JP2619584B2 - 量子状態制御装置、光受信装置および光通信装置 - Google Patents
量子状態制御装置、光受信装置および光通信装置Info
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- JP2619584B2 JP2619584B2 JP4066913A JP6691392A JP2619584B2 JP 2619584 B2 JP2619584 B2 JP 2619584B2 JP 4066913 A JP4066913 A JP 4066913A JP 6691392 A JP6691392 A JP 6691392A JP 2619584 B2 JP2619584 B2 JP 2619584B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はコヒーレント光通信の受
信感度及びビット誤り率の大幅な改善を目的とした量子
状態制御装置、光受信装置および光通信装置に関する。
信感度及びビット誤り率の大幅な改善を目的とした量子
状態制御装置、光受信装置および光通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】コヒーレント光通信系の信号対雑音比は
信号光の量子雑音、光受信装置の局発光雑音、暗電流、
回路熱雑音によってその限界が決まる。現在、このよう
な系の信号対雑音比は信号光の量子雑音に基づく限界ま
で実現されるようになっている。図２に従来のコヒーレ
ント光通信系の構成例を示す。同図において、１は光送
信装置であり、コヒーレント状態の信号光を出力する。
２は信号光を伝送する通信用伝送路であり、５は光ホモ
ダイン検波装置である。詳細は文献「光通信理論とその
応用」第６章、森北出版、１９８８に解説されている
（以下文献１と略記）。
信号光の量子雑音、光受信装置の局発光雑音、暗電流、
回路熱雑音によってその限界が決まる。現在、このよう
な系の信号対雑音比は信号光の量子雑音に基づく限界ま
で実現されるようになっている。図２に従来のコヒーレ
ント光通信系の構成例を示す。同図において、１は光送
信装置であり、コヒーレント状態の信号光を出力する。
２は信号光を伝送する通信用伝送路であり、５は光ホモ
ダイン検波装置である。詳細は文献「光通信理論とその
応用」第６章、森北出版、１９８８に解説されている
（以下文献１と略記）。
【０００３】近年、さらに信号対雑音比を改善するため
に光の量子状態を制御し、信号光の量子雑音を小さくす
る物理現象の応用が提案されている。この応用にはスク
ィズド状態生成技術と呼ばれている技術が使用される
（文献、フィズカル・レビュー、エー、ボリューム１
３、ナンバー６（１９７６年）第２２２６頁から第２２
４３頁（Ｐhysical Ｒeview Ａ１３ Ｎｏ.６ Ｊｕｎｅ
１９７６，ｐｐ.２２２６−２２４３））。ここでスク
ィズド状態とは、光の直交するふたつの振幅成分が異な
る量子雑音を有する量子状態である。これに対して、従
来からコヒーレント光通信に用いられている光は、コヒ
ーレント状態と呼ばれ、ふたつの振幅成分は同じ量子雑
音を有する。
に光の量子状態を制御し、信号光の量子雑音を小さくす
る物理現象の応用が提案されている。この応用にはスク
ィズド状態生成技術と呼ばれている技術が使用される
（文献、フィズカル・レビュー、エー、ボリューム１
３、ナンバー６（１９７６年）第２２２６頁から第２２
４３頁（Ｐhysical Ｒeview Ａ１３ Ｎｏ.６ Ｊｕｎｅ
１９７６，ｐｐ.２２２６−２２４３））。ここでスク
ィズド状態とは、光の直交するふたつの振幅成分が異な
る量子雑音を有する量子状態である。これに対して、従
来からコヒーレント光通信に用いられている光は、コヒ
ーレント状態と呼ばれ、ふたつの振幅成分は同じ量子雑
音を有する。
【０００４】現在、この量子状態制御の応用は図３に示
すように光送信装置において信号光の量子状態を制御す
る方法が提案されている。同図において１６はスクイズ
ド状態の信号光を出力する光送信装置である。２および
５は図２と同じである。信号光のふたつの直交する成分
に対する量子雑音はコヒーレント状態のときは共に１／
