JP2021166364A - 信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】データの送受信における設備や時間あたりの伝送効率を向上させることができる信号処理装置を提供する。【解決手段】光送信装置１の光出力部１１１は、ｎ個（ｎは２以上の整数値）の送信対象のデータの夫々に基づく、互いに波長の異なるｎ個の光信号の夫々を出力する。多重器１１２は、ｎ個の光信号の夫々を、波長について多重化をされた１個の光信号とする。暗号化部１１３は、多重化をされた光信号を、Ｙ−００プロトコルに基づいて多値に変調をして暗号信号とする。【選択図】図５

Description

本発明は、信号処理装置に関する。

近年、情報通信においてセキュリティ対策の重要性が高まっている。インターネットを構成するネットワークシステムは、国際標準化機構に依り策定されたＯＳＩ参照モデルで記述される。ＯＳＩ参照モデルでは、レイヤ１の物理層からレイヤ７のアプリケーション層までに分離され、夫々のレイヤを結ぶインターフェースが標準化、又は、デファクトにより規格化されている。このうち最下層となるのが、有線・無線で実際に信号の送受信を行う役割を担う物理層である。
現状、セキュリティ（多くの場合数理暗号に依る）は、レイヤ２以上で実装されており、物理層ではセキュリティ対策が施されていない。しかしながら、物理層でも盗聴の危険性がある。
例えば、有線通信の代表である光ファイバ通信では、光ファイバに分岐を導入し、信号パワーの一部を取り出すことで大量の情報を一度に盗み出すことが原理的に可能である。そこで、本出願人は、物理層における暗号化技術として、例えば特許文献１に挙げる所定のプロトコルの開発を行っている。

特許５１７０５８６号公報

一方で、高画質の画像の配信サービス等が普及する中、データの送受信における設備や時間あたりの伝送効率を向上させることが望まれている。しかしながら、送受信の対象となるデータに特許文献１に記載のプロトコルを単に適用しただけでは、このような要求に十分に応えることは困難な状況である。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、データの送受信における設備や時間あたりの伝送効率を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様の信号処理装置は、
ｎ個（ｎは２以上の整数値）の送信対象のデータの夫々に基づく、互いに波長の異なるｎ個の第１種光信号の夫々を出力する光出力手段と、
ｎ個の前記第１種光信号の夫々を、波長について多重化をされた１個の第２種光信号とする多重化手段と、
前記第２種光信号を、所定のアルゴリズムに基づいて多値に変調をして第３種光信号とする多値変調手段と、
を備える。
上記目的を達成するため、本発明の一態様の信号処理装置は、
ｎ個（ｎは２以上の整数値）の波長について多重化をされた後、所定のアルゴリズムに基づいて多値に第１変調をされた第１種光信号を、
前記所定のアルゴリズムに対応するアルゴリズムに基づいた第２変調により、波長について多重化をされた第２種光信号とする変調手段と、
前記第２種光信号を、ｎ個の第３種光信号の夫々に分離をする分離手段と、
を備える。

本発明によれば、データの送受信における設備や時間あたりの伝送効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る光送信装置及び光受信装置を含む送受信システムの構成の一例を示すブロック図である。 図１の送受信システムに適用されたＹ−００光通信量子暗号の原理の概要を説明する図である。 図２に示すＣ変調の位相変調におけるＮ＝４０９６のシンボル点の配置のうち、隣接する３つのシンボル点の配置が視認できるように、図２に示すＣ変調を拡大した図である。 図１の光送信装置の基礎となる光送信装置の詳細な構成例を示すブロック図である。 図１の光送信装置の詳細な構成例を示すブロック図である。 図５の光送信装置に含まれる複数の波長の光信号の出力に係る構成のうち、ある１つの波長の光信号の出力に係る詳細な構成例を示すブロック図である。 図５の光送信装置に含まれる複数の波長の光信号の出力に係る構成のうち、ある１つの波長の光信号の出力に係る詳細な構成例であって、図６と異なる例を示すブロック図である。 図５の光送信装置の構成のうち、波長について多重化された光信号の暗号化に係る詳細な構成例を示すブロック図である。 図５の光送信装置の構成のうち、波長について多重化された光信号の暗号化に係る詳細な構成例であって、図８と異なる例を示すブロック図である。 図５の光送信装置の構成のうち、波長について多重化された光信号の暗号化に係る詳細な構成例であって、図８及び図９と異なる例を示すブロック図である。 図１の光送信装置の基礎となる光受信装置の詳細な構成例を示すブロック図である。 図１の光受信装置の詳細な構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る光送信装置及び光受信装置を含む送受信システムの構成の一例を示すブロック図である。
図１の例の送受信システムは、光送信装置１と、光受信装置２と、それらを接続する光通信ケーブル３とを含むように構成されている。

光送信装置１は、送信データ提供部１１−１乃至１１−ｎ（ｎは、２以上の整数値）と、暗号鍵提供部１２と、暗号信号生成部１３と、暗号信号送信部１４とを含むように構成されている。

送信データ提供部１１−１乃至１１−ｎの夫々は、送信対象の平文のデータを生成し又は図示せぬ生成元から取得し、送信データの夫々として暗号信号生成部１３に提供する。
暗号鍵提供部１２は、暗号信号生成部１３における暗号化に用いる暗号鍵を、暗号信号生成部１３に提供する。なお、暗号鍵は、光送信装置１と光受信装置２とで、暗号化及び復号で用いることが可能な鍵であれば足り、その提供元（生成場所や保存場所）や提供方法、及び暗号化・復号方式は特に限定されない。
暗号信号生成部１３は、送信データ提供部１１−１乃至１１−ｎの夫々から提供された送信データの夫々を、複数の波長の光信号の夫々とした後に波長について多重化して、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵を用いて暗号化して、後述の暗号信号送信部１４に提供する。なお、暗号信号生成部１３から生成される光信号、即ち、暗号化された送信データが重畳された光信号を、以下、「暗号信号」と呼ぶ。
暗号信号送信部１４は、暗号信号生成部１３から生成された暗号信号を、必要に応じて増幅等したうえで、光通信ケーブル３を介して光受信装置２に送信する。

上述のように、暗号信号（光信号）は、光送信装置１から出力されて、光通信ケーブル３で伝送されて、光受信装置２に受信される。
光受信装置２は、受信した暗号信号を復号することで、平文のデータ（送信データ）を復元させる。このため、光受信装置２は、暗号信号受信部２１と、暗号鍵提供部２２と、暗号信号復号部２３とを含むように構成されている。

暗号信号受信部２１は、波長について多重化された暗号信号（光信号）を受信し、必要に応じて増幅や補償等したうえで、暗号信号復号部２３に提供する。
暗号鍵提供部２２は、暗号信号を復号する際に用いる暗号鍵を、暗号信号復号部２３に提供する。
暗号信号復号部２３は、暗号信号受信部２１から提供された波長について多重化された暗号信号を、波長の成分の夫々について分離し、暗号鍵提供部２２から提供された暗号鍵を用いて復号することで、平文のデータ（送信データ）の夫々を復元させる。

このように、本実施形態では暗号信号は、光通信ケーブル３により伝送される光信号を例として採用されている。このため、図１の例では、暗号信号の通信方式として、有線通信の代表である光ファイバ通信が採用されている。
光ファイバ通信では、第三者が、光ファイバに分岐を導入し、信号パワーの一部を取り出すことで、大量の情報（ここでは暗号信号）を一度に盗み出すことが原理的に可能である。
このため、暗号信号がたとえ盗み出されたとしても、その暗号信号の意味内容、即ち平文（送信データ）の内容を第三者に認識させないようにする手法が必要である。
本出願人は、このような手法として、Ｙ−００光通信量子暗号を用いた手法を開発している。

Ｙ−００光通信量子暗号は、「量子雑音の効果で暗号文を正しく取得できないこと」を特徴としており、本出願人により開発されたものである。
Ｙ−００光通信量子暗号において、送信データ（平文）は、「０」又は「１」のビットデータの１以上の集合体で表される。この送信データを構成する各ビットデータは、所定のアルゴリズムにより、Ｍ個（Ｍは２以上の整数値）の値のうち所定値に変調される。そこで、以下、この数値Ｍを「変調数Ｍ」と呼ぶ。
Ｙ−００光通信量子暗号では、暗号側と復号側で暗号鍵により、光信号（搬送波）の位相と振幅のうち少なくとも一方が変調数Ｍの値のうち何れかに変調されることによって、送信データ（平文）に対する暗号化が行われる。ここで、変調数Ｍを極めて多値とすることで、「量子雑音の効果で暗号文を正しく取得できないこと」という特徴が実現される。
Ｙ−００光通信量子暗号で採用される「所定のプロトコル」については、例えば特許５１７０５８６号公報を参照するとよい。そこで、ここでは簡単に、Ｙ−００光通信量子暗号の原理の概要について、位相変調を例として図２及び図３を参照しつつ説明する。

図２は、図１の送受信システムに適用されたＹ−００光通信量子暗号の原理の概要を説明する図である。
図３は、図２の位相変調におけるＭ＝４０９６のシンボル点の配置のうち、隣接する３つのシンボル点の配置が視認できるように、図２を拡大した図である。
図２に示すＡ変調乃至Ｃ変調には、縦軸と横軸の交点を原点とした、光信号の位相と振幅（強度）を表すＩＱ平面が描画されている。
ＩＱ平面上の一点を決めると、光信号の位相と振幅が一意に決まる。位相は、ＩＱ平面の原点を始点とし、その光信号を表す点を終点とする線分と、位相０を表す線分との成す角度となる。一方、振幅は、その信光号を表す点と、ＩＱ平面の原点との間の距離となる。

図２に示すＡ変調は、Ｙ−００光通信量子暗号の理解を容易なものとすべく、通常の２値変調の原理を説明する図である。
例えば、平文（送信データ）がそのまま光信号（搬送波）に重畳されて送信される場合、平文を構成する各ビットデータ（１又は０）の夫々に対して、図２に示すＡ変調に示す２値変調が行われるものとする。
この場合、図２に示すＡ変調において、ビットデータが「０」の場合、位相変調後の光信号を示す点（以下、「シンボル点」と呼ぶ）の配置は、横軸上右側の０（０）としたシンボル点Ｓ１１の配置、即ち位相が０の配置となる。一方、ビットデータが１の場合、位相変調後のシンボル点の配置は、横軸上左側のπ（１）としたシンボル点Ｓ１２の配置、即ち位相がπの配置となる。
ここで、シンボル点Ｓ１１を囲む実線の円は、シンボル点Ｓ１１の光信号を受信した場合における、量子雑音の揺らぎの範囲の例を示したものである。
なお、シンボル点Ｓ１２についても、同様に量子雑音の揺らぎの範囲の例がシンボル点Ｓ１２を囲む実線の円として示されている。

