JP3564489B2

JP3564489B2 - 光通信システムおよび光通信方法

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Publication number: JP3564489B2
Application number: JP2000216809A
Authority: JP
Inventors: 克幸笠井
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2000-07-18
Filing date: 2000-07-18
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2020-07-18
Also published as: JP2002033718A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，第三者に気づかれないように秘密通信する光通信システムおよび光通信方法に関するものである。特に，量子相関性の強い光を使用して秘密通信するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来，秘密に通信する方法は，情報を暗号化して行なうのが一般的であり，送信側と受信側で暗号鍵を用意して解読する方法でなされている。あるいは，情報スペクトルをスペクトル拡散することにより情報を検出できないようにして送信する方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
送信側と受信側で暗号鍵を用意して解読する方法は，暗号鍵の管理等複雑で，あった。本発明は，暗号情報，暗号鍵等の管理等の情報管理が不要な，ハードウェア管理のみで秘密通信を行なうことができ，スペクトル拡散法より秘密性が高く，原理の異なる光通信システムおよび通信方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本出願人は，光パラメトック発振器により安定で，高出力の量子相関性の高いコヒーレント光の発振に成功した。そこで，この高出力の安定性の高いコヒーレント光ビームを使用して，秘密通信する光通信システムを開発した。
【０００５】
図８は本発明で使用する光パラメトリック発振器を示す。図８において，８０はポンプ光生成部であって，ポンプ光の光源であり，ＹＡＧレーザとその第２高調波発生装置により構成されるものである。８１はＫＴＰの結晶である。８２，８３は凹面ミラーであって，凹面に部分反射膜８４，８５を形成したものである。
【０００６】
図８の構成において，ポンプ光生成部８０は，５３２ｎｍの第２高調波を発生し，凹面ミラー８２を介してＫＴＰ８１に入射する。ＫＴＰの結晶８１において，凹面ミラー８２と８３の間で，反射を繰り返し，パラメトリック過程によりシグナル光ω_ｓとアイドラ光ω_ｉが発生する。ＴＹＰＥＩＩのＫＴＰの場合，ω_ｓ，ω_ｉは偏光面が直交している。
【０００７】
光パラメトリック発振器で発生したシグナル光とアイドラ光の間には強い量子相関性がある。そのようなビーム間の光振幅差の揺らぎは量子雑音以下になり，片方のビームに埋もれた量子雑音以下の情報は，光ビームの量子相関性を利用して外部に信号として取り出すことができる。そのように光ビームの量子雑音の中に埋め込まれた情報は，一方の光ビームのみでは他人は情報を検出することができない。受信側では，秘密情報を埋め込んだ光ビームと対の量子相関性の高い光ビームを使用して，光ビームの雑音を除去し，情報を取り出すことができる。光ビームの一部を取り出そうとすると，その光の量子相関性が壊れるため，第三者により秘密情報を取り出すことは不可能である。そのため，量子相関性のある光ビームを使用することにより秘密に通信を行なうことが可能である。
【０００８】
図１は，本発明の基本構成を示す図である。
【０００９】
図１（ａ）は本発明の基本装置構成を示す。
【００１０】
図１（ａ）において，１は送信側装置である。２は光ビーム対生成部であって，量子相関性の高い光ビーム対を生成するものである。３は光変調部であって，秘密に通信するための秘密情報により生成された電気信号，磁気信号，圧力信号等の物理的信号（以後，秘密信号と称する）により光ビーム対の一方の光ビームＡを光変調するものである。６は秘密情報入力部であって，秘密情報を入力し秘密信号に変換するものである。
