JP2013197859A - Stray light countermeasure system and stray light countermeasure method - Google Patents

Stray light countermeasure system and stray light countermeasure method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid a phenomenon in which the communication accuracy of single photon communication is not maintained and the cause of which is unknown in the case where a plurality of optical fibers were laid.SOLUTION: A stray light countermeasure system includes: a first optical fiber 11 through which a photon propagates; and a second optical fiber 12 adjacent to the first optical fiber. This system includes a stray light detection device 13 and a photon wavelength determination device 14. The stray light detection device 13 is a device to detect stray light having leaked from the second optical fiber and having penetrated into the first optical fiber. The photon wavelength determination device 14 is a device to obtain the wavelength of the photon used in the first optical fiber 11 by using information about the stray light detected by the stray light detection device 13. Because the stray light detection device 13 measures the stray light travelling from the second optical fiber 12 to the first optical fiber and the photon wavelength determination device 14 can determine a wavelength at which influence of the stray light is small, the stray light countermeasure system can perform information communication by use of the photon with the wavelength at which influence of such stray light is small.

Description

本発明は,迷光対策システム及び迷光対策方法に関する。より詳しく説明すると,光子が伝搬する光ファイバに隣接する光ファイバから漏れ出して,光子が伝搬する光ファイバへと入り込む迷光の影響を軽減した迷光対策システム及び迷光対策方法に関する。   The present invention relates to a stray light countermeasure system and a stray light countermeasure method. More specifically, the present invention relates to a stray light countermeasure system and a stray light countermeasure method that reduce the influence of stray light that leaks from an optical fiber adjacent to an optical fiber through which photons propagate and enters the optical fiber through which photons propagate.

光ファイバは,通常芯部分を光遮断材料で覆う。このため,光ファイバから光が漏れだすことは,想定されていなかった。ましてや,一旦光ファイバから漏れ出した光が,別の光ファイバへ侵入することは想定されていなかった。一方,現在,光子を用いて情報通信を行う単一光子通信が行われている。単一光子通信は,例えば単一光子を用いて量子鍵を作成し,極めて秘匿性の高い暗号通信を行うことができる(特開2011-182283号公報)。   Optical fiber usually covers the core with light blocking material. For this reason, it was not assumed that light leaked from the optical fiber. Moreover, it was not assumed that the light once leaked from the optical fiber would enter another optical fiber. On the other hand, single photon communication is currently being performed in which information communication is performed using photons. In single photon communication, for example, a quantum key is created using a single photon, and encryption communication with extremely high confidentiality can be performed (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-182283).

量子鍵配送システムを実現するため,複数の光ファイバを敷設することが試みられている。   In order to realize a quantum key distribution system, attempts have been made to install a plurality of optical fibers.

特開2011-182283号公報JP 2011-182283 A

実際に,複数の光ファイバを敷設した場合,単一光子通信の通信精度が保たれない原因不明の現象が起きた。本発明者らは,複数の光ファイバを敷設した場合,隣接する光ファイバから放出され,ある光ファイバに迷い込む光(迷光)が,単一光子通信を行う上で大きな問題となることを見出した。   In fact, when multiple optical fibers were installed, a phenomenon of unknown reason occurred that could not maintain the communication accuracy of single photon communication. The present inventors have found that when a plurality of optical fibers are laid, light (stray light) that is emitted from an adjacent optical fiber and strays into a certain optical fiber becomes a major problem in performing single-photon communication. .

そこで,本発明は,上記の迷光の影響を適切に回避できる迷光対策システム及び迷光対策方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a stray light countermeasure system and a stray light countermeasure method that can appropriately avoid the influence of the stray light.

本発明は,基本的には,これまで影響が検討されていなかった迷光を検出し,検出した迷光の影響のない波長の光子を用いることで,複数の光ファイバを敷設した場合であっても,隣接する光ファイバからの迷光の影響を抑えることができるという知見に基づく。更に本発明は,波長可変狭帯域フィルタと単一光子検出器とを組み合わせた分析計を用いることで,上記の迷光を適切に分析できるという知見に基づく。   Even if a plurality of optical fibers are laid, the present invention basically detects stray light whose influence has not been studied so far, and uses photons of wavelengths that are not affected by the detected stray light. Based on the knowledge that the influence of stray light from adjacent optical fibers can be suppressed. Furthermore, the present invention is based on the knowledge that the stray light can be appropriately analyzed by using an analyzer that combines a wavelength tunable narrowband filter and a single photon detector.