図２に示すＢ変調は、Ｙ−００光通信量子暗号を採用した場合における、変調数Ｍ＝１６の位相変調の原理を説明する図である。
図２に示すＢ変調の例の場合、平文を構成する各ビットデータの夫々について、暗号鍵を用いて８値のうちランダムな何れかの値が生成される。そして、図２に示すＡ変調に示す通常の２値変調のシンボル点（０に対応する位相０の点、又は１に対応する位相πの点）の位相が、８値のうちランダムに生成された値に従ってＩＱ平面においてビット毎に回転されることで、位相変調が行われる。
ビットデータの取り得る値は「０」又は「１」の２値であるので、結果として、図２に示すＢ変調の例の位相変調が行われると、シンボル点の配置は、（π／８）ずつ位相が異なる１６個（変調数Ｍ＝１６）の配置となる。

ただし、図２に示すＢ変調の例の場合、ビットデータがとり得る「０」又は「１」の値が、変調数Ｍ＝１６の値のうち何れかの値に変調されただけである。このため、１６個のシンボル点の配置を取る光信号（暗号信号）が盗み出されてしまうと、その意味内容、即ち平文（送信データ）の内容が第三者に認識される恐れがある。即ち、Ｙ−００光通信量子暗号の安全性は、変調数Ｍ＝１６程度だと十分ではない。
そこで、実際には、図２に示すＣ変調に示すように、変調数Ｍとして極めて多値、例えば４０９６が採用され、Ｙ−００光通信量子暗号の安全性が高められている。

図２に示すＣ変調は、Ｙ−００光通信量子暗号を採用した場合における、変調数Ｍ＝４０９６の位相変調の原理を説明する図である。
図３は、図２に示すＣ変調の位相変調におけるＭ＝４０９６のシンボル点の配置のうち、隣接する３つのシンボル点の配置が視認できるように、図２に示すＣ変調を拡大した図である。
図３に示すように、シンボル点Ｓ２１乃至Ｓ２３の夫々において、範囲ＳＮだけショット雑音（量子雑音）による揺らぎがある。具体的には例えば、図３に示すシンボル点Ｓ２１を囲む実線の円Ｃは、シンボル点Ｓ２１の光信号を受信した場合における、量子雑音の揺らぎの範囲ＳＮの例を示したものである。
ショット雑音は、光が量子性をもつことに起因する雑音であり、真にランダムであり、物理法則として取り除けないという特徴を有する。
変調数Ｍとして４０９６等の極めて多値の位相変調がなされると、図３に示すように、隣接するシンボル点がショット雑音に隠れて判別できない状況になる。
具体的には、隣接する２つのシンボル点Ｓ２１及びＳ２２の距離Ｄが、ショット雑音の範囲ＳＮよりも十分小さいとき（そのように小さくなるように、変調数Ｍとして極めて多値の位相変調がなされたとき）、受信側で測定された位相情報から、元のシンボル点の位置は断定困難となる。
つまり、例えばある時刻に受信側で測定された位相が、図３に示すシンボル点Ｓ２２の位置に対応していたものとする。この場合、シンボル点Ｓ２２の光信号として送信されたものであるのか、それとも、実際にはシンボル点Ｓ２１やシンボル点Ｓ２３の光信号として送信されたものが、ショット雑音の影響でシンボル点Ｓ２２として測定されたのかは、区別ができない。
以上のように、Ｙ−００光通信量子暗号では、変調数Ｍが極めて多値の変調が採用されている。

なお、図２及び図３の例では位相変調であるが、これに代えて又はこれと共に振幅（強度）変調でもよい。即ち、Ｙ−００プロトコルを用いた光信号の変調には、強度変調、振幅変調、位相変調、周波数変調、直交振幅変調等のあらゆる変調方式を採用できる。

また、上述のように、Ｙ−００光通信量子暗号により、あらゆる変調方式において、２つのシンボル点の距離Ｄを、ショットノイズの範囲ＳＮより十分に小さくすることが可能であり、「量子雑音の効果で暗号文を正しく取得できない」という特徴を持つことができる。また、量子雑音は安全性を担保することになるが、実際的には、量子雑音に加えて熱雑音等の古典雑音も含めたすべての「雑音」の効果によって盗聴者が正しい暗号文を取得することを防止することになる。

図４は、図１の光送信装置の基礎となる光送信装置の詳細な構成例を示すブロック図である。
図４に示す基礎となる光送信装置４（以下、「基礎光送信装置４」と呼ぶ）は、基本的に、図１の光送信装置１と同様の構成を有する。
具体的には、基礎光送信装置４は、送信データ提供部４１−１乃至４１−ｎと、暗号鍵提供部４２と、暗号信号生成部４３と、暗号信号送信部４４とを含むように構成されている。また、送信データ提供部４１−１乃至４１−ｎと、暗号鍵提供部４２と、暗号信号生成部４３と、暗号信号送信部４４との夫々は、送信データ提供部１１−１乃至１１−ｎと、暗号鍵提供部１２と、暗号信号生成部１３と、暗号信号送信部１４との夫々と基本的に同様な機能を有する。
その結果、基礎光送信装置４は、送信データ提供部１１−１乃至１１−ｎの夫々から提供された送信データの夫々を、複数の波長の光信号の夫々とすることができる。また、基礎光送信装置４は、複数の波長の光信号を、波長について多重化した状態で、暗号信号として送信することができる。

図４には、基礎光送信装置４の詳細な構成例が示されている。図４の例の基礎光送信装置４の暗号信号生成部４３は、光出力部４１１と、暗号化部４１２−１乃至４１２−ｎと、多重器４１３とを有している。また、光出力部４１１は、Ｅ／Ｏ変換部４２１−１乃至４２１−ｎを有している。
ここで、図４に示すように、送信データ提供部４１−１乃至４１−ｎの夫々と、Ｅ／Ｏ変換部４２１−１乃至４２１−ｎの夫々と、暗号化部４１２−１乃至４１２−ｎの夫々とに係る構成は、基本的に夫々同様である。そこで、以下、図４の説明において、送信データ提供部４１−ｋ（ｋは１乃至ｎのうち何れかの整数値）と、Ｅ／Ｏ変換部４２１−ｋと、暗号化部４１２−ｋとにおける信号処理について説明する。

送信データ提供部４１−ｋは、平文のデータ（送信データ）を提供する。即ち、送信データは、送信データ提供部４１−ｋから、光出力部４１１を構成するＥ／Ｏ変換部４２１−ｋに提供される。

Ｅ／Ｏ変換部４２１−ｋは、電気信号から光信号に変換する機能を有する。即ち、Ｅ／Ｏ変換部４２１−ｋに提供された送信データ（電気信号）は、送信データに対応するある波長の光信号として出力される。

暗号化部４１２−ｋは、暗号鍵提供部４２から提供された暗号鍵を用いて、光信号を極めて多値に変調することにより暗号化する。即ち、Ｅ／Ｏ変換部４２１−ｋから出力された光信号は、暗号化部４１２−ｋにより多値に変調され、暗号化された暗号信号となる。

上述したように、Ｅ／Ｏ変換部４２１−１乃至４２１−ｎは、互いに波長の異なるｎ個の光信号の夫々を出力する。即ち、暗号化部４１２−１乃至４１２−ｎによるｎ個の暗号信号の夫々は、互いに波長の異なるｎ個の暗号信号の夫々となる。その結果、ｎ個の送信データに対応する互いに波長の異なるｎ個の暗号信号の夫々が、暗号化部４１２−１乃至４１２−ｎの夫々から出力される。

多重器４１３は、互いに波長の異なるｎ個の暗号信号を多重化して、波長について多重化をされた１個の暗号信号、即ちｎ個の波長の成分を含む１個の暗号信号とする。
その結果、暗号信号生成部４３は、ｎ個の波長の成分を含む１個の暗号信号を生成する。
暗号信号送信部４４は、暗号信号生成部４３から生成された暗号信号を、必要に応じて増幅等したうえで、光通信ケーブルを介して光受信装置に送信する。その結果、ｎ個の送信データは、暗号信号として１本の光ファイバで同時に送信される。

このように、基礎光送信装置４は、ｎ個の送信データに基づくｎ個の暗号信号を多重化して１本の光ファイバで同時に送信することができる。即ち、送信データの送受信における設備や時間あたりの伝送効率が向上される。

ここで、図４に示す基礎光送信装置４は、送信データの数と同数のｎ個の暗号化部４１２−１乃至４１２−ｎを有する。即ち、基礎光送信装置４は、送信データの数と同数のｎ個の暗号化部４１２−１乃至４１２−ｎを有する必要がある。
このような基礎光送信装置４において送信データの数をｎ個からｎ＋１個に増やしたい場合、以下のような構成をとることができる。即ち、基礎光送信装置４は、更に送信データ提供部４１−（ｎ＋１）と、Ｅ／Ｏ変換部４２１−（ｎ＋１）と、暗号化部４１２−（ｎ＋１）との組を含むように構成され、暗号化部４１２−（ｎ＋１）からの暗号信号を多重器４１３に入力するように構成されることができる。即ち、送信データの数をｎ個からｎ＋１個に増やしたい場合、基礎光送信装置４は、送信データ提供部４１−（ｎ＋１）と、Ｅ／Ｏ変換部４２１−（ｎ＋１）と、暗号化部４１２−（ｎ＋１）との組を増やすことで、送信データの数を増やすことができる。即ち、基礎光送信装置４は、送信データの数を柔軟に増やすのに適した構成である。

しかしながら、暗号化部４１２−１乃至４１２−ｎの夫々は、通常の目的（暗号化以外の目的）で行われる多値の変調と比較して極めて多値に変調するため、製造コストやサイズが大きい。従って、基礎光送信装置４の全体の製造コストやサイズは、送信データの数に応じて増加するという課題があった。
そこで、本発明の一実施形態に係る光送信装置１は、送信データの数に応じた光送信装置１の全体の製造コストの増加を抑えることができる構成を有している。

以下、図５を用いて、図４の基礎光送信装置４を発展させた、本発明の一実施形態に係る光送信装置の詳細な構成例について説明する。
図５は、図１の光送信装置の詳細な構成例を示すブロック図である。
図５の例の光送信装置１は、図１に示した通り、送信データ提供部１１−１乃至１１−ｎと、暗号鍵提供部１２と、暗号信号生成部１３と、暗号信号送信部１４とを含むように構成されている。
また、図５の例の光送信装置１は、図１に示していないクロック提供部１５及び遅延部ＤＥ−１乃至ＤＥ−ｎを有している。
また、図５の例の光送信装置１の暗号信号生成部１３は、光出力部１１１と、多重器１１２と、暗号化部１１３と、遅延部ＤＯ−１乃至ＤＯ−ｎとを有する。また、図５の例の暗号信号生成部１３の光出力部１１１は、Ｅ／Ｏ変換部１２１−１乃至１２１−ｎを有する。

なお、図５の例の光送信装置１の暗号信号生成部１３は、図４の基礎光送信装置４と以下の点で異なる。即ち、図４の基礎光送信装置４は、ｎ個の送信データ提供部４１−１乃至４１−ｎから提供される互いに波長の異なるｎ個の光信号を、夫々暗号化して暗号信号とする。一方で、図５の光送信装置１の暗号化部１１３は、ｎ個の送信データ提供部１１−１乃至１１−ｎから提供される互いに波長の異なるｎ個の光信号を、まとめて暗号化して暗号信号とする。
上述の違いのため、図５の光送信装置１は、遅延部ＤＥ−１乃至ＤＥ−ｎや遅延部ＤＯ−１乃至ＤＯ−ｎを有している。

