異なる波長λ２のＣＷ光を発生する。二つレーザダイオード６７、６８は同じパワーのＣＷ光を発生するようにしている。デジタル信号発生器１３はノイズを起源とするパタンの規則性が低いデジタル（二値）信号を発生するものとしており、このデジタル信号で第２のレーザダイオード６８を直接変調している。逆に、第１のレーザダイオード６７をデジタル信号で直接変調しても良い。波長多重カプラ７１は変調された二つの光を合波するためのものであり、第１のレーザダイオード６７から出力されるＣＷ光及び第２のレーザダイオード６８から出力される変調された光を併せて、合波光として半導体光増幅器７５に出力する。半導体光増幅器７５は合波光を入力し、第９実施例（図１０）にて説明したように、相互利得変調によって、変調された光の反転パタンをＣＷ光に転写するものである。かくして、波長λ１の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタン信号のうち一方で変調されてなる第１の光と、波長λ２の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタンのうち他方で変調されてなる第２の光を生成するための１段目変調手段が構成される。
【００７１】
可変遅延線７６は、電界吸収型光変調器７２における変調タイミングを調整するためのものであり、半導体光増幅器７５からの光と、データ信号との位相を揃えるために用いている。
【００７２】
電界吸収型光変調器７２は、デジタル信号で変調された光の反転パタンがＣＷ光に転写されている半導体光増幅器７５からの光を可変遅延線７６から入力し、一括してデータ信号で変調するものであり、２段目変調手段を構成する。データ信号源１７は電界吸収型光変調器７２にて変調に用いるデータ信号を発生するためのものであり、データ信号を電界吸収型光変調器７２に送る。本第１１実施例では、データ信号源１７をマスタークロックに兼任させ、データ信号源１７からはデジタル信号発生器１３にクロックを供給することで、パタンの規則性が低いデジタル信号とデータ信号源１７からのデータ信号との間の同期を取るようにしている。波長スプリッタ７３は電界吸収型光変調器７２で一括変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波するものである（図１の光信号３、４参照）。
【００７３】
ファイバ遅延線７４は波長スプリッタ７３で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号の遅延量を調整するものであり、二つの光信号の遅延量が揃うように調整している。一般に、遅延量の少ない方の光信号を遅延量の大きい光信号に合わせるようにファイバ遅延線７４で調整する。
【００７４】
第１の光増幅器２１と第２の光増幅器２２は波長スプリッタ７３で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を伝送路の異なる経路（図１の経路５Ａ、５Ｂ参照）に出力するものであり、光信号出力手段を構成するとともに、波長λ１の光信号と波長λ２の光信号をそれぞれ伝送可能なパワーまで光増幅するものである。本例では、第２の光増幅器２２をファイバ遅延線７４の後段に設けているが、その前段に設けても良い。
【００７５】
第２実施例と同様、波長分波後の二つの光信号のパワーが十分であれば、光増幅器２１、２２は不要である。また、二つの光信号の遅延量が揃うように光信号送信装置を調整しておくのが、製品としてはスマートであるが、必ずしもその必要はないので、ファイバ遅延線７４を省略することもできる。いずれの場合も、光信号出力手段は二つの光信号を別々の経路に送出する機能を有するものであれば良い。また、本第１１実施例では、デジタル信号発生器１３からのデジタル信号で第１のレーザダイオード６７（あるいは第２のレーザダイオード６８）を直接変調するが、当該デジタル信号がレーザの直接変調が可能な出力レベルでない場合は、第１０実施例（図１１）と同様、電気増幅器によりデジタル信号を増幅して直接変調すると良い。
【００７６】
本第１１実施例の光信号送信装置の動作・作用を説明する。第２のレーザダイオード６８をパタンの規則性が低いデジタル信号で直接変調し、これが出力する変調された光を波長多重カプラ７１により第１のレーザダイオード６７からのＣＷ光と合波し、半導体光増幅器７５に入力すると、相互利得変調により、デジタル信号で変調された光の反転パタンがＣＷ光に転写し、両者が合波した光が半導体光変調器７５から出力される。この際、デジタル信号で変調された光とその反転パタンが転写した光が互いに反転関係にあることから、半導体光増幅器７５の出力光はＣＷ光のようにパワーが一定の光として出力される。この二波長からなるパワーが一定の合波光を、電界吸収型光変調器７２を使ってデータ信号で一括変調すると、波長が一つのＣＷ光を変調した場合と同様に、データ信号のパタンと同一の振幅変調パタン、つまりデータ信号が重畳された二波長の光信号が現れる。このデータ信号が重畳された二波長の光信号を波長スプリッタ７３で波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分離することで、単独ではデータの復元が難しい二つの光信号を容易に生成することが可能となる。このようにして生成した波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を必要に応じてファイバ遅延線７４を使って遅延量を調整し、また、必要に応じて光増幅器２１、２２を使って伝送に適当なパワーに調整して、ＷＤＭ（波長分割多重）ネットワークなどの一般的な多波長ファイバ伝送路の別々の経路でそれぞれ受信先まで伝送する。
【００７７】
本第１１実施例では、レーザダイオードの直接変調や半導体光増幅器の相互利得変調を用いたコストのかかる変調器を１台にし、部品点数を抑えているので、コンパクトで経済的な光信号送信装置を実現することができる。
【００７８】
上記の各実施例では、デジタル信号発生器１３として、ノイズを起源とするパタンの規則性が低いデジタル信号を発生するものを説明したが、これに限らず、二値のデジタル信号を予測困難な程度でランダムに、規則性の低いパタンで発生するものであれば良い。
【００７９】
以上説明した光信号送信装置と、異なる経路を持つ伝送路と、光信号受信装置を用いることにより、盗聴や改ざんなどに対するセキュリティが高く且つ安定した光信号送受信システムが実現する。なお、二つの光信号に対する遅延調整手段は光信号送信装置と光信号受信装置の両方に設けることが好ましいが、結果的に光信号受信装置側で二つの光信号が光信号送信装置側でデータ変調した時の位相状態に戻れば良いので、光信号送信装置と光信号受信装置の一方のみに遅延調整手段を設けても、あるいは、図１に示すように伝送路５の経路に遅延調整手段を設けても構わない。
【００８０】
また、以上の説明から分かるように、送信側では、波長λ１の光及びこれとは異なる波長λ２の光を発生し、波長λ１の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタン信号とのうち一方で変調されてなる第１の光を生成し、波長λ２の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタンとのうち他方で変調されてなる第２の光を生成し、第１の光と第２の光を合波し、この合波光をデータ信号で変調し、変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波し、分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を伝送路の異なる経路に出力し、受信側では、異なる経路で伝送されてくる二つの光信号からデータ信号を復元し、復元されたデータ信号を解読することにより、盗聴や改ざんなどに対するセキュリティが安定且つ高い光通信方法を実現することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上の説明したように、本発明によれば、光信号伝送における盗聴や改ざんなどからのセキュリティを安定且つ確実に高めることができ、しかも、伝送路は既存の多波長ネットワークファイバ網などを用いることができるので、これらで実現されていたバーチャルプライベートネットワーク（ＶＰＮ）などの広域且つ秘匿性の高いサービスのセキュリティを更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるデータ伝送技術と盗聴の困難さを示す図。
【図２】本発明の第１実施例（光信号送信装置の構成１）を示す図。
【図３】本発明の第２実施例（光信号送信装置の構成２）を示す図。
【図４】本発明の第３実施例（光信号受信装置の構成１）を示す図。
【図５】本発明の第４実施例（光信号受信装置の構成２）を示す図。
【図６】本発明の第５実施例（デジタル信号発生器の構成）を示す図。
【図７】本発明の第６実施例（ノイズ源の構成１）を示す図。
【図８】本発明の第７実施例（ノイズ源の構成２）を示す図。
【図９】本発明の第８実施例（反転器の構成１）を示す図。
【図１０】本発明の第９実施例（反転器の構成２）を示す図。
【図１１】本発明の第１０実施例（具体的な光信号送信装置の構成例１）を示す図。
【図１２】本発明の第１１実施例（具体的な光信号送信装置の構成例２）を示す図。
【図１３】従来の伝送技術とその盗聴の容易性を示す図。
【図１４】従来の伝送技術として二波長発振リングレーザの構成を示す図。
【図１５】従来の伝送技術として二波長発振リングレーザを光源に用いた光信号送信装置の構成を示す図。
【符号の説明】
１ 光信号送信側
２ 送信データ
３ 波長λ１の光信号
４ 波長λ２の光信号
５ 伝送路
５Ａ、５Ｂ 互いに異なる経路
６ 光信号受信側
７ 受信データ
８ 第１の光源