４（規格化電力）であるが、スクイズド状態では一方の
成分の量子雑音をｅ-z／４、他方をｅz／４とすること
ができる。ただし、ｚはスクイズドパラメータ。この結
果、送信光の量子状態がコヒーレント状態の場合（一般
的なコヒーレント光通信）、系の信号対雑音比の理論値
は４＜ｎ＞となる。一方、スクイズド状態で量子雑音の
小さい方を情報信号とした場合の信号対雑音比は４＜ｎ
＞（＜ｎ＞＋１）となる。ただし、＜ｎ＞はパルス信号
光のもつ平均光子数である。以上より信号光をスクイズ
ド状態にすることによって信号対雑音比を大幅に改善す
ることができる。詳細については文献１、第２章におい
て述べられている。
すように光送信装置において信号光の量子状態を制御す
る方法が提案されている。同図において１６はスクイズ
ド状態の信号光を出力する光送信装置である。２および
５は図２と同じである。信号光のふたつの直交する成分
に対する量子雑音はコヒーレント状態のときは共に１／
４（規格化電力）であるが、スクイズド状態では一方の
成分の量子雑音をｅ-z／４、他方をｅz／４とすること
ができる。ただし、ｚはスクイズドパラメータ。この結
果、送信光の量子状態がコヒーレント状態の場合（一般
的なコヒーレント光通信）、系の信号対雑音比の理論値
は４＜ｎ＞となる。一方、スクイズド状態で量子雑音の
小さい方を情報信号とした場合の信号対雑音比は４＜ｎ
＞（＜ｎ＞＋１）となる。ただし、＜ｎ＞はパルス信号
光のもつ平均光子数である。以上より信号光をスクイズ
ド状態にすることによって信号対雑音比を大幅に改善す
ることができる。詳細については文献１、第２章におい
て述べられている。
【０００５】上記量子状態の制御の応用技術では通信用
伝送路にエネルギーの損失が発生すれば信号光のスクイ
ズド状態が破壊され、信号対雑音比は劣化し、量子状態
制御の利点が全くなくなるため実際の通信系の適用に重
大な難点が生ずる。この現象の詳細は文献「スクイズド
光」、第５章、森北出版、１９９０に述べられている
（以下文献２と略記）。
伝送路にエネルギーの損失が発生すれば信号光のスクイ
ズド状態が破壊され、信号対雑音比は劣化し、量子状態
制御の利点が全くなくなるため実際の通信系の適用に重
大な難点が生ずる。この現象の詳細は文献「スクイズド
光」、第５章、森北出版、１９９０に述べられている
（以下文献２と略記）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】コヒーレント光通信の
特性改善を目的とした従来の量子状態制御システムは、
通信用伝送路のエネルギー損失によってその利点が全く
なくなる。
特性改善を目的とした従来の量子状態制御システムは、
通信用伝送路のエネルギー損失によってその利点が全く
なくなる。
【０００７】本発明の目的は、上記エネルギー損失によ
る量子状態制御の利点の劣化に関する問題を解決し、従
来のコヒーレント光通信系よりはるかに高い信号対雑音
比特性を得る光受信装置を実現することにある。
る量子状態制御の利点の劣化に関する問題を解決し、従
来のコヒーレント光通信系よりはるかに高い信号対雑音
比特性を得る光受信装置を実現することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、上記装置にて用いる
量子状態制御装置を実現することにある。
量子状態制御装置を実現することにある。
【０００９】本発明の他の目的は、上記装置を用いた光
通信装置を実現することにある。
通信装置を実現することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的の光受信装置
は、信号光を無雑音増幅する第一スクイザーと、該第一
スクイザーからの出力光と、真空スクイズド状態光を発
生する第二スクイザーからの出力光とをふたつの入力と
し、且つ、該第一スクイザーからの出力光の振幅および
該第二スクイザーからの出力光の量子雑音を、それぞれ
その振幅および量子雑音として出力する非線形ビームス
プリッタと、該非線形ビームスプリッタからの出力光を
ホモダイン検波する光ホモダイン検波装置とを設けるこ
とにより達成される。この現象の詳細は文献、カンタ
ム、オプティクス、５、第２３頁から２７頁、シュプリ
