JP4011509B2 - 光通信方法、光通信システム、光信号送信装置及び光信号受信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信方法、光通信システム、光信号送信装置及び光信号受信装置に関する。具体的には、光信号を送受信するシステムにおいて、信号の一部をモニタして盗聴しようとする行為を阻止するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、レーザの揺らぎを利用した秘匿通信方法として、２波長を同時に発振するファイバリング共振器型レーザ発振器の光子数揺らぎを利用した方法が提案されている。図１３に示すようにこのレーザ発振器は、半導体光増幅器２００と、方向性結合器２０１、２０３、２０６と、光増幅器２０２と、バンドパス光フィルタ２０４、２０５とを主な構成要素として備え、バンドパスフィルタ２０４、２０５が二つの方向性結合器２０３、２０６により光ファイバ２０７で形成されたリング経路上に並列に配置されていることを特徴としている。
また、上記レーザ発振器の光出力は、単峰性のモードで同時に発振するレーザ光であって、各々のモードの光子の統計分布がボーズ-アインシュタイン分布に従い、かつそれら二つのモードの光子の和の統計分布がポアソン分布に従うレーザ光である
【０００３】
これらのバンドパス光フィルタ２０４、２０５により二つの発振波長λ１、λ２が定められる。リング内を周回する光は単一偏波であるので、共振器を構成する光ファイバ２０７は偏波保持が望ましいが、通常の単一モードファイバを用いる場合には適切に偏波コントローラを配置することでも２波長同時発振が達成可能である。光増幅器２０２はループの光利得が損失を上回るための補助的な増幅器として用いる。このため、これは線形増幅器として作用してもよい。
【０００４】
半導体レーザは利得飽和状態となるように，半導体レーザのバイアス電流値および光増幅器の利得により調整される。
半導体光増幅器２００は飽和利得状態にあるため、波長λ１、または波長λ２で単一モード発振するモード引き込みは抑制される。その結果、波長λ１と波長λ２で同時に発振が可能となり、それらの波長の光出力、すなわち、単位時間あたりに出力される光子の総和の平均値はほぼ一定とみなせる。この状態に対応する、観測時間あたりに計数する光子数の確率分布は、図１に示すように、単一モードのレーザ発振で擬似的に実現できるコヒーレント状態に対応したポアソン分布となる。
【０００５】
このような２波長同時発振状態で、波長λ１、または波長λ２の光をそれぞれ、バンドパス光フィルタ２０４、２０５等を用いて切り出すと、図１に示すような、カオス光に対応したボーズ‐アインシュタイン分布の光子計数統計を呈する。しかし、波長λ１および波長λ２を同時に分波した後に合波すると、再びもとのポアソン分布の光子計数統計となる。この現象は、安定なポアソン分布の光子計数統計を有するコヒーレント光から二つのカオス光を生成した後、再びコヒーレント光を生成するように見える。
【０００６】
このような光子数揺らぎを利用して秘匿通信を実現するため、従来は２波長同時発振状態から出力される二波長光を一括変調してデータを重畳させ、その後、光フィルタにより波長λ１の光と、波長λ２の光とを分離し、それらを各々、異なる経路で伝送し、最後に再び二つの光を合波することにより光子数揺らぎの小さい安定な状態でデータを復調するようにしていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
伝送経路で盗聴者が盗聴しようとすると、波長λ１、または波長λ２の光を単独で検出するかぎりにおいては光子状態がカオスとなっているため、単独波長での復調は不可能となる。
また、１本の光ファイバで伝送しようとする場合には、多数の異なる波長の光信号と多重化させることにより波長λ１の光と、波長λ２の光の組み合わせを発見する確率を大幅に低減でき、盗聴によりただちに復調することを阻止することが可能となる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２９０３８０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した光子数揺らぎを利用して秘匿通信を実現する従来の光通信方法を使用して通信を行った場合には、データが重畳された二つの信号光は、方向性結合器等の合波手段とそれを直接検波する手段を有する他人により復調される可能性がある。
【００１０】
たとえば、図１４に示すように、送信側で、２波長発振レーザ発振器３００において、同時発振した波長λ１の光と、波長λ２の光を変調器３０１により一括変調し、この変調器出力を分波手段３０２により波長λ１の光と、波長λ２の光に分波して各々別の伝送路３０３、３０４に挿入するところで同時に盗聴によりモニタ光を取得して合波すれば復調される可能性がある。
また、受信側で伝送路３０３、３０４からそれぞれ、出力される波長λ１の光と、波長λ２の光を合波手段３０５により合波された光を光検出器３０６と同様の検出手段によりモニタすることにより取得しても同様に復調される可能性がある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、モニタ光を不正に取得して合波するという簡易な方法により、送信するデータを復調して盗聴するという行為を排除し、秘匿性の向上を図った光通信方法、光通信システム、光信号送信装置及び光信号受信装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、送信側では、少なくとも二つの発振波長で同時発振して総和が一定となるように調整されたレーザの光出力から生成した一定の時間幅を有する矩形の光束を波長毎に分離し、該分離された二つの波長の矩形光束のうち、一方の波長の矩形光束はそのままとし、かつ他方の波長の矩形光束を変調してデータを重畳し、その後、これら二つの波長の矩形光束を合波して送信し、受信側では前記送信側から受信した光束を波長毎に分離し、前記２つの波長の矩形光束を時間的に整合させた状態で合波して同時に同一光検出器で直接検波することにより復調することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光通信方法において、前記レーザの光出力は、単峰性のモードで同時に発振するレーザ光であって、各々のモードの光子の統計分布がボーズ-アインシュタイン分布に従い、かつそれら二つのモードの光子の和の統計分布がポアソン分布に従うレーザ光であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、二つの発振波長で同時発振し、光出力の総和が一定となるように調整されたレーザ発振器と、該レーザ発振器の光出力から一定の時間幅を持った矩形の光束を生成する光束発生手段と、光束発生手段より出力される矩形光束を波長毎に分離する第１の波長分離手段と、前記第１の波長分離手段により分離された波長の異なる二つの矩形光束のうち、そのまま送信される第１の矩形光束とは異なる第２の矩形光束を記憶する第１の光メモリと、一定の間隔で前記第１の光メモリから取り出した前記第２の矩形光束を変調してデータ信号を重畳する変調手段と、前記第１の波長分離手段により分離された第１の矩形光束と、前記変調手段により前記データ信号が重畳された第２の矩形光束とを合波して伝送路に送出する第１の合波手段とを有する光信号送信装置と、
前記伝送路から送られてきた矩形光束を波長毎に分離する第２の波長分離手段と、前記第２の波長分離手段により分離された二つの異なる波長の矩形光束のうち前記第１の矩形光束を記憶する第２の光メモリと、前記第２の光メモリより前記第１の矩形光束を読み出す際に、前記第２の波長分離手段より前記第２の矩形光束を取得する毎に該第１の矩形光束の読み出しタイミングと、前記第２の矩形光束の出力タイミングとを整合させる時間調整手段と、前記時間調整手段により時間的に整合がとられた前記第１の矩形光束と第２の矩形光束とを合波する第２の合波手段と、前記第２の合波手段の出力を直接検波して復調する復調手段とを有する光信号受信装置と、
を有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光通信システムにおいて、前記レーザ発振器は、光ファイバを用いた経路がリング型光共振器で構成され、前記経路の一部に並列配置された、異なる二つの波長の光を選択する波長選択手段と、二つの波長を一括して増幅する利得飽和状態で動作する単一偏波型の半導体レーザ増幅器とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３または４のいずれかに記載の光通信システムにおいて、前記第１、第２の光メモリは、光増幅部と、方向性結合器による入出力部と、周回する前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束を通過させる波長可変フィルタを有する光ファイバループであり、前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束がループを周回する毎にレプリカの光束を生成しながら元の光束を記憶することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、請求項３または４のいずれかに記載の光通信システムにおいて、前記第１、第２の光メモリは、光増幅器と、入力部を形成する光路切替スイッチと、光入出力部を形成する第１のＷＤＭカプラと、非線形媒質と、変換光を出力する第２のＷＤＭカプラと、連続光を発生するレーザ光源と、波長可変光フィルタとを有する光ファイバループであり、前記光路切替スイッチから前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束を前記光ファイバループ内に入力し、かつそれらの波長と異なる第３の波長の連続光を前記レーザ光源から前記第１のＷＤＭカプラを介して入力するとともに、前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束と、前記第３の波長の連続光とが前記非線形媒質を同時に通過することにより生成される変換光を前記第２のＷＤＭカプラにより前記光ファイバループから出力するようにし、前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束のみが前記光ファイバループ内を周回するように前記光増幅器および波長可変光フィルタが調整されていることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項３または４のいずれかに記載の光通信システムにおいて、前記第１、第２の光メモリは、記録時には、光の強度により屈折率または反射率が変化する光記憶媒体に光束を空間的に掃引して前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束の時間強度分布を空間強度分布に変換して記録し、再生時には、任意の時間に一定強度の前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束を照射することにより元の光束を再生することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明は、請求項３乃至７のいずれかに記載の光通信システムにおいて、前記復調手段は、復調した電気信号を変調周期以下の時間偏差で移動平均化処理することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項９に記載の発明は、送信側では、少なくとも二つの発振波長で同時発振して総和が一定となるように調整されたレーザの光出力から生成した一定の時間幅を有する矩形の光束を波長毎に分離し、該分離された二つの波長の矩形光束のうち、一方の波長の矩形光束はそのままとし、かつ他方の波長の矩形光束を変調してデータを重畳し、その後、これら二つの波長の矩形光束を合波して送信し、受信側では、受信した前記二つの波長の矩形光束に基づいて復調する光通信システムの光信号送信装置であって、二つの発振波長で同時発振し、光出力の総和が一定となるように調整されたレーザ発振器と、前記レーザ発振器の光出力から一定の時間幅を持った矩形の光束を生成する光束発生手段と、前記光束発生手段より出力される矩形光束を波長毎に分離する波長分離手段と、前記波長分離手段により分離された波長の異なる二つの矩形光束のうち、そのまま送信される第１の矩形光束とは異なる第２の矩形光束を記憶する光メモリと、一定の間隔で前記光メモリから取り出した前記第２の矩形光束を変調してデータ信号を重畳する変調手段と、前記波長分離手段により分離された第１の矩形光束と、前記変調手段により前記データ信号が重畳された第２の矩形光束とを合波して伝送路に送出する合波手段とを有することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の光信号送信装置において、前記レーザ発振器は、光ファイバを用いた経路がリング型光共振器で構成され、前記経路の一部に並列配置された、異なる二つの波長の光を選択する波長選択手段と、二つの波長を一括して増幅する利得飽和状態で動作する単一偏波型の半導体レーザ増幅器とを有することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０のいずれかに記載の光信号送信装置において、前記光メモリは、光増幅部と、方向性結合器による入出力部と、周回する前記第２の矩形光束を通過させる波長可変フィルタを有する光ファイバループであり、前記第２の矩形光束がループを周回する毎にレプリカの光束を生成しながら元の光束を記憶することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項９または１０のいずれかに記載の光通信システムにおいて、前記光メモリは、光増幅器と、入力部を形成する光路切替スイッチと、光入出力部を形成する第１のＷＤＭカプラと、非線形媒質と、変換光を出力する第２のＷＤＭカプラと、連続光を発生するレーザ光源と、波長可変光フィルタとを有する光ファイバループであり、前記光路切替スイッチから前記２の矩形光束を前記光ファイバループ内に入力し、かつその波長と異なる第３の波長の連続光を前記レーザ光源から前記第１のＷＤＭカプラを介して入力するとともに、前記第２の矩形光束と、前記第３の波長の連続光とが前記非線形媒質を同時に通過することにより生成される変換光を前記第２のＷＤＭカプラにより前記光ファイバループから出力するようにし、前記第２の矩形光束のみが前記光ファイバループ内を周回するように前記光増幅器および波長可変光フィルタが調整されていることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項９または１０のいずれかに記載の光信号送信装置前記光メモリは、記録時には、光の強度により屈折率または反射率が変化する光記憶媒体に光束を空間的に掃引して前記第２の矩形光束の時間強度分布を空間強度分布に変換して記録し、
再生時には、任意の時間に一定強度の前記第２の矩形光束を照射することにより元の光束を再生することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１４に記載の発明は、送信側では、少なくとも二つの発振波長で同時発振して総和が一定となるように調整されたレーザの光出力から生成した一定の時間幅を有する矩形の光束を波長毎に分離し、該分離された二つの波長の矩形光束のうち、一方の波長の矩形光束はそのままとし、かつ他方の波長の矩形光束を変調してデータを重畳し、その後、これら二つの波長の矩形光束を合波して送信し、受信側では、受信した前記二つの波長の矩形光束に基づいて復調する光通信システムの光信号受信装置であって、前記伝送路から送られてきた矩形光束を波長毎に分離する波長分離手段と、前記波長分離手段により分離された二つの異なる波長の矩形光束のうち前記第１の矩形光束を記憶する光メモリと、前記光メモリより前記第１の矩形光束を読み出す際に、前記波長分離手段より前記第２の矩形光束を取得する毎に該第１の矩形光束の読み出しタイミングと、前記第２の矩形光束の出力タイミングとを整合させる時間調整手段と、前記時間調整手段により時間的に整合がとられた前記第１の矩形光束と第２の矩形光束とを合波する合波手段と、前記合波手段の出力を直接検波して復調する復調手段とを有することを特徴とする光信号受信装置。
【００２６】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の光信号受信装置において、前記光メモリは、光増幅部と、方向性結合器による入出力部と、周回する前記第１の矩形光束を通過させる波長可変フィルタを有する光ファイバループであり、前記第１の矩形光束がループを周回する毎にレプリカの光束を生成しながら元の光束を記憶することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１４に記載の光信号受信装置において、前記光メモリは、光増幅器と、入力部を形成する光路切替スイッチと、光入出力部を形成する第１のＷＤＭカプラと、非線形媒質と、変換光を出力する第２のＷＤＭカプラと、連続光を発生するレーザ光源と、波長可変光フィルタとを有する光ファイバループであり、前記光路切替スイッチから前記第１の矩形光束を前記光ファイバループ内に入力し、かつその波長と異なる第３の波長の連続光を前記レーザ光源から前記第１のＷＤＭカプラを介して入力するとともに、前記第１の矩形光束と、前記第３の波長の連続光とが前記非線形媒質を同時に通過することにより生成される変換光を前記第２のＷＤＭカプラにより前記光ファイバループから出力するようにし、前記第１の矩形光束のみが前記光ファイバループ内を周回するように前記光増幅器および波長可変光フィルタが調整されていることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１４に記載の光信号受信装置において、前記光メモリは、記録時には、光の強度により屈折率または反射率が変化する光記憶媒体に光束を空間的に掃引して前記第１の矩形光束の時間強度分布を空間強度分布に変換して記録し、再生時には、任意の時間に一定強度の前記第１の矩形光束を照射することにより元の光束を再生することを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１４乃至１７のいずれかに記載の光信号受信装置において、前記復調手段は、復調した電気信号を変調周期以下の時間偏差で移動平均化処理することを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る光通信システムの実施形態を説明するに先立ち、本発明に係る光通信方法の原理について図２乃至図４を参照して説明する。
【００３１】
[光通信方法の原理]
本発明に係る光通信方法の原理を図３に示す。図３に示すように、送信側では、波長分離手段により、少なくとも二つの発振波長λ１、λ２で同時発振して総和が一定となるように調整された２波長同時発振レーザ発振器の光出力から生成した一定の時間幅を有する矩形の光束を波長毎に分離する。該分離された二つの波長λ１、λ２の矩形光束のうち、一方の波長λ１の矩形光束はそのままとし、かつ他方の波長λ２の矩形光束を光メモリ５０に蓄積する。
【００３２】
光メモリ５０より他方の波長λ２の矩形光束を取り出し、変調器５１により変調してデータを重畳し、その後、これら二つのを合波して伝送路５２を介して送信する。
受信側では送信側から伝送路５３を介して受信した光束を波長分離素子５４により波長毎に分離し、波長λ１の光束を光メモリ５５に蓄積する。