９ 第２の光源
１０ 第１の光変調器
１１ 第２の光変調器
１２ ノイズ源
１３ デジタル信号発生器
１４ 反転器
１５ 波長合波器
１６ 第３の光変調器
１７ データ信号源
１８ 波長分波器
１９ 第１の遅延調整器（送信側）
２０ 第２の遅延調整器（送信側）
２１ 第１の光増幅器（送信側）
２２ 第２の光増幅器（送信側）
２３ マスタークロック
２４ タイミング表示
２５ 波長λ１の受信光信号
２６ 波長λ２の受信光信号
２７ 第１の遅延調整器（受信側）
２８ 第２の遅延調整器（受信側）
２９ 第１の光増幅器（受信側）
３０ 第２の光増幅器（受信側）
３１ 波長合波器（受信側）
３２ 受光器
３３ 識別再生器
３４ タイミング抽出信号解析機
３５ 第１の受光器
３６ 第２の受光器
３７ 第１の識別再生器
３８ 第２の識別再生器
３９ 位相シフタ
４０ 加算器
４１ バンドパスフィルタ
４２ 増幅器
４３ データ判別器
４４ 外部信号源
４５ 低Ｑ値正帰還増幅器
４６ 増幅器
４７ 帰還量調整器
４８ バンドパスフィルタ
４９ パワースペクトルの様子
５０ 自然放出光源
５１ 狭帯域光バンドパスフィルタ
５２ フォトダイオード
５３ ＤＣブロッキングキャパシタ
５４ 増幅器
５５ 自然放出光のパワースペクトルの様子
５６ 狭帯域光バンドパスフィルタ通過後のパワースペルトルの様子
５７ トランジスタ
５８ 抵抗
５９ 抵抗
６０ デジタル信号
６１ 反転パタン信号
６２ 半導体光増幅器
６３ サーキュレータ
６４ 波長λ１の光信号
６５ 波長λ２のＣＷ光
６６ 反転パタンが転写した波長λ２の光信号
６７ 第１のレーザダイオード
６８ 第２のレーザダイオード
６９ 第１の電気増幅器
７０ 第２の電気増幅器
７１ 波長多重カプラ
７２ 電界吸収型光変調器
７３ 波長スプリッタ
７４ ファイバ遅延線
７５ 半導体光増幅器
７６ 可変遅延線
【発明の属する技術分野】
本発明は光信号を送受信する光通信技術に関し、特に、盗聴や改ざんに対するセキュリティを確保し、信頼性の高いデータの送受信を行うための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光送受信システムでは、図１３に示すように、光信号送信側１０１と光信号受信側１０２がファイバ伝送路１０３により一対一に対応し、特定の１つの波長の光をデータ信号で変調した光信号をやり取りしていた。このことは、ノードの数が増えて複数のノード間で光信号のやり取りが行われる複雑なシステムにおいても変わっていない。
【０００３】
しかし、図１３に示したような単純な構成では、例えば、悪意のある第３者からの盗聴などに弱く、セキュリティ上問題があった。つまり、盗聴者は、ファイバ伝送路１０３に光信号を分岐するタップ１０４を入れて光信号パワーの一部１０５を抜き取り、データ解析・生成装置１０６などを用いて情報処理すれば、情報の盗聴が可能であった。また、反対に第３者がタップ１０７を介して改ざんデータ１０８をファイバ伝送路１０３に入れても、光信号受信側１０２で受信データが改ざんデータ１０８であると判別することが困難であった。
【０００４】
盗聴や改ざんに対して高いセキュリティを実現する方法として、多波長の光源を送信側に用い、単独の波長の光信号からはデータを再現することができず、全部の波長の光信号をまとめてはじめて、データを再生することが可能となる方法が知られている。つまり、それぞれの波長の光信号は別々の経路で送信されるもので、もし、盗聴者がある経路から光信号をタップにより分岐してその信号を解析したとしても、単独の光信号からは元のデータを再生することができない。同様に、もし、改ざんデータをある経路にタップから入れたとしても、この改ざんデータは受信側におけるエラーの原因となるだけで、データとして受信側で再生されることはない。このような仕組みにより、この方法は高いセキュリティをもたらす。しかし、この方法では、（１）単独ではデータを再生できないが、一括するとデータの再生が可能となる多波長の光信号をいかにして発生するか、また、（２）盗聴者によって単独の光信号が盗聴された場合にデータの復元を困難とする光信号をいかにして発生するかが課題になる。
【０００５】
このような課題を解決する従来の方法の一例として、図１４、図１５に示されるように、半導体光増幅器を用いた同時発振二波長リングレーザを光源として用いた秘匿通信方法が提案されている。図１４に示す二波長発振リングレーザ１０９は、半導体光増幅器１１０の出力端にファイバ１１１と光スプリッタ１１２を介して二つのファイバ１１３、１１５を接続し、一方のファイバ１１３に中心波長がλ１の光バンドバスフィルタ１１４を、他方のファイバ１１５に中心波長がλ２（λ２≠λ１）の光バンドパスフィルタ１１６をそれぞれ接続し、光カプラ１１７とファイバ１１８を介して両方を半導体光増幅器１１０の入力端に結合し、半導体増幅器１１０の出力端と光スプリッタ１１２との間のファイバ１１１から、光スプリッタ１１９を介して、波長λ１の光と波長λ２の光を取り出すようになっている。
【０００６】
この二波長発振リングレーザ１０９から出力される二波長λ１、λ２の光は、パワーの時間表示１２０及びスペクトル表示１２１から分かるように、パワーの時間波形を見ると両方の合計パワーが常に一定で、且つ、一方の波長のみに注目するとカオス的にパワーが変動しているという特徴を持つ。
【０００７】
よって、図１５の光信号送信装置のように、二波長発振リングレーザ１０９からの二波長に対して、光変調器１２２により同時に変調してデータ信号源１２３からのデータを重畳し、その後に波長スプリッタ１２４で二波長λ１、λ２に分波し、別々の経路１２５、１２６で伝送すれば、一方の波長例えばλ１の光信号からだけではデータを推測することが非常に困難であるが、他方の波長λ２の光信号を合波するだけで容易にデータを復元することが可能な光信号送信装置ができる。
【０００８】
しかし、図１４、図１５に示した方法は、二波長発振リングレーザ１０９の性能に深く係わっており、かつ、この二波長発振リングレーザ１０９の動作特性が十分解明されていないという課題を抱えている。つまり、二波長発振リングレーザ１０９は現状ではブラックボックス（未知）であり、いわんや二波長発振リングレーザ１０９を任意に制御する技術レベルには達していない。そのため、二波長発振リングレーザ１０９を使った光信号送信装置も、安定に再現し、制御することは現状では困難であり、実用レベルの技術には至っていない。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２９０３８０
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点に鑑み、単独ではデータを再生することができずに、一括して始めてデータを再生することが可能となる多波長の光信号を送受信するセキュリティの高い伝送技術において、盗聴者による推測が困難な二つの光信号を安定に生成し、それらを用いてデータを送信する技術、及び、それらを受信する技術を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１発明は光信号送信装置であり、波長λ１の光を発生する第１光発生手段と、第１光発生手段で発生される光の波長λ１とは異なる波長λ２の光を発生する第２光発生手段と、第１光発生手段で発生される波長λ１の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタン信号のうち一方で変調されてなる第１の光と、第２光発生手段で発生される波長λ２の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタンのうち他方で変調されてなる第２の光を生成する１段目変調手段と、１段目変調手段で生成された第１の光と第２の光を合波する合波手段と、合波手段で合波された合波光をデータ信号で変調する２段目変調手段と、２段目変調手段で変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波する分波手段と、分波手段で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を異なる経路に出力する光信号出力手段を有することを特徴とする。
【００１２】
第２発明の光信号送信装置は、波長λ１の第１レーザダイオードと、波長λ１とは異なる波長λ２の第２レーザダイオードと、パタンの規則性が低いデジタル信号を発生し、該デジタル信号で第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち一方を直接変調するためのデジタル信号発生手段と、デジタル信号発生手段で発生されるパタンの規則性が低いデジタル信号を分岐し、その一方のパタンを反転して反転パタン信号を発生し、該反転パタン信号で第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち他方を直接変調するためのパタン反転手段と、第１レーザダイオードと第２レーザダイオードからの二つの変調された光を合波する合波手段と、合波手段で合波された合波光をデータ信号で変調する電界吸収型光変調手段と、電界吸収型光変調手段にデータ信号を送るデータ信号発生手段と、電界吸収型光変調手段で変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波するための分波手段と、分波手段で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を異なる経路に出力するための光信号出力手段を有することを特徴とする。
【００１３】