ここで、図５に示すように、送信データ提供部１１−１乃至１１−ｎの夫々と、Ｅ／Ｏ変換部１２１−１乃至１２１−ｎの夫々と、遅延部ＤＥ−１乃至ＤＥ−ｎの夫々と、遅延部ＤＯ−１乃至ＤＯ−ｎの夫々とに係る構成は、基本的に夫々同様である。そこで、以下、図５の説明において、送信データ提供部４１−ｋと、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋと、遅延部ＤＥ−ｋと、遅延部ＤＯ−ｋとにおける信号処理について説明する。

クロック提供部１５は、Ｅ／Ｏ変換部１２１−１乃至１２１−ｎと、暗号化部１１３とにおける、変調に係るクロック信号を提供する。
遅延部ＤＥ−ｋは、クロック提供部１５から提供されたクロック信号を所定の時間幅だけ遅延させる。即ち、遅延部ＤＥ−ｋは、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋにクロック信号が提供（入力）されるタイミングを遅延させることができる。具体的には例えば、遅延部ＤＥ−ｋは、遅らせる所定のタイミングに対応した長さの基板上におけるクロック信号の伝送線路として、設けられる。この場合、クロック信号は、伝送線路を伝播するために要する時間幅だけ遅延する。また例えば、遅延部ＤＥ−ｋは、信号が入力されてから所定の時間幅だけ遅れて信号を出力するデジタル回路として設けられてもよい。

送信データ提供部１１−ｋは、図１を用いて説明したように、送信対象の平文のデータ（送信データ）を生成し又は図示せぬ生成元から取得し、送信データとして暗号信号生成部１３に提供する。

Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋは、送信データ提供部１１−ｋから提供された送信データの電気信号を、任意の変調方式により変調された光信号（以下、他の光信号と区別するため、「第１種光信号」と適宜呼ぶ）に変換して出力する。
Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋは、レーザの直接変調やレーザと各種変調素子の組み合わせにより構成され、第１種光信号を出力する。具体的には例えば、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋは、搬送波発生部（所定の波長のレーザ光源）と、１以上の変調素子（例えば、位相変調器、マッハツェンダ変調器、及びＩＱ変調器等）により構成される。また例えば、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋは、変調レーザ発生部を備え、変調された光信号を直接出力する構成をとってもよい。Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋの具体的な構成の例は、図６や図７を用いて説明する。
このとき、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋは、遅延部ＤＥ−ｋを介してクロック提供部１５から提供されるクロック信号に基づくタイミングにおいて変調して、第１種光信号を出力する。即ち、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋにおける変調は、遅延部ＤＥ−ｋを介してクロック提供部１５から提供されるクロック信号に基づくタイミングにおいて行われる。

遅延部ＤＯ−ｋは、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋから出力された第１種光信号を所定の時間幅だけ遅延させる。即ち、遅延部ＤＯ−ｋは、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋから出力された第１種光信号が多重器１１２に提供（入力）されるタイミングを遅延させることができる。具体的には例えば、遅延部ＤＯ−ｋは、遅らせる所定のタイミングに対応した長さの光信号の伝送路（例えば、光ファイバ）として、設けられる。この場合、第１種光信号は、伝送線路を伝播するために要する時間幅だけ遅延する。

上述したように、遅延部ＤＥ−１乃至ＤＥ−ｎと、遅延部ＤＯ−１乃至ＤＯ−ｎとにより遅延される時間幅は適宜調整される。その結果、遅延部ＤＯ−１乃至ＤＯ−ｎから出力（提供）されるｎ個の第１種光信号は、同じタイミングで多重器１１２に提供される。遅延部ＤＥ−１乃至ＤＥ−ｎや遅延部ＤＯ−１乃至ＤＯ−ｎが、どのような時間幅だけ遅延させるかについては、後述する。

多重器１１２は、ｎ個の第１種光信号の夫々を、波長について多重化をされた１個の光信号（以下、他の光信号と区別するため、「第２種光信号」と適宜呼ぶ）とする。即ち、多重器１１２は、ｎ個の第１種光信号を１個の光信号に多重化する波長多重化装置である。具体的には例えば、多重器１１２として、アレイ導波路回折格子、光学薄膜等の光フィルタ構成のもの、光カプラ等が採用される。
なお、上述したように、遅延部ＤＯ−１乃至ＤＯ−ｎから出力（提供）されるｎ個の第１種光信号は、同じタイミングで多重器１１２に提供される。その結果、多重器１１２から出力（提供）される１個の第２種光信号に含まれるｎ個の波長の成分の夫々（第１種光信号の夫々）は、同じタイミングで含まれている。

暗号鍵提供部１２は、図１を用いて説明したように、暗号信号生成部１３における暗号化に用いる暗号鍵を、暗号信号生成部１３に提供する。

暗号化部１１３は、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵を用いて、第２種光信号を極めて多値に変調することにより暗号化された暗号信号（以下、他の光信号と区別するため「第３種光信号」と適宜呼ぶ）とする。
このとき、暗号化部１１３は、クロック提供部１５から提供されるクロック信号に基づくタイミングにおいて、第２種光信号を変調する。即ち、暗号化部１１３における変調は、クロック提供部１５から提供されるクロック信号に基づくタイミングにおいて行われる。
また、暗号化部１１３は、干渉計の構成や各種変調素子の組み合わせにより構成され、第３種光信号を出力する。具体的には例えば、暗号化部１１３は、１以上の変調素子（例えば、位相変調器、マッハツェンダ変調器、及びＩＱ変調器等）により構成される。
また、暗号化部１１３は、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵やＹ−００プロトコルのアルゴリズムに基づいて第２種光信号を第３種光信号（暗号信号）とするための変調の量を決定したり、上述の１以上の変調素子の夫々における変調の量を決定したりする、暗号発生部を備える。暗号化部１１３の具体的な構成の例は、図８乃至図１０を用いて説明する。

暗号信号送信部１４は、図１を用いて説明したように、暗号信号生成部１３から生成された暗号信号を、必要に応じて増幅等したうえで、光通信ケーブル３を介して光受信装置２に送信する。その結果、ｎ個の送信データは、暗号信号として１本の光ファイバで同時に送信される。

上述をまとめると、図５の光送信装置１は、ｎ個の送信データ提供部１１−１乃至１１−ｎから提供される送信データに対応する互いに波長の異なるｎ個の第１種光信号を、多重器１１２において波長について多重化をされた１個の第２種光信号とする。そして、光送信装置１は、第２種光信号を、Ｙ−００プロトコルのアルゴリズムに基づいて多値に変調をして第３種光信号（暗号信号）として送信する。
このように、光送信装置１は、ｎ個の送信データ提供部１１−１乃至１１−ｎから提供される送信データを同時に第３種光信号（暗号信号）として送信することができる。即ち、光送信装置１は、物理層における暗号化をした上で、送信データの送受信における設備や時間あたりの伝送効率を向上することができる。
また、図４の基礎光送信装置４はｎ個の暗号化部４１２−１乃至４１２−ｎを備えていたが、図５の光送信装置１は、１個の暗号化部１１３を備えれば足りる。即ち、通常の目的（暗号化以外の目的）で行われる多値の変調と比較して極めて多値に変調するため、製造コストやサイズが大きい暗号化部１１３は１個のみで足りる。従って、光送信装置１の全体の製造コストやサイズは、基礎光送信装置４と比較して削減される。

次に、上述した遅延部ＤＥ−１乃至ＤＥ−ｎや遅延部ＤＯ−１乃至ＤＯ−ｎが、どのような時間幅だけ遅延させるかの詳細について説明する。

上述したように、図５の例の光送信装置１は、ｎ個の光信号をまとめて暗号化して暗号信号とするため、遅延部ＤＥ−１乃至ＤＥ−ｎや暗号化部１１３と、遅延部ＤＯ−１乃至ＤＯ−ｎを有している。
ここで、遅延部ＤＥ−１乃至ＤＥ−ｎや遅延部ＤＯ−１乃至ＤＯ−ｎにおいて遅延される時間幅は以下のように決定される。即ち、遅延部ＤＯ−１乃至ＤＯ−ｎから出力（提供）されるｎ個の第１種光信号は、同じタイミングで多重器１１２に提供されるように遅延される。

まず、遅延部ＤＥ−１乃至ＤＥ−ｎにおける遅延の量について説明する。
なお、以下、理解を簡単とするため、遅延部ＤＥ−１及びＤＥ−ｎにおける遅延の量を例に挙げて説明する。
具体的には例えば、光送信装置１の各部が、図５の例に示すような配置で同一基板上に実装されたとする。この場合、Ｅ／Ｏ変換部１２１−１はクロック提供部１５と物理的に近く、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｎはクロック提供部１５と物理的に遠い。

即ち、仮に、遅延される時間幅が０（ゼロ）である遅延部ＤＥ−１及びＤＥ−ｎが採用された場合、クロック提供部１５から提供されたクロック信号は、Ｅ／Ｏ変換部１２１−１に早く到達し、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｎに遅く到達する。その結果、Ｅ／Ｏ変換部１２１−１から出力された第１種光信号とＥ／Ｏ変換部１２１−ｎから出力された第１種光信号とのタイミングが異なって出力される。

そこで、遅延部ＤＥ−１及びＤＥ−ｎの夫々により遅延される時間幅は、Ｅ／Ｏ変換部１２１−１から出力された第１種光信号とＥ／Ｏ変換部１２１−ｎから出力された第１種光信号とのタイミングが同時となるように調整される。同様に、遅延部ＤＥ−１乃至ＤＥ−ｎの夫々により遅延される時間幅は、Ｅ／Ｏ変換部１２１−１乃至１２１−ｎの夫々から出力された第１種光信号のタイミングが同時となるように調整される。

次に、遅延部ＤＯ−１乃至ＤＯ−ｎにおける遅延の量について説明する。
なお、以下、理解を簡単とするため、遅延部ＤＯ−１及びＤＯ−２における遅延の量を例に挙げて説明する。
また、具体的には例えば、光送信装置１の各部が、図５の例に示すような配置で同一基板上に実装されたものとする。この場合、Ｅ／Ｏ変換部１２１−１は多重器１１２と物理的に遠く、Ｅ／Ｏ変換部１２１−２は多重器１１２と物理的に近い。

即ち、仮に、遅延される時間幅が０（ゼロ）である遅延部ＤＯ−１及びＤＯ−２が採用された場合、Ｅ／Ｏ変換部１２１−１から出力された第１種光信号は多重器１１２に遅く到達し、Ｅ／Ｏ変換部１２１−２から出力された第１種光信号は多重器１１２に早く到達する。その結果、Ｅ／Ｏ変換部１２１−１から出力された第１種光信号とＥ／Ｏ変換部１２１−２から出力された第１種光信号とのタイミングが異なって多重器１１２に入力（提供）される。