そして光メモリ５５から波長λ１の光束を取り出す際に、遅延回路５６により波長λ２の矩形光束を時間遅延させることにより、２つの波長λ１、λ２の矩形光束を時間的に整合させ、この状態で合波器５７により合波して同時に同一の光検出器５８で直接検波することにより復調する。
【００３３】
すなわち、図２に示すように、２波長同時発振レーザ発振器から出力された同一光束から生成した波長の対をなす二波長λ１、λ２の光束は、単独ではカオス的な不安定な特性を呈するが（図２（Ａ）、（Ｂ））、合波したものは、安定である（図２（Ｃ））。
このような光束を送信系と受信系に分けてあらかじめ記憶し、送信系では、例えば、波長λ２の光束を光メモリ５０から順次再生し変調して送信し、受信系では、波長λ１の光束を光メモリ５５から再生して取り出し、波長分離素子５４から抽出して得た送信された波長λ２の光束と適当な遅延回路５６を介して合波する。
【００３４】
それぞれの光メモリ５０、５５に蓄積された光束から再生した光束はもとの光束のレプリカであり、それらレプリカを重ね合わせてもポアソン分布を呈する安定な光束を得ることが可能である。このため，受信系で重ね合わせた光束は，安定なビット領域（１）とカオス状態のビット領域（０）から成る光データ列を呈することになる。このような光信号を直接検波し、１と０の領域を識別することにより、データを復調する。
【００３５】
光束を記憶する光メモリ５０、５５では、光束を光ファイバループ中に挿入・周回させ、方向性結合器等を用いて周回光の一部をレプリカとして外部に取り出しながらもとの光束をループ内に蓄積・記憶する。周回の周期でレプリカが生成され、光メモリの再生が行われる。ファイバループを周回させる場合には光増幅器の光雑音重畳によりＳＮ比が周回毎に劣化する。
これを防止するために、非線形による波長変換を利用したレプリカの生成方法が用いられる。この方法では、ポンプ光としてＣＷの単一モードレーザ光を用い、非線形媒質中でループを周回する光束に重ねあわされて変換光を得る。
【００３６】
波長依存性のあるハーフミラー等からなるＷＤＭカプラを用いてループから単独抽出された変換光は、オリジナルの光束を、光子状態を破壊することなく忠実に複製している。このような光信号のモニタ方法は量子非破壊検出法として広く利用されている。
また、光束を合波して得た光信号は安定領域とカオス状態領域を有し、本発明ではそれらの状態を識別することによりデータを復調するのであるから、判定条件が明確なほど判定の誤り率は低下する。
【００３７】
図４に示すように、信号Ｓ１（復調した電気信号）と、信号Ｓ１を変調周期以下の時間偏差で遅延させた信号Ｓ２、Ｓ３を多重して平均を取ること、すなわち移動平均処理を光回路により行うとカオス状態領域の光出力を一様に抑圧することができるので、安定なビット領域（１）とカオス状態のビット領域（０）を明確に区別することが可能となる。これにより，より高速で高信頼の秘匿通信が実現できる。 次に、各実施形態について説明する。
【００３８】
[第１実施形態]
本発明の第１実施形態に係る光通信システムの構成を図５及び図６に示す。図５は光通信システムの光信号送信装置の構成を示し、図６は光通信システムの光信号受信装置の構成を示している。
図５において、光信号送信装置は、二波長同時発振レーザ発振器１と、光束発生回路部２と、波長分離部３と、光メモリ４と、信号重畳回路５と、変調器６と、光スイッチ７、８と、アレイ導波路格子（Arrayed Waveguide Grating，以下ＡＷＧと記す。）９とを有している。
【００３９】
二波長同時発振レーザ発振器１は、二つの発振波長で同時発振し、光出力の総和が一定となるように調整されている。なお、二波長同時発振レーザは、既述した図１３に示す従来のファイバリング型レーザを利用することができる．
光束発生回路部２は、電界吸収型の光変調器（ＥＡ変調器）２５と、パルス駆動回路２６とを有し、レーザ発振器１の光出力から一定の時間幅を持った矩形の光束を生成する。
ＥＡ変調器２５は半導体導波路素子に逆バイアスを印加することにより伝搬損失を変化させ強度変調を行う素子であり，パルス駆動回路２６により供給される矩形信号により容易に光束を生成することができる。
【００４０】
波長分離部３は、ＡＷＧ３１と、光スイッチ３２、３３とからなり、光束発生回路部２より出力される矩形光束をＡＷＧ３１により波長毎に分離する。
ここで、二波長同時発振レーザ発振器１の波長とＡＷＧ３１の透過分離波長を予め整合させておく必要がある。光スイッチ３２、３３は、ＡＷＧ３１により分離された複数の波長から波長λ１、または波長λ２に対応する信号を抽出するために用いるもので，１×Ｎセレクタ型の光スイッチが用いられる。このようなスイッチとしては、ファイバ移動型の機械式セレクタや導波路光スイッチ等の市販品が利用可能である。
【００４１】
光メモリ４は、波長分離部３により分離された波長の異なる波長λ１，波長λ２の二つの矩形光束のうち、そのまま送信される波長λ１の矩形光束とは異なる波長λ２の矩形光束を記憶する。
信号重畳回路５は、入力されるデータに基づいて変調器６を駆動する機能を有している。
変調器６は、一定の間隔で光メモリ４から取り出した波長λ２の矩形光束を変調してデータ信号を重畳する。
【００４２】
光メモリ４では、光束発生回路部２においてパルス駆動回路２６により矩形光束を生成するタイミングに合わせて、書き込みタイミング信号に基づいて光メモリ４の書き込みが制御される。
また、光メモリ４において、書き込まれた矩形光束を再生してそれに送信データを重畳させるときには、再生してデータフレームを生成するときの信号フレームタイミング制御信号により信号重畳回路５を制御して変調器６を駆動させる。変調器６により変調された信号と、波長分離部３の光スイッチ３３から出力される波長λ１の矩形光は光スイッチ７、８により適切なＡＷＧ９のポートに入力して合波され、伝送路に送出される。
【００４３】
二波長同時発振レーザ発振器１は本発明のレーザ発振器に、光束発生回路部２は本発明の光束発生手段に、波長分離部３は本発明の第１の波長分離手段に、光メモリ４は本発明の第１の光メモリに、信号重畳回路５及び変調器６は本発明の変調手段に、光スイッチ７、８及びＡＷＧ９は本発明の第１の合波手段に、それぞれ相当する。
【００４４】
次に、光信号受信装置について説明する。図６において、光信号受信装置は、ＡＷＧ１０と、光スイッチ１１、１２と、光分岐部１３、１４と、パターン整合回路１５、１６と、光メモリ１７と、位相差検出回路１８と、遅延回路１９と、光スイッチ２０、２１と、ＡＷＧ２２と、光検出器２３と、識別回路２４とを有している。
ＡＷＧ１０は、伝送路から送られてきた矩形光束を波長毎に分離する。
光メモリ１７は、ＡＷＧ１０により分離された二つの異なる波長λ１，波長λ２の矩形光束のうち光スイッチ１１、光分岐部１３を介して出力される波長λ１の矩形光束を記憶する。
【００４５】
パターン整合回路１５、１６は、それぞれ、波長λ１、波長λ２のヘッダー部分を検出して、タイミング信号を生成する機能を有している。本実施形態では、各矩形光束のヘッダー部分に波長λ１、または波長λ２の安定な光源から生成したビット列を付与しておくものとする。
パターン整合回路１５は、波長λ１の矩形光束を光メモリ１７に書き込む際の書き込みタイミング信号を出力する。
また、パターン整合回路１６は、光スイッチ１２から波長λ２の矩形光束が出力されるタイミングを示す信号を位相差検出回路１８に出力する。
【００４６】
位相差検出回路１８は、光メモリ１７から再生される波長λ１の矩形光束の出力タイミングと、パターン整合回路１６から出力される波長λ２の矩形光束が出力されるタイミングとを比較し、その位相差を検出し、該位相差が零となるように遅延量を制御するための遅延量制御信号を遅延回路１９に出力する。
遅延回路１９は、上記遅延量制御信号に基づいて光スイッチ１２、光分岐部１４を介して出力される波長λ２の矩形光束を遅延させる。
【００４７】
ＡＷＧ１０及び光スイッチ１１、１２は本発明の第２の波長分離手段に、光メモリ１７は本発明の第２の光メモリに、パターン整合回路１６、位相差検出回路１８及び遅延回路１９は本発明の時間調整手段に、光スイッチ２０、２１及びＡＷＧ２２は本発明の第２の合波手段に、光検出器及び識別回路は本発明の復調手段に、それぞれ相当する。
【００４８】
上記構成において、光信号送信装置では、二波長同時発振レーザ発振器１の光出力は、光束発生回路部２により一定の時間幅を持った矩形の光束が生成される。この矩形光束は波長分離部３に入力され、ＡＷＧ３１により波長毎に分離される。そのうち光スイッチ３２により波長λ２の矩形光束が選択され、光メモリ４に入力される。
また、光スイッチ３３により波長λ１の矩形光束が選択され、合波手段を構成する光スイッチ８に出力される。
光メモリ４では、光束を生成するタイミングに合せて出力される書き込みタイミング信号により波長λ２の矩形光束が書き込まれる。
【００４９】
次いで、光メモリ４より書き込まれた波長λ２の矩形光束が再生され、光メモリ４より出力される信号フレームタイミング制御信号により信号重畳回路５を制御して変調器６が駆動制御され、波長λ２の矩形光束にデータ信号が重畳される。
変調器６により変調された波長λ２の矩形光束と、波長分離部３の光スイッチ３３から出力される波長λ１の矩形光は光スイッチ７、８により適切なＡＷＧ９のポートに入力して合波され、伝送路に送出される。
【００５０】
一方、光信号受信装置では、伝送路から送られてきた矩形光束は、ＡＷＧ１０により、波長毎に分離され、光スイッチ１１、１２により波長λ１の矩形光と、波長λ２の矩形光束とが選択され、波長λ１の矩形光は光分岐部１３を介して光メモリ１７に入力される。光メモリ１７では、パターン整合回路１５がヘッダー部分を検出することにより出力する書き込みタイミング信号に基づいて波長λ１の矩形光が書き込まれる。
【００５１】
また、光メモリ１７から波長λ１の矩形光束が再生される際には、光メモリより信号が出力されるタイミングを示すメモリ出力タイミング信号が位相差検出回路１８に出力される。