第３発明の光信号送受信装置は、波長λ１の第１レーザダイオードと、波長λ１とは異なる波長λ２の第２レーザダイオードと、パタンの規則性が低いデジタル信号を発生し、該デジタル信号で第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち一方を直接変調するためのデジタル信号発生手段と、第１レーザダイオードと第２レーザダイオードからの二つの光を合波するための合波手段と、合波手段で合波された合波光を入力し、変調された光の反転パタンを変調されていない光に相互利得変調により転写するための半導体光増幅手段と、半導体光増幅手段からの光をデータ信号で変調するための電界吸収型光変調手段と、電界吸収型光変調手段にデータ信号を送るデータ信号発生手段と、電界吸収型光変調手段で変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波するための分波手段と、分波手段で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を異なる経路に出力するための光信号出力手段を有することを特徴とする。
【００１４】
第４発明は、第１発明の光信号送信装置において、前記第１光発生手段と前記第２光発生手段は同じパワーで波長λ１の光と波長λ２の光を発生するものであることを特徴とする。
【００１５】
第５発明は、第１発明または第２発明または第３発明の光信号送信装置において、前記パタンの規則性の低いデジタル信号と前記データ信号との間の同期をとる同期手段を有することを特徴とする。
【００１６】
第６発明は、第１発明または第２発明または第３発明の光信号送信装置において、前記デジタル信号発生手段はパタンの規則性が低いデジタル信号をノイズを起源として発生するものであることを特徴とする。
【００１７】
第７発明は、第６発明の光信号送信装置において、前記デジタル信号発生手段として、ノイズ発生手段と、ノイズ発生手段で発生されるノイズから必要な周波数帯域のノイズを取り出すフィルタ手段と、フィルタ手段で取り出されたノイズの振幅と閾値との大小関係を判別し、二値のデジタル信号を発生する判別手段を有することを特徴とする。
【００１８】
第８発明は、第７発明の光信号送信装置において、前記ノイズ発生手段として、低いＱ値を持つ正帰還増幅器と、この正帰還増幅器の出力周波数の一部を取り出すためのフィルタ手段を有することを特徴とする。
【００１９】
第９発明は、第７発明の光信号送信装置において、前記ノイズ発生手段として、自然放出光発生源と、自然放出光発生源で発生される自然放出光の一部の光周波数成分を切り出すための光フィルタ手段と、光フィルタ手段で切り出された自然放出光を受光する受光手段と、受光手段の出力から直流成分を除去する直流成分除去手段を有することを特徴とする。
【００２０】
第１０発明は、第１発明または第２発明または第３発明の光信号送信装置において、分波後の前記二つの光信号間の遅延量を調整する遅延調整手段を有すること、前記光信号出力手段が波長λ１の光信号と波長λ２の光信号をそれぞれ伝送可能なパワーまで増幅する光増幅器であることを特徴とする。
【００２１】
第１１発明は、第２発明の光信号送信装置において、前記第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち一方と前記デジタル信号発生手段との間に直接変調のための第１電気増幅手段を有し、第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち他方と前記パタン反転手段との間に直接変調するための第２電気増幅手段を有することを特徴とする。
【００２２】
第１２発明は、第３発明の光信号送信装置において、前記第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち一方と前記デジタル信号発生手段との間に直接変調のための電気増幅手段を有することを特徴とする。
【００２３】
第１３発明は、第３発明の光信号送信装置において、前記半導体光増幅手段と前記電界吸収型光変調手段あるいは合波手段との間に電界吸収型変調手段における変調タイミングを調整するための可変遅延手段有することを特徴とする。
【００２４】
第１４発明は光信号受信装置であり、第１発明から第１３発明いずれかの光信号送信装置から伝送されてくる二つの光信号を合波する合波手段と、合波手段で合波された光信号からデータ信号を復元するデータ信号復元手段と、データ信号復元手段で復元されたデータ信号を解読するデータ解読手段を有することを特徴とする。
【００２５】
第１５発明の光信号受信装置は、第１発明から第１３発明いずれかの光信号送信装置から伝送されてくる二つの光信号を光学的に合波する合波手段と、合波手段で合波された光信号を電気信号に変換する光電気変換手段と、伝送で波形が乱れた光電気変換手段からの電気信号を再生するための再生識別手段と、再生識別手段で再生された電気信号からデータを解読するためのデータ解読手段を有することを特徴とする。
【００２６】
第１６発明の光信号受信装置は、第１発明から第１３発明いずれかの光信号送信装置から伝送されてくる二つの光信号をそれぞれ電気信号に変換する光電気変換手段と、伝送で波形が乱れた光電気変換手段からのそれぞれの電気信号を再生するための再生識別手段と、再生識別手段からの二つの電気信号を電気的に合波する合波手段と、合波前の二つの電気信号間の位相を調整するための位相調整手段と、合波手段で合波されて再生されたデータ信号を解読するデータ解読手段を有することを特徴とする。
【００２７】
第１７発明は、第１４発明または第１５発明または第１６発明の光信号受信装置において、伝送されてくる前記二つの光信号間の遅延をなくすための遅延調整手段を有することを特徴とする。
【００２８】
第１８発明は、第１４発明または第１５発明または第１６発明の光信号受信装置において、伝送によるパワー損失を補うための光増幅手段を有することを特徴とする。
【００２９】
第１９発明は光信号送受信システムであり、第１発明から第１３発明いずれかの光信号送信装置と、この光信号送信装置が送信する二つの光信号を別々の経路で伝送する伝送手段と、この伝送手段から二つの光信号を受信するための第１４発明から第１８発明いずれかの光信号受信装置を有することを特徴とする。
【００３０】
第２０発明は光通信方法であり、送信側では、波長λ１の光及びこれとは異なる波長λ２の光を発生し、波長λ１の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタン信号のうち一方で変調されてなる第１の光を生成し、波長λ２の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタンのうち他方で変調されてなる第２の光を生成し、第１の光と第２の光を合波し、この合波光をデータ信号で変調し、変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波し、分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を伝送路の異なる経路に出力すること、受信側では、異なる経路で伝送されてくる二つの光信号からデータ信号を復元し、復元されたデータ信号を解読することを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
［発明の概要］
図１を参照して本発明の光信号送受信システムを説明する。光信号送信側１には、後述する第１実施例（図２）、第２実施例（図３）、第１０実施例（図１１）、第１１実施例（図１２）で代表される光信号送信装置が用いられ、光信号受信側６には、後述する第３実施例（図４）、第４実施例（図５）で代表される光信号受信装置が用いられる。図１に示すように、光信号送信側１からは二つの光信号３、４を伝送路５の異なる経路５Ａ、５Ｂに伝送し、光信号受信側６では二つの光信号３、４から受信データ信号７を復元し、データを解読する。
【００３３】
送信側１から送信された二つの光信号３、４は、単独には、パタンの規則性が低いデジタル信号（例えば、ノイズを起源としたデジタル信号）と送信データ信号２との合成波、もしくは、そのデジタル信号がパタンを反転されてなる反転パタン信号と送信データ信号２との合成波であり、デジタル信号やその反転パタン信号は予測困難なランダム信号なので、一方の光信号から送信データ信号２のみを抽出することは非常に困難である。ところが、光信号受信側６にて二つの光信号３、４を適当に位相を揃えて重ね合わせると、デジタル信号とその反転信号とが補間しあうので、送信データ信号２を容易に抽出することが可能となる。盗聴や改ざんについて説明すれば、例えば、光信号３、４が伝送される伝送路５の異なる経路５Ａ、５Ｂから一方の光信号３のパワーの一部を第３者がタップ１０４で抜き取り、データ解析・生成装置１０６などを用いて情報処理しても、不正確なデータ１０５となるだけで情報の盗聴は困難である。また、第３者がタップ１０７を介して改ざんデータを伝送路５の経路５Ａに入れても、光信号受信側６では、改ざんデータを送信データ信号２に対する正規の受信データ信号７と区別することができる。
【００３４】
これらの効果そのものは、前述した従来の二波長発振リングレーザ１０９を使用した従来の技術でも同様であるが、本発明による技術では、光源や変調器などがそれぞれ独立して存在するので、パワーや変調度などの各種条件が容易であることや、光源や変調器などにパワーレーザダイオードや電界吸収型光変調器など技術的に確立したものを用いることが可能であることから、信頼性が高く実用性に富む光信号送信装置、光信号受信装置、光信号送受信システム、光通信方法を構成できるという特長がある。また、上記の効果により、先にも述べた第３者によるデータの盗聴や改ざんを防ぐことが可能となり、本発明によりセキュリティの高い光通信を安定且つ確実に実現することができる。
【００３５】
［第１実施例：光信号送信装置の構成１］
