JP2009503971A - 光信号を受信する光伝送システムとデバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
本発明は、伝送されるべき少なくとも1つのデータ・ビットの値に従ってその位相φ1が変わる角周波数Ωの電気信号によって変調される、角周波数ω0の少なくとも1つの光信号を含む光信号を受信するためのデバイス(100)に関する。本受信機デバイス(100)は、変調された角周波数ω0の光信号を異なる偏光の第1及び第2の光信号に分離するための偏光分離器(105)と、2つの電気信号を取得するための手段(140,102,103,104)と、上記第1の電気信号からの上記第1の光信号を変調するための手段(110a)と、上記第2の電気信号からの上記第2の光信号を変調するための手段(110b)と、上記変調された第1の光信号と上記変調された第2の光信号とを結合して再結合された光信号を形成する手段(115)と、を備える。
【選択図】 図1
本発明は、伝送されるべき少なくとも1つのデータ・ビットの値に従ってその位相φ1が変わる角周波数Ωの電気信号によって変調される、角周波数ω0の少なくとも1つの光信号を含む光信号を受信するためのデバイス(100)に関する。本受信機デバイス(100)は、変調された角周波数ω0の光信号を異なる偏光の第1及び第2の光信号に分離するための偏光分離器(105)と、2つの電気信号を取得するための手段(140,102,103,104)と、上記第1の電気信号からの上記第1の光信号を変調するための手段(110a)と、上記第2の電気信号からの上記第2の光信号を変調するための手段(110b)と、上記変調された第1の光信号と上記変調された第2の光信号とを結合して再結合された光信号を形成する手段(115)と、を備える。
【選択図】 図1
Description
本発明は、伝送されるべき少なくとも1つのデータ・ビットの値に従ってその位相が変わる、電気信号によって変調される少なくとも1つの光信号を含む光信号を受信するための光伝送システムとデバイスに関する。より具体的には、本発明は、情報転送保護の分野及び特に量子暗号分野に応用が存在する。
ある暗号システムでは、情報は、送信者及び受信者に知られている予め決められたアルゴリズムによって送信者側で符号化され、かつ受信者により復号される。システムのセキュリティは、アルゴリズムが使用する鍵が唯一認可された送信者及び受信者にのみ知られるという事実に依存する。
量子暗号は、第三者のデバイスが鍵を伝える信号を捕捉すれば、送信者及び受信者はその鍵が第三者のデバイスによって捕捉されたかどうかを決定できることを保証するようにして、アルゴリズムの鍵を配送することを可能にする。
量子暗号においては、送信デバイス及び受信デバイスによって2つの通信チャネルが選好的に使用される。量子チャネルとして知られる第1の通信チャネルは、量子鍵の光子形式での伝送に使用される。公衆チャネルとして知られる第2の通信チャネルは、量子チャネル上の鍵の伝送が第三者のデバイスによって歪曲され捕捉されているか否かをチェックする目的で送信者及び受信者がデータを交換するために使用される。
暗号鍵の転送は、従来、下記のように行われる。
第1のステップにおいて、送信デバイスは量子チャネル上で光子シーケンスを送信し、各光子の量子状態をランダムに選定する。各光子の状態は、送信及び受信デバイスに知られている規則に従って選定される。選定される状態の幾つかは非直交であり、よって、これらを確実に区別化することは不可能である。
第1のステップにおいて、送信デバイスは量子チャネル上で光子シーケンスを送信し、各光子の量子状態をランダムに選定する。各光子の状態は、送信及び受信デバイスに知られている規則に従って選定される。選定される状態の幾つかは非直交であり、よって、これらを確実に区別化することは不可能である。
受信デバイスは、少なくとも2つの決定規則から1つの決定規則をランダムに、かつ送信デバイスが使用するものに関わりなく選定する。受信デバイスが送信デバイスと同じ決定規則を使用していれば、受信デバイスは送信されるビットの値を明白に決定する。受信デバイスが、送信者により選定される状態に適合しない決定規則、または送信者により選定される決定規則を使用していれば、達成される結果は送信されるビットの値を決定することを不可能にする。従って、ビット1またはビット0で終結する確率は等しい。従って、測定は決定的でない。
光子の送信が終了すると、受信デバイスは、公衆チャネルを介して送信デバイスへ、受信された各光子の決定規則を開示する。測定の結果は、当然ながら秘密のままである。この方法による送信側及び受信デバイスは、決定的でない全ての結果を排除する。最後に、両者は暗号鍵として使用できるランダムなビット・シーケンスを共有する。