【００１１】
１０は受信側装置である。１１は雑音除去部であって，送信側装置１から送られる量子相関性の高い，秘密信号で変調された光ビームＡと変調されていない光ビームＢを受光し，電気信号に変換して，光ビームＡに含まれる雑音を除去し，秘密信号を取り出すものである。１２は秘密情報出力部であって，秘密信号を出力するものである。１３は光−電気変換部である。
【００１２】
図１（ａ）の構成の動作を説明する。
【００１３】
光ビーム対生成部２は，量子相関性の高い光ビーム対（光ビームＡ，光ビームＢ）を生成する。光変調部３は，光ビーム対生成部２で生成された量子相関性の高い光ビーム対の一方である光ビームＡを，秘密情報入力部６で入力された秘密情報をもとに生成された秘密信号により光変調する。送信側装置１は光ビームＡと光ビームＢを受信側装置に送信する。
【００１４】
受信側装置１０は，送信側装置から送られる光ビームＡと光ビームＢを受光する。雑音除去部１１は，光ビームＡおよび光ビームＢを光−電気変換部１３でそれぞれ電気信号Ａおよび電気信号Ｂに変換する。そして，電気信号Ａと電気信号Ｂに含まれる量子雑音の量子相関性を利用して，例えば，電気信号Ａと電気信号Ｂの差をとる等で光ビームＡから変換した電気信号Ａに含まれる量子雑音を除去する。秘密信号で変調されていた光ビームＡは量子雑音を除去されることにより秘密信号が残される。そこで，秘密情報出力部１２はその信号を出力する。
【００１５】
図１（ｂ），図１（ｃ）は，本発明の秘密通信の原理説明図である。
【００１６】
図１（ｂ）において，横軸は周波数であり，縦軸はノイズレベルを表す。Ｎはショットノイズレベルであり，光ビーム対をもとに変換した電気信号のもつノイズレベルである。Ｍは電気信号Ａと電気信号Ｂの量子雑音を除去したあとのノイズレベルである。光ビームＡは周波数Ｆの秘密信号Ｐで変調されている。
【００１７】
図１（ｃ）は光ビームＡと光ビームＢの光振幅差をとった後の信号のノイズレベルを表し，秘密信号で変調された光ビームＡの信号スペクトルである。
【００１８】
図１（ｂ）と図１（ｃ）で示されるように，量子相関性の高い光ビーム対をもとに光ビームＡと光ビームＢについて光振幅差を取った場合には，光ビームＡのショットノイズは除去され，信号Ｓが得られる。
【００１９】
従って，送信側装置において，ショットノイズレベル以下の秘密信号Ｐで光ビームＡを変調すれば，その秘密信号Ｐはショットノイズ以下の大きさの信号なので，雑音に埋もれる。そのため，光ビームＡ（もしくは電気信号Ａ）のみモニターしただけでは，その信号の存在は検出することができない。この結果，秘密信号Ｐの存在を，他人に知られずに送信側装置に送信できる。
【００２０】
一方，受信側装置では，秘密信号Ｐで変調された光ビームＡと光ビームＢの量子相関性の高いことを利用して，光ビームＡの雑音を除去することにより，図１（ｃ）に示すように，秘密信号Ｐを含む信号Ｓを取り出すことができる。
【００２１】
本発明によれば，特に暗号を用意することなく秘密通信を行なうことができる。特別な通信管理を必要とすることなく，ハードウェア管理のみにより秘密通信を行なうことが可能になる。また，スペクトル拡散通信より秘密性が高い原理の異なる秘密通信方法を実現できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の実施の形態１を示す図である。本発明の送信側装置から受信側装置への光伝送は空気等の大気空間，宇宙空間等の真空空間等の空間伝送あるいは光ファイバ等の光通信用のケーブル（以後光通信ケーブルと称する）等の有線のいずれによっても行なうことができる。あるいは，空間伝送と光通信ケーブルの組合せによって行なうことも可能である。
【００２３】
本発明の実施の形態１は，空気中の大気空間を伝送する場合を例として示す。また，光ビーム対の発生に光パラメトリック発振器を使用する場合を例として説明する。
【００２４】