図２は、本発明の第１実施例における光信号送信装置の構成を示している。この光信号送信装置は、図２に示すように、第１の光源８と、第２の光源９と、第１の光変調器１０と、第２の光変調器１１と、ノイズ源１２と、デジタル信号発生器１３と、反転器１４と、波長合波器１５と、第３の光変調器１６と、データ信号源１７と、波長分波器１８と、第１の遅延調整器１９と、第２の遅延調整器２０と、第１の光増幅器２１と、第２の光増幅器２２を有したものである。
【００３６】
図２において、第１の光源８は波長λ１のＣＷ光（変調されていないパワーが一定の光）を発生し、これとは独立に、第２の光源９は波長λ１とは異なる波長λ２のＣＷ光を発生する。二つの光源８、９は同じパワーのＣＷ光を発生するようにしている。デジタル信号発生器１３はパタンの規則性が低いデジタル信号を発生するためのものであり、本例ではノイズ源１２が発生するノイズを起源とするデジタル（２値）信号を作り出す。反転器１４はデジタル信号発生器１３から出力されるデジタル信号を二分岐した一方の出力のパタンを反転して反転パタン信号を発生するためのものである。本例では、第１の光変調器１０は第１の光源８からの波長λ１のＣＷ光をデジタル信号発生器１３からのデジタル信号で変調し、第２の光変調器１１は第２の光源９からの波長λ２のＣＷ光を反転器１４からの反転パタン信号で変調する。逆に、第１の光変調器１０により波長λ１のＣＷ光を反転パタン信号で変調し、第２の光変調器１１により波長λ２のＣＷ光をデジタル信号で変調しても良い。いずれにしろ、第１の光変調器１０と第２の光変調器１１により、波長λ１の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタン信号のうち一方で変調されてなる第１の光と、波長λ２の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタンのうち他方で変調されてなる第２の光を生成するための１段目変調手段を構成する。波長合波器１５は変調された二つの光を合波するためのものであり、第１の光変調器１０及び第２の光変調器１１でそれぞれ変調された二つの光を併せて、合波光として出力する。
【００３７】
第３の光変調器１６は波長合波器１５で合波された合波光をデータ信号で変調するものであり、２段目変調手段を構成する。データ信号源１７は第３の光変調器１６にて変調に用いるデータ信号を発生するためのものであり、データ信号を第３の光変調器１６に送る。波長分波器１８は第３の光変調器１６で変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波するものである（図１の光信号３、４参照）。
【００３８】
第１の遅延調整器１９と第２の遅延調整器２０は波長分波器１８で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号の遅延量を調整するものであり、本例では、分波直後に第１の遅延調整器１９と第２の遅延調整器２０を設け、二つの光信号の遅延量が揃うように調整している。従って、２つの遅延調整器を用いる代わりに、１つの遅延調整器により遅延量の少ない方の光信号を遅延量の大きい光信号に合わせるように調整することができる。
【００３９】
第１の光増幅器２１と第２の増幅器２２は波長分波器１８で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を伝送路の異なる経路（図１の経路５Ａ、５Ｂ参照）に出力するものであり、光信号出力手段を構成するとともに、波長λ１の光信号と波長λ２の光信号をそれぞれ伝送可能なパワーまで光増幅するものである。本例では、第１の光増幅器２１と第２の増幅器２２を遅延調整器１９、２０の後段に設けているが、遅延調整器１９、２０の前段に設けても良い。
【００４０】
波長分波後の二つの光信号のパワーが十分であれば、光増幅器２１、２２は不要である。また、二つの光信号の遅延量が揃うように光信号送信装置を調整しておくのが、製品としてはスマートであるが、必ずしもその必要はないので、遅延調整器１９、２０を省略することもできる。いずれの場合も、光信号出力手段は二つの光信号を別々の経路に送出する機能を有するものであれば良い。
【００４１】
図２の光信号送信装置の動作・作用を説明する。第１の光変調器１０と第２の光変調器１１でそれぞれ変調された光を波長合波器１５にて合波すると、両光変調器１０、１１に入力された変調波（パタンの規則性が低いデジタル信号とその反転パタン信号）が互いに反転関係にあることから、波長合波器１５の出力光はＣＷ光のようにパワーが一定の光として出力される。この二波長からなるパワーが一定の合波光を、第３の光変調器１６を使ってデータ信号で変調すると、波長が一つのＣＷ光を変調した場合と同様に、データ信号のパタンと同一の振幅変調パタン、つまりデータ信号が重畳された二波長の光信号が現れる。このデータ信号が重畳された二波長の光信号を波長分波器１８で波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分離することで、単独ではデータの復元が難しい二つの光信号を容易に生成することが可能となる。このようにして生成した波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を必要に応じて遅延調整器１９、２０を使って遅延量を調整し、また、必要に応じて光増幅器２１、２２を使って伝送に適当なパワーに調整して、それぞれ別々の経路で受信先まで伝送する。伝送路としては、例えば、ＷＤＭ（波長分割多重）ネットワークなどの一般的な多波長ファイバ伝送路を用いることができる。
【００４２】
［第２実施例：光信号送信装置の構成２］
図３は、本発明の第２実施例として別の光信号送信装置の構成を示している。
図３の光信号送信装置を第１実施例（図２）の光信号送信装置と比較すると、デジタル信号発生器１３とデータ信号源１７との同期を取るためのマスタークロック２３を有している点が異なり、他は同じである。従って、図３中で、図２と同じ機能部分には同じ符号を付して説明の重複を省くこととする。
【００４３】
マスタークロック２３はデジタル信号発生器１３からのパタンの規則性が低いデジタル信号とデータ信号源１７からのデータ信号との間の同期を取るためのものであり、デジタル信号発生器１３とデータ信号源１７の両方に同じクロック信号を送る。つまり、同じクロック信号を使って、デジタル信号発生器１３がパタンの規則性が低いデジタル信号を発生し、データ信号源１７がデータ信号を発生するので、デジタル信号発生器１３からのパタンの規則性が低いデジタル信号とデータ信号源１７からのデータ信号との間で同期が取られる。
【００４４】
図３に示す本第２実施例の光信号送信装置の動作は、基本的に第１実施例（図２）の光信号送信装置と同様であるが、マスタークロック２３によりそれぞれの光変調器１０、１１、１６に印加される各信号の間に同期が取られているので、図３中のタイミング表示２４から分かるように、信号パタンの時間幅やタイミングが、データ変調前の波長λ１の光、その反転パタンであるデータ変調前の波長λ２の光、そしてデータ信号の間で揃うことになる。その結果、パタンの途中で波長が変わることなく、波長分波器１８で分波後の光信号の波形もデータ信号と同じ時間幅を持つ信号となり、識別しやすくなるという利点がある。このことは、受信側において誤りの発生を抑えることにつながる。
【００４５】
図３ではデジタル信号発生器１３とデータ信号源１７との周期を同じとした例を示しているが、デジタル信号発生器１３の周期がデータ信号源１７の周期の分周値（１／Ｎ倍、Ｎは自然数）であっても構わない。
【００４６】
［第３実施例：光信号受信装置の構成１］
図４は本発明の第３実施例として光信号受信装置の構成を示している。図４の光信号受信装置は前述した第１実施例（図２）や第２実施例（図３）の光信号送信装置、あるいは、後述する第１０実施例（図１１）や第１１実施例（図１２）の光信号送信装置に対応するものであり、第１の遅延調整器２７と、第２の遅延調整器２８と、第１の光増幅器２９と、第２の光増幅器３０と、波長合波器３１と、受光器３２と、識別再生器３３と、タイミング抽出信号解析機４３を有している。
【００４７】
第１の遅延調整器２７と第２の遅延調整器２８は伝送されてきた波長λ１の受信光信号２５と波長λ２の受信光信号２６との間の時間遅延をなくすためのものである。第１の光増幅器２９と第２の光増幅器３０は伝送によるパワー損失を補うためのものであり、伝送によりパワーが異なってしまった二つの受信光信号２５、２６のパワーを揃える機能を有している。波長合波器３１は二つの受信光信号２５、２６を光学的に合波するためのものである。受光器３２はその光電変換機能により合波後の光信号を電気信号に変換するものである。受光器３２としては、波長依存性が小さいもの、少なくとも二つの波長λ１、λ２間で波長依存性が小さいものを使用している。受光器３２が出力する電気信号はデータ信号が復元したものである。識別再生器３３は、伝送により二つの受信光信号２５、２６の波形が乱れることを考慮し、伝送により波形が乱れた受光器３２からのデータ信号を識別しやすいパタン（信号）に再生するための識別再生手段を構成する。
タイミング抽出解析機３４は復元あるいは再生されたデータ信号を解読するためのデータ解読手段を構成し、データ信号を読取るためのタイミング抽出機能を備えている。
【００４８】
ここで、波長λ１の光信号２５と波長λ２の光信号２６の遅延量はそれらの伝送経路の距離差に関係するので、両経路に伝送距離差がΔＬ（ｍ）あるとすれば、例えばΔＬ（ｍ）の長さの光ファイバを遅延調整器として用いれば、二つの伝送経路差に起因する遅延を打ち消して、送信側でデータ変調した時の位相状態にもどすことができる。従って、２つの遅延調整器２７、２８の両方でなく、一方を用いて伝送経路の短い方を長い方に合わせることができる。また、二つの伝送経路差が経年変化等で変化する場合は、光信号送信装置からテスト用のパルスを送信し、光信号受信装置で正しく受信できるように遅延調整器２７または２８で微調整すれば良い。一方、二つの受信光信号２５、２６のパワーが経路の違いによって異なってしまう場合は、二つの受信光信号２５、２６のパワーを第１の光増幅器２９及び第２の光増幅器３０を使って揃えておきことができる。このような状態で二つの受信光信号２５、２６を合波した後、受光器３２で電気信号に変換することにより、データ信号のみからなる電気信号を抽出することができる。