量子暗号技術は、様々なものが提案されている。あるものは、バイナリ情報をコード化するために光子の偏光状態を使用し、他は位相変調を使用する。位相変調を使用する量子暗号の場合、第1のソリューションは、様々な光信号間と時間で分離される少なくとも2つの光信号間との光路の差を導入することにより、情報を伝送する位相差を導入することから成る。第2のソリューションは、周波数領域で分離される少なくとも2つの光信号間の、情報を伝送する位相差を導入することより成る。この位相差は、光信号を周期的に変調することによって実行される。
上述の暗号技術は、主として光子伝送に使用される媒体に関する偏光の変動を感受する。光子の伝送媒体は、例えば大気または光ファイバであるが、これらに限定されない。偏光におけるこれらの変動は、例えばその温度の変化等の媒体環境に関連する。
本発明は、偏光の変動に対して不感受性であり、よって量子暗号技術による鍵の伝送を長距離でかつ/または経時的な高信頼性で可能にする受信デバイスを提案することにより、先行技術における上述の欠点を解決する。
本発明は、偏光の変動に対して不感受性であり、よって量子暗号技術による鍵の伝送を長距離でかつ/または経時的な高信頼性で可能にする受信デバイスを提案することにより、先行技術における上述の欠点を解決する。
この目的に沿って、本発明は、第1の態様により、伝送されるべき少なくとも1つのデータ・ビットの値に従ってその位相φ1が変わる角周波数Ωの電気信号により変調される角周波数ω0である少なくとも1つの光信号を含む光信号を受信するためのデバイスを提案し、本受信デバイスは、
角周波数ω0の変調光信号を同一方向へ伝搬する第1及び第2の光信号に分離するための偏光分離器を備え、上記第1の光信号は第1の偏光を有しかつ上記第2の光信号は第2の偏光を有し、
角周波数Ω及び位相φ2の第1及び第2の電気信号を取得する手段と、
角周波数Ω及び位相φ2の上記第1の電気信号からの上記第1の光信号を変調する手段と、
角周波数Ω及び位相φ2の上記第2の電気信号からの上記第2の光信号を変調する手段と、
上記変調された第1の光信号と上記変調された第2の光信号とを結合して再結合された光信号を形成する手段と、を備えることを特徴とする。
角周波数ω0の変調光信号を同一方向へ伝搬する第1及び第2の光信号に分離するための偏光分離器を備え、上記第1の光信号は第1の偏光を有しかつ上記第2の光信号は第2の偏光を有し、
角周波数Ω及び位相φ2の第1及び第2の電気信号を取得する手段と、
角周波数Ω及び位相φ2の上記第1の電気信号からの上記第1の光信号を変調する手段と、
角周波数Ω及び位相φ2の上記第2の電気信号からの上記第2の光信号を変調する手段と、
上記変調された第1の光信号と上記変調された第2の光信号とを結合して再結合された光信号を形成する手段と、を備えることを特徴とする。
また本発明は、伝送されるべき少なくとも1つのデータ・ビットの値に従ってその位相φ1が変わる角周波数Ωの電気信号により変調される角周波数ω0である少なくとも1つの光信号を含む光信号を送信するためのシステムに関し、本システムは、
− 伝送されるべき少なくとも1つのデータ・ビットの値に従ってその位相φ1が変わる角周波数Ωの電気信号により変調される角周波数ω0の光信号を形成することができる送信デバイスと、
受信デバイスであって、
変調光信号ω0を同一方向へ伝搬する第1及び第2の光信号に分離するための偏光分離器を備え、上記第1の光信号は第1の偏光を有しかつ上記第2の光信号は第2の偏光を有し、
角周波数Ω及び位相φ2の第1及び第2の電気信号を取得する手段と、
角周波数Ω及び位相φ2の上記第1の電気信号を使用して上記第1の光信号を変調する手段と、
角周波数Ω及び位相φ2の上記第2の電気信号を使用して上記第2の光信号を変調する手段と、
上記変調された第1の光信号と上記変調された第2の光信号とを結合して再結合された光信号を形成する手段と、を備える受信デバイスと、
を備えることを特徴とする。
− 伝送されるべき少なくとも1つのデータ・ビットの値に従ってその位相φ1が変わる角周波数Ωの電気信号により変調される角周波数ω0の光信号を形成することができる送信デバイスと、
受信デバイスであって、
変調光信号ω0を同一方向へ伝搬する第1及び第2の光信号に分離するための偏光分離器を備え、上記第1の光信号は第1の偏光を有しかつ上記第2の光信号は第2の偏光を有し、
角周波数Ω及び位相φ2の第1及び第2の電気信号を取得する手段と、
角周波数Ω及び位相φ2の上記第1の電気信号を使用して上記第1の光信号を変調する手段と、
角周波数Ω及び位相φ2の上記第2の電気信号を使用して上記第2の光信号を変調する手段と、
上記変調された第1の光信号と上記変調された第2の光信号とを結合して再結合された光信号を形成する手段と、を備える受信デバイスと、
を備えることを特徴とする。
こうして、偏光の変動に対して不感受性である再結合された光信号が取得される。従って、この不感受性により、長距離及び/または経時的に高信頼性のデータ伝送が可能となる。
本発明の別の態様によれば、受信デバイスは、光信号に含まれる光子を検出する手段と、予め決められた時間間隔に渡って検出される光子の数を計数する手段と、光信号の角周波数ω0を変調するためにデータを送信デバイスへ転送する手段も備える。