図２において，１は送信側装置である。２は光ビーム対生成部であって，例として光パラメトリック発振器を示す。２１はポンプ光生成部であって，ＹＡＧレーザ装置である。本実施の形態ではその第２高調波（５３２ｎｍ）を利用する。２２はλ／２波長板であり，ポンプ光生成部２１から出力される光を減衰調整するものである。２３は光アソレータ（ＩＳＯ）である。２４はλ／２波長板であり，光パラメトリック発振器へのポンプ光の偏光を結晶軸に対して調整するものである。
【００２５】
光ビーム対生成部２（以後，光パラメトリック発振器２として説明する）において，２６はＫＴＰであり，ＴＹＰＥＩＩのＫＴＰ結晶である。２７は凹面ミラーである。光パラメトリック発振器２において，シグナル光ω_ｓとアイドラ光ω_ｉの光ビーム対が発生する。ＴＹＰＥＩＩのＫＴＰで構成した場合には，ω_ｓ，ω_ｉの偏光は直交する。本実施例形態では，ω_ｓ，ω_ｉがほぼ同じ波長の１０６４ｎｍ近傍になるように結晶軸を選んでいる。
【００２６】
２８はλ／２波長板であり，光パラメトリック発振器２の出力光の偏光面のＰＢＳ（２９）に対する角度を調整するものである。２９は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であって，互いに直交している光ビーム対のうちの一方（アイドラ光）を光ビーム出力部３７に出射し，他方（シグナル光）を光変調部３０の側に出射するものである。
【００２７】
３０は光変調部であって，シグナル光を秘密信号３１で変調するものである。光変調部３０は，例えば，ＥＯＭ（電気光学効果を利用した変調器），ＡＯＭ（音響光学効果を利用した変調器），ＭＯＭ（磁気光学効果を利用した変調器）等により構成され，秘密信号３１によりシグナル光を振幅変調する。
【００２８】
３６は光出力部であって，光変調されたシグナル光を大気空間に出射するものである。３７は光出力部であって，アイドラ光を大気空間に出射するものである。
【００２９】
１０は受信側装置である。５１は光入力部であって，送信側装置１から大気中を送られてきた光ビームを受光するものである。５２は光入力部であって，送信側装置１から大気中を送られてきた光ビームを受光するものである。３２はフォトダイオードであって，光入力部５１で受光された光ビームを電気信号に変換するものである。３５はフォトダイオードであって，光入力部５２で受光された光ビームを電気信号に変換するものである。３３は増幅器であって，フォトダイオード３２で変換された電気信号を増幅する低雑音増幅器である。３４は増幅器であって，フォトダイオード３５で変換された電気信号を増幅する低雑音増幅器である。
【００３０】
５３は差信号検出器であって，電気信号Ａと電気信号Ｂとの振幅の差をとるものである。差信号検出器５３は，差動回路であり，例えば，差動増幅器，あるいは１８０度ハイブリッドジァンクション等を使用する。５４は増幅器であって，差信号検出器５３の出力を増幅するものである。５５はスペクトルアナライザであって，差信号検出器５３の出力のスペクトルを観測するものである。
【００３１】
５６はローカル発振器であって，増幅器５４の出力信号と混合するための信号である。５８はローパスフィルタであって，信号混合部で混合された信号のうちの低周波成分を通過させるものである。５９はオシロスコープであって，ローパスフィルタを通過した低周波成分を観測するものである。
【００３２】
図２の構成の動作を説明する。
【００３３】
ポンプ光生成部２１はレーザ光を発生する。その第２高調波成分（５３２ｎｍ）をλ／２波長板２２，ＩＳＯ（２３（光アイソレータ）），λ／２波長板２４，レンズ系２５を介して，光パラメトリック発振器２に入射する。λ／２波長板２２はポンプ光生成部２１の発生する入射光を減衰調整してＩＳＯ２３に入射する。光パラメトリック発振器２において，ポンプ光ω_Ｐを入射することにより，ＫＴＰ２６の一端に形成された反射膜と凹面ミラー２７との間で反射を繰り返し，光パラメトリック発振器によりシグナル光成分ω_Ｓとアイドラ光成分ω_ｉが発生する。λ／２波長板２４はポンプ光の偏光を調整する。
【００３４】
光パラメトリック発振器２で用いる非線型結晶は，はＴＹＰＥＩＩのＫＴＰ結晶でシグナル光とアイドラ光は偏光面が互いに直交している。このような光に対しては，波長板２８を用いて通過する光の偏光面の角度を調整することにより偏光ビームスプリッタ２９によりシグナル光とアイドラ光を分離することができる。