データ信号の抽出後は、識別再生器３３やタイミング抽出信号解析機３４などを用いて一般的な光信号受信機と同様な処理を行うことで、データ信号を解読する。なお、伝送による受信光信号２５，２６の劣化が激しくない場合は、識別再生器３３は必要ない。
【００４９】
［第４実施例：光信号受信装置の構成２］
図５は本発明の第４実施例として別の光信号受信装置の構成を示している。図５の光信号受信装置は、第１の遅延調整器２７と、第２の遅延調整器２８と、第１の受光器３５と、第２の受光器３６と、第１の識別再生器３７と、第２の識別再生器３８と、位相シフタ３９と、加算器４０と、タイミング抽出信号解析機３４を有している。この光信号受信装置も前述した第１実施例（図２）や第２実施例（図３）の光信号送信装置、あるいは、後述する第１０実施例（図１１）や第１１実施例（図１２）の光信号送信装置に対応するものである。
【００５０】
第１の遅延調整器２７と第２の遅延調整器２８は、第３実施例と同様、伝送されてきた波長λ１の受信光信号２５と波長λ２の受信光信号２６との間の時間遅延をなくすためのものである。第１の受光器３５と第２の受光器３６は遅延調整された２つの受信光信号をそれぞれ電気信号に変換するものである。第１の識別再生器３７と第２の識別再生器３８は、伝送により二つの受信光信号２５、２６の波形が乱れることを考慮し、伝送により波形が乱れた第１の受光器３５と第２の受光器３６からの電気信号をそれぞれ識別しやすいパタン（信号）に再生するためのものである。加算器４０は識別再生処理された二つの電気信号を電気的に合波するためのものである。位相シフタ３９は識別再生過程で生じた電気的な位相ずれを合波前に調整するためのものである。加算器４０が出力する電気信号はデータ信号が復元したものである。タイミング抽出信号解析機３４は復元されたデータ信号を解読するためのものであり、データ信号を読取るためのタイミング抽出機能を備えている。
【００５１】
ここで、第３実施例（図４）の光信号受信装置と同様、波長λ１の受信光信号２５と波長λ２の受信光信号２６の遅延量はそれらの伝送経路の距離差に関係するので、両経路に伝送距離差がΔＬ（ｍ）あるとすれば、例えばΔＬ（ｍ）の長さの光ファイバを遅延調整器として用いれば、二つの伝送経路差に起因する遅延を打ち消して、送信側でデータ変調した時の位相状態にもどすことができる。従って、２つの遅延調整器２７、２８の両方でなく、一方を用いて伝送経路の短い方を長い方に合わせることができる。また、二つの伝送経路差が経年変化等で変化する場合は、光信号送信装置からテスト用のパルスを送信し、光信号受信装置で正しく受信できるように遅延調整器２７または２８で微調整すれば良い。このような状態で二つの受信光信号２５、２６をそれぞれ受光器３５、３６の光電変換機能によりで電気信号に変換した後、識別再生器３７、３８で識別再生して加算器４０で電気的に合波する。これにより、伝送劣化の大きい波形に対してもデータ信号の識別がしやすく、且つタイミング精度が高いので、二つの電気信号からデータ信号のみを抽出し復元することができ、データ信号を復元する時の精度が高い。データ信号の抽出後は、タイミング抽出信号解析機３４などを用いて一般的な光信号受信機と同様な処理を行うことで、データ信号を解読する。なお、識別再生を正確にするためには、第２実施例（図３の光信号送信装置）で述べたように、変調する時間幅が揃っており、データパタンの途中で波長が変わることがない光信号送信装置を用いる必要がある。
【００５２】
なお、第３実施例と同様、伝送による受信光信号２５，２６の劣化が激しくない場合は、識別再生器３５，３６は必要ない。また、第３実施例と同様、第１の光増幅器２９及び第２の光増幅器３０を使って、経路の違いによって異なってしまった二つの受信光信号２５、２６のパワーを揃えておいても良い。
【００５３】
［第５実施例：デジタル信号発生器の構成］
図６は本発明の第５実施例としてノイズを起源とするデジタル信号発生器の構成を示している。図６のデジタル信号発生器はノイズ源１２と、バンドパスフィルタ４１と、増幅器４２と、データ判別器４３と、外部信号源４４を有したものである。ノイズ源１２は電気的なノイズを出力する。ノイズ源１２としてはデータ信号と同程度の周波数成分を持つノイズを発生するものであれば良く、１／Ｎ分周波でサンプリングする場合はデータ信号の１／Ｎ倍程度の周波数成分を持てばよい。また、ノイズ源１２としては、データ信号増幅用の電気増幅器をその入力が無い状態で用いるものや、次に述べる第６実施例（図７）や第７実施例（図８）のようなものを用いることができる。バンドパスフィルタ４１はノイズ源１２が発生するノイズから必要な周波数帯域のノイズを取り出すためのフィルタであり、ノイズの直流を中心とする低周波成分及び不必要な高周波成分をカットする役割を果たす。増幅器４２はバンドパスフィルタ４１で取り出されたノイズ成分を閾値による二値判別が可能な振幅に増幅する。データ判別器４３は、増幅器４２からのノイズの振幅と閾値との大小関係を判別し、二値のデジタル信号を発生するための判別手段を構成する。つまり、データ判別器４３は、閾値判別により、ノイズを０か１かの二値データに変換する。外部信号源４４は、データ判別器４３に判別タイミングのトリガとしてサンプリングクロックを与える。
【００５４】
本第５実施例のノイズを起源とするデジタル信号発生器では、ノイズ源１２からノイズの必要な成分をバンドパスフィルタ４１で抽出し、増幅した後にデータ判別器４３で二値のデジタル信号に変換する。このとき、外部信号源４４からのサンプリングクロックをトリがとして閾値判定を行うので、外部信号源４４と同期したデジタル信号発生器となる。
【００５５】
ノイズを起源とするデジタル信号を外部信号に同期させる必要がない場合は、外部信号源４４からのサンプリングクロックは不要である。また、増幅器４２はノイズ源１２とバンドパスフィルタ４１との間に設けても良い。更に、ノイズ源１２の出力振幅が閾値判別が可能な振幅であれば、増幅器４２は不要である。
【００５６】
［第６実施例：ノイズ源の構成１］
図７は本発明の第６実施例としてノイズ源の構成を示している。図７のノイズ源は低Ｑ値発振器４５（低いＱ値を持つ正帰還増幅器）と、バンドパスフィルタ４８を有したものである。低Ｑ値発振器４５は、例えば増幅器４６と帰還量調整器４７とを用いた正帰還増幅器で構成される。バンドパスフィルタ４８は低Ｑ値発振器４５からの出力が持つ発振周波数成分の一部を取り出すフィルタである。
【００５７】
本第６実施例のノイズ源の動作を説明する。低Ｑ値発振器４５は比較的広い周波数範囲で発振するので、発振周波数範囲内では、瞬時瞬時の発振周波数は確率的にしか決まらない。よって、パワースペクトルの様子４９から分かるように、発振周波数帯域のうち一部の帯域をバンドパスフィルタ４８で取り出した出力は、バンドパスフィルタ４８の周波数帯域内で発振している場合はフィルタ出力として現れるが、バンドパスフィルタ４８の周波数帯域外で発振している場合はフィルタ出力として現れず、フィルタ出力の有無は確率的にしか決まらない。つまり、出力が不確定で変動するノイズ発生源が実現する。
【００５８】
［第７実施例：ノイズ源の構成２］
図８は本発明の第７実施例として別のノイズ源の構成を示している。図８のノイズ源は自然放出光源５０と、狭帯域光バンドパスフィルタ５１と、フォトダイオード５２と、ＤＣブロッキングキャパシタ５３と、増幅器５４を有したものである。自然放出光源５０は自然放出光（ＡＳＥ）を発生するものであり、例えば半導体光増幅器やファイバ光増幅器を用いたものが使用される。狭帯域光バンドパスフィルタ５１は自然放出光の成分のうち一部の光周波数帯域を切り出す（スペクトルスライス）ための光フィルタである。フォトダイオード５２はスペクトルスライス後の自然放出光を受光し、電気信号に変換するものである。ＤＣブロッキングキャパシタ５３は自然放出光から変換された電気信号のうち、直流成分をカット（遮断）するものであり、交流成分を出力する。増幅器５４はＤＣブロッキングキャパシタ５３からの交流成分を増幅するものである。
【００５９】
本第７実施例のノイズ源の動作を説明する。自然放出光（ＡＳＥ）は、図８中のパワースペクトルの様子５５に示すように広い光周波数範囲に分布しており、瞬時瞬時の光周波数は確率的にしか決まらない。よって、図８中のパワースペクトルの様子５６に示すように、その一部の帯域を狭帯域光バンドパスフィルタ５１で取り出した光出力は、狭帯域光バンドパスフィルタ５１の光周波数帯域内に自然放出光の光周波数がある場合はフィルタ出力として現れるが、狭帯域光バンドパスフィルタ５１の光周波数帯域外の場合はフィルタ出力として現れず、フィルタ出力の有無は確率的にしか決まらない。このことは第６実施例と同様であり、フィルタ出力をフォトダイオード５２で光電変換し、ＤＣブロッキングキャパシタ５３で交流成分を取り出すことにより、出力が不確定で変動するノイズ発生源が実現する。ＤＣブロッキングキャパシタ５３で取り出した交流成分の振幅が閾値判別に十分な大きさであれば、増幅器５４は不要である。
【００６０】
［第８実施例：反転器の構成１］