パターン整合回路１６は、光スイッチ１２、光分岐部１４を介して出力される波長λ２の矩形光束のヘッダー部を検出して波長λ２の矩形光束の出力タイミングを示す信号を位相差検出回路１８に出力する。
【００５２】
位相差検出回路１８では、波長λ１の矩形光束の出力タイミングと、波長λ２の矩形光束の出力タイミングとの比較から、これら二つの矩形光束の位相差を検出し、この位相差がほぼ零となるように遅延量を制御するための遅延量制御信号を遅延回路１９に出力する。
【００５３】
この結果、遅延回路１９により波長λ１の矩形光束の出力タイミングと、波長λ２の矩形光束の出力タイミングとの位相差が相殺するように波長λ２の矩形光束の出力タイミングが制御され、波長λ１の矩形光束と波長λ２の矩形光束がタイミングが整合した状態で光スイッチ２０、２１を介してＡＷＧ２２に入力され、ＡＷＧ２２で合波される。合波された光信号は、光検出器２３で、直接検波される。また、検波された信号（電気信号）は、識別回路２４によりデータが復調される。
【００５４】
[第２実施形態]
本発明の第２実施形態に係る光通信システムについて説明する。本実施形態に係る光通信システムが第１実施の形態に係る光通信システムと構成上、異なるのは、光メモリが具体的に特定されている点であり、その他の構成は同一であるので重複する説明は省略する。
【００５５】
第２実施形態に係る光通信システムにおける光メモリは、図７に示すように、光増幅部としての光増幅器６１と、方向性結合器６０による入出力部と、周回する前記第１の矩形光束（波長λ１の矩形光束）、または第２の矩形光束（波長λ２の矩形光束）を通過させる波長可変フィルタ６２を有する光ファイバループ６３であり、第１の矩形光束、または第２の矩形光束がループ６３を周回する毎にレプリカの光束を生成しながら元の光束を記憶することを特徴としている。
【００５６】
図７において、方向性結合器６０により光束の５０％がループ６３内に挿入される。光ファイバループ６３では、光増幅器６１と波長可変光フィルタ６２により周回損失を補償する。光束は周回毎に方向性結合器６０から出力を発生するが、周回は維持される。これにより光記憶が達成される。波長可変光フィルタ６２は周回する光束を通過させ、光増幅器６１の自然放出光雑音を除去する作用を有する。これによりＳＮ比の劣化を防止して長時間の周回を実現することが可能となる。
なお、光増幅器６１は光束が通過しているときのみ利得を生じるように制御されることが望ましい。これにより、光束と一致した波長の自然放出光雑音がリングを周回して不要な光雑音を発生することを防止できる。
【００５７】
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態に係る光通信システムについて説明する。本実施形態に係る光通信システムが第２実施の形態に係る光通信システムと構成上、異なるのは、光メモリの具体的構成が異なる点であり、その他の構成は同一であるので重複する説明は省略する。
【００５８】
第３実施形態に係る光通信システムにおける光メモリは、図８に示すように、光増幅器７０と、入力部を形成する光路切替スイッチ（ＡＯＤ）７２と、光入出力部を形成する第１のＷＤＭカプラ７３と、非線形媒質７５と、変換光を出力する第２のＷＤＭカプラ７６と、連続光を発生するレーザ光源７４と、波長可変光フィルタ７１とを有する光ファイバループである。
【００５９】
光路切替スイッチとしての音響光学偏向器（ＡＯＤ）７２から第１の矩形光束（波長λ１の矩形光束）、または第２の矩形光束（波長λ２の矩形光束）を上記光ファイバループ内に入力し、かつそれらの波長と異なる第３の波長λ３の連続光をレーザ光源７４から前記ＷＤＭカプラ７３を介して入力するとともに、第１の矩形光束、または第２の矩形光束と、前記第３の波長の連続光とが非線形媒質７５を同時に通過することにより生成される変換光をＷＤＭカプラ７６により上記光ファイバループから出力するようにし、上記第１の矩形光束、または第２の矩形光束のみが上記光ファイバループ内を周回するように光増幅器７０および波長可変光フィルタ７１が調整されていることを特徴としている。
【００６０】
ＷＤＭカプラ７３は誘電体多層膜から構成されるものであってもよいが、波長差が小さい場合には図９に示すように、ファイバグレーティング７３１と光サーキュレータ７３２とを組み合わせた光挿入手段であってもよい。
上記第１の矩形光束、または第２の矩形光束と、上記第３の波長の連続光とが非線形媒質７５を同時に通過すると、図１０に示すように、３次の非線形光学効果により波長差に応じたところに二つの変換光が発生する。波長λ１の矩形光束または波長λ２の矩形光束の光をプローブ光、第３の波長λ３の光をポンプ光とすれば、変換光はシグナル光と呼ばれる。
【００６１】
ＷＤＭカプラ７６は、二つの変換光の一つを抽出する手段で、他の光はそこを通過する。波長λ１の矩形光束または波長λ２の矩形光束を周回させるため、バンドパスフィルタ７７によりポンプ光とシグナル光を除去し、プローブ光のみ通過させる。
光増幅器７０および波長可変光フィルタ７１は、図７に示す光ファイバループと同じ目的のために備えられたもので、ファイバループが光メモリとして機能するための必須構成要素である。
【００６２】
変換光の波長が他のプローブ光やポンプ光の波長と近い場合には、同様に、ファイバグレーティングと光サーキュレータによる光抽出法が有効である。任意の波長に対応させるために、ファイバグレーティングは引っ張りおよび温度制御による波長可変型のデバイスであることが望ましい。
【００６３】
[第４実施形態]
次に、本発明の第４実施形態に係る光通信システムについて説明する。本実施形態に係る光通信システムが第２、第３実施の形態に係る光通信システムと構成上、異なるのは、光メモリの具体的構成が異なる点であり、その他の構成は同一であるので重複する説明は省略する。
【００６４】
第４実施形態に係る光通信システムにおける光メモリは、図１１に示すように、記録時には、光の強度により屈折率または反射率が変化する光記憶媒体１０５に光束を空間的に掃引して前記第１の矩形光束（波長λ１の矩形光束）、または第２の矩形光束（波長λ２の矩形光束）の時間強度分布を空間強度分布に変換して記録し、再生時には、任意の時間に一定強度の前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束を光記憶媒体１０５に照射することにより元の光束を再生することを特徴としている。
【００６５】
図１１において、波長λ１または波長λ２の矩形光束がハーフミラー１００を通過した後、レンズ１０２、ミラー１０３を介して表面弾性波回折格子型ビーム偏向器（ＡＯＤ）１０４に照射され，その反射光が光記憶媒体１０５上に投影される。その投影像はＡＯＤ１０４により２次元的に走査される。このとき、光の強度に応じて光記憶媒体１０５の構造が変化するので、光束の強度パターンを光記憶媒体１０５の構造変化として転写することになる。
【００６６】
光記憶媒体１０５に書き込まれたパターンは上記光束と同じ光学系を進んできた再生光をＡＯＤ１０４により光記憶媒体１０５面を走査投影し、その反射光をミラー１０３、レンズ１０２、ハーフミラー１００及びレンズ１０１を介して出力させることにより再生することが可能となる。
光記憶のメカニズムは、光による媒体屈折率変化や反射率変化が利用できる。屈折率変化を利用する場合には、例えば、図１２に示すように、光記憶媒体１０５の下面に反射層１０５１を配置し、反射層１０５１と記憶部１０５２上面の干渉を再生光として用いる。干渉による強度変化は屈折率により敏感であり、記憶した光束の情報を再生することが可能である。
【００６７】
[第５実施形態]
次に、本発明の第５実施形態に係る光通信システムについて説明する。本実施形態に係る光通信システムが第２、第３、第４実施の形態に係る光通信システムと構成上、異なるのは、光信号受信装置における復調手段が異なる点であり、その他の構成は同一であるので重複する説明は省略する。
【００６８】
第５実施形態に係る光通信システムにおける第１の矩形光束（波長λ１の矩形光束）を光メモリに保存し、第２の矩形光束（波長λ２の矩形光束）を取得する毎に時間を整合させてそれら二つの信号を合波した後、直接検波することにより復調する復調手段は、復調した電気信号を変調周期以下の時間偏差で移動平均化処理することを特徴としている。ここで、移動平均化処理とは、図４に示すように、信号Ｓ１（復調した電気信号）と、信号Ｓ１を変調周期以下の時間偏差で遅延させた信号Ｓ２、Ｓ３を多重して平均を取ることをいうものとする。
【００６９】
図１５は、移動平均化処理を行う遅延多重光回路３１０で、平面型の導波路基板に光路差を持ついくつかの経路３１０１が複合されたものである。通常の多入力１出力で時間分割多重回路を対向配置させた構成であり、入力光は分波されてそれぞれ長さの異なる経路を伝搬した後、合波することにより遅延・多重が実現される。
なお、直接検波信号に対して電気的に移動平均化処理を行うことも可能である。この場合には、光のコヒーレンスによる自己相関型の変動の影響がないという利点を有する。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、光信号の不正モニタによる盗聴を防止することが可能であるほか、適当な波長と時間により対となる光束を更新することにより、任意にキーを更新することが可能である。
さらに、光メモリの書き込み動作を起動するパターンを暗号化しておけば２重のセキュリティ構造が実現できるため、極めて高い信頼の秘匿通信法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 二波長同時発振レーザのレーザ光の性質を光子統計により説明する図。
【図２】 二波長同時発振レーザの各々の発振波長の光出力の光子数状態と、全光出力の光子数状態の時間的特長を示す説明図。
【図３】 本発明に係る光通信方法の原理を示す説明図。
【図４】 本発明に係る光通信システムにおける光信号受信装置で行う移動平均化処理の効果を説明する図。