そこで、遅延部ＤＯ−１及びＤＯ−２の夫々により遅延される時間幅は、Ｅ／Ｏ変換部１２１−１及び１２１−２の夫々から出力された第１種光信号が多重器１１２に入力（提供）されるタイミングの夫々が同時となるように調整される。同様に、遅延部ＤＯ−１乃至ＤＯ−ｎの夫々により遅延される時間幅は、Ｅ／Ｏ変換部１２１−１乃至１２１−ｎの夫々から出力された第１種光信号が多重器１１２に入力（提供）されるタイミングの夫々が同時となるように調整される。

なお、上述の遅延部ＤＥ−１乃至ＤＥ−ｎの夫々及び遅延部ＤＯ−１乃至ＤＯ−ｎの夫々により遅延される時間幅は、一例に過ぎない。即ち、暗号化部１１３で変調されるタイミングに基づいて、ｎ個の第１種光信号の夫々が多重器１１２に入力されるタイミングが遅延されていれば足りる。具体的には例えば、ｎ個の第１種光信号の夫々が多重器１１２に入力されるタイミングが同時となるように、遅延部ＤＥ−ｋ及び遅延部ＤＯ−ｋの夫々により遅延される時間幅は任意の組合せで設定されてよい。
具体的には例えば、光送信装置１において、遅延部ＤＥ−ｋにより遅延される時間幅がｔ１−ｋ、遅延部ＤＯ−ｋにより遅延される時間幅がｔ２−ｋであったときに、ｎ個の第１種光信号が多重器１１２に入力（提供）されるタイミングの夫々が同時となるとする。このとき、遅延部ＤＥ−ｋにより遅延される時間幅が０（ゼロ）、遅延部ＤＯ−ｋにより遅延される時間幅が（ｔ１−ｋ）＋（ｔ２−ｋ）と設定されても、ｎ個の第１種光信号が多重器１１２に入力（提供）されるタイミングの夫々が同時となる。

以上、図５を用いて、図４の基礎光送信装置４を発展させた、本発明の一実施形態に係る光送信装置１の詳細な構成例について説明した。
以下、図６乃至図１０を用いて、図５の光送信装置１におけるＥ／Ｏ変換部１２１−ｋや暗号化部１１３の詳細な構成例、即ち変調に係る構成例について説明する。

図６は、図５の光送信装置に含まれる複数の波長の光信号の出力に係る構成のうち、ある１つの波長の光信号の出力に係る詳細な構成例を示すブロック図である。
即ち、図６には、Ｙ−００プロトコルを用いた光信号の変調として位相変調又は強度変調を採用する場合に好適なＥ／Ｏ変換部１２１−ｋ等の構成例が示されている。
図６の例における、送信データ提供部１１−ｋと、クロック提供部１５と、遅延部ＤＥ−ｋと、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋと、遅延部ＤＯ−ｋとの機能は、図１や図５において説明したものと同様である。

図６の例において、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋは、搬送波発生部１３１−ｋと、位相変調器１３２−ｋ−ａ及び１３２−ｋ−ｂとを有する。また、位相変調器１３２−ｋ−ａ及び１３２−ｋ−ｂは、干渉計の構造を有する。即ち、位相変調器１３２−ｋ−ａ及び１３２−ｋ−ｂは、マッハツェンダ変調器を構成している。

ここで、マッハツェンダ変調器は、マッハツェンダ干渉計の原理を利用した変調器である。光信号の信号路は、２つの信号路に分岐される。信号路の夫々には位相変調素子の夫々（図６の例では位相変調器１３２−ｋ−ａ及び１３２−ｋ−ｂ）が配置されている。これにより、２つの位相変調器の夫々を通過した２つの光信号は、相互に干渉して出力される。
なお、図６の構成のマッハツェンダ変調器は例示に過ぎない。即ち、分岐した信号路のうち一方、又はその両方に位相変調器を有することで、マッハツェンダ干渉計として利用可能となる。

送信データ提供部１１−ｋは、図１を用いて説明したように、送信対象の平文のデータ（送信データ）を生成し又は図示せぬ生成元から取得し、送信データとして暗号信号生成部１３に提供する。

搬送波発生部１３１−ｋは、所定の波長の光信号を搬送波として発生させる。
ここで、送信データ提供部１１−ｋから提供される送信データに基づいて、位相変調器１３２−ｋ−ａ及び１３２−ｋ−ｂの夫々に印加される電圧が決定される。そして、当該電圧に対応するデジタル値が出力され、図示せぬデジタルアナログコンバータ（以下、「ＤＡＣ」と略記する）を介して位相変調器１３２−ｋ−ａ及び１３２−ｋ−ｂの夫々に当該デジタル値に対応するアナログの電圧が印加される。その結果、当該電圧の夫々に対応する位相だけ、２つの光信号の夫々が位相変調器１３２−ｋ−ａ及び１３２−ｋ−ｂの夫々において変調される。これにより、送信データ提供部１１−ｋから提供された送信データに対応する第１種光信号が、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋから出力される。
このとき、図５を用いて説明したように、位相変調器１３２−ｋ−ａ及び１３２−ｋ−ｂの夫々は、遅延部ＤＥ−ｋを介してクロック提供部１５から提供されるクロック信号に基づくタイミングにおいて変調して、第１種光信号を出力する。

遅延部ＤＯ−ｋは、図５を用いて説明したように、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋから出力された第１種光信号を所定の時間幅だけ遅延させる。
遅延部ＤＯ−ｋにおいて所定の時間幅だけ遅延された第１種光信号は、図示せぬ多重器１１２に入力（提供）され、以降、図５を用いて説明したように、第３種光信号（暗号信号）となる。

図７は、図５の光送信装置に含まれる複数の波長の光信号の出力に係る構成のうち、ある１つの波長の光信号の出力に係る詳細な構成例であって、図６と異なる例を示すブロック図である。
即ち、図７には、Ｙ−００プロトコルを用いた光信号の変調として多値位相変調又は直行振幅変調を採用する場合に好適なＥ／Ｏ変換部１２１−ｋ等の構成例が示されている。なお、多値位相変調とは、２値より大きな値の変調数を採用した位相変調である。即ち、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）や８ＰＳＫ（８−Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）は多値位相変調の例である。
図７の例における、送信データ提供部１１−ｋと、クロック提供部１５と、遅延部ＤＥ−ｋと、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋと、遅延部ＤＯ−ｋとの機能は、図１や図５において説明したものと同様である。

図７の例において、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋは、搬送波発生部１４１−ｋと、位相変調器１４２−ｋ−ａ乃至１４２−ｋ−ｄとを有する。また、位相変調器１４２−ｋ−ａ乃至１３２−ｋ−ｄは、干渉計の構造を有する。即ち、位相変調器１４２−ｋ−ａ乃至１４２−ｋ−ｄは、ＩＱ変調器を構成している。

ここで、ＩＱ変調器とは、次のような変調器である。即ち、２つのマッハツェンダ干渉計を更に干渉計構成とした変調器であって、入力した光信号を４つの信号路に分岐し、夫々の信号路を通過した光信号を干渉させ出力する。このとき、分岐した信号路のうち、少なくとも２つ以上の信号路において位相変調素子（図７の例では２つの位相変調器１４２−ｋ−ａ及び１４２−ｋ−ｃ）を介することで、ＩＱ平面の任意の点（つまり、任意の振幅と位相）の光を発生させることが可能になる。

送信データ提供部１１−ｋは、図１を用いて説明したように、送信対象の平文のデータ（送信データ）を生成し又は図示せぬ生成元から取得し、送信データとして暗号信号生成部１３に提供する。

搬送波発生部１４１−ｋは、図６を用いて説明した搬送波発生部１３１−ｋと基本的に同様の機能を有する。即ち、搬送波発生部１４１−ｋは、所定の波長の光信号を搬送波として発生させる。
ここで、図６を用いて説明したのと同様に、送信データ提供部１１−ｋから提供される送信データに基づいて、位相変調器１４２−ｋ−ａ乃至１４２−ｋ−ｄの夫々に印加される電圧が決定される。その結果、送信データ提供部１１−ｋから提供された送信データに対応する第１種光信号が、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋから出力される。
このとき、図５を用いて説明したように、位相変調器１４２−ｋ−ａ乃至１４２−ｋ−ｄの夫々は、遅延部ＤＥ−ｋを介してクロック提供部１５から提供されるクロック信号に基づくタイミングにおいて変調して、第１種光信号を出力する。

遅延部ＤＯ−ｋは、図５を用いて説明したように、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋから出力された第１種光信号を所定の時間幅だけ遅延させる。
遅延部ＤＯ−ｋにおいて所定の時間幅だけ遅延された第１種光信号は、図示せぬ多重器１１２に入力（提供）され、以降、図５を用いて説明したように、第３種光信号（暗号信号）となる。

図８は、図５の光送信装置の構成うち、波長について多重化された光信号の暗号化に係る詳細な構成例を示すブロック図である。
即ち、図８には、Ｙ−００プロトコルを用いた光信号の変調として位相変調を採用する場合に好適な暗号化部１１３等の構成例が示されている。
図８の例における、暗号鍵提供部１２と、クロック提供部１５と、暗号化部１１３との機能は、図１や図５において説明したものと同様である。

図８の例において、暗号化部１１３は、暗号発生部１５１−ｋと、位相変調器１５２−ｋ−ａ及び１５２−ｋ−ｂとを有する。また、位相変調器１５２−ｋ−ａ及び１５２−ｋ−ｂは、光信号の信号路に直列的に配置されている。即ち、位相変調器１５２−ｋ−ａ及び１５２−ｋ−ｂは、直列的に２段階の位相変調器を構成している。

ここで、暗号発生部１５１−ｋは、上述の図６を用いて説明した送信データ提供部１１−ｋと同様に、位相変調器に印加される電圧を決定し、当該電圧に対応するデジタル値を出力する。そして、図示せぬＤＡＣを介して位相変調器に当該デジタル値に対応するアナログの電圧が印加される。その結果、当該電圧に対応する位相だけ、光信号が位相変調器において変調される。
ところで、上述したように、安全なＹ−００暗号を発生させるためには、変調数Ｍが重要となる。しかしながら、現状手に入る１つのＤＡＣを用いて変調を行った場合、ＤＡＣの出力電圧分解能で変調数Ｍに制限がかかってしまう。
より具体的には、ＤＡＣでは、出力電圧分解能と変調帯域（速度）に強いトレードオフがあり、現状手に入るものでは１０Ｇｂｉｔ／ｓの変調において１０２４値程度となっている。即ち、ＤＡＣとして、本願の出願時点で現在実用化されているものを採用した場合、１つのＤＡＣを用いて変調を行う暗号化部１１３を用いると、１０Ｇｂｉｔ／ｓの変調において変調数Ｍとして４０９６を実現することは困難である。逆にいえば、本願の出願時点で現在実用化されているものを採用した場合、変調数Ｍとして４０９６を達成するためには、転送速度を１０Ｇｂｉｔ／ｓから下げる必要がある。
更に言えば、より高い安全性を担保すべく、変調数Ｍとして１００００程度が要求されている。そこで、図８の例において、暗号化部１１３は、直列的に２段階の位相変調器を有している。