本発明の第1の側面は,光子を用いる光通信システムに関する。このシステムは,通常複数の光ファイバが敷設されている。そして,敷設される光ファイバは,光子が伝搬する第1の光ファイバ11と,第1の光ファイバに隣接する第2の光ファイバ12を有する。このシステムは,迷光検出装置13と光子波長決定装置14とを有する。迷光検出装置13は,第2の光ファイバから漏れ出し,第1の光ファイバに侵入した迷光を検出するための装置である。光子波長決定装置14は,迷光検出装置13が検出した迷光に関する情報を用いて,第1の光ファイバ11において用いられる光子の波長を求めるための装置である。   The first aspect of the present invention relates to an optical communication system using photons. This system is usually laid with multiple optical fibers. And the laid optical fiber has the 1st optical fiber 11 which a photon propagates, and the 2nd optical fiber 12 adjacent to a 1st optical fiber. This system includes a stray light detection device 13 and a photon wavelength determination device 14. The stray light detection device 13 is a device for detecting stray light that leaks from the second optical fiber and enters the first optical fiber. The photon wavelength determination device 14 is a device for obtaining the wavelength of a photon used in the first optical fiber 11 using information on stray light detected by the stray light detection device 13.

このシステムは,迷光検出装置13が迷光を測定し,光子波長決定装置14が,迷光による影響の少ない波長を決定することができるため,そのような迷光の影響の少ない波長の光(光子)を用いた情報通信を行うことができる。   In this system, since the stray light detection device 13 measures stray light and the photon wavelength determination device 14 can determine a wavelength that is less affected by stray light, light (photons) having a wavelength less affected by such stray light is used. The used information communication can be performed.

このシステムの好ましい態様は,迷光検出装置13が,波長可変狭帯域フィルタ21と単一光子検出器22とを有するものである。このシステムの好ましい態様は,迷光検出装置13は,第1の光ファイバに侵入した迷光の波長及び強度(カウント数)を測定する装置に関する。   In a preferred embodiment of this system, the stray light detection device 13 includes a variable wavelength narrow band filter 21 and a single photon detector 22. In a preferred embodiment of this system, the stray light detection device 13 relates to a device that measures the wavelength and intensity (count number) of stray light that has entered the first optical fiber.

波長可変狭帯域フィルタ21が,例えば隣接する光ファイバにおいて通信に用いられている光波長領域を含む波長領域を掃引しつつ,単一光子検出器22が第1の光ファイバから出力される光子を検出することで,迷光の波長とカウント数を集計した迷光スペクトルを得ることができる。このため,光子波長決定装置14は迷光スペクトルに関する情報を用いて,単一光子を出力できる波長領域から,迷光の影響の少ない波長領域を選択することができる。   The single-photon detector 22 scans the photons output from the first optical fiber while the variable-wavelength narrowband filter 21 sweeps the wavelength region including the optical wavelength region used for communication in the adjacent optical fiber, for example. By detecting, the stray light spectrum which totaled the wavelength and count number of the stray light can be obtained. For this reason, the photon wavelength determination device 14 can select a wavelength region with less influence of stray light from a wavelength region in which a single photon can be output using information on the stray light spectrum.

このシステムの好ましい態様は,光子波長決定装置14が,第1の光ファイバ11に出力できる光子の波長領域を記憶し,記憶した光子の波長領域において,迷光検出装置13から受け取った迷光の強度が最も小さい波長領域又は所定の閾値より小さい波長領域を求めることにより,第1の光ファイバ11において用いられる光子の波長を求める装置に関する。   In the preferred embodiment of this system, the photon wavelength determining device 14 stores the wavelength region of photons that can be output to the first optical fiber 11, and the intensity of the stray light received from the stray light detection device 13 is stored in the stored wavelength region of the photons. The present invention relates to an apparatus for obtaining the wavelength of a photon used in a first optical fiber 11 by obtaining the smallest wavelength region or a wavelength region smaller than a predetermined threshold.

この態様のシステムは,例えばコンピュータを用いることで,自動的に迷光の影響の少ない光子の波長を決定し,そのような光子を出力することができる。   The system of this aspect can automatically determine the wavelength of a photon with little influence of stray light and output such a photon by using, for example, a computer.

このシステムの好ましい態様は,光子波長決定装置14により求められた波長を有する光子を用いて量子鍵を生成し,第1の光ファイバ11へ出力する量子鍵配送装置31を更に有するものである。   A preferred embodiment of this system further includes a quantum key distribution device 31 that generates a quantum key using a photon having a wavelength obtained by the photon wavelength determination device 14 and outputs the quantum key to the first optical fiber 11.