【００３５】
ＰＢＳ（２９）に入射するシグナル光とアイドラ光の偏光面の角度が，ＰＢＳ（２９）においてシグナル光とアイドラ光が互いに直角な方向に出射されるような角度になるように，λ／２波長板２８により偏光角度を調整する。その結果，ＰＢＳ２９に入射されたアイドラ光はＰＢＳ２９で直角に曲げられ，光出力部３７を介して，大気空間に出射される。
【００３６】
一方，シグナル光はＰＢＳ２９を直進し，光変調部３０に入射される。光変調部３０は，例えば，ＥＯＭ（電気信号変調器）であって，秘密信号３１を電極に印加してシグナル光を変調する。秘密信号で変調されたシグナル光は光出力部３６を介して，大気空間に出射される。
【００３７】
光入力部５１で受光されたシグナル光はフォトダイオード３２で電気信号Ａに変換され，増幅器３３で増幅される。また，光入力部５２で受光されたアイドラ光は，フォトダイオード３５で電気信号Ｂに変換され，増幅器３４で増幅される。電気信号Ａと電気信号Ｂは，差信号検出器５３で振幅差が取られ，雑音が除去され，電気信号Ａに含まれる秘密信号が取り出される。
【００３８】
差信号検出器５３で取り出された，秘密信号は増幅器５４で増幅され，ローカル発振器５６からのローカル信号と信号混合部５７で周波数混合される。そして秘密信号の周波数とローカル発振器の周波数との差の信号成分がローパスフィルター５８により取り出され，秘密情報が得られる。
【００３９】
例えば，秘密信号を１０ＭＨｚとし，ローカル発振周波数を９．９５ＭＨｚとするとローパスフィルタ５８を５０ＫＨｚの信号が通過し，秘密信号として出力することができる。
【００４０】
なお，上記説明においては，光パラメトリック発振器２をＴＹＰＥＩＩの非線型結晶（ＫＴＰ等）により構成し，ＰＢＳ２９によりシグナル光とアイドラ光を分離する場合について説明したが，光パラメトリック発振器２をＴＹＰＥＩの非線型結晶（ＫＴＰ等）により構成した場合には，シグナル光とアイドラ光の電界の偏光面は同じ面になる。そのため，ＰＢＳ２９により，シグナル光とアイドラ光を分離することができない。このような場合には，シグナル光とアイドラ光の周波数の違いを利用し，プリズム等を使用して分離する。あるいはシグナル光は通過するがアイドラ光は反射するような反射膜を形成したビームスプリッタあるいはフィルタにより分離する。
【００４１】
非線型結晶として，上記実施の形態ではＫＴＰを例として説明したが，本発明では，その他ＬｉＮｂＯ_３，ＫＤＰ，Ｂａ_２ＮａＮｂ_５Ｏ_１５，ＣＯ（ＮＨ_２）_２，ＢＢＯ等が使用できる。また，ポンプ用光源も，ＹＡＧレーザ装置を使用する場合について説明したが，光ビーム対生成用非線型結晶に応じて，Ｎｄ^３＋：ＣａＷＯ_４，Ｎｄ^３＋：ｇｌａｓｓ，ｒｕｂｙ，Ａｒ^＋，Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ等のレーザ装置が使用できる。
【００４２】
上記実施の形態では，送信側装置から受信側装置への光伝送を大気中を伝送する場合について，説明したが，変調光および変調されていない側の光をそれぞれ光通信ケーブルを使用して送信しても良い。あるいは一方のみを光通信ケーブルで行ない，他方は大気中を空間伝送するようにしてもよい。例えば，秘密情報で変調したシグナル光は盗聴されにくいように光通信ケーブルで送信し，他方のアイドラ光は大気中を空間伝送するようにしても良い。
【００４３】
図３は，本発明の実施の形態の光変調方法の説明図である。
【００４４】
図３は，変調器としてＥＯＭを使用する場合の変調方法を示す。
【００４５】
図３において，７１は電気光学効果結晶（ＬｉＮｂＯ_３等）であって，電極に印加された電圧により入射光の偏光面を回転させるものである。７２および７３は電極である。７４は偏光子である。
【００４６】
ｙ方向に電気光学効果結晶に入射したシグナル光（直線偏光）は，電極７２に印加される秘密信号の電圧に応じて偏光面が回転して，楕円偏光して出射される。偏光子７４を通過する光は入射される楕円偏光の形により透過率が変わるので，その出射光の光強度は印加電圧に応じて変わり，光強度変調される。