即ち、２段階の光の変調（位相変調と振幅変調の少なくとも一方）を行うという手法、具体的には例えば、変調数Ｍ＝Ｍ１×Ｍ２に分解し、変調数Ｍ１の第１段階変調を行い、その後、変調数Ｍ２の第２段階変調を行うという手法を、採用する。なお、以下、第１段階変調を「粗変調」と呼び、第２段階変調を「微変調」と適宜呼ぶ。なお、変調の段階は２段階に限定されず、ｊ段階（ｊは２以上の整数値）に拡張することができる。即ち、ｊ段階の光の変調（位相変調と振幅変調の少なくとも一方）を行うという手法、具体的には例えば、変調数Ｍ＝Ｍ１×Ｍ２×・・・Ｍｊに分解し、変調数Ｍ１の第１種の光の変調（粗変調）を１回行い、その後、変調数Ｍ２乃至Ｍｊの夫々の（ｊ−１）回の第２種の光の変調（微変調）を行うという手法を採用することができる。

即ち、図８の例において、暗号化部１１３は、粗変調に係る位相変調器１５２−ｋ−ａと、微変調に係る位相変調器１５２−ｋ−ｂとを有している。

暗号鍵提供部１２は、図１を用いて説明したように、暗号発生部１５１−ｋにおける暗号化に用いる暗号鍵を、暗号化部１１３に提供する。
クロック提供部１５は、図１を用いて説明したように、暗号化部１１３における、変調に係るクロック信号を提供する。

図８の例の暗号発生部１５１−ｋは、暗号鍵提供部１２から提供される暗号鍵を用いて、極めて多値のデータを生成する。即ち例えば、１つの波長当たり同時に２値の情報（１ビット）を送信する場合、暗号発生部１５１−ｋは、変調数Ｍ／２の多値のデータを生成する。その結果、送信データの２値のデータ（１ビット）と、暗号化に係る変調数Ｍ／２の多値のデータにより変調され、最終的に変調数Ｍが達成される。

ここで、暗号発生部１５１−ｋにより発生された暗号化に係る変調数Ｍ／２の多値のデータに基づいて、粗変調に係る位相変調器１５２−ｋ−ａ及び微変調に係る位相変調器１５２−ｋ−ｂの夫々に印加される電圧が決定される。そして、当該電圧に対応するデジタルデータが出力され、図示せぬＤＡＣを介して位相変調器１５２−ｋ−ａ及び１５２−ｋ−ｂの夫々にアナログの電圧が印加される。その結果、当該電圧の夫々に対応する位相だけ、２つの光信号の夫々が位相変調器１５２−ｋ−ａ及び１５２−ｋ−ｂの夫々において変調される。これにより、波長について多重化をされた１個の第２種光信号を入力として、波長の夫々について変調数Ｍという極めて多値に変調された第３種光信号が、暗号化部１１３から出力される。
このとき、図５を用いて説明したように、位相変調器１５２−ｋ−ａ及び１５２−ｋ−ｂの夫々は、クロック提供部１５から提供されるクロック信号に基づくタイミングにおいて変調して、第３種光信号を出力する。

このような暗号化部１１３の構成により、変調数Ｍ＝４０９６といった極めて多値に変調された第３種光信号（暗号信号）を出力する。

図９は、図５の光送信装置の構成のうち、波長について多重化された光信号の暗号化に係る詳細な構成例であって、図８と異なる例を示すブロック図である。
即ち、図９には、Ｙ−００プロトコルを用いた光信号の変調として強度変調を採用する場合に好適な暗号化部１１３等の構成例が示されている。
図９の例における、暗号鍵提供部１２と、クロック提供部１５と、暗号化部１１３との機能は、図１や図５において説明したものと同様である。

図９の例において、暗号化部１１３は、暗号発生部１６１−ｋと、位相変調器１６２−ｋ−ａ乃至１６２−ｋ−ｄとを有する。図９の例の位相変調器は、図６を用いて説明したマッハツェンダ変調器において、直列的に２段階の粗変調に係る位相変調器と微変調に係る位相変調器とを構成している。

即ち、図９の例において、暗号化部１１３は、粗変調に係る位相変調器１６２−ｋ−ａ及び１６２−ｋ−ｃと、微変調に係る位相変調器１６２−ｋ−ｂ及び１６２−ｋ−ｄとを有している。

暗号鍵提供部１２は、図１を用いて説明したように、暗号発生部１６１−ｋにおける暗号化に用いる暗号鍵を、暗号化部１１３に提供する。
クロック提供部１５は、図１を用いて説明したように、暗号化部１１３における、変調に係るクロック信号を提供する。

図９の例の暗号発生部１６１−ｋは、暗号鍵提供部１２から提供される暗号鍵を用いて、極めて多値のデータを生成する。即ち例えば、１つの波長当たり同時に２値の情報（１ビット）を送信する場合、暗号発生部１６１−ｋは、変調数Ｍ／２の多値のデータを生成する。その結果、送信データの２値のデータ（１ビット）と、暗号化に係る変調数Ｍ／２の多値のデータにより変調され、最終的に変調数Ｍが達成される。

ここで、暗号発生部１６１−ｋにより発生された暗号化に係る変調数Ｍ／２の多値のデータに基づいて、粗変調及び微変調に係る位相変調器１６２−ｋ−ａ乃至６２−ｋ−ｄの夫々に印加される電圧が決定される。これにより、波長について多重化をされた１個の第２種光信号を入力として、波長の夫々について変調数Ｍという極めて多値に変調された第３種光信号が、暗号化部１１３から出力される。
このとき、図５を用いて説明したように、位相変調器１６２−ｋ−ａ乃至１６２−ｋ−ｄの夫々は、クロック提供部１５から提供されるクロック信号に基づくタイミングにおいて変調して、第３種光信号を出力する。

このような暗号化部１１３の構成により、変調数Ｍ＝４０９６といった極めて多値に変調された第３種光信号（暗号信号）を出力する。

図１０は、図５の光送信装置の構成のうち、波長について多重化された光信号の暗号化に係る詳細な構成例であって、図８及び図９と異なる例を示すブロック図である。
即ち、図１０には、Ｙ−００プロトコルを用いた光信号の変調として直行振幅変調を採用する場合に好適な暗号化部１１３等の構成例が示されている。
図１０の例における、暗号鍵提供部１２と、クロック提供部１５と、暗号化部１１３との機能は、図１や図５において説明したものと同様である。

図１０の例において、暗号化部１１３は、暗号発生部１７１−ｋと、位相変調器１７２−ｋ−ａ乃至１７２−ｋ−ｈとを有する。図１０の例の位相変調器は、図６を用いて説明したＩＱ変調器において、直列的に２段階の粗変調に係る位相変調器と微変調に係る位相変調器とを構成している。

即ち、図１０の例において、暗号化部１１３は、粗変調に係る位相変調器１７２−ｋ−ａ，１７２−ｋ−ｃ，１７２−ｋ−ｅ，１７２−ｋ−ｇと、微変調に係る位相変調器１７２−ｋ−ｂ，１７２−ｋ−ｄ，１７２−ｋ−ｆ，１７２−ｋ−ｈとを有している。

暗号鍵提供部１２は、図１を用いて説明したように、暗号発生部１７１−ｋにおける暗号化に用いる暗号鍵を、暗号化部１１３に提供する。
クロック提供部１５は、図１を用いて説明したように、暗号化部１１３における、変調に係るクロック信号を提供する。

図１０の例の暗号発生部１７１−ｋは、暗号鍵提供部１２から提供される暗号鍵を用いて、極めて多値のデータを生成する。即ち例えば、１つの波長当たり同時に２値の情報（１ビット）を送信する場合、暗号発生部１７１−ｋは、直交するそれぞれの振幅に対して変調数Ｍ／２の多値のデータを生成する。その結果、送信データの２値のデータ（１ビット）と、暗号化に係る変調数Ｍ／２の多値のデータにより変調され、最終的にそれぞれの直交振幅に対して変調数Ｍが達成される。

ここで、暗号発生部１７１−ｋにより発生された暗号化に係る変調数Ｍ／２の多値のデータに基づいて、粗変調及び微変調に係る位相変調器１７２−ｋ−ａ乃至１７２−ｋ−ｈの夫々に印加される電圧が決定される。これにより、波長について多重化をされた１個の第２種光信号を入力として、波長の夫々について変調数Ｍという極めて多値に変調された第３種光信号が、暗号化部１１３から出力される。
このとき、図５を用いて説明したように、位相変調器１７２−ｋ−ａ乃至１７２−ｋ−ｈの夫々は、クロック提供部１５から提供されるクロック信号に基づくタイミングにおいて変調して、第３種光信号を出力する。

このような暗号化部１１３の構成により、変調数Ｍ＝４０９６といった極めて多値に変調された第３種光信号（暗号信号）を出力する。

上述をまとめると、Ｙ−００プロトコルを用いた光信号の変調として位相変調、強度変調、又は直行振幅変調を採用する場合には、以下のような構成の光送信装置１を採用すると好適である。

Ｙ−００プロトコルを用いた光信号の変調として位相変調を採用する場合には、以下のような構成の光送信装置１を採用すると好適である。即ち、図６又は図７に示す多重器に対して出力される光信号の出力に係る詳細な構成例と、図８に示す波長について多重化された光信号の暗号化に係る詳細な構成例とを組み合わせ光送信装置１の構成とするのが好適である。
即ち、このような構成の光送信装置１は、マッハツェンダ変調器やＩＱ変調器を含む構成のＥ／Ｏ変換部１２１−ｋによりｎ個の第１種光信号を出力し、多重器１１２において波長について多重化をされた１個の第２種光信号とする。そして、光送信装置１は、第２種光信号を、Ｙ−００プロトコルのアルゴリズムに基づいて、直列的に２段階の粗変調及び微変調に係る位相変調器を構成することにより多値に変調をして、第３種光信号（暗号信号）として送信する。

また、Ｙ−００プロトコルを用いた光信号の変調として強度変調を採用する場合には、以下のような構成の光送信装置１を採用すると好適である。即ち、図６に示す多重器に対して出力される光信号の出力に係る詳細な構成例と、図９に示す波長について多重化された光信号の暗号化に係る詳細な構成例とを組み合わせ光送信装置１の構成とするのが好適である。
即ち、このような構成の光送信装置１は、マッハツェンダ変調器を含む構成のＥ／Ｏ変換部１２１−ｋによりｎ個の第１種光信号を出力し、多重器１１２において波長について多重化をされた１個の第２種光信号とする。そして、光送信装置１は、第２種光信号を、Ｙ−００プロトコルのアルゴリズムに基づいて、マッハツェンダ変調器において直列的に２段階の粗変調に係る位相変調器と微変調に係る位相変調器とを構成することにより多値に変調をして、第３種光信号（暗号信号）として送信する。