この態様のシステムは,迷光の影響の少ない光子の波長の量子鍵を生成できるため,極めて正確な量子鍵通信システムとして機能する。   Since the system of this aspect can generate a quantum key having a photon wavelength with little influence of stray light, it functions as an extremely accurate quantum key communication system.

本発明の第2の側面は,光子が伝搬する第1の光ファイバ11を含む複数の光ファイバが敷設された光ファイバシステムにおいて,第1の光ファイバ11へ出力される光子の波長を決定する方法に関する。そして,この方法は,第1の光ファイバに侵入した迷光を検出する迷光検出工程と,迷光検出工程において検出された迷光に関する情報を用いて,第1の光ファイバ11において用いられる光子の波長を求める光子波長決定工程と,を含む。   The second aspect of the present invention determines the wavelength of a photon output to the first optical fiber 11 in an optical fiber system in which a plurality of optical fibers including the first optical fiber 11 through which photons propagate is laid. Regarding the method. Then, this method uses the stray light detection step for detecting stray light that has entered the first optical fiber, and the information on the stray light detected in the stray light detection step, to determine the wavelength of the photon used in the first optical fiber 11. And a desired photon wavelength determining step.

本発明は,迷光の波長及び強度を適切に把握し,迷光の影響の少ない波長の光又は光子を選択することで,迷光の影響を適切に回避できる迷光対策システム及び迷光対策方法を提供することができる。   The present invention provides a stray light countermeasure system and a stray light countermeasure method capable of appropriately avoiding the influence of stray light by appropriately grasping the wavelength and intensity of stray light and selecting light or photons having a wavelength that is less affected by stray light. Can do.

図1は,本発明の単一光子通信システムを説明するための概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a single photon communication system of the present invention. 図2は,本発明の単一光子通信のフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart of the single photon communication of the present invention. 図3は,実施例における迷光スペクトルを示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a stray light spectrum in the example.

以下,図面に基づいて本発明を説明する。本発明は,以下の説明に限定されるものではなく,当業者に自明な範囲で適宜修正したものも含まれる。   The present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following description, and includes modifications appropriately made within the scope obvious to those skilled in the art.

図1は,本発明の単一光子通信システムを説明するための概念図である。このシステムは,通常複数の光ファイバが敷設されている。そして,図1に示されるように,敷設される光ファイバは,光源10から放出された光子が伝搬する第1の光ファイバ11と,第1の光ファイバに隣接する第2の光ファイバ12を有する。このシステムは,迷光検出装置13と光子波長決定装置14とを有する。単一光子通信システムは,単一光子を用いて情報通信を行うためのシステムである。そして,このシステムの光子を伝搬するための伝送路の例は,光ファイバである。単一光子通信システムの例は,量子鍵配信システムである。単一光子を用いた量子鍵配信システムは,例えば,特開2011-182283号公報,特開2011-109302号公報,特開2011-66497号公報,特許4625907号公報,及び特許4724035号公報に開示されるように,既に知られている。本明細書は,上記の文献の全体を引用することにより取り込むものである。第1の光ファイバに隣接する第2の光ファイバ12は,例えば,第1の光ファイバに第2の光ファイバ12が接触している状態であってもよいし,第1の光ファイバのコアと第2の光ファイバ12のコアとが1cm以上1m以下の距離にある場合や1cm以上10cm以下の距離にある場合があげられる。光ファイバは,光子又は光が伝搬するコア部分と,コア部分を取り囲む部位とを有する。光ファイバ中のコアは通常1つであるが,1つの光ファイバに複数のコアを含むものであってもよい。その場合,それぞれのコアが光ファイバとして機能する。このため,本発明は1つの光ファイバ内に2以上のコアが含まれており,あるコアに由来する光子が別のコアに迷い込む場合をも含む。つまり,いわゆるマルチコアファイバについてはそれぞれのコアが本発明の光ファイバとして機能することとなる。マルチコアファイバは,コア間の距離が近く空間を隔てないため,本発明のシステムを特に有効に利用できる。   FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a single photon communication system of the present invention. This system is usually laid with multiple optical fibers. As shown in FIG. 1, the installed optical fiber includes a first optical fiber 11 through which photons emitted from the light source 10 propagate and a second optical fiber 12 adjacent to the first optical fiber. Have. This system includes a stray light detection device 13 and a photon wavelength determination device 14. The single photon communication system is a system for performing information communication using a single photon. An example of a transmission path for propagating photons of this system is an optical fiber. An example of a single photon communication system is a quantum key distribution system. Quantum key distribution systems using single photons are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2011-182283, 2011-109302, 2011-66497, Japanese Patent No. 4625907, and Japanese Patent No. 4724035. As it is already known. This specification is incorporated by reference in its entirety. For example, the second optical fiber 12 adjacent to the first optical fiber may be in a state where the second optical fiber 12 is in contact with the first optical fiber, or the core of the first optical fiber. And the core of the second optical fiber 12 may be 1 cm or more and 1 m or less, or may be 1 cm or more and 10 cm or less. The optical fiber has a core part through which photons or light propagates and a part surrounding the core part. Although the number of cores in an optical fiber is usually one, one optical fiber may include a plurality of cores. In that case, each core functions as an optical fiber. For this reason, the present invention includes a case where two or more cores are included in one optical fiber, and a photon derived from one core strays into another core. That is, for so-called multi-core fibers, each core functions as the optical fiber of the present invention. Since the multi-core fiber has a short distance between the cores and does not separate the space, the system of the present invention can be used particularly effectively.