従って、本受信デバイスは、例えば温度または経時的変化に関する光信号の周波数の変動に対して不感受性である。
従って、本受信デバイスは、例えば温度または経時的変化に関する光信号の周波数の変動に対して不感受性である。
本発明の別の態様によれば、上記第1の光信号及び第2の光信号を変調する手段は、位相変調器または強度変調器もしくは電界吸収変調器である。
本発明の別の態様によれば、第1及び第2の光信号の振幅及び/または位相は独立して調節される。
従って、能動及び/または受動成分に関する分散は排除される。
本発明の別の態様によれば、データは暗号鍵であり、光信号は光子を備える少なくとも1つの変調側波帯から成る。
本発明の別の態様によれば、第1及び第2の光信号の振幅及び/または位相は独立して調節される。
従って、能動及び/または受動成分に関する分散は排除される。
本発明の別の態様によれば、データは暗号鍵であり、光信号は光子を備える少なくとも1つの変調側波帯から成る。
従って、暗号鍵の長距離送信が可能である。
本発明の別の態様によれば、光信号は角周波数Ωの電気信号により変調される角周波数ωsの光信号も含み、角周波数Ω及び位相φ2の電気信号を取得する手段は、
上記光信号において、角周波数ωsの光信号から角周波数ω0の変調光信号を分離する波長デマルチプレクサ(140)と、
角周波数Ωの同期電気信号を形成するために、角周波数ωsの変調光信号の光子を検出する検出器と、
位相φ2の同期電気信号の位相シフタと、を備える。
従って、受信デバイスは、受信される光信号の光路の変動に関する変動に対して不感受性である同期信号を有する。
本発明の別の態様によれば、光信号は角周波数Ωの電気信号により変調される角周波数ωsの光信号も含み、角周波数Ω及び位相φ2の電気信号を取得する手段は、
上記光信号において、角周波数ωsの光信号から角周波数ω0の変調光信号を分離する波長デマルチプレクサ(140)と、
角周波数Ωの同期電気信号を形成するために、角周波数ωsの変調光信号の光子を検出する検出器と、
位相φ2の同期電気信号の位相シフタと、を備える。
従って、受信デバイスは、受信される光信号の光路の変動に関する変動に対して不感受性である同期信号を有する。
本発明の別の態様によれば、本デバイスはさらに、その角周波数が角周波数ω0の光信号の変調から発生する変調側波帯の一方の角周波数に一致する光信号を形成するための少なくとも1つのフィルタと、変調側波帯を含む光信号内の少なくとも1つの光子を検出するための少なくとも1つの検出器と、を備える。従って、受信デバイスのコスト及びサイズは低減される。
本発明の別の態様によれば、上記フィルタはファブリ−ペロ共振器であり、上記デバイスは、ファブリ−ペロ共振器の特性を変える手段も備える。
従って、ファブリ−ペロ共振器の特性を調節することが可能である。
本発明の別の態様によれば、光信号は2つの変調側波帯から成り、ファブリ−ペロ共振器の特性を変える手段は、変調側波帯の一方または他方を含む光信号を形成するために、ファブリ−ペロ共振器の特性を変える。
従って、暗号鍵の検出に使用される変調側波帯を選定することが可能である。よって、スパイ・デバイスが、上記受信デバイス及び/または暗号鍵を検出する光信号を送る送信デバイスなしに暗号鍵を検出することは、より困難である。
従って、ファブリ−ペロ共振器の特性を調節することが可能である。
本発明の別の態様によれば、光信号は2つの変調側波帯から成り、ファブリ−ペロ共振器の特性を変える手段は、変調側波帯の一方または他方を含む光信号を形成するために、ファブリ−ペロ共振器の特性を変える。
従って、暗号鍵の検出に使用される変調側波帯を選定することが可能である。よって、スパイ・デバイスが、上記受信デバイス及び/または暗号鍵を検出する光信号を送る送信デバイスなしに暗号鍵を検出することは、より困難である。
本発明の別の態様によれば、ファブリ−ペロ共振器の特性を変える手段は、予め決められた時間間隔に渡って検出される光子の数に従ってファブリ−ペロ共振器の特性を変える。
従って、受信デバイスは、例えば温度または経時的変化に関する光信号の周波数の変動に対して不感受性である。
従って、受信デバイスは、例えば温度または経時的変化に関する光信号の周波数の変動に対して不感受性である。
本発明の別の態様によれば、ファブリ−ペロ共振器は温度調節デバイスに関連づけられ、ファブリ−ペロ共振器の特性を変える手段は、調節温度を変える手段を備える。
従って、ファブリ−ペロ共振器の特性は、単純な方法で変えられる。
従って、ファブリ−ペロ共振器の特性は、単純な方法で変えられる。
本発明の上述の特徴並びに他の特徴は、添付の図面に関連して行う以下の例示的実施形態の説明を読めばさらに明らかとなるであろう。
図1は、本発明による光伝送システムのアーキテクチャを示す。
図1に示す光伝送システムは、具体的には、暗号鍵の伝送に適応される。
暗号鍵を安全に光伝送するための本システムでは、送信デバイス160は、伝送媒体150によって暗号鍵を受信デバイス100へ送信する。
図1に示す光伝送システムは、具体的には、暗号鍵の伝送に適応される。