また、Ｙ−００プロトコルを用いた光信号の変調として直行振幅変調を採用する場合には、以下のような構成の光送信装置１を採用すると好適である。即ち、図７に示す多重器に対して出力される光信号の出力に係る詳細な構成例と、図１０に示す波長について多重化された光信号の暗号化に係る詳細な構成例とを組み合わせ光送信装置１の構成とするのが好適である。
即ち、このような構成の光送信装置１は、ＩＱ変調器を含む構成のＥ／Ｏ変換部１２１−ｋによりｎ個の第１種光信号を出力し、多重器１１２において波長について多重化をされた１個の第２種光信号とする。そして、光送信装置１は、第２種光信号を、Ｙ−００プロトコルのアルゴリズムに基づいて、ＩＱ変調器において直列的に２段階の粗変調に係る位相変調器と微変調に係る位相変調器とを構成することにより多値に変調をして、第３種光信号（暗号信号）として送信する。

以上、図６乃至図１０を用いて、図５の光送信装置１におけるＥ／Ｏ変換部１２１−ｋや暗号化部１１３の詳細な構成例、即ち変調に係る構成例について説明した。
以下、図１１及び図１２を用いて、第３種光信号の受信に係る光受信装置の構成例について説明する。

図１１は、図１の光受信装置の基礎となる光受信装置の詳細な構成例を示すブロック図である。
図１１に示す基礎となる光受信装置５（以下、「基礎光受信装置５」と呼ぶ）は、基本的に、図１の光受信装置２と同様の構成を有する。
具体的には、基礎光受信装置５は、暗号信号受信部５１と、暗号鍵提供部５２と、暗号信号復号部５３とを含むように構成されている。また、暗号信号受信部５１と、暗号鍵提供部５２と、暗号信号復号部５３との夫々は、暗号信号受信部２１と、暗号鍵提供部２２と、暗号信号復号部２３の夫々と基本的に同様な機能を有する。
その結果、基礎光受信装置５は、光送信装置１や基礎光送信装置４から送信されてきた暗号信号を受信し、光送信装置１や基礎光送信装置４における送信データを、復号することができる。

図１１には、基礎光受信装置５の詳細な構成例を示している。図１１の例の基礎光受信装置５の暗号信号復号部５３は、分離器５１１と、復号部５１２−１乃至５１２−ｎと、Ｏ／Ｅ変換部５１３−１乃至５１３−ｎとを有している。
ここで、図１１に示すように、復号部５１２−１乃至５１２−ｎの夫々と、Ｏ／Ｅ変換部５１３−１乃至５１３−ｎの夫々とに係る構成は、基本的に夫々同様である。そこで、以下、図１１の説明において、復号部５１２−ｋと、Ｏ／Ｅ変換部５１３−ｋとにおける信号処理について説明する。

暗号信号受信部５１は、波長について多重化された暗号信号を受信し、必要に応じて増幅等したうえで、暗号信号復号部５３に光信号として提供する。即ち、光送信装置１により送信された第３種光信号は、暗号信号受信部５１において、必要に応じて増幅等された光信号となる。

暗号鍵提供部５２は、暗号信号を復号する際に用いる暗号鍵を、暗号信号復号部５３に提供する。

分離器５１１は、必要に応じて増幅等された光信号をｎ個の光信号の夫々に分離をする。即ち、必要に応じて増幅等された光信号は、分離器５１１により、必要に応じて増幅等された光信号に含まれる波長の成分の夫々について分離されることで、互いに波長の異なるｎ個の光信号に分離をされる。

復号部５１２−ｋは、暗号鍵提供部５２から提供された暗号鍵を用いて、分離器５１１から提供されたある波長の光信号（暗号信号）を変調することにより復号する。即ち、分離器５１１から提供されたある波長の光信号（暗号信号）は、復号部５１２−ｋにより変調され、復号された光信号となる。

Ｏ／Ｅ変換部５１３−ｋは、復号部５１２−ｋにおいて復号された光信号を、電気信号に変換する。即ち、復号部５１２−ｋにおいて復号された光信号は、Ｏ／Ｅ変換部５１３−ｋにより光信号から電気信号に変換され、復号された電気信号（送信データに対応）となる。

このように、基礎光受信装置５は、光送信装置１や基礎光送信装置４から送信されてきた、多重化された暗号信号を受信して復号することにより、送信データに対応する電気信号とすることができる。即ち、多重化されたｎ個の送信データに基づくｎ個の暗号信号を１本の光ファイバで同時に受信することができる。即ち、送信データの送受信における設備や時間あたりの伝送効率が向上される。

ここで、図１１に示す基礎光受信装置５は、送信データの数と同数のｎ個の復号部５１２−１乃至５１２−ｎを有する。即ち、基礎光受信装置５は、送信データの数と同数のｎ個の復号部５１２−１乃至５１２−ｎを有する必要がある。

しかしながら、復号部５１２−１乃至５１２−ｎの夫々は、通常の目的（暗号化以外の目的）で行われる多値の変調と比較して極めて多値に変調するため、製造コストやサイズが大きい。従って、基礎光受信装置５の全体の製造コストやサイズは、波長について多重化された数に応じて増加するという課題があった。

なお、復号部５１２−ｋ及びＯ／Ｅ変換部５１３−ｋに係る構成は、上述に限定されず、以下のような構成であってもよい。即ち、図示はしないが、分離器５１１から提供されるある波長の光信号（暗号信号）をＯ／Ｅ変換部により暗号化された電気信号（暗号データ）とした後に、電気信号に対する処理として復号することにより、復号された電気信号とすることもできる。
この構成の基礎光受信装置５も、図１１の構成の基礎光受信装置５と同様に、ｎ個の復号部を備える。即ち、この構成の基礎光受信装置５は、電気信号（暗号データ）を電気信号に対する処理として復号するｎ個の復号部を備える。従って、基礎光受信装置５の全体の製造コストやサイズは、波長について多重化された数に応じて増加するという課題があった。
そこで、本発明の一実施形態に係る光受信装置２は、波長について多重化された数に応じた光受信装置２の全体の製造コストの増加を抑えることができる構成を有している。

以下、図１２を用いて、図１１の基礎光受信装置５を発展させた、本発明の一実施形態に係る光受信装置の詳細な構成例について説明する。
図１２は、図１の光受信装置の詳細な構成例を示すブロック図である。
図１２の例の光受信装置２は、図１に示した通り、暗号信号受信部２１と、暗号鍵提供部２２と、暗号信号復号部２３とを含むように構成されている。
ここで、図１２の例の光受信装置２の暗号信号受信部２１は、補償器２１１を有している。また、図１２の例の光受信装置２の暗号信号復号部２３は、復号部２２１と、分離器２２２と、Ｏ／Ｅ変換部２２３−１乃至２２３−ｎとを有している。

なお、図１２の例の光受信装置２の暗号信号復号部２３は、図１１の基礎光受信装置５と以下の点で異なる。即ち、図１１の基礎光受信装置５は、分離器５１１により互いに波長の異なるｎ個の光信号に分離されたｎ個の光信号の夫々を復号部５１２−１乃至５１２−ｋにより復号して復号された光信号とする。一方で、図１２の光受信装置２の復号部２２１は、暗号信号受信部２１から提供される１個の多重化された光信号（暗号信号）を、まとめて復号された光信号とする。

ここで、図１２に示すように、Ｏ／Ｅ変換部２２３−１乃至２２３−ｎの夫々に係る構成は、基本的に夫々同様である。そこで、以下、図１２の説明において、Ｏ／Ｅ変換部２２３−ｋにおける信号処理について説明する。

暗号信号受信部２１は、波長について多重化された暗号信号（以下、他の光信号と区別するため、「第４種光信号」と適宜呼ぶ）を受信し、必要に応じて増幅等したうえで、暗号信号復号部２３に光信号（以下、他の光信号と区別するため、「第５種光信号」と適宜呼ぶ）として提供する。
ここで、第４種光信号は、上述の第３種光信号と以下の点で異なる。即ち、第４種光信号は、光送信装置１により送信された第３種光信号が、光通信ケーブル３で伝送されて、暗号信号受信部２１により受信された光信号である。そのため、第４種光信号は、光通信ケーブル３を伝送する間に、減衰や波長分散による信号歪みを生じていることがある。また、第４種光信号は、光通信ケーブル３の途中おいて、減衰された信号強度を増幅する図示せぬ増幅器等を介しており、その影響で第３種光信号と異なる光信号となっていることもある。

また、第５種光信号は、暗号信号受信部２１により、必要に応じて増幅や補償等されているという点で、第４種光信号と異なる光信号となっている。
具体的には、暗号信号受信部２１が有する補償器２１１は以下のような補償をする。

補償器２１１は、第４種光信号に含まれるｎ個の波長の成分の夫々が光送信装置１から光受信装置２に到達するまでの遅延の夫々を補償して第５種光信号とする。
ここで、光通信ケーブル３の屈折率は、波長依存性を有する。即ち、光通信ケーブル３における光速度（位相速度）は、光信号の夫々の波長の夫々により異なる。その結果、波長について多重化された第４種光信号に含まれるｎ個の波長の成分の夫々は、光送信装置１から光受信装置２に到達するまでの波長の夫々に対応した遅延をする。
これにより、補償器２１１により補償された第５種光信号に含まれるｎ個の波長の成分の夫々は、光送信装置１から光受信装置２に到達するまでの波長の夫々に対応した遅延が無い状態となる。
具体的には例えば、補償器２１１として、光通信ケーブル３と逆の波長分散特性をもつ光ファイバ（分散補償光ファイバ）やファイバブラッググレーティングを用いた補償器等が採用される。

暗号鍵提供部２２は、暗号信号を復号する際に用いる暗号鍵を、暗号信号復号部２３に提供する。

復号部２２１は、第５種光信号を、暗号鍵提供部２２から提供された暗号鍵を用いてＹ−００プロトコルの暗号化アルゴリズムに対応する復号アルゴリズムに基づいて変調することにより復号する。即ち、補償器２１１から提供された光信号は、復号部２２１により変調され、復号された光信号（以下、他の光信号と区別するため、「第６種光信号」と適宜呼ぶ）となる。
なお、本実施形態において、光受信装置２の復号部２２１における変調は、光送信装置１の暗号化部１１３における変調の逆の変調であるとも言える。即ち例えば、暗号化に係る変調として位相をπ進める変調をした場合、復号に係る変調として位相をπ戻す変調をする。

上述したように、復号部２２１には、ｎ個の波長の成分が含まれる補償器２１１により補償された第５種光信号が入力（提供）される。即ち、第５種光信号は、補償器２１１により、遅延が無い状態の光信号である。つまり、第５種光信号に含まれるｎ個の波長の光信号（暗号信号）の暗号化に係る変調は、同期している。第５種光信号に含まれるｎ個の波長の光信号（暗号信号）の暗号化に係る変調が同期しているからこそ、１つの復号部２２１による復号が可能となる。

復号部２２１は、各種変調素子の組み合わせにより構成され、第６種光信号を出力する。具体的には例えば、復号部２２１は、１以上の変調素子（例えば、位相変調器、マッハツェンダ変調器、及びＩＱ変調器等）により構成される。