【図５】 本発明の第１実施形態に係る光通信システムにおける光信号送信装置の構成を示すブロック図。
【図６】 本発明の第１実施形態に係る光通信システムにおける光信号受信装置の構成を示すブロック図。
【図７】 本発明の第２実施形態に係る光通信システムにおける光メモリの構成を示すブロック図。
【図８】 本発明の第３実施形態に係る光通信システムにおける光メモリの構成を示すブロック図。
【図９】 図８に示す光メモリにおけるＷＤＭカプラの具体的構成を示す図。
【図１０】 本発明の第３実施形態において、光メモリの記憶原理に利用する光非線形による波長変換機構を説明する図。
【図１１】 本発明の第４実施形態に係る光通信システムにおける光メモリの構成を示す図。
【図１２】 本発明の第４実施形態に係る光通信システムにおける光メモリの再生原理を説明する図。
【図１３】 二波長同時発振レーザ発振器の構成を示すブロック図。
【図１４】 二波長同時発振レーザ発振器を用いて秘匿通信を行う従来技術の内容を示す説明図。
【図１５】 本発明の第５実施形態に係る光通信システムの光信号受信装置における移動平均化処理を行う遅延多重光回路の構成の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１…二波長同時発振レーザ発振器
２…光束発生回路部
３…波長分離部
４、１７…光メモリ
５…信号重畳回路
６…変調器
７、８，１１、１２、２０、２１、３２、３３…光スイッチ
９、１０、２２、３１…ＡＷＧ
１３、１４…光分岐部
１５、１６…パターン整合回路
１８…位相差検出回路
１９…遅延回路
２３…光検出器
２４…識別回路
２５…ＥＡ変調器
２６…パルス駆動回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信方法、光通信システム、光信号送信装置及び光信号受信装置に関する。具体的には、光信号を送受信するシステムにおいて、信号の一部をモニタして盗聴しようとする行為を阻止するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、レーザの揺らぎを利用した秘匿通信方法として、２波長を同時に発振するファイバリング共振器型レーザ発振器の光子数揺らぎを利用した方法が提案されている。図１３に示すようにこのレーザ発振器は、半導体光増幅器２００と、方向性結合器２０１、２０３、２０６と、光増幅器２０２と、バンドパス光フィルタ２０４、２０５とを主な構成要素として備え、バンドパスフィルタ２０４、２０５が二つの方向性結合器２０３、２０６により光ファイバ２０７で形成されたリング経路上に並列に配置されていることを特徴としている。
また、上記レーザ発振器の光出力は、単峰性のモードで同時に発振するレーザ光であって、各々のモードの光子の統計分布がボーズ-アインシュタイン分布に従い、かつそれら二つのモードの光子の和の統計分布がポアソン分布に従うレーザ光である
【０００３】
これらのバンドパス光フィルタ２０４、２０５により二つの発振波長λ１、λ２が定められる。リング内を周回する光は単一偏波であるので、共振器を構成する光ファイバ２０７は偏波保持が望ましいが、通常の単一モードファイバを用いる場合には適切に偏波コントローラを配置することでも２波長同時発振が達成可能である。光増幅器２０２はループの光利得が損失を上回るための補助的な増幅器として用いる。このため、これは線形増幅器として作用してもよい。
【０００４】
半導体レーザは利得飽和状態となるように，半導体レーザのバイアス電流値および光増幅器の利得により調整される。
半導体光増幅器２００は飽和利得状態にあるため、波長λ１、または波長λ２で単一モード発振するモード引き込みは抑制される。その結果、波長λ１と波長λ２で同時に発振が可能となり、それらの波長の光出力、すなわち、単位時間あたりに出力される光子の総和の平均値はほぼ一定とみなせる。この状態に対応する、観測時間あたりに計数する光子数の確率分布は、図１に示すように、単一モードのレーザ発振で擬似的に実現できるコヒーレント状態に対応したポアソン分布となる。
【０００５】
このような２波長同時発振状態で、波長λ１、または波長λ２の光をそれぞれ、バンドパス光フィルタ２０４、２０５等を用いて切り出すと、図１に示すような、カオス光に対応したボーズ‐アインシュタイン分布の光子計数統計を呈する。しかし、波長λ１および波長λ２を同時に分波した後に合波すると、再びもとのポアソン分布の光子計数統計となる。この現象は、安定なポアソン分布の光子計数統計を有するコヒーレント光から二つのカオス光を生成した後、再びコヒーレント光を生成するように見える。
【０００６】
このような光子数揺らぎを利用して秘匿通信を実現するため、従来は２波長同時発振状態から出力される二波長光を一括変調してデータを重畳させ、その後、光フィルタにより波長λ１の光と、波長λ２の光とを分離し、それらを各々、異なる経路で伝送し、最後に再び二つの光を合波することにより光子数揺らぎの小さい安定な状態でデータを復調するようにしていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
伝送経路で盗聴者が盗聴しようとすると、波長λ１、または波長λ２の光を単独で検出するかぎりにおいては光子状態がカオスとなっているため、単独波長での復調は不可能となる。
また、１本の光ファイバで伝送しようとする場合には、多数の異なる波長の光信号と多重化させることにより波長λ１の光と、波長λ２の光の組み合わせを発見する確率を大幅に低減でき、盗聴によりただちに復調することを阻止することが可能となる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２９０３８０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した光子数揺らぎを利用して秘匿通信を実現する従来の光通信方法を使用して通信を行った場合には、データが重畳された二つの信号光は、方向性結合器等の合波手段とそれを直接検波する手段を有する他人により復調される可能性がある。
【００１０】
たとえば、図１４に示すように、送信側で、２波長発振レーザ発振器３００において、同時発振した波長λ１の光と、波長λ２の光を変調器３０１により一括変調し、この変調器出力を分波手段３０２により波長λ１の光と、波長λ２の光に分波して各々別の伝送路３０３、３０４に挿入するところで同時に盗聴によりモニタ光を取得して合波すれば復調される可能性がある。
また、受信側で伝送路３０３、３０４からそれぞれ、出力される波長λ１の光と、波長λ２の光を合波手段３０５により合波された光を光検出器３０６と同様の検出手段によりモニタすることにより取得しても同様に復調される可能性がある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、モニタ光を不正に取得して合波するという簡易な方法により、送信するデータを復調して盗聴するという行為を排除し、秘匿性の向上を図った光通信方法、光通信システム、光信号送信装置及び光信号受信装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、送信側では、少なくとも二つの発振波長で同時発振して総和が一定となるように調整されたレーザの光出力から生成した一定の時間幅を有する矩形の光束を波長毎に分離し、該分離された二つの波長の矩形光束のうち、一方の波長の矩形光束はそのままとし、かつ他方の波長の矩形光束を変調してデータを重畳し、その後、これら二つの波長の矩形光束を合波して送信し、受信側では前記送信側から受信した光束を波長毎に分離し、前記２つの波長の矩形光束を時間的に整合させた状態で合波して同時に同一光検出器で直接検波することにより復調することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光通信方法において、前記レーザの光出力は、単峰性のモードで同時に発振するレーザ光であって、各々のモードの光子の統計分布がボーズ-アインシュタイン分布に従い、かつそれら二つのモードの光子の和の統計分布がポアソン分布に従うレーザ光であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、二つの発振波長で同時発振し、光出力の総和が一定となるように調整されたレーザ発振器と、該レーザ発振器の光出力から一定の時間幅を持った矩形の光束を生成する光束発生手段と、光束発生手段より出力される矩形光束を波長毎に分離する第１の波長分離手段と、前記第１の波長分離手段により分離された波長の異なる二つの矩形光束のうち、そのまま送信される第１の矩形光束とは異なる第２の矩形光束を記憶する第１の光メモリと、一定の間隔で前記第１の光メモリから取り出した前記第２の矩形光束を変調してデータ信号を重畳する変調手段と、前記第１の波長分離手段により分離された第１の矩形光束と、前記変調手段により前記データ信号が重畳された第２の矩形光束とを合波して伝送路に送出する第１の合波手段とを有する光信号送信装置と、
前記伝送路から送られてきた矩形光束を波長毎に分離する第２の波長分離手段と、前記第２の波長分離手段により分離された二つの異なる波長の矩形光束のうち前記第１の矩形光束を記憶する第２の光メモリと、前記第２の光メモリより前記第１の矩形光束を読み出す際に、前記第２の波長分離手段より前記第２の矩形光束を取得する毎に該第１の矩形光束の読み出しタイミングと、前記第２の矩形光束の出力タイミングとを整合させる時間調整手段と、前記時間調整手段により時間的に整合がとられた前記第１の矩形光束と第２の矩形光束とを合波する第２の合波手段と、前記第２の合波手段の出力を直接検波して復調する復調手段とを有する光信号受信装置と、