このシステムは,迷光検出装置13が迷光を測定し,光子波長決定装置14が,迷光による影響の少ない波長を決定することができるため,そのような迷光の影響の少ない波長の光(光子)を用いた情報通信を行うことができる。   In this system, since the stray light detection device 13 measures stray light and the photon wavelength determination device 14 can determine a wavelength that is less affected by stray light, light (photons) having a wavelength less affected by such stray light is used. The used information communication can be performed.

迷光検出装置13は,第2の光ファイバから漏れ出し,第1の光ファイバに侵入した迷光を検出するための装置である。迷光検出装置13の例は,波長可変狭帯域フィルタ21と単一光子検出器22とを有するものである。波長可変狭帯域フィルタ21は,透過する光の波長領域を変化させることができる光フィルタである。波長可変狭帯域フィルタ21の光透過領域は,隣接する光ファイバにおいて伝搬する光の波長をカバーする領域であればよい。波長可変狭帯域フィルタ自体は既に知られているため,本発明においては公知の波長可変狭帯域フィルタを適宜用いることができる。一方,本発明の波長可変狭帯域フィルタ21は,後述するコンピュータ30に接続されており,透過する波長領域を制御できるようにされていることが好ましい。単一光子検出器22は,例えば光子数を計測できる機器である。すると,迷光検出装置13は,波長可変狭帯域フィルタ21により波長を選択する。そして,単一光子検出器22が,選択された波長における光子の数を計測する。このようにして,迷光検出装置13は,第1の光ファイバに侵入した迷光の波長及び強度(カウント数)を測定することができる。すなわち,波長可変狭帯域フィルタ21が,例えば隣接する光ファイバにおいて通信に用いられている光波長領域を含む波長領域を掃引しつつ,単一光子検出器22が第1の光ファイバから出力される光子を検出することで,迷光の波長とカウント数を集計した迷光スペクトルを得ることができる。このため,光子波長決定装置14は迷光スペクトルに関する情報を用いて,単一光子を出力できる波長領域から,迷光の影響の少ない波長領域を選択することができる。   The stray light detection device 13 is a device for detecting stray light that leaks from the second optical fiber and enters the first optical fiber. An example of the stray light detection device 13 includes a variable wavelength narrow band filter 21 and a single photon detector 22. The variable wavelength narrow band filter 21 is an optical filter that can change the wavelength region of the transmitted light. The light transmission region of the variable wavelength narrow band filter 21 may be any region that covers the wavelength of light propagating in the adjacent optical fiber. Since the wavelength tunable narrowband filter itself is already known, a known wavelength tunable narrowband filter can be appropriately used in the present invention. On the other hand, the tunable narrowband filter 21 of the present invention is preferably connected to a computer 30 to be described later so as to be able to control the transmitted wavelength region. The single photon detector 22 is a device that can measure the number of photons, for example. Then, the stray light detection device 13 selects a wavelength by the variable wavelength narrow band filter 21. A single photon detector 22 then counts the number of photons at the selected wavelength. In this way, the stray light detection device 13 can measure the wavelength and intensity (count number) of stray light that has entered the first optical fiber. That is, the single-photon detector 22 is output from the first optical fiber while the tunable narrowband filter 21 sweeps the wavelength region including the optical wavelength region used for communication in the adjacent optical fiber, for example. By detecting photons, it is possible to obtain a stray light spectrum in which the stray light wavelength and the number of counts are tabulated. For this reason, the photon wavelength determination device 14 can select a wavelength region with less influence of stray light from a wavelength region in which a single photon can be output using information on the stray light spectrum.