ンガー、１９８９（Quantum Optics,V,pp.23-27,Spring
er,1989)に述べられている(以下文献３と略記）。
は、信号光を無雑音増幅する第一スクイザーと、該第一
スクイザーからの出力光と、真空スクイズド状態光を発
生する第二スクイザーからの出力光とをふたつの入力と
し、且つ、該第一スクイザーからの出力光の振幅および
該第二スクイザーからの出力光の量子雑音を、それぞれ
その振幅および量子雑音として出力する非線形ビームス
プリッタと、該非線形ビームスプリッタからの出力光を
ホモダイン検波する光ホモダイン検波装置とを設けるこ
とにより達成される。この現象の詳細は文献、カンタ
ム、オプティクス、５、第２３頁から２７頁、シュプリ
ンガー、１９８９（Quantum Optics,V,pp.23-27,Spring
er,1989)に述べられている(以下文献３と略記）。
【００１１】上記他の目的の量子状態制御装置は、信号
光を無雑音増幅する第一スクイザーと、該第一スクイザ
ーからの出力光と、真空スクイズド状態光を発生する第
二スクイザーからの出力光とをふたつの入力とし、且
つ、該第一スクイザーからの出力光の振幅および該第二
スクイザーからの出力光の量子雑音を、それぞれその振
幅および量子雑音として出力する非線形ビームスプリッ
タとを設けることにより達成される。
光を無雑音増幅する第一スクイザーと、該第一スクイザ
ーからの出力光と、真空スクイズド状態光を発生する第
二スクイザーからの出力光とをふたつの入力とし、且
つ、該第一スクイザーからの出力光の振幅および該第二
スクイザーからの出力光の量子雑音を、それぞれその振
幅および量子雑音として出力する非線形ビームスプリッ
タとを設けることにより達成される。
【００１２】上記他の目的の光通信装置は、光送信装置
と通信用伝送路と上記光受信装置とを設けることにより
達成される。
と通信用伝送路と上記光受信装置とを設けることにより
達成される。
【００１３】
【作用】本発明は、非線形ビームスプリッタの新しい応
用法の発見に基づいている。
用法の発見に基づいている。
【００１４】一般に非線形ビームスプリッタは非線形現
象を発生させるために入力光として強い光を要求するが
（文献３）、受信信号光は極めて微弱光となる。本発明
では受信光を非線形ビームスプリッタに入力する前に、
スクイザーにより無雑音増幅することによりその問題を
克服する。
象を発生させるために入力光として強い光を要求するが
（文献３）、受信信号光は極めて微弱光となる。本発明
では受信光を非線形ビームスプリッタに入力する前に、
スクイザーにより無雑音増幅することによりその問題を
克服する。
【００１５】光送信装置用光源からの出力光はコヒーレ
ント状態をもち、信号は光波の位相に対する２値ＰＳＫ
（位相シフトキーイング）とする。ただし、情報１と０
に対し、ＰＳＫ信号は０°と１８０°とする。すなわ
ち、光信号は光のコサイン成分の振幅Ｘｃと−Ｘｃに対
応する。このコヒーレント状態光がエネルギー損失のあ
る通信用伝送路を伝搬するとき、その出力の量子状態は
またコヒーレント状態となる。ここでただちに検波すれ
ば信号対雑音比は４＜ｎR＞となる。ただし、＜ｎR＞は
通信用伝送路出力における光パルス当りの平均光子数で
ある。この信号対雑音比は通常ショット雑音限界と呼ば
れる。
ント状態をもち、信号は光波の位相に対する２値ＰＳＫ
（位相シフトキーイング）とする。ただし、情報１と０
に対し、ＰＳＫ信号は０°と１８０°とする。すなわ
ち、光信号は光のコサイン成分の振幅Ｘｃと−Ｘｃに対
応する。このコヒーレント状態光がエネルギー損失のあ
る通信用伝送路を伝搬するとき、その出力の量子状態は
またコヒーレント状態となる。ここでただちに検波すれ
ば信号対雑音比は４＜ｎR＞となる。ただし、＜ｎR＞は
通信用伝送路出力における光パルス当りの平均光子数で
ある。この信号対雑音比は通常ショット雑音限界と呼ば
れる。
【００１６】本発明では、通信用伝送路から出力するコ
ヒーレント状態光を無雑音増幅器（第一スクイザー）の
入力端へ注入する。スクイザーの詳細は文献２、第７章
に解説されている。第一スクイザーからの出力光は、入
射信号光のコサイン成分の振幅および量子雑音をともに
√Ｇ1倍増幅し、サイン成分を１／√Ｇ1倍増幅したもの