図９は本発明の第８実施例として反転器の構成を示している。図９の反転器はトランジスタ５７と、抵抗５８、５９から構成されたものである。トランジスタ５７のベースとコレクタにそれぞれ抵抗５８、５９が接続されている。ベースとエミッタ間に抵抗５８を介して、デジタル信号発生器からのパタンの規則性が低いデジタル信号６０が入力される。コレクタは、抵抗５９を介してプルアップ電圧Ｖｐｕｌｌに接続されている。ベースの入力電圧ＶｉｎがＬｏｗ（０Ｖ）の場合は、トランジスタ５７はオフ状態なので、出力電圧Ｖｏｕｔはプルアップ電圧Ｖｐｕｌｌと同じである。ところが、ベースの入力電圧ＶｉｎがＨｉｇｈになり、ベース‐エミッタ間電圧が０．６Ｖ以上になると、トランジスタ５７はオン状態になり、出力電圧Ｖｏｕｔはプルアップ電圧Ｌｏｗ（０Ｖ）となって入力電圧の状態とは反転した状態になる。つまり、デジタル信号６０に対してパタンが反転した反転パタン信号６１が得られる。本発明では、このような電気的にパタンを反転する回路を使用することが可能である。
【００６１】
［第９実施例：反転器の構成２］
図１０は本発明の第９実施例として別の反転器の構成を示している。図１０の反転器は、半導体光増幅器６２とサーキュレータ６３から構成されたものである。データ信号のパタンに変調された例えば波長λ１の光６４と、ＣＷ光のままの波長λ２の光６５のそれぞれを、互いに反対方向から半導体光増幅器６２に入力すると、相互利得変調が起こり、データ信号のパタンを反転したパタンが波長λ２の光６５に転写される。この反転パタンが転写された光６６のみをサーキュレータ６３を使って図示のように半導体光増幅器６２から取り出すことにより、半導体光増幅器６２とサーキュレータ６３との組合せが、丁度、反転器の役割を果たすことになる。また、この組合せは、反転パタン信号で二つの光の一方を変調する光変調器としての役割も果たす。
【００６２】
［第１０実施例：具体的な光信号送信装置の構成例１］
図１１は、本発明の第２実施例（図３）で示した光信号送信装置のより具体的な構成を示している。この光信号送信装置は、図１１に示すように、第１のレーザダイオード（ＬＤ）６７と、第２のレーザダイオード（ＬＤ）６８と、第１の電気増幅器６９と、第２の電気増幅器７０と、デジタル信号発生器１３と、反転器１４と、波長多重カプラ７１と、電界吸収型光変調器（ＥＡＭ）７２と、データ信号源１７と、波長スプリッタ７３と、光ファイバ遅延線７４と、第１の光増幅器２１と、第２の光増幅器２２を有したものである。
【００６３】
図１１において、第１のレーザダイオード６７は波長λ１のＣＷ光（変調されていないパワーが一定の光）を発生し、これとは独立に、第２のレーザダイオード６８は波長λ１とは異なる波長λ２のＣＷ光を発生する。二つレーザダイオード６７、６８は同じパワーのＣＷ光を発生するようにしている。デジタル信号発生器１３はノイズを起源とするパタンの規則性が低いデジタル（二値）信号を発生するものとしている。反転器１４はデジタル信号発生器１３から出力されるデジタル信号を二分岐した一方の出力のパタンを反転して反転パタン信号を発生するためのものである。第１の電気増幅器６９は、デジタル信号発生器１３からのデジタル信号で第１のレーザダイオード６７を直接変調するためのものであり、当該デジタル信号をレーザの直接変調が可能な出力レベルに増幅する。第２の電気増幅器７０は、反転器１４からの反転パタン信号で第２のレーザダイオード６８を直接変調するためのものであり、当該反転パタン信号をレーザの直接変調が可能な出力レベルに増幅する。逆に、第１のレーザダイオード６７を反転パタン信号で直接変調し、第２のレーザダイオード６８をデジタル信号で直接変調しても良い。また、デジタル信号発生器１３及び反転器１４の出力振幅がレーザの直接変調が可能なレベルであれば、電気増幅器６９、７０は不要である。かくして、波長λ１の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタン信号のうち一方で変調されてなる第１の光と、波長λ２の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタンのうち他方で変調されてなる第２の光を生成するための１段目変調手段が構成される。波長多重カプラ７１は変調された二つの光を合波するためのものであり、第１のレーザダイオード６７及び第２のレーザダイオード６８からそれぞれ出力される変調された二つの光を併せて、合波光として出力する。
【００６４】
電界吸収型光変調器７２は波長多重カプラ７１で合波された合波光を一括してデータ信号で変調するものであり、２段目変調手段を構成する。データ信号源１７は電界吸収型光変調器７２にて変調に用いるデータ信号を発生するためのものであり、データ信号を電界吸収型光変調器７２に送る。本第１０実施例では、第２実施例（図３）で用いたマスタークロック２３に代えて、データ信号源１７をマスタークロックに兼任させ、データ信号源１７からはデジタル信号発生器１３にクロックを供給することで、パタンの規則性が低いデジタル信号とデータ信号源１７からのデータ信号との間の同期を取るようにしている。波長スプリッタ７３は電界吸収型光変調器７２で一括変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波するものである（図１の光信号３、４参照）。
【００６５】
ファイバ遅延線７４は波長スプリッタ７３で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号の遅延量を調整するものであり、二つの光信号の遅延量が揃うように調整している。一般に、遅延量の少ない方の光信号を遅延量の大きい光信号に合わせるようにファイバ遅延線７４で調整する。
【００６６】
第１の光増幅器２１と第２の光増幅器２２は波長スプリッタ７３で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を伝送路の異なる経路（図１の経路５Ａ、５Ｂ参照）に出力するものであり、光信号出力手段を構成するとともに、波長λ１の光信号と波長λ２の光信号をそれぞれ伝送可能なパワーまで光増幅するものである。本例では、第２の光増幅器２２をファイバ遅延線７４の後段に設けているが、その前段に設けても良い。
【００６７】
第２実施例と同様、波長分波後の二つの光信号のパワーが十分であれば、光増幅器２１、２２は不要である。また、二つの光信号の遅延量が揃うように光信号送信装置を調整しておくのが、製品としてはスマートであるが、必ずしもその必要はないので、ファイバ遅延線７４を省略することもできる。いずれの場合も、光信号出力手段は二つの光信号を別々の経路に送出する機能を有するものであれば良い。
【００６８】
本第１０実施例の光信号送信装置の動作・作用は、第１実施例（図２）、第２実施例（図３）で説明したものと同様であり、第１のレーザダイオード６７と第２のレーザダイオード６８でそれぞれ変調された光を波長多重カプラ７１にて合波すると、両レーザダイオード６７、６８に入力された変調波（パタンの規則性が低いデジタル信号とその反転パタン信号）が互いに反転関係にあることから、波長多重カプラ７１の出力光はＣＷ光のようにパワーが一定の光として出力される。この二波長からなるパワーが一定の合波光を、電界吸収型光変調器７２を使ってデータ信号で一括変調すると、波長が一つのＣＷ光を変調した場合と同様に、データ信号のパタンと同一の振幅変調パタン、つまりデータ信号が重畳された二波長の光信号が現れる。このデータ信号が重畳された二波長の光信号を波長スプリッタ７３で波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分離することで、単独ではデータの復元が難しい二つの光信号を容易に生成することが可能となる。このようにして生成した波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を必要に応じてファイバ遅延線７４を使って遅延量を調整し、また、必要に応じて光増幅器２１、２２を使って伝送に適当なパワーに調整して、ＷＤＭ（波長分割多重）ネットワークなどの一般的な多波長ファイバ伝送路の別々の経路でそれぞれ受信先まで伝送する。
【００６９】
［第１１実施例：具体的な光信号送信装置の構成例２］
図１２は、本発明の第２実施例（図３）で示した光信号送信装置のより具体的な別の構成を示している。この光信号送信装置は、図１２に示すように、第１のレーザダイオード（ＬＤ）６７と、第２のレーザダイオード（ＬＤ）６８と、デジタル信号発生器１３と、波長多重カプラ７１と、半導体光増幅器７５と、可変遅延線７６と、電界吸収型光変調器（ＥＡＭ）７２と、データ信号源１７と、波長スプリッタ７３と、光ファイバ遅延線７４と、第１の光増幅器２１と、第２の光増幅器２２を有したものである。
【００７０】
図１２において、第１のレーザダイオード６７は波長λ１のＣＷ光（変調されていないパワーが一定の光）を発生し、これとは独立に、第２のレーザダイオード６８は波長λ１とは異なる波長λ２のＣＷ光を発生する。二つレーザダイオード６７、６８は同じパワーのＣＷ光を発生するようにしている。デジタル信号発生器１３はノイズを起源とするパタンの規則性が低いデジタル（二値）信号を発生するものとしており、このデジタル信号で第２のレーザダイオード６８を直接変調している。逆に、第１のレーザダイオード６７をデジタル信号で直接変調しても良い。波長多重カプラ７１は変調された二つの光を合波するためのものであり、第１のレーザダイオード６７から出力されるＣＷ光及び第２のレーザダイオード６８から出力される変調された光を併せて、合波光として半導体光増幅器７５に出力する。半導体光増幅器７５は合波光を入力し、第９実施例（図１０）にて説明したように、相互利得変調によって、変調された光の反転パタンをＣＷ光に転写するものである。かくして、波長λ１の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタン信号のうち一方で変調されてなる第１の光と、波長λ２の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタンのうち他方で変調されてなる第２の光を生成するための１段目変調手段が構成される。