暗号鍵を安全に光伝送するための本システムでは、送信デバイス160は、伝送媒体150によって暗号鍵を受信デバイス100へ送信する。
伝送媒体150は量子チャネルであり、例えば光ファイバである。ある変形実施形態によれば、伝送媒体150は大気である場合もある。
放出デバイス160は、公衆チャネル170によって受信デバイス100にも接続される。例えば、公衆チャネル170は、例えばIP型のネットワークまたは電話型の通信網等の公衆通信網に含まれる。公衆チャネル170によって、送信デバイス160と受信デバイス100とは、先に述べたように鍵を交換すべく情報を交換する。
放出デバイス160は、公衆チャネル170によって受信デバイス100にも接続される。例えば、公衆チャネル170は、例えばIP型のネットワークまたは電話型の通信網等の公衆通信網に含まれる。公衆チャネル170によって、送信デバイス160と受信デバイス100とは、先に述べたように鍵を交換すべく情報を交換する。
送信デバイス160は、角周波数Ωの正弦波発振器161を備える。発振器161により配信される正弦波電気信号は、次に、出力分割器162または「パワー・スプリッタ」によって2つの信号S1及びS2に分離される。信号S1及びS2は、好適には同じ振幅である。
信号S1は、次に、位相シフト回路163によって位相シフトされる。信号S1の位相シフトは、送信されるべき情報ビットをコード化することを可能にする。送信されるべき情報ビットの値に従って、位相差φ1は、B92 2ステート・プロトコルが使用される場合は0またはП/2に等しく、BB84プロトコルが使用される場合は0またはП/2、Пまたは3П/2に等しい。BB84プロトコルは、C.H.Bennett、G.Brassard共著の刊行物「量子暗号:公開鍵配送とコイン・トス」コンピュータ、システム及び信号処理に関するIEEEインターナショナル会報、インド、バンガロール(IEEEニューヨーク、1984年)、175−179ページ、に記述されている。
B92プロトコルは、C.H.Bennett著刊行物「2つの非直交ステートを使用する量子暗号」物理レビュー書簡集第68巻第21号、3121−3124ページ、1992年、に記述されている。
位相外れの電気信号S1は、次に、光信号を放出するソース164へ転送され、ソース164は、角周波数ω0の光信号をこの位相外れの信号S1で変調する。光信号を送信するソース164は、例えば、レーザ・ダイオード164aと、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)結晶基板上へ集積される電気光学変調器164bまたは好適にはレーザ・ダイオード164aのチップ上へ集積される電界吸収変調器とから成るが、この限りではない。
光信号を放出するソース164は、光信号を、m1で示される選好的には1より遙かに小さい変調係数を有する位相外れの信号S1によって変調する。ここで、レーザ・ダイオード164の強度位相変調比は無視できるものであり、放出ソース164により形成される光信号S1は、
として概算されることは留意されるべきである。ここで、E0は信号E11(t)のピーク振幅である。
として概算されることは留意されるべきである。ここで、E0は信号E11(t)のピーク振幅である。
信号E11(t)のスペクトル電力密度は、ω0/2Пにおける周波数伝送ラインと、(ω0+Ω)/2Пにおける周波数変調側波帯と、(ω0−Ω)/2Пにおける周波数変調側波帯とから成る。
本発明の変形実施形態では、レーザ・ダイオード164aは、「分散型フィードバック」の頭字語をとったDFBダイオードであり、その角周波数ω0は、受信デバイス100から伝送媒体150または公衆チャネル170によって受信される命令に従って、例えばその動作温度の変化によって修正される。
電気信号S2は、ソース165へ転送される。ソース165は、同期信号S2を形成するために信号S2により角周波数ω0とは異なる角周波数ωsの光信号を変調する光信号を送る。光信号を送信するソース165は、例えば、レーザ・ダイオード165aと、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)結晶基板上へ集積される電気光学変調器165bまたは好適にはレーザ・ダイオードのチップ上へ集積される電界吸収変調器とから成るが、この限りではない。
光信号S11及びS12は、次に、波長マルチプレクサ166によって多重化され、量子チャネル150上で送信される。
ここで、第1の変形実施形態において、送信デバイス160はパワー・スプリッタ162、送信ソース165及び波長マルチプレクサ166の何れも保有しない点が留意されるべきである。この変形実施形態によれば、信号S11のみが形成され、量子チャネル150上で転送される。
ここで、第1の変形実施形態において、送信デバイス160はパワー・スプリッタ162、送信ソース165及び波長マルチプレクサ166の何れも保有しない点が留意されるべきである。この変形実施形態によれば、信号S11のみが形成され、量子チャネル150上で転送される。