となる（図４）。従って、この出力光のコサイン成分を
ホモダイン検波したときの信号対雑音比は４＜ｎR＞と
なる。さらに、この出力光は非線形ビームスプリッタ
（文献３）の一方の入力端に注入される。非線形ビーム
スプリッタの概略を図５に示す。非線形ビームスプリッ
タはふたつの入力端および出力端をそれぞれ有する。こ
れらの入力端へ注入するふたつの光の振幅および量子雑
音をそれぞれ＜Ｘｃin(L)＞、＜Ｘｃin(R)＞、＜△Ｘｃ
in(L)2＞、＜△Ｘｃin(R)2＞とすると一方の出力端から
の出力光の振幅＜Ｘｃout(L)＞、および量子雑音＜△Ｘ
ｃout(L)2＞は、それぞれ ｜＜Ｘｃout(L)＞｜≒｜＜Ｘｃin(L)＞｜ ＜△Ｘｃout(L)2＞ ＝ ＜△Ｘｃin(R)2＞ となる。ここで非線形ビームスプリッタの一方の入力端
へ第一スクイザーにより無雑音増幅された信号光を注入
し、他の入力端へ第二スクイザーから出力される真空ス
クイズド状態光を注入することにより、一方の出力端か
ら出力される光のコサイン成分の振幅および量子雑音は ＜Ｘｃout(L)＞ ＝ ±√Ｇ1・ＸR ＜△Ｘｃout(L)2＞ ＝ Ｇ2／４ となる。従って、本発明の量子状態制御装置では、図６
に示す信号光に対して、図７に示す光を信号として出力
する。
ヒーレント状態光を無雑音増幅器（第一スクイザー）の
入力端へ注入する。スクイザーの詳細は文献２、第７章
に解説されている。第一スクイザーからの出力光は、入
射信号光のコサイン成分の振幅および量子雑音をともに
√Ｇ1倍増幅し、サイン成分を１／√Ｇ1倍増幅したもの
となる（図４）。従って、この出力光のコサイン成分を
ホモダイン検波したときの信号対雑音比は４＜ｎR＞と
なる。さらに、この出力光は非線形ビームスプリッタ
（文献３）の一方の入力端に注入される。非線形ビーム
スプリッタの概略を図５に示す。非線形ビームスプリッ
タはふたつの入力端および出力端をそれぞれ有する。こ
れらの入力端へ注入するふたつの光の振幅および量子雑
音をそれぞれ＜Ｘｃin(L)＞、＜Ｘｃin(R)＞、＜△Ｘｃ
in(L)2＞、＜△Ｘｃin(R)2＞とすると一方の出力端から
の出力光の振幅＜Ｘｃout(L)＞、および量子雑音＜△Ｘ
ｃout(L)2＞は、それぞれ ｜＜Ｘｃout(L)＞｜≒｜＜Ｘｃin(L)＞｜ ＜△Ｘｃout(L)2＞ ＝ ＜△Ｘｃin(R)2＞ となる。ここで非線形ビームスプリッタの一方の入力端
へ第一スクイザーにより無雑音増幅された信号光を注入
し、他の入力端へ第二スクイザーから出力される真空ス
クイズド状態光を注入することにより、一方の出力端か
ら出力される光のコサイン成分の振幅および量子雑音は ＜Ｘｃout(L)＞ ＝ ±√Ｇ1・ＸR ＜△Ｘｃout(L)2＞ ＝ Ｇ2／４ となる。従って、本発明の量子状態制御装置では、図６
に示す信号光に対して、図７に示す光を信号として出力
する。
【００１７】上記の特性を利用してコヒーレント光通信
のビット誤り率を大幅に改善する我々の装置の動作原理
を以下に示す。
のビット誤り率を大幅に改善する我々の装置の動作原理
を以下に示す。
【００１８】送信光は、 ＸT ｃｏｓ（ωsｔ＋φs） ＝ Ｘc ｃｏｓ（ωsｔ）＋Ｘs ｓｉｎ（ωsｔ） 変調信号は位相φs＝０ラジアンとπラジアンの２値Ｐ
ＳＫである。このとき、対応する送信信号の複素振幅は
それぞれＸTと−ＸTである。ωsは送信光の角周波数で
ある。通信用伝送路出力の信号光は√κ・ＸT ｃｏｓ
（ωsｔ＋φs）＝ＸR ｃｏｓ（ωsｔ＋φs）となり、信
号と雑音の関係は図６のようになる。ただし√κは伝送
路の透過度であり、√κ・ＸT＝ＸRが成り立つ。これは
信号光として無雑音増幅器（第一スクイザー）の入力端
へ注入され無雑音増幅される。従って、第一スクイザー
からの出力光の振幅および量子雑音は、φs＝０、πの
とき、 ＜Ｘc1(out)＞ ＝ ±√Ｇ1・ＸR ＜△Ｘc1(out)2＞ ＝ Ｇ1／４ ＜Ｘｓ1(out)＞ ＝ ０ ＜△Ｘｓ１(out)2＞ ＝ １／（４・Ｇ1） ただし、Ｇ1は第一スクイザーのスクイジングの度合を
表す。また、＜Ｘc1(out)＞および＜△Ｘc1(out)2＞は
それぞれ第一スクイザーから出射された信号光のコサイ
ン成分の振幅および量子雑音である。同様に、＜Ｘs1(o
ut)＞および＜△Ｘs1(out)2＞サイン成分の振幅および
量子雑音である。この様子は、図４のように表される。
ＳＫである。このとき、対応する送信信号の複素振幅は
それぞれＸTと−ＸTである。ωsは送信光の角周波数で
ある。通信用伝送路出力の信号光は√κ・ＸT ｃｏｓ
（ωsｔ＋φs）＝ＸR ｃｏｓ（ωsｔ＋φs）となり、信
号と雑音の関係は図６のようになる。ただし√κは伝送
路の透過度であり、√κ・ＸT＝ＸRが成り立つ。これは
信号光として無雑音増幅器（第一スクイザー）の入力端
へ注入され無雑音増幅される。従って、第一スクイザー
からの出力光の振幅および量子雑音は、φs＝０、πの
とき、 ＜Ｘc1(out)＞ ＝ ±√Ｇ1・ＸR ＜△Ｘc1(out)2＞ ＝ Ｇ1／４ ＜Ｘｓ1(out)＞ ＝ ０ ＜△Ｘｓ１(out)2＞ ＝ １／（４・Ｇ1） ただし、Ｇ1は第一スクイザーのスクイジングの度合を
表す。また、＜Ｘc1(out)＞および＜△Ｘc1(out)2＞は
それぞれ第一スクイザーから出射された信号光のコサイ
ン成分の振幅および量子雑音である。同様に、＜Ｘs1(o
ut)＞および＜△Ｘs1(out)2＞サイン成分の振幅および
量子雑音である。この様子は、図４のように表される。
【００１９】第一スクイザーから出射した光は信号光と
して、非線形ビームスプリッタの一方の入力端に注入さ
れる。非線形ビームスプリッタはそれぞれふたつずつの
入力端と出力端を有する。他の入力端へは第二スクイザ
ーから出射する真空スクイズド状態光が注入される。こ
の光の振幅および量子雑音は、 ＜Ｘｃ2(out)＞ ＝ ０ ＜△Ｘｃ2(out)2＞ ＝ １／（４・Ｇ2） ＜Ｘｓ2(out)＞ ＝ ０ ＜△Ｘｓ2(out)2＞ ＝ Ｇ2／４ ただし、Ｇ2は第二スクイザーのスクイジングの度合を
表す。また、＜Ｘc2(out)＞および＜△Ｘc2(out)2＞は
それぞれ第二スクイザーから出射された信号光のコサイ
ン成分の振幅および量子雑音である。同様に、＜Ｘs 2(o
ut)＞および＜△Ｘs2(out)2＞はサイン成分の振幅およ
び量子雑音である。この様子は、図８のように表され
る。
して、非線形ビームスプリッタの一方の入力端に注入さ
れる。非線形ビームスプリッタはそれぞれふたつずつの
入力端と出力端を有する。他の入力端へは第二スクイザ
ーから出射する真空スクイズド状態光が注入される。こ
の光の振幅および量子雑音は、 ＜Ｘｃ2(out)＞ ＝ ０ ＜△Ｘｃ2(out)2＞ ＝ １／（４・Ｇ2） ＜Ｘｓ2(out)＞ ＝ ０ ＜△Ｘｓ2(out)2＞ ＝ Ｇ2／４ ただし、Ｇ2は第二スクイザーのスクイジングの度合を
表す。また、＜Ｘc2(out)＞および＜△Ｘc2(out)2＞は
それぞれ第二スクイザーから出射された信号光のコサイ
ン成分の振幅および量子雑音である。同様に、＜Ｘs 2(o
ut)＞および＜△Ｘs2(out)2＞はサイン成分の振幅およ
び量子雑音である。この様子は、図８のように表され
る。
【００２０】このとき、非線形ビームスプリッタから出
射する光のコサイン成分の振幅および量子雑音は ＜△Ｘｃout(L)2＞ ＝ Ｇ2／４ ただし、｜＜Ｘｃout(L)＞｜2、＜△Ｘｃout(L)2＞は、
それぞれ、信号光のコサイン成分のエネルギーおよび量
子雑音である。γ、εはそれぞれ、非線形ビームスプリ
ッタの入力端の反射率および２χ｜＜√（κG1）Ｘc＞
｜2で与えられるエネルギーパラメータ。また、χは非
線形相互作用の強さを表すパラメータである。この様子
は図７の様に表される。光ホモダイン受信機の局発光の
位相を０と設定すればこの受信機は信号光のコサイン成
分（Ｘc(out)(L)）のみの検出器となる（文献２、第８
章）。
射する光のコサイン成分の振幅および量子雑音は ＜△Ｘｃout(L)2＞ ＝ Ｇ2／４ ただし、｜＜Ｘｃout(L)＞｜2、＜△Ｘｃout(L)2＞は、
それぞれ、信号光のコサイン成分のエネルギーおよび量
子雑音である。γ、εはそれぞれ、非線形ビームスプリ
ッタの入力端の反射率および２χ｜＜√（κG1）Ｘc＞
｜2で与えられるエネルギーパラメータ。また、χは非
線形相互作用の強さを表すパラメータである。この様子