光子波長決定装置14は,迷光検出装置13が検出した迷光に関する情報を用いて,第1の光ファイバ11において用いられる光子の波長を求めるための装置である。光子波長決定装置14は,例えば,第1の光ファイバ11に出力できる光子の波長領域を記憶し,記憶した光子の波長領域において,迷光検出装置13から受け取った迷光の強度が最も小さい波長領域又は所定の閾値より小さい波長領域を求めることにより,第1の光ファイバ11において用いられる光子の波長を求める。光子波長決定装置14は,例えば,迷光検出装置13からの出力を受け取ることができるように接続されている。また光子波長決定装置14は,例えば,迷光検出装置13の動作を制御するコンピュータ30と接続されている。このコンピュータは,入出力部,制御部,演算部及び記憶部を有し,入力された序法に基づいて適宜記憶部から制御プログラムを読み出し,制御部が演算部に所定の演算を行わせることができる。このため,光子波長決定装置14は,迷光検出装置13が検出した迷光に関する情報を受け取り,迷光のカウントが少ない波長領域を把握する。コンピュータ30は,光子波長決定装置14からの出力を受け取り,光源10である単一光子発生器が出力する単一光子の波長を調整する。このように,このシステムは,コンピュータを用いることで,自動的に迷光の影響の少ない光子の波長を決定し,そのような光子を出力することができる。   The photon wavelength determination device 14 is a device for obtaining the wavelength of a photon used in the first optical fiber 11 using information on stray light detected by the stray light detection device 13. The photon wavelength determination device 14 stores, for example, a wavelength region of photons that can be output to the first optical fiber 11, and in the stored wavelength region of photons, a wavelength region in which the intensity of stray light received from the stray light detection device 13 is the smallest or The wavelength of a photon used in the first optical fiber 11 is obtained by obtaining a wavelength region smaller than a predetermined threshold. The photon wavelength determination device 14 is connected so that it can receive the output from the stray light detection device 13, for example. The photon wavelength determination device 14 is connected to, for example, a computer 30 that controls the operation of the stray light detection device 13. This computer has an input / output unit, a control unit, a calculation unit, and a storage unit, and appropriately reads out a control program from the storage unit based on the input order, and the control unit causes the calculation unit to perform a predetermined calculation. Can do. For this reason, the photon wavelength determination device 14 receives information on the stray light detected by the stray light detection device 13 and grasps a wavelength region where the stray light count is small. The computer 30 receives the output from the photon wavelength determining device 14 and adjusts the wavelength of the single photon output from the single photon generator that is the light source 10. In this way, this system can automatically determine the wavelength of a photon that is less affected by stray light and output such a photon by using a computer.

このシステムの好ましい態様は,光子波長決定装置14により求められた波長を有する光子を用いて量子鍵を生成し,第1の光ファイバ11へ出力する量子鍵配送装置31を更に有する。この態様のシステムは,迷光の影響の少ない光子の波長の量子鍵を生成できるため,極めて正確な量子鍵通信システムとして機能する。単一光子を用いた量子鍵配送装置は公知であるため,公知の量子鍵配送装置を用いることができる。   A preferred embodiment of this system further includes a quantum key distribution device 31 that generates a quantum key using a photon having a wavelength obtained by the photon wavelength determination device 14 and outputs the quantum key to the first optical fiber 11. Since the system of this aspect can generate a quantum key having a photon wavelength with little influence of stray light, it functions as an extremely accurate quantum key communication system. Since a quantum key distribution device using a single photon is known, a known quantum key distribution device can be used.

量子鍵配送装置31は,量子鍵を配送するため装置である。量子鍵配送装置は,量子鍵を発生させ,所定の装置へ向けて送信できるものであればよい。量子鍵配送装置の例は,特開2011−182283号公報に開示されたものや,特開2008−205993号公報,特開2007−318445号公報,及び特開2012−4955号公報に開示されたものである。このように既に知られているため,本発明においては,公知の量子鍵配送装置を適宜用いることができる。また,量子鍵を乱数として用いて,情報を暗号化する方法も公知である。   The quantum key distribution device 31 is a device for distributing quantum keys. The quantum key distribution device may be any device that can generate a quantum key and transmit it to a predetermined device. Examples of quantum key distribution devices are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-182283, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-209933, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-318445, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-4955. Is. Since it is already known, a known quantum key distribution device can be used as appropriate in the present invention. A method of encrypting information using a quantum key as a random number is also known.