【００７１】
可変遅延線７６は、電界吸収型光変調器７２における変調タイミングを調整するためのものであり、半導体光増幅器７５からの光と、データ信号との位相を揃えるために用いている。
【００７２】
電界吸収型光変調器７２は、デジタル信号で変調された光の反転パタンがＣＷ光に転写されている半導体光増幅器７５からの光を可変遅延線７６から入力し、一括してデータ信号で変調するものであり、２段目変調手段を構成する。データ信号源１７は電界吸収型光変調器７２にて変調に用いるデータ信号を発生するためのものであり、データ信号を電界吸収型光変調器７２に送る。本第１１実施例では、データ信号源１７をマスタークロックに兼任させ、データ信号源１７からはデジタル信号発生器１３にクロックを供給することで、パタンの規則性が低いデジタル信号とデータ信号源１７からのデータ信号との間の同期を取るようにしている。波長スプリッタ７３は電界吸収型光変調器７２で一括変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波するものである（図１の光信号３、４参照）。
【００７３】
ファイバ遅延線７４は波長スプリッタ７３で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号の遅延量を調整するものであり、二つの光信号の遅延量が揃うように調整している。一般に、遅延量の少ない方の光信号を遅延量の大きい光信号に合わせるようにファイバ遅延線７４で調整する。
【００７４】
第１の光増幅器２１と第２の光増幅器２２は波長スプリッタ７３で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を伝送路の異なる経路（図１の経路５Ａ、５Ｂ参照）に出力するものであり、光信号出力手段を構成するとともに、波長λ１の光信号と波長λ２の光信号をそれぞれ伝送可能なパワーまで光増幅するものである。本例では、第２の光増幅器２２をファイバ遅延線７４の後段に設けているが、その前段に設けても良い。
【００７５】
第２実施例と同様、波長分波後の二つの光信号のパワーが十分であれば、光増幅器２１、２２は不要である。また、二つの光信号の遅延量が揃うように光信号送信装置を調整しておくのが、製品としてはスマートであるが、必ずしもその必要はないので、ファイバ遅延線７４を省略することもできる。いずれの場合も、光信号出力手段は二つの光信号を別々の経路に送出する機能を有するものであれば良い。また、本第１１実施例では、デジタル信号発生器１３からのデジタル信号で第１のレーザダイオード６７（あるいは第２のレーザダイオード６８）を直接変調するが、当該デジタル信号がレーザの直接変調が可能な出力レベルでない場合は、第１０実施例（図１１）と同様、電気増幅器によりデジタル信号を増幅して直接変調すると良い。
【００７６】
本第１１実施例の光信号送信装置の動作・作用を説明する。第２のレーザダイオード６８をパタンの規則性が低いデジタル信号で直接変調し、これが出力する変調された光を波長多重カプラ７１により第１のレーザダイオード６７からのＣＷ光と合波し、半導体光増幅器７５に入力すると、相互利得変調により、デジタル信号で変調された光の反転パタンがＣＷ光に転写し、両者が合波した光が半導体光変調器７５から出力される。この際、デジタル信号で変調された光とその反転パタンが転写した光が互いに反転関係にあることから、半導体光増幅器７５の出力光はＣＷ光のようにパワーが一定の光として出力される。この二波長からなるパワーが一定の合波光を、電界吸収型光変調器７２を使ってデータ信号で一括変調すると、波長が一つのＣＷ光を変調した場合と同様に、データ信号のパタンと同一の振幅変調パタン、つまりデータ信号が重畳された二波長の光信号が現れる。このデータ信号が重畳された二波長の光信号を波長スプリッタ７３で波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分離することで、単独ではデータの復元が難しい二つの光信号を容易に生成することが可能となる。このようにして生成した波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を必要に応じてファイバ遅延線７４を使って遅延量を調整し、また、必要に応じて光増幅器２１、２２を使って伝送に適当なパワーに調整して、ＷＤＭ（波長分割多重）ネットワークなどの一般的な多波長ファイバ伝送路の別々の経路でそれぞれ受信先まで伝送する。
【００７７】
本第１１実施例では、レーザダイオードの直接変調や半導体光増幅器の相互利得変調を用いたコストのかかる変調器を１台にし、部品点数を抑えているので、コンパクトで経済的な光信号送信装置を実現することができる。
【００７８】
上記の各実施例では、デジタル信号発生器１３として、ノイズを起源とするパタンの規則性が低いデジタル信号を発生するものを説明したが、これに限らず、二値のデジタル信号を予測困難な程度でランダムに、規則性の低いパタンで発生するものであれば良い。
【００７９】
以上説明した光信号送信装置と、異なる経路を持つ伝送路と、光信号受信装置を用いることにより、盗聴や改ざんなどに対するセキュリティが高く且つ安定した光信号送受信システムが実現する。なお、二つの光信号に対する遅延調整手段は光信号送信装置と光信号受信装置の両方に設けることが好ましいが、結果的に光信号受信装置側で二つの光信号が光信号送信装置側でデータ変調した時の位相状態に戻れば良いので、光信号送信装置と光信号受信装置の一方のみに遅延調整手段を設けても、あるいは、図１に示すように伝送路５の経路に遅延調整手段を設けても構わない。
【００８０】
また、以上の説明から分かるように、送信側では、波長λ１の光及びこれとは異なる波長λ２の光を発生し、波長λ１の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタン信号とのうち一方で変調されてなる第１の光を生成し、波長λ２の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタンとのうち他方で変調されてなる第２の光を生成し、第１の光と第２の光を合波し、この合波光をデータ信号で変調し、変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波し、分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を伝送路の異なる経路に出力し、受信側では、異なる経路で伝送されてくる二つの光信号からデータ信号を復元し、復元されたデータ信号を解読することにより、盗聴や改ざんなどに対するセキュリティが安定且つ高い光通信方法を実現することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上の説明したように、本発明によれば、光信号伝送における盗聴や改ざんなどからのセキュリティを安定且つ確実に高めることができ、しかも、伝送路は既存の多波長ネットワークファイバ網などを用いることができるので、これらで実現されていたバーチャルプライベートネットワーク（ＶＰＮ）などの広域且つ秘匿性の高いサービスのセキュリティを更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるデータ伝送技術と盗聴の困難さを示す図。
【図２】本発明の第１実施例（光信号送信装置の構成１）を示す図。
【図３】本発明の第２実施例（光信号送信装置の構成２）を示す図。
【図４】本発明の第３実施例（光信号受信装置の構成１）を示す図。
【図５】本発明の第４実施例（光信号受信装置の構成２）を示す図。
【図６】本発明の第５実施例（デジタル信号発生器の構成）を示す図。
【図７】本発明の第６実施例（ノイズ源の構成１）を示す図。
【図８】本発明の第７実施例（ノイズ源の構成２）を示す図。
【図９】本発明の第８実施例（反転器の構成１）を示す図。
【図１０】本発明の第９実施例（反転器の構成２）を示す図。
【図１１】本発明の第１０実施例（具体的な光信号送信装置の構成例１）を示す図。
【図１２】本発明の第１１実施例（具体的な光信号送信装置の構成例２）を示す図。
【図１３】従来の伝送技術とその盗聴の容易性を示す図。
【図１４】従来の伝送技術として二波長発振リングレーザの構成を示す図。
【図１５】従来の伝送技術として二波長発振リングレーザを光源に用いた光信号送信装置の構成を示す図。
【符号の説明】
１ 光信号送信側
２ 送信データ
３ 波長λ１の光信号
４ 波長λ２の光信号
５ 伝送路
５Ａ、５Ｂ 互いに異なる経路
６ 光信号受信側
７ 受信データ
８ 第１の光源
９ 第２の光源
１０ 第１の光変調器
１１ 第２の光変調器
１２ ノイズ源
１３ デジタル信号発生器
１４ 反転器
１５ 波長合波器
１６ 第３の光変調器
１７ データ信号源
１８ 波長分波器
１９ 第１の遅延調整器（送信側）
２０ 第２の遅延調整器（送信側）
２１ 第１の光増幅器（送信側）
２２ 第２の光増幅器（送信側）
２３ マスタークロック
２４ タイミング表示
２５ 波長λ１の受信光信号
２６ 波長λ２の受信光信号
２７ 第１の遅延調整器（受信側）
２８ 第２の遅延調整器（受信側）
２９ 第１の光増幅器（受信側）
３０ 第２の光増幅器（受信側）
３１ 波長合波器（受信側）
３２ 受光器
３３ 識別再生器
３４ タイミング抽出信号解析機
３５ 第１の受光器
３６ 第２の受光器
３７ 第１の識別再生器
３８ 第２の識別再生器
３９ 位相シフタ
４０ 加算器
４１ バンドパスフィルタ
４２ 増幅器
４３ データ判別器
４４ 外部信号源
４５ 低Ｑ値正帰還増幅器
４６ 増幅器
４７ 帰還量調整器
４８ バンドパスフィルタ
４９ パワースペクトルの様子
５０ 自然放出光源
５１ 狭帯域光バンドパスフィルタ