は図７の様に表される。光ホモダイン受信機の局発光の
位相を０と設定すればこの受信機は信号光のコサイン成
分（Ｘc(out)(L)）のみの検出器となる（文献２、第８
章）。
【００２１】光ホモダイン検波された信号出力は、ゼロ
をしきい値として判定される。すなわち、検波器出力が
０以上であれば信号を１と判定し、それ以外は０とす
る。このときの誤り率は、γ≪εの条件のもとで、
をしきい値として判定される。すなわち、検波器出力が
０以上であれば信号を１と判定し、それ以外は０とす
る。このときの誤り率は、γ≪εの条件のもとで、
【００２２】
【数１】
【００２３】となる。
【００２４】以上より、Ｇ1、Ｇ2を十分大きくすること
により従来の光ＰＳＫシステムより極めて高い信頼度の
システムが得られる。図９により、従来の光ＰＳＫホモ
ダイン検波に対する本発明の相対誤り率Ｈの理論値を示
す。パラメータは＜ｎR＞＝κ・ＸT 2＝９とした。同図
はＧ＝Ｇ1・Ｇ2を１よりも大きくすることにより、従来
よりも誤り率を改善できる（Ｈ＜１）ことを示してい
る。
により従来の光ＰＳＫシステムより極めて高い信頼度の
システムが得られる。図９により、従来の光ＰＳＫホモ
ダイン検波に対する本発明の相対誤り率Ｈの理論値を示
す。パラメータは＜ｎR＞＝κ・ＸT 2＝９とした。同図
はＧ＝Ｇ1・Ｇ2を１よりも大きくすることにより、従来
よりも誤り率を改善できる（Ｈ＜１）ことを示してい
る。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の光受信装置、量子状態制御装
置および光通信装置の一実施例を図１により説明する。
１は光送信装置である。６は光源であり、例えば、分布
帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザ、分布ブラッグ反射型
（ＤＢＲ）半導体レーザ、外部共振器付半導体レーザお
よびガスレーザ等の単一周波数で発振するレーザにより
実現することができる。７は光変調器であり、例えば市
販のリチウム・ナイオベイト（ＬｉＮｂＯ3）を用いた
変調器により実現できる。このとき７は、６から出力す
るコヒーレント状態光に位相０ラジアンとπラジアンに
よるＰＳＫ変調を施す。
置および光通信装置の一実施例を図１により説明する。
１は光送信装置である。６は光源であり、例えば、分布
帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザ、分布ブラッグ反射型
（ＤＢＲ）半導体レーザ、外部共振器付半導体レーザお
よびガスレーザ等の単一周波数で発振するレーザにより
実現することができる。７は光変調器であり、例えば市
販のリチウム・ナイオベイト（ＬｉＮｂＯ3）を用いた
変調器により実現できる。このとき７は、６から出力す
るコヒーレント状態光に位相０ラジアンとπラジアンに
よるＰＳＫ変調を施す。
【００２６】２は信号光を伝送する通信用伝送路であ
り、例えば光ファイバにより実現することができる。２
は空間であってもよい。
り、例えば光ファイバにより実現することができる。２
は空間であってもよい。
【００２７】４は本発明の量子状態制御装置である。
９、１１はコヒーレント状態からスクイズド状態に変換
する装置（スクイザー）である。スクイザー９、１１は
例えば縮退パラメトリック増幅過程や縮退四光波混合過
程等を用いて実現されており、その実施例の詳細は、前
者については、文献、フィズカル・レビュー・レター、
第５７巻、ナンバー２０、第２５２０頁から第２５２３
頁、１９８６年（Physical Review Letter,vol.57,No.2
0,pp.2520-2523,1986)において、また後者については、
文献サイエンス、第１８巻、ナンバー７、第４８頁から
第５８頁、１９８８年（日経サイエンス社）において論
じられている。１０は、スクイザー９から出力する信号
光の振幅およびスクイザー１１から出力する真空スクイ
ズド状態光の量子雑音を、それぞれその振幅と量子雑音
として有する光を出力する非線形ビームスプリッタであ
る。１０は光双安定性を利用して実現される（文献
３）。
９、１１はコヒーレント状態からスクイズド状態に変換
する装置（スクイザー）である。スクイザー９、１１は
例えば縮退パラメトリック増幅過程や縮退四光波混合過
程等を用いて実現されており、その実施例の詳細は、前
者については、文献、フィズカル・レビュー・レター、
第５７巻、ナンバー２０、第２５２０頁から第２５２３
頁、１９８６年（Physical Review Letter,vol.57,No.2
0,pp.2520-2523,1986)において、また後者については、
文献サイエンス、第１８巻、ナンバー７、第４８頁から
第５８頁、１９８８年（日経サイエンス社）において論
じられている。１０は、スクイザー９から出力する信号
光の振幅およびスクイザー１１から出力する真空スクイ
ズド状態光の量子雑音を、それぞれその振幅と量子雑音
として有する光を出力する非線形ビームスプリッタであ
る。１０は光双安定性を利用して実現される（文献
３）。
【００２８】５はホモダイン検波器である。４から出力
された信号光は光合波器１２により１３から出力した局
発光と合波される。１２は例えば市販の光カプラやハー
フミラー等で実現することができる。１３は光源６と同
様の単一周波数レーザにより実現することができる。こ
こで、信号光と局発光とは、それぞれの偏波状態が略一
致し、位相は信号１に対しては略一致し、０に対しては
πラジアンずれた状態で合波される。１４は光検波器で
あり送信信号８に略等しい受信信号１５を復元して出力
する。１４は少なくともフォトダイオード（ＰＤ）を用
いて実現できる。１４は増幅器、フィルタ等の通常の光
受信装置に含まれる回路を含んでもよい。
された信号光は光合波器１２により１３から出力した局
発光と合波される。１２は例えば市販の光カプラやハー
フミラー等で実現することができる。１３は光源６と同
様の単一周波数レーザにより実現することができる。こ
こで、信号光と局発光とは、それぞれの偏波状態が略一
致し、位相は信号１に対しては略一致し、０に対しては
πラジアンずれた状態で合波される。１４は光検波器で
あり送信信号８に略等しい受信信号１５を復元して出力
する。１４は少なくともフォトダイオード（ＰＤ）を用
いて実現できる。１４は増幅器、フィルタ等の通常の光
受信装置に含まれる回路を含んでもよい。
【００２９】３は本発明の光受信装置であり、少なくと
も４と５から構成される。本発明の光通信装置は少なく
とも１、２および３とから構成される。
も４と５から構成される。本発明の光通信装置は少なく
とも１、２および３とから構成される。
【００３０】
【発明の効果】本発明の量子状態制御装置によれば、受
信光のビット誤り率特性を改善できるという効果を得
る。
信光のビット誤り率特性を改善できるという効果を得
る。
【００３１】本発明の光受信装置および光通信装置によ
れば、内蔵される量子状態制御装置が受信光のビット誤
り率特性を改善できるので、以下の効果を得る。
れば、内蔵される量子状態制御装置が受信光のビット誤
り率特性を改善できるので、以下の効果を得る。
【００３２】信号光の強度およびビットレートを従来
のコヒーレント光通信系と同じにすると、従来よりも受
信信号の符号誤り率を低くすることができる。
のコヒーレント光通信系と同じにすると、従来よりも受
信信号の符号誤り率を低くすることができる。
【００３３】ビットレートおよび受信信号の符号誤り
率を従来と同じにすると、受信感度が改善されるので、
通信用伝送路に許容される損失を多くできる。即ち、伝
送距離を長くできる。
率を従来と同じにすると、受信感度が改善されるので、
通信用伝送路に許容される損失を多くできる。即ち、伝
送距離を長くできる。
【００３４】受信信号の符号誤り率および信号光の強
度を従来と同じにすると、ビットレートを従来よりも高
くできる。
度を従来と同じにすると、ビットレートを従来よりも高
くできる。
【００３５】ビットレートおよび受信信号の符号誤り
率を従来と同じにすると、信号光を複数に分岐でき、複
数の光受信装置あるいは光検出装置が同時に信号光を受
信することができる。
率を従来と同じにすると、信号光を複数に分岐でき、複
数の光受信装置あるいは光検出装置が同時に信号光を受
信することができる。
【図１】本発明の一実施例の構成図
【図２】従来のコヒーレント光通信系の構成図
【図３】従来の量子状態制御の応用方を示す図