分離器２２２は、第６種光信号を、ｎ個の光信号（以下、他の光信号と区別するため、「第７種光信号」と呼ぶ）の夫々に分離をする。即ち、分離器２２２は、第６種光信号を、当該第６種光信号に含まれる波長の成分の夫々について分離することで、互いに波長の異なるｎ個の第７種光信号に分離をする。その結果、ｎ個の第７種光信号の夫々が、Ｏ／Ｅ変換部２２３−１乃至２２３−ｎに提供される。
具体的には例えば、分離器２２２として、アレイ導波路回折格子や光学薄膜等の光フィルタ構成のものや、光カプラ等が採用される。なお、分離器２２２として光カプラが採用される場合、光カプラにおいてパワーを単純に分岐し、受信の一部として波長の分離を行うことにより、波長の成分の夫々について分離が実現される。

Ｏ／Ｅ変換部２２３−ｋは、分離器２２２から提供された第７種光信号を、電気信号に変換して出力する。
Ｏ／Ｅ変換部２２３−ｋは、受信に必要な光学部材とフォトディテクター（複数の場合もある）から構成されてよい。具体的には例えば、Ｏ／Ｅ変換部２２３−ｋとして、直接検波に係るフォトダイオードが含まれた構成が採用されてもよい。また例えば、Ｏ／Ｅ変換部２２３−ｋとして、光の振幅と位相を検波する遅延干渉検波に係る、光遅延回路及びフォトダイオードが含まれた構成が採用されてもよい。また例えば、Ｏ／Ｅ変換部２２３−ｋとして、光の振幅と位相を検波するコヒーレント検波に係る、ローカル光源、光ミキサ、及びバランスフォトダイオードを含んだ構成が採用されてもよい。
Ｏ／Ｅ変換部２２３−ｋから提供される電気信号は、復号され、波長の夫々に分離された第７種光信号に対応した電気信号である。即ち、復号部２２１−ｋにおいて復号された光信号は、復号された電気信号であって、送信データそのものである。
なお、復号された電気信号には、ノイズ除去や誤り訂正、ジッタ補正といった、データを正しく復調するために必要な各種の信号処理が行われてもよい。

以上、図１２を用いて、図１１の基礎光受信装置５を発展させた、本発明の一実施形態に係る光受信装置２の詳細な構成例について説明した。
以下、図１２の光受信装置２における復号部２２１の構成例、即ち変調に係る構成例について説明する。

上述をまとめると、Ｙ−００プロトコルを用いた光信号の変調として位相変調、強度変調、又は直行振幅変調を採用する場合には、以下のような構成の復号部２２１を採用すると好適である。

Ｙ−００プロトコルを用いた光信号の変調として位相変調を採用する場合には、以下のような構成の復号部２２１を採用すると好適である。即ち、図８に示す波長について多重化された光信号の暗号化に係る詳細な構成例と類似した構成とするのが好適である。
即ち、このような構成の復号部２２１は、第６種光信号を、Ｙ−００プロトコルのアルゴリズムに基づいて、直列的に２段階の粗変調及び微変調に係る位相変調器を構成することにより変調をして、第７種光信号として提供する。

また、Ｙ−００プロトコルを用いた光信号の変調として強度変調を採用する場合には、以下のような構成の復号部２２１を採用すると好適である。即ち、図９に示す波長について多重化された光信号の暗号化に係る詳細な構成例と類似した構成とするのが好適である。
即ち、このような構成の復号部２２１は、第６種光信号を、Ｙ−００プロトコルのアルゴリズムに基づいて、マッハツェンダ変調器において直列的に２段階の粗変調に係る位相変調器と微変調に係る位相変調器とを構成することにより変調をして、第７種光信号として提供する。

また、Ｙ−００プロトコルを用いた光信号の変調として直行振幅変調を採用する場合には、以下のような構成の復号部２２１を採用すると好適である。即ち、図１０に示す波長について多重化された光信号の暗号化に係る詳細な構成例と類似した構成とするのが好適である。
即ち、このような構成の復号部２２１は、第６種光信号を、Ｙ−００プロトコルのアルゴリズムに基づいて、ＩＱ変調器において直列的に２段階の粗変調に係る位相変調器と微変調に係る位相変調器とを構成することにより変調をして、第７種光信号として提供する。
以上、図１２の光受信装置２における復号部２２１の構成例、即ち変調に係る構成例について説明した。

以上、本発明が適用される光送信装置１及び光受信装置２の各種各様な実施形態を説明してきた。しかしながら、本発明が適用される光送信装置１又は光受信装置２は、物理層における暗号化をした上で、送信データの送受信における設備や時間あたりの伝送効率を向上することができるものであれば足り、その構成は上述の各種実施形態に限定されず、例えば次のようなものであってもよい。

例えば、Ｙ−００プロトコルを用いた光信号の変調として位相変調以外の変調を採用する場合、即ち、強度変調及び直交振幅変調を採用する場合、以下に示す構成や仕様とすることが好適である。
ここで、光の干渉を利用した暗号化部（例えば、図９又は図１０の例の暗号化部１１３やマッハツェンダ変調器又はＩＱ変調器を含む構成の暗号化部）は、変調において光信号の波長に依存性がある。即ち、波長について多重化をされた１個の第２種光信号には複数の波長の第１種光信号が含まれており、当該波長に依存性がある。
従って、一括して暗号化できる波長（チャネル）数や間隔に制限が出る。そこで、一括して暗号化できる波長（チャネル）数や間隔の制限を超えないよう、例えば、ｘ個（ｘは正の偶数）の第１種光信号のうち、波長の長いｘ／２個の第１種光信号を多重化して第２種光信号とし、暗号化部Ａにより暗号化する。また、同様にｘ個の第１種光信号のうち、波長の短いｘ／２個の第１種光信号を多重化して第２種光信号とし、暗号化部Ａにより暗号化することにより、制限を回避すると好適である。

また、光の干渉を利用した復号部（例えば、図９又は図１０の例の暗号化部１１３と類似する構成の復号部やマッハツェンダ変調器又はＩＱ変調器を含む構成の復号部）は、変調において光信号の波長に依存性がある。
従って、一括して復号できる波長（チャネル）数や間隔に制限が出る。そこで、上述の暗号化部と同様に、複数の復号部により復号することにより、制限を回避すると好適である。

また、上述の光送信装置１において、偏波多重を採用する場合、以下に示す構成や使用とすることが好適である。
ここで、現在の光通信システムでは、偏波多重を採用する場合、光の直交する偏波を多重化することが多い。また、位相変調器、マッハツェンダ変調器、及びＩＱ変調器は、偏波依存性があるものが多い。即ち、位相変調器、マッハツェンダ変調器、及びＩＱ変調器は、光の直交する偏波についての依存性が大きい。
即ち、上述のように偏波依存性のある位相変調器、マッハツェンダ変調器、又はＩＱ変調器を含む構成の暗号化部を使う場合は、偏波多重された後の光信号を一括して暗号化することは難しい。つまり、偏波多重された後の光信号を一括して暗号化しようとしたとき、直交する偏波の間で同一の変調とならず、暗号化に失敗する可能性がある。この場合、まず、単一の第１偏波について、上述の光送信装置１と同様に、ｎ個の送信データに対応するｎ個の第１種光信号を出力し、ｎ個の第１種光信号を波長について多重化した第２種光信号とし、第２種光信号を暗号化して第１偏波の第３種光信号とする。また、同様に、多重化したい第２偏波について、第２偏波の第３種光信号とする。そして、第１偏波の第３種光信号と第２偏波の第３種光信号とを偏波ついて多重化した偏波多重光信号とする。
これにより、偏波依存性のある位相変調器、マッハツェンダ変調器、又はＩＱ変調器を含む構成の暗号化部を使いつつ、波長について多重化し、さらに偏波について多重化することができる。即ち、データの送受信における設備や時間あたりの伝送効率をさらに向上させることができる。
なお、偏波無依存化された暗号化部を利用することもできる。この場合、上述のように第１偏波の第３種光信号と第２偏波の第３種光信号とを偏波ついて多重化するという順番でなくてもよい。即ち、波長及び偏波について多重化された光信号を一括して暗号化することができる。

また、上述の光受信装置２において、偏波多重を採用する場合、以下に示す構成や使用とすることが好適である。
上述したように、現在の光通信システムでは、偏波多重を採用する場合、光の直交する偏波を多重化することが多い。また、位相変調器、マッハツェンダ変調器、及びＩＱ変調器は、偏波依存性があるものが多い。即ち、位相変調器、マッハツェンダ変調器、及びＩＱ変調器は、光の直交する偏波についての依存性が大きい。
更に言えば、単一偏波で送信するシステムにおいても、光通信ケーブル３等における光の伝搬中に偏波状態が変動する。従って、復号部に用いられる各種変調器（位相変調器、マッハツェンダ変調器、及びＩＱ変調器等）は、偏波無依存化されているのが好適である。

例えば上述の実施形態では、説明の便宜上、光送信装置１から送信されて光受信装置２で受信される光信号の伝送路は、光通信ケーブル３が採用されたが、特にこれに限定されない。
例えば、光通信ケーブル３と光送信装置１又は光受信装置２の間に、光増幅器や光スイッチ、波長スイッチ等の光通信に係る機器が挿入されてもよい。また、光の伝送路は、光ファイバを用いたものには限らず、所謂光無線等の空間を伝搬するような通信経路を含む。具体的には例えば、光の伝送路として、大気中や水中、宇宙を含む真空の空間を採用してもよい。即ち、光通信ケーブル３と光送信装置１又は光受信装置２の間にいかなる通信チャネルを用いてもよい。

また例えば、送信データ提供部１１−１乃至１１−ｎは、光送信装置１に内蔵されているが、図示せぬ送信データ受信部を備え、有線又は無線等の所定の受信手段により、光送信装置の外部から受信してもよい。更には、図示せぬ記憶装置やリムーバブルなメディアを用いて送信データを提供するものであってもよい。即ち、送信データ提供部はどのような送信データ取得手段を有していてもよい。

また例えば、暗号鍵提供部１２は、暗号信号生成部１３が暗号に係る多値のデータを生成するに足る鍵を提供すればよい。即ち、暗号鍵は、共有鍵であってもよく、秘密鍵と公開鍵等他のアルゴリズムを用いる鍵であってもよい。

また例えば、搬送波発生部１３１−ｋや搬送波発生部１４１−ｋは光送信装置１に内蔵する必要はない。即ち、光送信装置１は、光信号多重化暗号化装置として、搬送波を入力し暗号信号を送信するものとしてよい。
更に言えば、光信号多重化暗号化装置は、送信データを既に搬送波に載せたｎ個の光信号を入力し、クロック信号を提供され、多重化を行い、暗号化に係る多値の変調を行うものであってもよい。

暗号信号送信部１４は、必要に応じて暗号信号の強度を増幅する等の処理を行うが、光送信装置１に内蔵せず、暗号データを増幅せずに出力し、図示せぬ外部の光信号増幅装置を用いてもよい。