ここで、光信号は、量子チャネル上での送信に先行して、各変調側波帯に2つ以上の光子を有する確率が低いように減衰される点は留意されるべきである。典型的には、変調側波帯毎に1つの光子を有する確率は、各パルスで0.01未満である。
受信デバイス100は、受信される信号において光信号S121または基準信号S121から光信号S111または量子信号S111を分離する波長デマルチプレクサ140を備える。
ここで、基準信号S121により、受信デバイス100において、送信デバイス160の角周波数Ωの信号上で同期される局部発振器を有することが回避される点は留意されるべきである。
角周波数ωsの基準信号S121は、例えばアバランシェ・フォトダイオード等の検出器102へ転送される。
検出器102は、送信デバイス160の発振器161により配信される信号と同じ角周波数Ωを有する電気信号S122を生成する。
第1の変形実施形態によれば、受信される光信号の角周波数Ωの電気信号S122を取得する代わりに、受信デバイス100は、角周波数Ωの局部発振器並びにその局部発振器を送信デバイス160の局部発振器161と同期させる手段を備えることは留意されるべきである。
電気信号S122は、次に、位相シフト回路103によって位相シフトされる。位相シフト回路103は、電気信号S122を位相差φ2+П/2だけシフトする。位相差φ2は、B92 2ステート・プロトコルが使用される場合は0またはП/2に等しく、BB84プロトコルが使用される場合は0またはП/2、Пまたは3П/2に等しい。
位相外れの電気信号S123は、次に、パワー・スプリッタ104によって同じ振幅を有する2つの電気信号S123aとS123bとに分離される。電気信号S123a及びS123bの位相と振幅は、増幅器(図1には示されていない)等の能動エレメントの特性または電気信号S123a及びS123bを運ぶトラックの長さ等の受動エレメントの特性に関する位相の振幅変動を等化すべく調整され、位相変調器110a及び110bにおいてm1/2に等しい変調係数m2が取得される。
電気信号S123a及びS123bは各々、変調器110a及び110bにより変調信号として使用される。
本発明によれば、量子信号S111は偏光分離器105へ転送される。偏光分離器105は、受信される任意の偏光の量子信号S111を、同一方向へ、但し異なる偏光に従って伝搬する2つの光信号S111aとS111bとに分離する。これらの偏光は、好適には直交性である。
本発明によれば、量子信号S111は偏光分離器105へ転送される。偏光分離器105は、受信される任意の偏光の量子信号S111を、同一方向へ、但し異なる偏光に従って伝搬する2つの光信号S111aとS111bとに分離する。これらの偏光は、好適には直交性である。
ここで、A及びBが次式、
を満足することは留意されるべきである。
従って、量子信号S111は、その電界が、
である光信号S111aまたは量子信号S111aに分割され、かつ、その電界が、
である光信号S111bまたは量子信号S111bに分割される。
を満足することは留意されるべきである。
従って、量子信号S111は、その電界が、
である光信号S111aまたは量子信号S111aに分割され、かつ、その電界が、
である光信号S111bまたは量子信号S111bに分割される。
偏光分離器105は、例えば、General Photonics Corporation社から「Polarization Beam Splitter PBS−001−P−03−SM−FC/PC」の名称で市販されている偏光分離器であるが、この限りではない。
量子信号S111a及びS111bは各々、位相変調器110a及び位相変調器110bへ送信される。ある変形例では、変調器110a及び110bは強度変調器または電界吸収変調器である。
変調器110aは、電気信号S123aによって量子信号S111aを変調し、位相変調器110bは、電気信号S123bによって量子信号S111bを変調する。
変調器110は、例えば「EOspace」社により「Very−Low−Loss Phase Modulator」の名称で市販されている変調器である。
変調器110は、例えば「EOspace」社により「Very−Low−Loss Phase Modulator」の名称で市販されている変調器である。
送信デバイス160及び受信デバイス100が同相であれば、即ち、φ1とφ2が等しければ、角周波数ω0+Ωの変調側波帯は最大であり、角周波数ω0−Ωの変調側波帯はゼロである。
これに対して、送信デバイス160及び受信デバイス100が反対位相であれば、角周波数ω0−Ωの変調側波帯は最大であり、角周波数ω0+Ωの変調側波帯はゼロである。
位相変調器110aの出力における角周波数ω0±Ωの帯域内の量子信号S112aの強度は、
に比例する。
位相変調器110aの出力における角周波数ω0±Ωの帯域内の量子信号S112aの強度は、
に比例する。
量子信号S112a及びS112bは、次に、偏光分離器105と同一であるが逆に使用される偏光分離器115によって再結合される。