５２ フォトダイオード
５３ ＤＣブロッキングキャパシタ
５４ 増幅器
５５ 自然放出光のパワースペクトルの様子
５６ 狭帯域光バンドパスフィルタ通過後のパワースペルトルの様子
５７ トランジスタ
５８ 抵抗
５９ 抵抗
６０ デジタル信号
６１ 反転パタン信号
６２ 半導体光増幅器
６３ サーキュレータ
６４ 波長λ１の光信号
６５ 波長λ２のＣＷ光
６６ 反転パタンが転写した波長λ２の光信号
６７ 第１のレーザダイオード
６８ 第２のレーザダイオード
６９ 第１の電気増幅器
７０ 第２の電気増幅器
７１ 波長多重カプラ
７２ 電界吸収型光変調器
７３ 波長スプリッタ
７４ ファイバ遅延線
７５ 半導体光増幅器
７６ 可変遅延線
Claims (20)
- 波長λ１の光を発生する第１光発生手段と、第１光発生手段で発生される光の波長λ１とは異なる波長λ２の光を発生する第２光発生手段と、第１光発生手段で発生される波長λ１の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタン信号のうち一方で変調されてなる第１の光と、第２光発生手段で発生される波長λ２の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタンのうち他方で変調されてなる第２の光を生成する１段目変調手段と、１段目変調手段で生成された第１の光と第２の光を合波する合波手段と、合波手段で合波された合波光をデータ信号で変調する２段目変調手段と、２段目変調手段で変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波する分波手段と、分波手段で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を異なる経路に出力する光信号出力手段を有することを特徴とする光信号送信装置。
- 波長λ１の第１レーザダイオードと、波長λ１とは異なる波長λ２の第２レーザダイオードと、パタンの規則性が低いデジタル信号を発生し、該デジタル信号で第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち一方を直接変調するためのデジタル信号発生手段と、デジタル信号発生手段で発生されるパタンの規則性が低いデジタル信号を分岐し、その一方のパタンを反転して反転パタン信号を発生し、該反転パタン信号で第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち他方を直接変調するためのパタン反転手段と、第１レーザダイオードと第２レーザダイオードからの二つの変調された光を合波する合波手段と、合波手段で合波された合波光をデータ信号で変調する電界吸収型光変調手段と、電界吸収型光変調手段にデータ信号を送るデータ信号発生手段と、電界吸収型光変調手段で変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波するための分波手段と、分波手段で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を異なる経路に出力するための光信号出力手段を有することを特徴とする光信号送信装置。
- 波長λ１の第１レーザダイオードと、波長λ１とは異なる波長λ２の第２レーザダイオードと、パタンの規則性が低いデジタル信号を発生し、該デジタル信号で第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち一方を直接変調するためのデジタル信号発生手段と、第１レーザダイオードと第２レーザダイオードからの二つの光を合波するための合波手段と、合波手段で合波された合波光を入力し、変調された光の反転パタンを変調されていない光に相互利得変調により転写するための半導体光増幅手段と、半導体光増幅手段からの光をデータ信号で変調するための電界吸収型光変調手段と、電界吸収型光変調手段にデータ信号を送るデータ信号発生手段と、電界吸収型光変調手段で変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波するための分波手段と、分波手段で分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を異なる経路に出力するための光信号出力手段を有することを特徴とする光信号送信装置。
- 請求項１において、前記第１光発生手段と前記第２光発生手段は同じパワーで波長λ１の光と波長λ２の光を発生するものであることを特徴とする光信号送信装置。
- 請求項１または２または３において、前記パタンの規則性の低いデジタル信号と前記データ信号との間の同期をとる同期手段を有することを特徴とする光信号送信装置。
- 請求項１または２または３において、前記デジタル信号発生手段はパタンの規則性が低いデジタル信号をノイズを起源として発生するものであることを特徴とする光信号送信装置。
- 請求項６において、前記デジタル信号発生手段として、ノイズ発生手段と、ノイズ発生手段で発生されるノイズから必要な周波数帯域のノイズを取り出すフィルタ手段と、フィルタ手段で取り出されたノイズの振幅と閾値との大小関係を判別し、二値のデジタル信号を発生する判別手段を有することを特徴とする光信号送信装置。
- 請求項７において、前記ノイズ発生手段として、低いＱ値を持つ正帰還増幅器と、この正帰還増幅器の出力周波数の一部を取り出すためのフィルタ手段を有することを特徴とする光信号送信装置。
- 請求項７において、前記ノイズ発生手段として、自然放出光発生源と、自然放出光発生源で発生される自然放出光の一部の光周波数成分を切り出すための光フィルタ手段と、光フィルタ手段で切り出された自然放出光を受光する受光手段と、受光手段の出力から直流成分を除去する直流成分除去手段を有することを特徴とする光信号送信装置。
- 請求項１または２または３において、分波後の前記二つの光信号間の遅延量を調整するための遅延調整手段を有すること、前記光信号出力手段が波長λ１の光信号と波長λ２の光信号をそれぞれ伝送可能なパワーまで増幅する光増幅器であることを特徴とする光信号送信装置。
- 請求項２において、前記第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち一方と前記デジタル信号発生手段との間に直接変調のための第１電気増幅手段を有し、第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち他方と前記パタン反転手段との間に直接変調するための第２電気増幅手段を有することを特徴とする光信号送信装置。
- 請求項３において、前記第１レーザダイオードと第２レーザダイオードのうち一方と前記デジタル信号発生手段との間に直接変調のための電気増幅手段を有することを特徴とする光信号送信装置。
- 請求項３において、前記半導体光増幅手段と前記電界吸収型光変調手段あるいは合波手段との間に電界吸収型変調手段における変調タイミングを調整するための可変遅延手段を有することを特徴とする光信号送信装置。
- 請求項１から１３いずれかに記載の光信号送信装置から伝送されてくる二つの光信号を合波する合波手段と、合波手段で合波された光信号からデータ信号を復元するデータ信号復元手段と、データ信号復元手段で復元されたデータ信号を解読するデータ解読手段を有することを特徴とする光信号受信装置。
- 請求項１から１３いずれかに記載の光信号送信装置から伝送されてくる二つの光信号を光学的に合波する合波手段と、合波手段で合波された光信号を電気信号に変換する光電気変換手段と、伝送で波形が乱れた光電気変換手段からの電気信号を再生するための再生識別手段と、再生識別手段で再生された電気信号からデータを解読するためのデータ解読手段を有することを特徴とする光信号受信装置。
- 請求項１から１３いずれかに記載の光信号送信装置から伝送されてくる二つの光信号をそれぞれ電気信号に変換する光電気変換手段と、伝送で波形が乱れた光電気変換手段からのそれぞれの電気信号を再生するための再生識別手段と、再生識別手段からの二つの電気信号を電気的に合波する合波手段と、合波前の二つの電気信号間の位相を調整するための位相調整手段と、合波手段で合波されて再生されたデータ信号を解読するデータ解読手段を有することを特徴とする光信号受信装置。
- 請求項１４または１５または１６において、伝送されてくる前記二つの光信号間の遅延をなくすための遅延調整手段を有することを特徴とする光信号受信装置。
- 請求項１４または１５または１６において、伝送によるパワー損失を補うための光増幅手段を有することを特徴とする光信号受信装置。
- 請求項１から１３いずれかに記載の光信号送信装置と、この光信号送信装置が送信する二つの光信号を別々の経路で伝送する伝送手段と、この伝送手段から二つの光信号を受信するための請求項１４から１８いずれかに記載の光信号受信装置を有することを特徴とする光信号送受信システム。
- 送信側では、波長λ１の光及びこれとは異なる波長λ２の光を発生し、波長λ１の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタン信号とのうち一方で変調されてなる第１の光を生成し、波長λ２の光がパタンの規則性が低いデジタル信号とこのデジタル信号のパタンが反転した反転パタンとのうち他方で変調されてなる第２の光を生成し、第１の光と第２の光を合波し、この合波光をデータ信号で変調し、変調された光信号を波長λ１の光信号と波長λ２の光信号に分波し、分波された波長λ１の光信号と波長λ２の光信号を伝送路の異なる経路に出力すること、
受信側では、異なる経路で伝送されてくる二つの光信号からデータ信号を復元し、復元されたデータ信号を解読することを特徴とする光通信方法。
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