を有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光通信システムにおいて、前記レーザ発振器は、光ファイバを用いた経路がリング型光共振器で構成され、前記経路の一部に並列配置された、異なる二つの波長の光を選択する波長選択手段と、二つの波長を一括して増幅する利得飽和状態で動作する単一偏波型の半導体レーザ増幅器とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３または４のいずれかに記載の光通信システムにおいて、前記第１、第２の光メモリは、光増幅部と、方向性結合器による入出力部と、周回する前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束を通過させる波長可変フィルタを有する光ファイバループであり、前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束がループを周回する毎にレプリカの光束を生成しながら元の光束を記憶することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、請求項３または４のいずれかに記載の光通信システムにおいて、前記第１、第２の光メモリは、光増幅器と、入力部を形成する光路切替スイッチと、光入出力部を形成する第１のＷＤＭカプラと、非線形媒質と、変換光を出力する第２のＷＤＭカプラと、連続光を発生するレーザ光源と、波長可変光フィルタとを有する光ファイバループであり、前記光路切替スイッチから前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束を前記光ファイバループ内に入力し、かつそれらの波長と異なる第３の波長の連続光を前記レーザ光源から前記第１のＷＤＭカプラを介して入力するとともに、前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束と、前記第３の波長の連続光とが前記非線形媒質を同時に通過することにより生成される変換光を前記第２のＷＤＭカプラにより前記光ファイバループから出力するようにし、前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束のみが前記光ファイバループ内を周回するように前記光増幅器および波長可変光フィルタが調整されていることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項３または４のいずれかに記載の光通信システムにおいて、前記第１、第２の光メモリは、記録時には、光の強度により屈折率または反射率が変化する光記憶媒体に光束を空間的に掃引して前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束の時間強度分布を空間強度分布に変換して記録し、再生時には、任意の時間に一定強度の前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束を照射することにより元の光束を再生することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明は、請求項３乃至７のいずれかに記載の光通信システムにおいて、前記復調手段は、復調した電気信号を変調周期以下の時間偏差で移動平均化処理することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項９に記載の発明は、送信側では、少なくとも二つの発振波長で同時発振して総和が一定となるように調整されたレーザの光出力から生成した一定の時間幅を有する矩形の光束を波長毎に分離し、該分離された二つの波長の矩形光束のうち、一方の波長の矩形光束はそのままとし、かつ他方の波長の矩形光束を変調してデータを重畳し、その後、これら二つの波長の矩形光束を合波して送信し、受信側では、受信した前記二つの波長の矩形光束に基づいて復調する光通信システムの光信号送信装置であって、二つの発振波長で同時発振し、光出力の総和が一定となるように調整されたレーザ発振器と、前記レーザ発振器の光出力から一定の時間幅を持った矩形の光束を生成する光束発生手段と、前記光束発生手段より出力される矩形光束を波長毎に分離する波長分離手段と、前記波長分離手段により分離された波長の異なる二つの矩形光束のうち、そのまま送信される第１の矩形光束とは異なる第２の矩形光束を記憶する光メモリと、一定の間隔で前記光メモリから取り出した前記第２の矩形光束を変調してデータ信号を重畳する変調手段と、前記波長分離手段により分離された第１の矩形光束と、前記変調手段により前記データ信号が重畳された第２の矩形光束とを合波して伝送路に送出する合波手段とを有することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の光信号送信装置において、前記レーザ発振器は、光ファイバを用いた経路がリング型光共振器で構成され、前記経路の一部に並列配置された、異なる二つの波長の光を選択する波長選択手段と、二つの波長を一括して増幅する利得飽和状態で動作する単一偏波型の半導体レーザ増幅器とを有することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０のいずれかに記載の光信号送信装置において、前記光メモリは、光増幅部と、方向性結合器による入出力部と、周回する前記第２の矩形光束を通過させる波長可変フィルタを有する光ファイバループであり、前記第２の矩形光束がループを周回する毎にレプリカの光束を生成しながら元の光束を記憶することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項９または１０のいずれかに記載の光通信システムにおいて、前記光メモリは、光増幅器と、入力部を形成する光路切替スイッチと、光入出力部を形成する第１のＷＤＭカプラと、非線形媒質と、変換光を出力する第２のＷＤＭカプラと、連続光を発生するレーザ光源と、波長可変光フィルタとを有する光ファイバループであり、前記光路切替スイッチから前記２の矩形光束を前記光ファイバループ内に入力し、かつその波長と異なる第３の波長の連続光を前記レーザ光源から前記第１のＷＤＭカプラを介して入力するとともに、前記第２の矩形光束と、前記第３の波長の連続光とが前記非線形媒質を同時に通過することにより生成される変換光を前記第２のＷＤＭカプラにより前記光ファイバループから出力するようにし、前記第２の矩形光束のみが前記光ファイバループ内を周回するように前記光増幅器および波長可変光フィルタが調整されていることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項９または１０のいずれかに記載の光信号送信装置前記光メモリは、記録時には、光の強度により屈折率または反射率が変化する光記憶媒体に光束を空間的に掃引して前記第２の矩形光束の時間強度分布を空間強度分布に変換して記録し、
再生時には、任意の時間に一定強度の前記第２の矩形光束を照射することにより元の光束を再生することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１４に記載の発明は、送信側では、少なくとも二つの発振波長で同時発振して総和が一定となるように調整されたレーザの光出力から生成した一定の時間幅を有する矩形の光束を波長毎に分離し、該分離された二つの波長の矩形光束のうち、一方の波長の矩形光束はそのままとし、かつ他方の波長の矩形光束を変調してデータを重畳し、その後、これら二つの波長の矩形光束を合波して送信し、受信側では、受信した前記二つの波長の矩形光束に基づいて復調する光通信システムの光信号受信装置であって、前記伝送路から送られてきた矩形光束を波長毎に分離する波長分離手段と、前記波長分離手段により分離された二つの異なる波長の矩形光束のうち前記第１の矩形光束を記憶する光メモリと、前記光メモリより前記第１の矩形光束を読み出す際に、前記波長分離手段より前記第２の矩形光束を取得する毎に該第１の矩形光束の読み出しタイミングと、前記第２の矩形光束の出力タイミングとを整合させる時間調整手段と、前記時間調整手段により時間的に整合がとられた前記第１の矩形光束と第２の矩形光束とを合波する合波手段と、前記合波手段の出力を直接検波して復調する復調手段とを有することを特徴とする光信号受信装置。
【００２６】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の光信号受信装置において、前記光メモリは、光増幅部と、方向性結合器による入出力部と、周回する前記第１の矩形光束を通過させる波長可変フィルタを有する光ファイバループであり、前記第１の矩形光束がループを周回する毎にレプリカの光束を生成しながら元の光束を記憶することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１４に記載の光信号受信装置において、前記光メモリは、光増幅器と、入力部を形成する光路切替スイッチと、光入出力部を形成する第１のＷＤＭカプラと、非線形媒質と、変換光を出力する第２のＷＤＭカプラと、連続光を発生するレーザ光源と、波長可変光フィルタとを有する光ファイバループであり、前記光路切替スイッチから前記第１の矩形光束を前記光ファイバループ内に入力し、かつその波長と異なる第３の波長の連続光を前記レーザ光源から前記第１のＷＤＭカプラを介して入力するとともに、前記第１の矩形光束と、前記第３の波長の連続光とが前記非線形媒質を同時に通過することにより生成される変換光を前記第２のＷＤＭカプラにより前記光ファイバループから出力するようにし、前記第１の矩形光束のみが前記光ファイバループ内を周回するように前記光増幅器および波長可変光フィルタが調整されていることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１４に記載の光信号受信装置において、前記光メモリは、記録時には、光の強度により屈折率または反射率が変化する光記憶媒体に光束を空間的に掃引して前記第１の矩形光束の時間強度分布を空間強度分布に変換して記録し、再生時には、任意の時間に一定強度の前記第１の矩形光束を照射することにより元の光束を再生することを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１４乃至１７のいずれかに記載の光信号受信装置において、前記復調手段は、復調した電気信号を変調周期以下の時間偏差で移動平均化処理することを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る光通信システムの実施形態を説明するに先立ち、本発明に係る光通信方法の原理について図２乃至図４を参照して説明する。