ここで、合計強度はAにもBにも依存せず、よって受信される量子信号S111の偏光にも依存しないことは留意される。従って、こうして形成される受信機は偏光に対して不感受性である。
再結合された信号S113はフィルタ120によって濾波され、2つの変調側波帯のうちの一方のみを含む信号S114が形成される。フィルタ120は、ブラッグ・フィルタ、多層フィルタ、アレイ導波路の頭字語であるAWGフィルタ、他から成る。選好的には、フィルタ120はファブリ−ペロ共振器である。これについては、図2に関連して詳述する。
再結合された信号S113は、ω0/2Пにおける周波数、周波数(ω0−Ω)/2Пの変調側波帯及び周波数(ω0+Ω)/2Пの変調側波帯、の3つの周波数から成る。フィルタ120は再結合された信号S113を濾波し、周波数ω0/2Пにおける成分及び例えば周波数(ω0−Ω)/2Пにおける側波帯である一方の変調側波帯を排除する。
信号S114は、次に、周波数(ω0+Ω)/2Пの側波帯内で伝送される各光子を検出する光検出器から成る量子検出器130によって処理される。
信号S114は、次に、周波数(ω0+Ω)/2Пの側波帯内で伝送される各光子を検出する光検出器から成る量子検出器130によって処理される。
ここで、第2の変形実施形態では、受信デバイス100が再結合された信号S113を濾波する2つのフィルタを備え、各々周波数(ω0−Ω)/2Пにおいて側波帯を含む第1の光信号及び周波数(ω0+Ω)/2Пにおいて側波帯を含む第2の光信号を取得することは留意されるべきである。この第2の変形実施形態によれば、第1の光信号は、次に、周波数(ω0−Ω)/2Пの側波帯内で伝送される各光子を検出する第1の光検出器によって処理され、かつ第2の光信号は、次に、周波数(ω0−Ω)/2Пの側波帯内で伝送される各光子を検出する第2の光検出器によって処理される。
図2は、本発明によるファブリ−ペロ共振器を示す。
ファブリ−ペロ共振器120は、光ファイバ21上へ刻み込まれる2つのブラッグ・ミラー24a及び24bから成り、光ファイバ21は、例えば9μmのコア及び125μmのシースから成る。こうして形成される空胴共振器は、2つの部分22a及び22bで構成されるサポート内に保持される。2つの部分22a及び22bは、図2では光ファイバ21を表すことができるように互いに離して提示されているが、実際には、これらの部分22a及び22bは優れた熱的条件を可能にすべく接触している。
ファブリ−ペロ共振器120は、光ファイバ21上へ刻み込まれる2つのブラッグ・ミラー24a及び24bから成り、光ファイバ21は、例えば9μmのコア及び125μmのシースから成る。こうして形成される空胴共振器は、2つの部分22a及び22bで構成されるサポート内に保持される。2つの部分22a及び22bは、図2では光ファイバ21を表すことができるように互いに離して提示されているが、実際には、これらの部分22a及び22bは優れた熱的条件を可能にすべく接触している。
サポート22aの頂部には、光ファイバ21を加熱または冷却できるように、例えばペルチエ効果モジュール23等の温度調節モジュール23が置かれる。ペルチエ効果モジュール23上には熱放散器26が置かれ、これは、外部環境とファブリ−ペロ共振器120の温度との間に存在する温度差の最適化を可能にする。サポートの底部22b上には、例えばサーミスタである温度センサ25が置かれ、これは、光ファイバ21の温度を決定することを可能にする。
ファブリ−ペロ共振器120において、最大反射に対応するブラッグ・ミラー24の中心波長は、温度の関数としての変数である。本発明によれば、ファブリ−ペロ共振器の温度を制御するシステムは、ファブリ−ペロ共振器120によって濾波される1つまたは複数の周波数帯域を調整するように実装される。
本発明の変形実施形態によれば、ファブリ−ペロ共振器120は、予め決められた時間間隔において検出される光子数に従って濾波される1つまたは複数の周波数帯域を調整するために、温度に関して制御されない。この変形例によれば、レーザ・ダイオード164aの角周波数ω0は、2つの変調帯域の一方がファブリ−ペロ共振器120により濾波される1つまたは複数の周波数帯域内に存在するように制御される。
図3は、本発明による、ファブリ−ペロ共振器の温度を制御するためのシステムを示す。
再構成された信号S113は、先に述べたファブリ−ペロ共振器120によって濾波される。結果的に生じる信号S114は単一の周波数から成り、平均して1光子未満を含む。量子検出器130は、選好的には、冷却アバランシェ・フォトダイオードである。本アバランシェ・フォトダイオードは、能動トリガ及び/またはフィードバック・トリガで機能する。ここで、量子検出器が、量子検出器の性能を向上させるために、結果的に生じる信号S114の周波数を二重周波数に置換する手段を変数として備えることは留意されるべきである。