【００４７】
本発明で利用できる変調器は，上記のＥＯＭのほか，音響信号により光強度を変調するＡＯＭ，磁気による光強度を変調するＭＯＭ等が光通信で使用できるものであればどのようなものを使用しても良い。
【００４８】
上記の説明では，変調方式について，振幅変調で説明したが，周波数変調，位相変調等光通信で用いられるものが使用できる。スペクトル拡散通信方式を使用すれば，キャリアが全く見えなくなり，信号が雑音により良く埋もれ秘匿度が高くなる。
【００４９】
図４は本発明における量子雑音レベルと信号レベルの関係を示す図である。
【００５０】
図４において，横軸は周波数であり，縦軸はノイズレベルを示す。
【００５１】
Ａはショットノイズレベルである。Ｂは秘密信号の信号レベルを示す。秘密信号は１０ＭＨｚである。
【００５２】
図４において，Ａは光ビーム対のそれぞれのショットノイズレベルを示す。Ｂは量子相関性の良いビーム対で振幅差をとった時の振幅差のノイズレベルである。本発明においては，秘密信号の信号レベルはその大きさがショットノイズレベルＡより大きくならないように変調を加えるようにする。
【００５３】
図５は本発明の実施の形態の信号波形の例を示す。図５（ａ）は，秘密信号を量子雑音の中に埋め込んだ信号の例を示す。秘密信号は１０ＭＨｚである。
【００５４】
図５（ｂ）は，秘密信号周波数１０ＭＨｚをローカル信号周波数９．９５ＭＨｚで周波数混合し，ローパスフィルターで５０ＫＨｚ成分を取り出した秘密信号を示す。
【００５５】
図６は本発明の実施の形態２を示す。
【００５６】
図６（ａ）は，送信側装置において，送信信号に量子雑音レベルより高いレベルのマーカ信号を搬送波としてのせ，受信側装置で，復調したマーカ信号のＳ／Ｎ比を測定することにより盗聴の有無を判定することができるようにしたものである。
【００５７】
図６（ｂ）は量子雑音を除去する前の量子雑音レベルと信号レベルの関係を示す。図６（ｃ）は，量子雑音を除去した後の信号レベルを示す。
【００５８】
図６（ａ）において，１は送信側装置である。２は光ビーム対生成部である。３は光変調部であって，秘密情報とマーカ信号を変調するものである。１０は受信側装置である。１３は光−電気変換部Ａであり，光変調されている光ビームＡを電気信号Ａに変換するものである。１４は光−電気変換部Ｂであり，光ビームＢを電気信号に変換するものである。５３は差信号検出器である。８２’はＳ／Ｎ比判定部であって，復調したマーカのＳ／Ｎ比を判定するものである。
【００５９】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照して，本発明の実施の形態２を説明する。
【００６０】
送信側装置１における秘密情報の光変調部３と受信側装置１０における復調までの動作は，前述の場合と同じであるので説明を省略する。
【００６１】
送信側装置１において，光変調部３でマーカ信号を変調する。マーカ信号は量子雑音レベルより，大きくとっておく。
【００６２】
図６（ｂ），（ｃ）において，Ｋはマーカ信号の周波数であり，７６はマーカの周波数スペクトルを表す。Ｍは電気信号Ａと電気信号Ｂの振幅差をとったあとのノイズレベルであり，盗聴がない場合を示す。Ｍ’は盗聴があった場合の信号のノイズレベルを示す。Ｎは量子雑音レベルである。盗聴されていない場合には，電気信号Ａと電気信号Ｂの量子相関性が良いので，両者の振幅差をとったあとのノイズレベルＭは小さく，Ｓ／Ｎ比は良い（図６（ｃ）の信号のノイズレベルＭ参照）。盗聴があると，電気信号Ａと電気信号Ｂの量子相関性が悪くなり，両者の振幅差をとっても，量子雑音が除去されず，電気信号Ａと電気信号Ｂの振幅差をとったあとのノイズレベルが高くなり，マーカのＳ／Ｎ比が悪くなる（図６（ｃ）の信号のノイズレベルＭ’参照）。
【００６３】
従って，盗聴マーカとして信号にキャリアをのせておけば，そのキャリアのＳ／Ｎ比が想定される損失分より劣化しているかどうかをＳ／Ｎ比判定部８２’で判定することにより，盗聴の有無を判定することができる。
【００６４】
図７は，本発明の実施の形態３と実施の形態４を示す。
【００６５】
図７（ａ）は本発明の実施の形態３であり，発光素子Ａと発光素子Ｂとにより量子相関性の高い光を生成するものである。