特開2008−205993号公報に開示された量子暗号装置は,非対称マッハツェンダー干渉計(AMZI)を用いた量子暗号装置である。この量子暗号装置は,偏波モードとタイムビン(time−bin)モードの最大縺れ状態を達成することができる。この量子暗号装置は,主にタイムビンパルスの自由度に情報を載せてファイバなどの伝送路を伝搬させるものである。この量子鍵配送装置の動作原理は,特開2008−205993号公報に開示されている。このため,当業者であれば,この公報に基づいて本発明において用いられる量子鍵配送装置を得ることができる。   The quantum cryptography device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-205993 is a quantum cryptography device using an asymmetric Mach-Zehnder interferometer (AMZI). This quantum cryptography device can achieve the maximum drowning state of the polarization mode and the time-bin mode. This quantum cryptography device mainly carries information on the degree of freedom of a time bin pulse and propagates it through a transmission line such as a fiber. The operating principle of this quantum key distribution device is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2008-205993. Therefore, those skilled in the art can obtain the quantum key distribution device used in the present invention based on this publication.

特開2007−318445号公報に開示された量子鍵配送装置は,量子もつれ光子対を生成する光源と,生成された量子もつれ光子対を,その中心周波数において高周波帯と低周波帯の2つの帯域に分離するバンド分離フィルタを有するものがあげられる。この装置は,分離された高周波数帯の光を受信する第1の通信装置であって、高周波帯の光を複数の波長チャネルに分割し、各波長チャネルにおいて高周波帯の光を測定する装置を有する。さらに,この装置は分離された低周波数帯の光を受信する第2の通信装置であって、低周波帯の光を複数の波長チャネルに分割し、各波長チャネルにおいて低周波帯の光を測定する装置を有する。この量子鍵配送装置の動作原理は,特開2007−318445号公報に開示されている。このため,当業者であれば,この公報に基づいて本発明において用いられる量子鍵配送装置を得ることができる。   A quantum key distribution device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-318445 includes a light source that generates a entangled photon pair and a generated quantum entangled photon pair in two bands, a high frequency band and a low frequency band at the center frequency. There are those having a band separation filter that separates them. This device is a first communication device that receives separated high frequency band light, and divides the high frequency band light into a plurality of wavelength channels, and measures the high frequency band light in each wavelength channel. Have. Furthermore, this device is a second communication device that receives the separated light in the low frequency band, and divides the light in the low frequency band into a plurality of wavelength channels and measures the light in the low frequency band in each wavelength channel. Have a device to The operating principle of this quantum key distribution device is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-318445. Therefore, those skilled in the art can obtain the quantum key distribution device used in the present invention based on this publication.

特開2012−4955号公報に開示された量子鍵配送装置は,波長の異なる2種の光子対を発生させ,それぞれを非対称マッハツェンダー干渉計に入射させてタイムビン(time−bin)縺れ状態とする。そして,2種の波長を有する光子対は,それぞれ光ファイバ伝送に適した波長と,自由空間伝送及び光子検出に適した波長とする。この量子鍵配送システムは,2種の波長を有する縺れ光子対を複数組用いて,スワッピングを行うことで,長距離間における量子鍵配送(QKD)を達成することができるというものである。この量子鍵配送装置の動作原理は,特開2012−4955号公報に開示されている。このため,当業者であれば,この公報に基づいて本発明において用いられる量子鍵配送装置を得ることができる。   The quantum key distribution device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-4955 generates two types of photon pairs having different wavelengths, and enters each of them into an asymmetric Mach-Zehnder interferometer to make a time-bin drowning state. . The photon pair having two types of wavelengths has a wavelength suitable for optical fiber transmission and a wavelength suitable for free space transmission and photon detection. This quantum key distribution system can achieve quantum key distribution (QKD) over a long distance by performing swapping using a plurality of pairs of twisted photon pairs having two wavelengths. The operating principle of this quantum key distribution device is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-4955. Therefore, those skilled in the art can obtain the quantum key distribution device used in the present invention based on this publication.

本明細書における量子鍵は,量子鍵配送装置により生成される量子鍵であってもよいし,量子鍵配送装置が真正乱数発生機又は擬似乱数発生機を含み,これらの乱数発生機で生成した共通乱数などの鍵であってもよい。   The quantum key in this specification may be a quantum key generated by a quantum key distribution device, or the quantum key distribution device includes a genuine random number generator or a pseudo-random number generator and is generated by these random number generators. It may be a key such as a common random number.