【図４】第一スクイザー入出力光の信号と雑音の関係を
示す図
示す図
【図５】非線形ビームスプリッタの入出力光の信号と雑
音の関係を示す図
音の関係を示す図
【図６】本発明の量子状態制御装置入力光の信号と雑音
の関係を示す図
の関係を示す図
【図７】本発明の量子状態制御装置出力光の信号と雑音
の関係を示す図
の関係を示す図
【図８】第二スクイザー出力光の雑音を示す図
【図９】従来の光ＰＳＫホモダイン検波に対する本発明
の相対誤り率を示す図
の相対誤り率を示す図
１…光送信装置、２…通信用伝送路、３…光受信装置、
４…量子状態制御装置、５…光ホモダイン検波装置、６
…光源、７…光変調器、８…送信信号、９…第一スクイ
ザー、１０…非線形ビームスプリッタ、１１…第二スク
イザー、１２…光合波器、１３…局発光源、１４…光検
波器、１５…受信信号、１６…スクイズド状態の信号光
を出力する光送信装置。
４…量子状態制御装置、５…光ホモダイン検波装置、６
…光源、７…光変調器、８…送信信号、９…第一スクイ
ザー、１０…非線形ビームスプリッタ、１１…第二スク
イザー、１２…光合波器、１３…局発光源、１４…光検
波器、１５…受信信号、１６…スクイズド状態の信号光
を出力する光送信装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 対馬 英明 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】信号光を無雑音増幅する第一スクイザーと
該第一スクイザーから出力される信号光および第二スク
イザーにより生成される真空スクイズド光とを入力と
し、且つ、該第一スクイザーからの出力光の振幅および
該第二スクイザーからの出力光の量子雑音を、それぞれ
その振幅および量子雑音として出力する非線形ビームス
プリッタとから構成されることを特徴とする量子状態制
御装置。 - 【請求項２】請求項１記載の量子状態制御装置と、該量
子状態制御装置から出力される信号光をホモダイン検波
する光検波装置とから構成されることを特徴とする光受
信装置。 - 【請求項３】光送信装置と通信用伝送路と請求項２記載
の光受信装置とから構成されることを特徴とする光通信
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4066913A JP2619584B2 (ja) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | 量子状態制御装置、光受信装置および光通信装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4066913A JP2619584B2 (ja) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | 量子状態制御装置、光受信装置および光通信装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05273610A JPH05273610A (ja) | 1993-10-22 |
| JP2619584B2 true JP2619584B2 (ja) | 1997-06-11 |
Family
ID=13329688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4066913A Expired - Lifetime JP2619584B2 (ja) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | 量子状態制御装置、光受信装置および光通信装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2619584B2 (ja) |
-
1992
- 1992-03-25 JP JP4066913A patent/JP2619584B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05273610A (ja) | 1993-10-22 |
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