【００６６】
光パラメトリック発振器以外でも量子相関性の高い光は生成することができる。例えば，レーザダイオードあるいは発光ダイオードを複数個直列に接続しておき，安定度の極めて高い電流源を使用して駆動することにより直列に接続した発光素子から量子相関性のある光を発光することが可能である。
【００６７】
図７（ａ）はこのように光ビーム対を発生させる構成を示す。９５は発光素子Ａであって，レーザダイオードもしくは発光ダイオードである。９６は発光素子Ｂであって，レーザダイオードもしくは発光ダイオードである。９７は電流源であった，ゆらぎの極めて小さい，安定度の高い電流源である。
【００６８】
図７（ｂ）は，本発明の実施の形態４であって，送信する光ビームを一本にして送信する場合の構成を例示する。
【００６９】
光変調された光ビームと変調されていない光ビームを送信側装置において合成し，秘密情報を含む一本の光ビームにより空間伝送，あるいは一本の光通信ケーブルにより，受信側装置に送信することができる。受信側装置で光ビームを光分離し，量子相関性を利用して量子雑音を除去し，秘密情報を取り出すことができる。
【００７０】
図７（ｂ）では送信側装置１から受信側装置１０への光伝送は大気中を空間伝送により行なっているが，偏光面保存光ファイバ等の伝送する光の偏光面がくずれないような通信ケーブルを使用すれば，光通信ケーブルにより伝送することもできる。
【００７１】
図７（ｂ）において，１は送信側装置である。２は光ビーム対生成部である。２９は光分離器（図２のＰＢＳ２９に同じ）であって，光ビーム対生成部２の発生する光ビームを光ビームＡと光ビームＢに分離するものである。３は光変調部であって，秘密情報で光ビームＡを光変調するものである。２９’は光合成器であって，光変調された光ビームＡと光ビームＢを合成して，一本の光ビームにするものである（例えば，ＰＢＳを使用する）。
【００７２】
１０は受信側装置である。８５は光分離部であり，受光した光ビーム９３から，偏光Ａ（９２）と偏光Ｂ（９３）を分離するものである。１３は光−電気変換部Ａであって，光ビームＡ（９２）を電気信号Ａに光−電気変換するものである。１４は光−電気変換部Ｂであって，光ビーム光Ｂ（９３）を電気信号Ｂに光−電気変換するものである。６１，６２はそれぞれ増幅器Ａ，増幅器Ｂであって，それぞれ増幅するものである。５３は差信号検出器である。
【００７３】
図７（ｂ）の構成の動作を説明する。
【００７４】
光ビーム対生成部２は光ビームＡと光ビームＢの光ビーム対を生成する。光分離器２９は一本の光ビームを光ビームＡと光ビームＢに分離する。光変調部３は，秘密情報で光ビームＡ（９２）を変調する。光合成器２９’は，秘密情報で変調された光ビームＡと光ビームＢを一本の光ビーム９１に合成する。一本の光ビームは空間伝送もしくは光通信ケーブルにより受信側装置１０に送信される。そして，受信側装置１０は光ビームＡと光ビームＢを含む光ビーム９１を受光する。光分離部８５は光ビーム９１を光ビームＡ（９２）と光ビームＢ（９３）に分離する。光−電気変換部Ａ（１３）は光ビームＡ（９２）を電気信号Ａに変換する。光−電気変換部Ｂ（１４）は光ビームＢ（９３）を電気信号Ｂに変換する。さらに，増幅器Ａ（６１）と増幅器Ｂ（６２）でそれぞれ秘密情報で変調されている電気信号Ａと変調されていない電気信号Ｂを増幅する。差信号検出器５３は電気信号Ａと電気信号Ｂの振幅差をとり，量子雑音を除去する。差信号検出器５３から量子雑音を除去された秘密情報を含む電気信号Ａが出力される。
【００７５】
なお，図７（ｂ）では，光ビーム対を光分離器で分離して２本の光ビームにし，一方を光変調するようにしているが，光ビーム対を光分離しないで一本の光ビームのまま，一方の偏光（偏光Ａ）を光変調器で変調し，光変調された偏光Ａと偏光Ｂを含む一本の光ビームを受信側装置に出射するようにしても良い。
【００７６】