【００３１】
[光通信方法の原理]
本発明に係る光通信方法の原理を図３に示す。図３に示すように、送信側では、波長分離手段により、少なくとも二つの発振波長λ１、λ２で同時発振して総和が一定となるように調整された２波長同時発振レーザ発振器の光出力から生成した一定の時間幅を有する矩形の光束を波長毎に分離する。該分離された二つの波長λ１、λ２の矩形光束のうち、一方の波長λ１の矩形光束はそのままとし、かつ他方の波長λ２の矩形光束を光メモリ５０に蓄積する。
【００３２】
光メモリ５０より他方の波長λ２の矩形光束を取り出し、変調器５１により変調してデータを重畳し、その後、これら二つのを合波して伝送路５２を介して送信する。
受信側では送信側から伝送路５３を介して受信した光束を波長分離素子５４により波長毎に分離し、波長λ１の光束を光メモリ５５に蓄積する。
そして光メモリ５５から波長λ１の光束を取り出す際に、遅延回路５６により波長λ２の矩形光束を時間遅延させることにより、２つの波長λ１、λ２の矩形光束を時間的に整合させ、この状態で合波器５７により合波して同時に同一の光検出器５８で直接検波することにより復調する。
【００３３】
すなわち、図２に示すように、２波長同時発振レーザ発振器から出力された同一光束から生成した波長の対をなす二波長λ１、λ２の光束は、単独ではカオス的な不安定な特性を呈するが（図２（Ａ）、（Ｂ））、合波したものは、安定である（図２（Ｃ））。
このような光束を送信系と受信系に分けてあらかじめ記憶し、送信系では、例えば、波長λ２の光束を光メモリ５０から順次再生し変調して送信し、受信系では、波長λ１の光束を光メモリ５５から再生して取り出し、波長分離素子５４から抽出して得た送信された波長λ２の光束と適当な遅延回路５６を介して合波する。
【００３４】
それぞれの光メモリ５０、５５に蓄積された光束から再生した光束はもとの光束のレプリカであり、それらレプリカを重ね合わせてもポアソン分布を呈する安定な光束を得ることが可能である。このため，受信系で重ね合わせた光束は，安定なビット領域（１）とカオス状態のビット領域（０）から成る光データ列を呈することになる。このような光信号を直接検波し、１と０の領域を識別することにより、データを復調する。
【００３５】
光束を記憶する光メモリ５０、５５では、光束を光ファイバループ中に挿入・周回させ、方向性結合器等を用いて周回光の一部をレプリカとして外部に取り出しながらもとの光束をループ内に蓄積・記憶する。周回の周期でレプリカが生成され、光メモリの再生が行われる。ファイバループを周回させる場合には光増幅器の光雑音重畳によりＳＮ比が周回毎に劣化する。
これを防止するために、非線形による波長変換を利用したレプリカの生成方法が用いられる。この方法では、ポンプ光としてＣＷの単一モードレーザ光を用い、非線形媒質中でループを周回する光束に重ねあわされて変換光を得る。
【００３６】
波長依存性のあるハーフミラー等からなるＷＤＭカプラを用いてループから単独抽出された変換光は、オリジナルの光束を、光子状態を破壊することなく忠実に複製している。このような光信号のモニタ方法は量子非破壊検出法として広く利用されている。
また、光束を合波して得た光信号は安定領域とカオス状態領域を有し、本発明ではそれらの状態を識別することによりデータを復調するのであるから、判定条件が明確なほど判定の誤り率は低下する。
【００３７】
図４に示すように、信号Ｓ１（復調した電気信号）と、信号Ｓ１を変調周期以下の時間偏差で遅延させた信号Ｓ２、Ｓ３を多重して平均を取ること、すなわち移動平均処理を光回路により行うとカオス状態領域の光出力を一様に抑圧することができるので、安定なビット領域（１）とカオス状態のビット領域（０）を明確に区別することが可能となる。これにより，より高速で高信頼の秘匿通信が実現できる。 次に、各実施形態について説明する。
【００３８】
[第１実施形態]
本発明の第１実施形態に係る光通信システムの構成を図５及び図６に示す。図５は光通信システムの光信号送信装置の構成を示し、図６は光通信システムの光信号受信装置の構成を示している。
図５において、光信号送信装置は、二波長同時発振レーザ発振器１と、光束発生回路部２と、波長分離部３と、光メモリ４と、信号重畳回路５と、変調器６と、光スイッチ７、８と、アレイ導波路格子（Arrayed Waveguide Grating，以下ＡＷＧと記す。）９とを有している。
【００３９】
二波長同時発振レーザ発振器１は、二つの発振波長で同時発振し、光出力の総和が一定となるように調整されている。なお、二波長同時発振レーザは、既述した図１３に示す従来のファイバリング型レーザを利用することができる．
光束発生回路部２は、電界吸収型の光変調器（ＥＡ変調器）２５と、パルス駆動回路２６とを有し、レーザ発振器１の光出力から一定の時間幅を持った矩形の光束を生成する。
ＥＡ変調器２５は半導体導波路素子に逆バイアスを印加することにより伝搬損失を変化させ強度変調を行う素子であり，パルス駆動回路２６により供給される矩形信号により容易に光束を生成することができる。
【００４０】
波長分離部３は、ＡＷＧ３１と、光スイッチ３２、３３とからなり、光束発生回路部２より出力される矩形光束をＡＷＧ３１により波長毎に分離する。
ここで、二波長同時発振レーザ発振器１の波長とＡＷＧ３１の透過分離波長を予め整合させておく必要がある。光スイッチ３２、３３は、ＡＷＧ３１により分離された複数の波長から波長λ１、または波長λ２に対応する信号を抽出するために用いるもので，１×Ｎセレクタ型の光スイッチが用いられる。このようなスイッチとしては、ファイバ移動型の機械式セレクタや導波路光スイッチ等の市販品が利用可能である。
【００４１】
光メモリ４は、波長分離部３により分離された波長の異なる波長λ１，波長λ２の二つの矩形光束のうち、そのまま送信される波長λ１の矩形光束とは異なる波長λ２の矩形光束を記憶する。
信号重畳回路５は、入力されるデータに基づいて変調器６を駆動する機能を有している。
変調器６は、一定の間隔で光メモリ４から取り出した波長λ２の矩形光束を変調してデータ信号を重畳する。
【００４２】
光メモリ４では、光束発生回路部２においてパルス駆動回路２６により矩形光束を生成するタイミングに合わせて、書き込みタイミング信号に基づいて光メモリ４の書き込みが制御される。
また、光メモリ４において、書き込まれた矩形光束を再生してそれに送信データを重畳させるときには、再生してデータフレームを生成するときの信号フレームタイミング制御信号により信号重畳回路５を制御して変調器６を駆動させる。変調器６により変調された信号と、波長分離部３の光スイッチ３３から出力される波長λ１の矩形光は光スイッチ７、８により適切なＡＷＧ９のポートに入力して合波され、伝送路に送出される。
【００４３】
二波長同時発振レーザ発振器１は本発明のレーザ発振器に、光束発生回路部２は本発明の光束発生手段に、波長分離部３は本発明の第１の波長分離手段に、光メモリ４は本発明の第１の光メモリに、信号重畳回路５及び変調器６は本発明の変調手段に、光スイッチ７、８及びＡＷＧ９は本発明の第１の合波手段に、それぞれ相当する。
【００４４】
次に、光信号受信装置について説明する。図６において、光信号受信装置は、ＡＷＧ１０と、光スイッチ１１、１２と、光分岐部１３、１４と、パターン整合回路１５、１６と、光メモリ１７と、位相差検出回路１８と、遅延回路１９と、光スイッチ２０、２１と、ＡＷＧ２２と、光検出器２３と、識別回路２４とを有している。
ＡＷＧ１０は、伝送路から送られてきた矩形光束を波長毎に分離する。
光メモリ１７は、ＡＷＧ１０により分離された二つの異なる波長λ１，波長λ２の矩形光束のうち光スイッチ１１、光分岐部１３を介して出力される波長λ１の矩形光束を記憶する。
【００４５】
パターン整合回路１５、１６は、それぞれ、波長λ１、波長λ２のヘッダー部分を検出して、タイミング信号を生成する機能を有している。本実施形態では、各矩形光束のヘッダー部分に波長λ１、または波長λ２の安定な光源から生成したビット列を付与しておくものとする。
パターン整合回路１５は、波長λ１の矩形光束を光メモリ１７に書き込む際の書き込みタイミング信号を出力する。
また、パターン整合回路１６は、光スイッチ１２から波長λ２の矩形光束が出力されるタイミングを示す信号を位相差検出回路１８に出力する。
【００４６】
位相差検出回路１８は、光メモリ１７から再生される波長λ１の矩形光束の出力タイミングと、パターン整合回路１６から出力される波長λ２の矩形光束が出力されるタイミングとを比較し、その位相差を検出し、該位相差が零となるように遅延量を制御するための遅延量制御信号を遅延回路１９に出力する。
遅延回路１９は、上記遅延量制御信号に基づいて光スイッチ１２、光分岐部１４を介して出力される波長λ２の矩形光束を遅延させる。
【００４７】
ＡＷＧ１０及び光スイッチ１１、１２は本発明の第２の波長分離手段に、光メモリ１７は本発明の第２の光メモリに、パターン整合回路１６、位相差検出回路１８及び遅延回路１９は本発明の時間調整手段に、光スイッチ２０、２１及びＡＷＧ２２は本発明の第２の合波手段に、光検出器及び識別回路は本発明の復調手段に、それぞれ相当する。
【００４８】