再構成された信号S113は、先に述べたファブリ−ペロ共振器120によって濾波される。結果的に生じる信号S114は単一の周波数から成り、平均して1光子未満を含む。量子検出器130は、選好的には、冷却アバランシェ・フォトダイオードである。本アバランシェ・フォトダイオードは、能動トリガ及び/またはフィードバック・トリガで機能する。ここで、量子検出器が、量子検出器の性能を向上させるために、結果的に生じる信号S114の周波数を二重周波数に置換する手段を変数として備えることは留意されるべきである。
量子検出器130は、光子の通過を検出する。光子の通過が検出されると、量子検出器130は、続いて従来的なデジタル電子成分によって処理されるように適応回路31により整形された電気パルスを放出する。適応された信号S300は、処理ユニット30へ転送される。処理ユニット30は、例えば、マイクロプロセッサもしくは「デジタル信号プロセッサ」の頭字語であるDSP、またはコンピュータである。
処理ユニット30は通信バス301を備え、これに、プロセッサ300、不揮発性メモリ302、ランダム・アクセス・メモリ303、フィルタ・インタフェース305及びカウンタ307が接続されている。
また、処理ユニット30は、ダイオード120の角周波数ω0の制御を提供するデータの転送を見込む、図3には示されていない通信インタフェースも備える。
不揮発性メモリ302は、本発明によるフィルタの周波数のスレーブ・プログラムを格納している。処理ユニット30が起動されると、本プログラムは、この時点で本発明による実行可能コード並びに本発明の実装に必要なデータを包含しているランダム・アクセス・メモリ303へ転送される。
不揮発性メモリ302は、本発明によるフィルタの周波数のスレーブ・プログラムを格納している。処理ユニット30が起動されると、本プログラムは、この時点で本発明による実行可能コード並びに本発明の実装に必要なデータを包含しているランダム・アクセス・メモリ303へ転送される。
適応された信号S300のパルスは、カウンタ307により、約数マイクロ秒から数秒までの予め決められた時間に渡って計数される。この予め決められる時間は、とりわけ、検出器の効率及び伝送チャネルの減衰に従って定義される。
プロセッサ300は、カウンタ307によって計数されたパルス数を取得する。フィルタ120が周波数(ω0−Ω)/2に同調されていなければ、計数されるパルスの数は減る。プロセッサ300は、予め決められた公式または不揮発性メモリ302に格納されているルックアップ・テーブルから、光ファイバ21の温度を修正しかつ延いてはファブリ−ペロ共振器120により濾波される1つまたは複数の周波数帯域を調節するためにペルチエ効果モジュール23へ配信されなければならない電気信号を決定する。指令の値が増加して検出されるパルスの数が減ると、指令の変動方向が逆転される。そうでなければ、検出されるビート数の減少が再度観察されるまで、指令の値は同一方向で変わる。
ある変形実施形態では、プロセッサ300は、予め決められた公式または不揮発性メモリ302に格納されているルックアップ・テーブルから、ファブリ−ペロ共振器120により濾波される1つまたは複数の周波数帯域内に2つの変調帯域のうちの一方が包含されるべくレーザ・ダイオード120の角周波数ω0を修正するように送信デバイス160へ送信されるデータを決定する。
プロセッサ300は、決定された電気信号を、ペルチエ効果モジュール23に対応する電気信号を配信するフィルタ・インタフェース305へ転送する。温度の変更は、ファブリ−ペロ共振器120の周波数特性をシフトしかつ送信デバイス160のフィルタまたは正弦波発振器161の波長のドリフトを補正することを可能にする。
この変形実施形態によれば、プロセッサ300は、決定されたデータを、通信インタフェース及び伝送媒体150または公衆チャネル170によって送信デバイス160へ転送する。
フィルタ・インタフェース305は、光ファイバ21の温度が調整温度に従っているかどうかをチェックしかつ送信ソース164の波長または伝送周波数の変動を補正するために、サーミスタ25によって配信される電気信号を受信することができる。
同様にして、プロセッサ300は、光ファイバ21の温度を2つの異なる設定温度にするために、電気信号をペルチエ効果モジュールへ転送することができる。これらの設定温度は、一方または他方の変調側波帯を備える光信号S114を取得するために、ファブリ−ペロ共振器120の特性を変える。これは、変調側波帯を選定することを可能にする。
プロセッサ300は、暗号化鍵を取り決めるために使用して上記鍵を復号化及び/または暗号化デバイスもしくは任意の後続処理に転送するために、適応された信号300のパルスを処理することができる。
プロセッサ300は、暗号化鍵を取り決めるために使用して上記鍵を復号化及び/または暗号化デバイスもしくは任意の後続処理に転送するために、適応された信号300のパルスを処理することができる。
当然ながら、本発明は、如何なる場合も本明細書に記述されている実施形態に限定されず、逆に、当業者の能力の範囲内にある任意の変形を包含する。
Claims (12)