また，図７（ｂ）では，光ビーム対生成部は光ビームＡと光ビームＢを含む一本の光ビームを生成し，光分離器で光分離するようにしているが，例えば，図７（ａ）のような装置構成で光ビームＡと光ビームＢの光ビーム対を生成すれば，光分離器２９はなくても良い。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば，量子相関性の良い光ビーム対の量子相関性を利用して，秘密通信することができる。本発明は，ハードウェアの管理のみで秘密通信を行なうことができる。本発明は，他の秘密通信のように，暗号を使用して通信するものでないので，暗号鍵の管理等の煩雑な処理を必要としない。またスペクトル拡散法より高い秘密性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１を示す図である。
【図３】本発明の光変調方法の実施の形態を示す図である。
【図４】本発明の量子雑音レベルと信号レベルの関係を示す図である。
【図５】本発明の信号波形の例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２を示す図である。
【図７】本発明の本発明の実施の形態３と実施の形態４を示す図である。
【図８】光パラメトリック発振器の例を示す図である。
【符号の説明】
１：送信側装置
２：光ビーム対生成部
３：光変調部
１０：受信側装置
１１：雑音除去部
１２：秘密情報出力部
１３：光−電気変換部

Claims

ポンプ光を非線形光学媒質に入射して生成される量子相関性のある光ビームＡと光ビームＢよりなる光ビーム対を生成する光ビーム対生成部と，該光ビームＡを秘密情報により変調する光変調部とを備え，量子雑音以下の信号レベルの信号により光ビームＡを変調し，該秘密情報を含む信号により変調された光ビームＡと該光ビームＢとを出射する送信側装置とを備え，
受信側装置は，前記光ビームＡと光ビームＢを受信し，該光ビームＡを電気信号に変換する光−電気変換部Ａと該光ビームＢを電気信号に変換する光−電気変換部Ｂと，光−電気変換部Ａと光−電気変換部Ｂとの差をとる差信号検出器とを備え，
該光ビームＡと該光ビームＢの量子相関性を利用して該光ビームＡに含まれる雑音を除去することにより光ビームＡに含まれる秘密情報を出力することを特徴とする光通信システム。
前記非線形光学媒質を備える光ビーム生成部は，ポンプ光を入射して光パラメトリック過程により光ビーム対を発生する光パラメトリック発振器を含むものであり，光ビームＡは光パラメトリック信号のシグナル光もしくはアイドラ光の一方であり，光ビームＢはシグナル光もしくはアイドラ光の他方であることを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
送信側装置は，該光ビーム対生成部の発生する光ビーム対を光ビームＡと光ビームＢに分離し，二本のビームにする光分離部と，分離された光ビームＡと光ビームＢを合成する光合成器を備え，
前記光分離部により分離された光ビームＡを量子雑音以下の信号レベルの信号で変調し，該光合成器により該変調された光ビームＡと光ビームＢを合成し，一本の光ビームとして出射することを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信システム。
送信側装置において，盗聴の有無を判定するためのマーカ信号を光ビームＡに光変調し，受信側装置は受信信号のＳ／Ｎ比判定部を備え，該マーカ信号のＳ／Ｎ比を判定することにより盗聴の有無を判定することを特徴とする請求項１，２又は３に記載の光通信システム。
送信側装置は，ポンプ光を非線形光学媒質に入射することにより量子相関性のある光ビームＡと光ビームＢの光ビーム対を発生し，該光ビームＡを量子雑音以下の信号レベルの信号により秘密情報として変調し，該光ビームＡと該光ビームＢを出射し，
受信側装置は，光ビームＡと光ビームＢを受光し，該光ビームＡと該光ビームＢに光分離し，該光ビームＡを電気信号Ａに変換し，該光ビームＢを電気信号Ｂに変換し，該電気信号Ａと該電気信号Ｂの差をとることにより量子相関性を利用して雑音を除去することにより，秘密情報を出力することを特徴とする光通信方法。
送信側装置は非線形光学媒質により生成される光ビームＡと光ビームＢを分離し，二本のビームにし，該光ビームＡを量子雑音以下の信号レベルの信号により変調し，該変調された光ビームＡと光ビームＢを合成することにより一本のビームとし，送信側に出射することを特徴とする請求項５に記載の光通信方法。