本発明のシステムの好ましい態様は,上記の迷光検出を所定の頻度で行い,通信に用いられる単一光子の波長を自動的に変化させるものである。一方,単一光子通信では,迷光のほかに,第三者からの攻撃により正確な通信を行えなくなる場合がある。このため,このシステムの好ましい態様は,ビットエラーレートを測定するためのビットエラーレート測定装置23を更に有するものである。すなわち,この態様のシステムは,ビットエラーレートを所定の頻度で測定し,ビットエラーレートが所定の閾値を越えた場合には,攻撃を受けていると判断する。そして,システムが攻撃を受けている場合には,例えば単一光子通信を中断するといった対処を行う。   In a preferred embodiment of the system of the present invention, the above stray light detection is performed at a predetermined frequency, and the wavelength of a single photon used for communication is automatically changed. On the other hand, in single photon communication, in addition to stray light, accurate communication may not be possible due to attacks from third parties. Therefore, a preferred embodiment of this system further includes a bit error rate measuring device 23 for measuring the bit error rate. That is, the system of this aspect measures the bit error rate at a predetermined frequency, and determines that the user is under attack when the bit error rate exceeds a predetermined threshold. Then, when the system is under attack, for example, the single photon communication is interrupted.

本発明の第2の側面は,光子が伝搬する第1の光ファイバ11を含む複数の光ファイバが敷設された光ファイバシステムにおいて,第1の光ファイバ11へ出力される光子の波長を決定する方法に関する。そして,この方法は,第1の光ファイバに侵入した迷光を検出する迷光検出工程(S101)と,迷光検出工程において検出された迷光に関する情報を用いて,第1の光ファイバ11において用いられる光子の波長を求める光子波長決定工程(S102)と,を含む。そして,この方法は,光子波長決定工程(S102)で決定した波長の光子を第1の光ファイバに出力する(光子出力工程(S103)ことで,迷光の影響が少ない波長の光子を用いて単一光子通信を行うことができる。もっとも,本発明は,迷光検出工程(S101)及び光子波長決定工程(S102)を繰り返し行って,リアルタイムに迷光の影響の少ない波長領域を把握し,迷光の影響が少ない波長の光子を第1の光ファイバへ出力するものがこのましい。さらに,先に説明したビットエラーレートの測定もリアルタイムに行って,第1の光ファイバへ出力する光子を制御するものが好ましい。   The second aspect of the present invention determines the wavelength of a photon output to the first optical fiber 11 in an optical fiber system in which a plurality of optical fibers including the first optical fiber 11 through which photons propagate is laid. Regarding the method. This method uses a stray light detection step (S101) for detecting stray light that has entered the first optical fiber, and a photon used in the first optical fiber 11 by using information on stray light detected in the stray light detection step. And a photon wavelength determining step (S102) for determining the wavelength of the light. In this method, the photons having the wavelength determined in the photon wavelength determining step (S102) are output to the first optical fiber (the photon output step (S103) is performed using the photons having the wavelength that is less affected by stray light. However, in the present invention, the stray light detection step (S101) and the photon wavelength determination step (S102) are repeatedly performed to grasp the wavelength region where the influence of the stray light is small, and the influence of the stray light. It is preferable to output photons with few wavelengths to the first optical fiber, and to control the photons output to the first optical fiber by measuring the bit error rate described above in real time. Is preferred.

独立行政法人情報通信研究機構(東京都小金井市:NICT)及び大手町間の約45kmに100往復するように光ファイバを敷設した。NICTへ戻る92番目,97番目,98番目及び99番目のループをそれぞれ光ファイバ1,2,3及び4とした。光ファイバ1,2,3及び4に波長可変狭帯域フィルタ及び単一光子検出器をそれぞれ接続した。そのうえで,波長可変狭帯域フィルタの透過帯域を掃引し,それぞれの波長における光子のカウント数を,単一光子検出器を用いて検出した。その結果を,図3に示す。この実施例では,1549nm付近に迷光の影響が少ないことがわかった。そのため,単一光子として1549nmの波長に量子チャネルを調整した。この迷光の影響の少ない波長の単一光子を用いることで,精度の高い量子鍵配送システムを実現できた。   An optical fiber was laid to make 100 round trips at approximately 45 km between the National Institute of Information and Communications Technology (Koganei City, Tokyo: NICT) and Otemachi. The 92nd, 97th, 98th and 99th loops returning to NICT were designated as optical fibers 1, 2, 3 and 4, respectively. A tunable narrowband filter and a single photon detector were connected to the optical fibers 1, 2, 3, and 4, respectively. In addition, the transmission band of the tunable narrowband filter was swept, and the photon count at each wavelength was detected using a single photon detector. The result is shown in FIG. In this example, it was found that the influence of stray light was small near 1549 nm. Therefore, the quantum channel was adjusted to a wavelength of 1549 nm as a single photon. By using a single photon with a wavelength that is less affected by stray light, a highly accurate quantum key distribution system could be realized.