- 伝送されるべき少なくとも1つのデータ・ビットの値に従ってその位相φ1が変わる角周波数Ωの電気信号により変調される角周波数ω0である少なくとも1つの光信号を含む光信号を受信するためのデバイス(100)であって、
上記変調される角周波数ω0の光信号(S111)を同一方向へ伝搬する第1(S111a)及び第2の(S111b)光信号に分離するための偏光分離器(105)を備え、上記第1の光信号(S111a)は第1の偏光を有しかつ上記第2の光信号(S111b)は第2の偏光を有し、
角周波数Ω及び位相φ2の第1及び第2の電気信号を取得する手段(140,102,103,104)と、
上記角周波数Ω及び位相φ2の上記第1の電気信号からの上記第1の光信号を変調する手段(110a)と、
上記角周波数Ω及び位相φ2の上記第2の電気信号からの上記第2の光信号を変調する手段(110b)と、
上記変調された第1の光信号と上記変調された第2の光信号とを結合して再結合された光信号を形成する手段(115)と、を備えることを特徴とする受信デバイス(100)。 - 上記第1の光信号及び第2の光信号を変調する手段は、位相変調器または強度変調器もしくは電気吸収変調器であることを特徴とする、請求項1記載のデバイス。
- 上記第1及び第2の光信号の振幅及び/または位相は独立して調節されることを特徴とする、請求項1または2記載のデバイス。
- 上記データは暗号鍵であることと、上記光信号は光子を備える少なくとも1つの変調側波帯から成ることを特徴とする、請求項1から3における任意の請求項記載のデバイス。
- 上記光信号は上記角周波数Ωの電気信号により変調される角周波数ωsの光信号(S121)も含むことと、上記角周波数Ω及び位相φ2の電気信号を取得する手段は、
上記光信号において、上記角周波数ωsの光信号から上記角周波数ω0の変調光信号を分離する波長デマルチプレクサ(140)と、
角周波数Ωの同期電気信号を形成するために、上記角周波数ωsの変調光信号の光子を検出する検出器(102)と、
上記位相φ2の同期電気信号の位相シフタ(103)と、を備えることを特徴とする、請求項4記載のデバイス。 - 上記デバイスはさらに、その角周波数が上記角周波数ω0の光信号の変調から発生する変調側波帯の一方の角周波数に一致する光信号を形成するための少なくとも1つのフィルタ(120)と、上記変調側波帯を含む光信号内の少なくとも1つの光子を検出するための少なくとも1つの検出器(130)と、を備えることを特徴とする、請求項5記載のデバイス。
- 上記フィルタはファブリ−ペロ共振器であることと、上記デバイスは上記ファブリ−ペロ共振器の特性を変える手段(30)も備えることを特徴とする、請求項6記載のデバイス。
- 上記光信号は2つの変調側波帯から成ることと、上記ファブリ−ペロ共振器の特性を変える手段は、上記変調側波帯の一方または他方を含む光信号を形成するために、上記ファブリ−ペロ共振器の特性を変えることを特徴とする、請求項7記載のデバイス。
- 上記ファブリ−ペロ共振器の特性を変える手段は、予め決められた時間間隔に渡って検出される光子の数に従って上記ファブリ−ペロ共振器の特性を変えることを特徴とする、請求項7記載のデバイス。
- 上記ファブリ−ペロ共振器は温度調節デバイスに関連づけられることと、上記ファブリ−ペロ共振器の特性を変える手段は調節温度を変える手段を備えることを特徴とする、請求項7記載のデバイス。
- 伝送されるべき少なくとも1つのデータ・ビットの値に従ってその位相φ1が変わる角周波数Ωの電気信号により変調される角周波数ω0である少なくとも1つの光信号を含む光信号を送信するためのシステムであって、
伝送されるべき少なくとも1つのデータ・ビットの値に従ってその位相φ1が変わる上記角周波数Ωの電気信号により変調される角周波数ω0の光信号を形成することができる送信デバイス(160)と、
受信デバイス(100)であって、
上記変調光信号ω0を同一方向へ伝搬する第1及び第2の光信号に分離するための偏光分離器(105)を備え、上記第1の光信号は第1の偏光を有しかつ上記第2の光信号は第2の偏光を有し、
角周波数Ω及び位相φ2の第1及び第2の電気信号を取得する手段(140,102,103,104)と、
上記角周波数Ω及び位相φ2の上記第1の電気信号からの上記第1の光信号を変調する手段(110a)と、
上記角周波数Ω及び位相φ2の上記第2の電気信号からの上記第2の光信号を変調する手段(110b)と、
上記変調された第1の光信号と上記変調された第2の光信号とを結合して再結合された光信号を形成する手段(115)と、を備える受信デバイス(100)と、を備えることを特徴とするシステム。 - 上記受信デバイスは、上記光信号に含まれる光子を検出する手段と、予め決められた時間間隔に渡って検出される光子の数を計数する手段と、上記光信号の角周波数ω0を変調するためにデータを上記送信デバイスへ転送する手段も備えることを特徴とする、請求項11記載のシステム。
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