例えば上述の実施形態では、説明の便宜上、粗位相変調を行った光信号に対し、微位相変調を行ったが、特にこれに限定されない。即ち、粗変調と微変調とはどのような順番で行われてもよい。更に言えば、粗変調と微変調とは、任意の数の経路に分岐する干渉計構成の、任意の経路で行われてもよく、変調された信号は、任意の箇所で任意の回数の干渉を行うものであってよい。
更に言えば、干渉計構成の後に他の干渉計構造を有するものであってもよい。即ち例えば、複数段にカスケードされたマッハツェンダ変調器や、複数段にカスケードされたＩＱ変調器が用いられてもよい。

なお、Ｙ−００プロトコルを用いた光信号の変調として位相変調を採用する場合における光送信装置１や光受信装置２の構成は、上述に限定されない。
即ち、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋは、レーザの直接変調やレーザと各種変調素子の組み合わせにより構成されていてよい。具体的には例えば、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋは、搬送波発生部（所定の波長のレーザ光源）と、１以上の変調素子（例えば、位相変調器、マッハツェンダ変調器、及びＩＱ変調器等）により構成される。また例えば、Ｅ／Ｏ変換部１２１−ｋは、変調レーザ発生部を備え、変調された光信号を直接出力する構成をとってもよい。
また、暗号化部１１３は、１以上の変調素子（例えば、位相変調器、マッハツェンダ変調器、及びＩＱ変調器等）により構成されていてよい。具体的には例えば、暗号化部１１３は、粗変調及び微変調の２段階の変調器ではなく、ｋ段階の変調器が採用されていてよい。
また例えば上述の実施形態では、説明の便宜上、粗位相変調を行った光信号に対し、微位相変調を行ったが、特にこれに限定されない。即ち、粗変調と微変調とはどのような順番で行われてもよい。更に言えば、粗変調と微変調とは、任意の数の経路に分岐する干渉計構成の、任意の経路で行われてもよく、変調された信号は、任意の箇所で任意の回数の干渉を行うものであってよい。

以上まとめると、本発明が適用される信号処理装置は、次のようなものであれば足り、各種各様な実施形態をとることができる。
即ち、本発明が適用される信号処理装置（例えば、図１の光送信装置１）は、
ｎ個（ｎは２以上の整数値）の送信対象のデータ（例えば、図６の送信データ提供部１１−１乃至１１−ｎにより提供される送信データ）の夫々に基づく、互いに波長の異なるｎ個の第１種光信号（例えば、明細書でいう互いに波長の異なるｎ個の第１種光信号）の夫々を出力する光出力手段（例えば、図５のｎ個のＥ／Ｏ変換部１２１−１乃至１２１−ｎから構成される光出力部１１１）と、
ｎ個の前記第１種光信号の夫々を、波長について多重化をされた１個の第２種光信号（例えば、明細書でいう波長について多重化をされた１個の第２種光信号）とする多重化手段（例えば、図５の多重器１１２）と、
前記第２種光信号を、所定のアルゴリズム（例えば、明細書でいうＹ−００プロトコルのアルゴリズム）に基づいて多値に変調をして第３種光信号（例えば、明細書でいう第２種光信号を極めて多値に変調することにより暗号化された第３種光信号）とする多値変調手段と、
を備える信号処理装置であれば足りる。

これにより、送信対象のデータの夫々に基づく、互いに波長の異なるｎ個の第１種光信号を、多重化し、更に所定のアルゴリズムに基づいて多値に変調した第３種光信号とすることができる。即ち、第３種光信号を送信すると、互いに波長の異なるｎ個の第１種光信号に対応する送信対象のデータが同時に送信される。その結果、信号処理装置は、第３種光信号を送信することにより、物理層における暗号化をした上で、送信対象のデータの送受信における設備や時間あたりの伝送効率を向上することができる。

更に、前記光出力手段の前段との後段のうち少なくとも一方において、
前記多値変調手段で変調されるタイミング（例えば、明細書でいうクロック信号に基づいて暗号化部１１３が第２種信号を変調するタイミング）に基づいて、
前記ｎ個の第１種光信号の夫々が前記多重化手段に入力されるタイミングを遅延させる遅延手段（例えば、図５の遅延部ＤＥ−１乃至ＤＥ−ｎや遅延部ＤＯ−１乃至ＤＯ−ｎ）、
をさらに備えることができる。

これにより、ｎ個の第１種光信号が多重化手段に入力されるタイミングの夫々が同時となるように調整される。即ち、例えば、多値変調手段で変調されるタイミングに基づくタイミングで、第２種光信号に含まれるｎ個の第１種光信号の夫々が多値変調手段に入力される。その結果、多値変調手段は、波長について多重化されたとして、ｎ個の第１種光信号に相当する第２種光信号を一括して、多値に変調することができる。

また、即ち、本発明が適用される信号処理装置（例えば、図１の光受信装置２）は、
ｎ個（ｎは２以上の整数値）の波長について多重化（例えば、図５の多重器１１２による多重化）をされた後、所定のアルゴリズム（例えば、明細書でいうＹ−００プロトコルのアルゴリズム）に基づいて多値に第１変調（例えば、図５の暗号化部１１３による暗号化に係る変調）をされた第１種光信号（例えば、図１の光送信装置１から送信された第１種光信号）を、
前記所定のアルゴリズムに対応するアルゴリズム（例えば、明細書でいうＹ−００プロトコルの復号に係るアルゴリズム）に基づいた第２変調（例えば、図１２の復号部２３１による復号に係る変調）により、波長について多重化をされた第２種光信号（例えば、明細書でいう第６種光信号）とする変調手段（例えば、図１２の復号部２２１）と、
前記第２種光信号を、ｎ個の第３種光信号（例えば、明細書でいう第７種光信号）の夫々に分離をする分離手段（例えば、図１２の分離器２２２）と、
を備える信号処理装置であれば足りる。

これにより、ｎ個の波長について多重化をされた後、所定のアルゴリズムに基づいて多値に第１変調をされた第１種光信号を、（多値に第１変調されていない）ｎ個の第３種光信号の夫々に分離をすることができる。即ち、互いに波長の異なるｎ個の光信号の夫々に対応する送信対象のデータの夫々が、多重化及び物理層における暗号化をされて同時に第１種光信号として送信されてくる。その結果、信号処理装置は、送信されてきた第１種光信号を、第１種光信号に含まれる第３種光信号に分離することで、ｎ個の送信対象のデータとして分離することができる。即ち、送信対象のデータの送受信における設備や時間あたりの伝送効率を向上することができる。

更に、前記第１種光信号に含まれるｎ個の前記波長の成分の夫々が前記信号処理装置に到達するまでの遅延の夫々を補償して第４種光信号（例えば、明細書でいう第５種光信号）とする補償手段（例えば、図１２の補償器２１１）、
をさらに備え、
前記変調手段は、
前記第４種光信号を、前記第２変調により、前記第２種光信号とする、ことができる。

これにより、第１種光信号に含まれるｎ個の波長の成分の夫々が信号処理装置に到達するまでの遅延の夫々を補償することができる。その結果、例えば、変調手段に入力される第２種光信号に含まれる互いに波長の異なるｎ個の第３種光信号の夫々の間において遅延が無い状態とすることができる。その結果、第１種光信号に含まれるｎ個の波長の第３種光信号の第１変調が同期しているからこそ、１つの変調手段による第２変調が可能となる。

１・・・光送信装置、１１−１乃至１１−ｎ・・・送信データ提供部、１２・・・暗号鍵提供部、１３・・・暗号信号生成部、１４・・・暗号信号送信部、１５・・・クロック提供部、ＤＥ−１乃至ＤＥ−ｎ・・・遅延部、ＤＯ−１乃至ＤＯ−ｎ・・・遅延部、１１１・・・光出力部、１１２・・・多重器、１１３・・・暗号化部、１２１−１乃至１２１−ｎ・・・Ｅ／Ｏ変換部、１３１−ｋ，１４１−ｋ・・・搬送波発生部、１３２−ｋ−ａ，１３２−ｋ−ｂ，１４２−ｋ−ａ乃至１４２−ｋ−ｄ・・・位相変調器、１５１−ｋ，１６１−ｋ，１７１−ｋ・・・暗号発生部、１５２−ｋ−ａ，１５２−ｋ−ｂ，１６２−ｋ−ａ乃至１６２−ｋ−ｄ，１７２−ｋ−ａ乃至１７２−ｋ−ｈ・・・位相変調器、２・・・光受信装置、２１・・・暗号信号受信部、２２・・・暗号鍵提供部、２３・・・暗号信号復号部、２１１・・・補償器、２２１・・・復号部、２２２・・・分離器、２２３−１乃至２２３−ｎ・・・Ｏ／Ｅ変換部、３・・・光通信ケーブル、４・・・基礎光送信装置、４１−１乃至４１−ｎ・・・送信データ提供部、４２・・・暗号鍵提供部、４３・・・暗号信号生成部、４４・・・暗号信号送信部、４１１・・・光出力部、４１２−１乃至４１２−ｎ・・・暗号化部、４１３・・・多重器、４２１−１乃至４２１−ｎ・・・Ｅ／Ｏ変換部、５・・・基礎光受信装置、５１・・・暗号信号受信部、５２・・・暗号鍵提供部、５３・・・暗号信号復号部、５１１・・・分離器、５１２−１乃至５１２−ｎ・・・復号部、５１３−１乃至５１３−ｎ・・・Ｏ／Ｅ変換部

Claims (4)

1. ｎ個（ｎは２以上の整数値）の送信対象のデータの夫々に基づく、互いに波長の異なるｎ個の第１種光信号の夫々を出力する光出力手段と、
   ｎ個の前記第１種光信号の夫々を、波長について多重化をされた１個の第２種光信号とする多重化手段と、
   前記第２種光信号を、所定のアルゴリズムに基づいて多値に変調をして第３種光信号とする多値変調手段と、
   を備える信号処理装置。
2. 前記光出力手段の前段との後段のうち少なくとも一方において、
   前記多値変調手段で変調されるタイミングに基づいて、
   前記ｎ個の第１種光信号の夫々が前記多重化手段に入力されるタイミングを遅延させる遅延手段、
   をさらに備える請求項１に記載の信号処理装置。
3. ｎ個（ｎは２以上の整数値）の波長について多重化をされた後、所定のアルゴリズムに基づいて多値に第１変調をされた第１種光信号を、
   前記所定のアルゴリズムに対応するアルゴリズムに基づいた第２変調により、波長について多重化をされた第２種光信号とする変調手段と、
   前記第２種光信号を、ｎ個の第３種光信号の夫々に分離をする分離手段と、
   を備える信号処理装置。
4. 前記第１種光信号に含まれるｎ個の前記波長の成分の夫々が前記信号処理装置に到達するまでの遅延の夫々を補償して第４種光信号とする補償手段、
   をさらに備え、
   前記変調手段は、
   前記第４種光信号を、前記第２変調により、前記第２種光信号とする、
   請求項３に記載の信号処理装置。

Images