本発明は,情報通信の分野にて利用され得る。   The present invention can be used in the field of information communication.

10 光源; 11 第1の光ファイバ; 12 第2の光ファイバ; 13 迷光検出装置; 14 光子波長決定装置;
21 波長可変狭帯域フィルタ; 22 単一光子検出器; 23 ビットエラーレート測定装置;
30 コンピュータ; 31 量子鍵配送装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light source; 11 1st optical fiber; 12 2nd optical fiber; 13 Stray light detection apparatus; 14 Photon wavelength determination apparatus;
21 Tunable narrowband filter; 22 Single photon detector; 23 Bit error rate measuring device;
30 computers; 31 quantum key distribution device

Claims (6)

光子が伝搬する第1の光ファイバ(11)と,
前記第1の光ファイバに隣接する第2の光ファイバ(12)と,
前記第2の光ファイバから漏れ出し,前記第1の光ファイバに侵入した迷光を検出するための,迷光検出装置(13)と,
前記迷光検出装置(13)が検出した迷光に関する情報を用いて,前記第1の光ファイバ(11)において用いられる光子の波長を求める光子波長決定装置(14)と,
を有するシステム。
A first optical fiber (11) through which photons propagate;
A second optical fiber (12) adjacent to the first optical fiber;
A stray light detection device (13) for detecting stray light leaking from the second optical fiber and entering the first optical fiber;
A photon wavelength determining device (14) for determining a wavelength of a photon used in the first optical fiber (11) using information on the stray light detected by the stray light detecting device (13);
Having a system.
請求項1に記載のシステムであって,
前記迷光検出装置(13)は,
波長可変狭帯域フィルタ(21)と単一光子検出器(22)とを有する,
システム。
The system of claim 1, comprising:
The stray light detection device (13)
A tunable narrowband filter (21) and a single photon detector (22);
system.
請求項1又は2に記載のシステムであって,
前記迷光検出装置(13)は,
前記第1の光ファイバに侵入した迷光の波長及び強度を測定する装置である,
システム。
The system according to claim 1 or 2, wherein
The stray light detection device (13)
An apparatus for measuring the wavelength and intensity of stray light that has entered the first optical fiber.
system.
請求項3に記載のシステムであって,
前記光子波長決定装置(14)は,
前記第1の光ファイバ(11)に出力できる光子の波長領域を記憶し,記憶した前記光子の波長領域において,前記迷光検出装置(13)から受け取った迷光の強度が最も小さい波長領域又は所定の閾値より小さい波長領域を求めることにより,前記第1の光ファイバ(11)において用いられる光子の波長を求める装置である,
システム。
A system according to claim 3, wherein
The photon wavelength determining device (14) includes:
A wavelength region of photons that can be output to the first optical fiber (11) is stored, and in the stored wavelength region of the photons, a wavelength region in which the intensity of stray light received from the stray light detection device (13) is the smallest or a predetermined value is stored. An apparatus for determining a wavelength of a photon used in the first optical fiber (11) by determining a wavelength region smaller than a threshold;
system.
請求項1に記載のシステムであって,
前記光子波長決定装置(14)により求められた波長を有する光子を用いて量子鍵を生成し,前記第1の光ファイバ(11)へ出力する量子鍵配送装置(31)を更に有する,
システム。
The system of claim 1, comprising:
A quantum key distribution device (31) for generating a quantum key using a photon having a wavelength determined by the photon wavelength determination device (14) and outputting the quantum key to the first optical fiber (11);
system.
光子が伝搬する第1の光ファイバ(11)を含む複数の光ファイバが敷設された光ファイバシステムにおいて,前記第1の光ファイバ(11)へ出力される光子の波長を決定する方法であって,
前記第1の光ファイバに侵入した迷光を検出する迷光検出工程と,
前記迷光検出工程において検出された迷光に関する情報を用いて,前記第1の光ファイバ(11)において用いられる光子の波長を求める光子波長決定工程と,
を含む方法。


A method for determining a wavelength of a photon output to the first optical fiber (11) in an optical fiber system in which a plurality of optical fibers including a first optical fiber (11) through which a photon propagates is laid. ,
A stray light detection step of detecting stray light that has entered the first optical fiber;
A photon wavelength determining step for determining a wavelength of a photon used in the first optical fiber (11) using information on the stray light detected in the stray light detecting step;
Including methods.


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