上記構成において、光信号送信装置では、二波長同時発振レーザ発振器１の光出力は、光束発生回路部２により一定の時間幅を持った矩形の光束が生成される。この矩形光束は波長分離部３に入力され、ＡＷＧ３１により波長毎に分離される。そのうち光スイッチ３２により波長λ２の矩形光束が選択され、光メモリ４に入力される。
また、光スイッチ３３により波長λ１の矩形光束が選択され、合波手段を構成する光スイッチ８に出力される。
光メモリ４では、光束を生成するタイミングに合せて出力される書き込みタイミング信号により波長λ２の矩形光束が書き込まれる。
【００４９】
次いで、光メモリ４より書き込まれた波長λ２の矩形光束が再生され、光メモリ４より出力される信号フレームタイミング制御信号により信号重畳回路５を制御して変調器６が駆動制御され、波長λ２の矩形光束にデータ信号が重畳される。
変調器６により変調された波長λ２の矩形光束と、波長分離部３の光スイッチ３３から出力される波長λ１の矩形光は光スイッチ７、８により適切なＡＷＧ９のポートに入力して合波され、伝送路に送出される。
【００５０】
一方、光信号受信装置では、伝送路から送られてきた矩形光束は、ＡＷＧ１０により、波長毎に分離され、光スイッチ１１、１２により波長λ１の矩形光と、波長λ２の矩形光束とが選択され、波長λ１の矩形光は光分岐部１３を介して光メモリ１７に入力される。光メモリ１７では、パターン整合回路１５がヘッダー部分を検出することにより出力する書き込みタイミング信号に基づいて波長λ１の矩形光が書き込まれる。
【００５１】
また、光メモリ１７から波長λ１の矩形光束が再生される際には、光メモリより信号が出力されるタイミングを示すメモリ出力タイミング信号が位相差検出回路１８に出力される。
パターン整合回路１６は、光スイッチ１２、光分岐部１４を介して出力される波長λ２の矩形光束のヘッダー部を検出して波長λ２の矩形光束の出力タイミングを示す信号を位相差検出回路１８に出力する。
【００５２】
位相差検出回路１８では、波長λ１の矩形光束の出力タイミングと、波長λ２の矩形光束の出力タイミングとの比較から、これら二つの矩形光束の位相差を検出し、この位相差がほぼ零となるように遅延量を制御するための遅延量制御信号を遅延回路１９に出力する。
【００５３】
この結果、遅延回路１９により波長λ１の矩形光束の出力タイミングと、波長λ２の矩形光束の出力タイミングとの位相差が相殺するように波長λ２の矩形光束の出力タイミングが制御され、波長λ１の矩形光束と波長λ２の矩形光束がタイミングが整合した状態で光スイッチ２０、２１を介してＡＷＧ２２に入力され、ＡＷＧ２２で合波される。合波された光信号は、光検出器２３で、直接検波される。また、検波された信号（電気信号）は、識別回路２４によりデータが復調される。
【００５４】
[第２実施形態]
本発明の第２実施形態に係る光通信システムについて説明する。本実施形態に係る光通信システムが第１実施の形態に係る光通信システムと構成上、異なるのは、光メモリが具体的に特定されている点であり、その他の構成は同一であるので重複する説明は省略する。
【００５５】
第２実施形態に係る光通信システムにおける光メモリは、図７に示すように、光増幅部としての光増幅器６１と、方向性結合器６０による入出力部と、周回する前記第１の矩形光束（波長λ１の矩形光束）、または第２の矩形光束（波長λ２の矩形光束）を通過させる波長可変フィルタ６２を有する光ファイバループ６３であり、第１の矩形光束、または第２の矩形光束がループ６３を周回する毎にレプリカの光束を生成しながら元の光束を記憶することを特徴としている。
【００５６】
図７において、方向性結合器６０により光束の５０％がループ６３内に挿入される。光ファイバループ６３では、光増幅器６１と波長可変光フィルタ６２により周回損失を補償する。光束は周回毎に方向性結合器６０から出力を発生するが、周回は維持される。これにより光記憶が達成される。波長可変光フィルタ６２は周回する光束を通過させ、光増幅器６１の自然放出光雑音を除去する作用を有する。これによりＳＮ比の劣化を防止して長時間の周回を実現することが可能となる。
なお、光増幅器６１は光束が通過しているときのみ利得を生じるように制御されることが望ましい。これにより、光束と一致した波長の自然放出光雑音がリングを周回して不要な光雑音を発生することを防止できる。
【００５７】
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態に係る光通信システムについて説明する。本実施形態に係る光通信システムが第２実施の形態に係る光通信システムと構成上、異なるのは、光メモリの具体的構成が異なる点であり、その他の構成は同一であるので重複する説明は省略する。
【００５８】
第３実施形態に係る光通信システムにおける光メモリは、図８に示すように、光増幅器７０と、入力部を形成する光路切替スイッチ（ＡＯＤ）７２と、光入出力部を形成する第１のＷＤＭカプラ７３と、非線形媒質７５と、変換光を出力する第２のＷＤＭカプラ７６と、連続光を発生するレーザ光源７４と、波長可変光フィルタ７１とを有する光ファイバループである。
【００５９】
光路切替スイッチとしての音響光学偏向器（ＡＯＤ）７２から第１の矩形光束（波長λ１の矩形光束）、または第２の矩形光束（波長λ２の矩形光束）を上記光ファイバループ内に入力し、かつそれらの波長と異なる第３の波長λ３の連続光をレーザ光源７４から前記ＷＤＭカプラ７３を介して入力するとともに、第１の矩形光束、または第２の矩形光束と、前記第３の波長の連続光とが非線形媒質７５を同時に通過することにより生成される変換光をＷＤＭカプラ７６により上記光ファイバループから出力するようにし、上記第１の矩形光束、または第２の矩形光束のみが上記光ファイバループ内を周回するように光増幅器７０および波長可変光フィルタ７１が調整されていることを特徴としている。
【００６０】
ＷＤＭカプラ７３は誘電体多層膜から構成されるものであってもよいが、波長差が小さい場合には図９に示すように、ファイバグレーティング７３１と光サーキュレータ７３２とを組み合わせた光挿入手段であってもよい。
上記第１の矩形光束、または第２の矩形光束と、上記第３の波長の連続光とが非線形媒質７５を同時に通過すると、図１０に示すように、３次の非線形光学効果により波長差に応じたところに二つの変換光が発生する。波長λ１の矩形光束または波長λ２の矩形光束の光をプローブ光、第３の波長λ３の光をポンプ光とすれば、変換光はシグナル光と呼ばれる。
【００６１】
ＷＤＭカプラ７６は、二つの変換光の一つを抽出する手段で、他の光はそこを通過する。波長λ１の矩形光束または波長λ２の矩形光束を周回させるため、バンドパスフィルタ７７によりポンプ光とシグナル光を除去し、プローブ光のみ通過させる。
光増幅器７０および波長可変光フィルタ７１は、図７に示す光ファイバループと同じ目的のために備えられたもので、ファイバループが光メモリとして機能するための必須構成要素である。
【００６２】
変換光の波長が他のプローブ光やポンプ光の波長と近い場合には、同様に、ファイバグレーティングと光サーキュレータによる光抽出法が有効である。任意の波長に対応させるために、ファイバグレーティングは引っ張りおよび温度制御による波長可変型のデバイスであることが望ましい。
【００６３】
[第４実施形態]
次に、本発明の第４実施形態に係る光通信システムについて説明する。本実施形態に係る光通信システムが第２、第３実施の形態に係る光通信システムと構成上、異なるのは、光メモリの具体的構成が異なる点であり、その他の構成は同一であるので重複する説明は省略する。
【００６４】
第４実施形態に係る光通信システムにおける光メモリは、図１１に示すように、記録時には、光の強度により屈折率または反射率が変化する光記憶媒体１０５に光束を空間的に掃引して前記第１の矩形光束（波長λ１の矩形光束）、または第２の矩形光束（波長λ２の矩形光束）の時間強度分布を空間強度分布に変換して記録し、再生時には、任意の時間に一定強度の前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束を光記憶媒体１０５に照射することにより元の光束を再生することを特徴としている。
【００６５】
図１１において、波長λ１または波長λ２の矩形光束がハーフミラー１００を通過した後、レンズ１０２、ミラー１０３を介して表面弾性波回折格子型ビーム偏向器（ＡＯＤ）１０４に照射され，その反射光が光記憶媒体１０５上に投影される。その投影像はＡＯＤ１０４により２次元的に走査される。このとき、光の強度に応じて光記憶媒体１０５の構造が変化するので、光束の強度パターンを光記憶媒体１０５の構造変化として転写することになる。
【００６６】
光記憶媒体１０５に書き込まれたパターンは上記光束と同じ光学系を進んできた再生光をＡＯＤ１０４により光記憶媒体１０５面を走査投影し、その反射光をミラー１０３、レンズ１０２、ハーフミラー１００及びレンズ１０１を介して出力させることにより再生することが可能となる。
光記憶のメカニズムは、光による媒体屈折率変化や反射率変化が利用できる。屈折率変化を利用する場合には、例えば、図１２に示すように、光記憶媒体１０５の下面に反射層１０５１を配置し、反射層１０５１と記憶部１０５２上面の干渉を再生光として用いる。干渉による強度変化は屈折率により敏感であり、記憶した光束の情報を再生することが可能である。
【００６７】
[第５実施形態]
次に、本発明の第５実施形態に係る光通信システムについて説明する。本実施形態に係る光通信システムが第２、第３、第４実施の形態に係る光通信システムと構成上、異なるのは、光信号受信装置における復調手段が異なる点であり、その他の構成は同一であるので重複する説明は省略する。
【００６８】
第５実施形態に係る光通信システムにおける第１の矩形光束（波長λ１の矩形光束）を光メモリに保存し、第２の矩形光束（波長λ２の矩形光束）を取得する毎に時間を整合させてそれら二つの信号を合波した後、直接検波することにより復調する復調手段は、復調した電気信号を変調周期以下の時間偏差で移動平均化処理することを特徴としている。ここで、移動平均化処理とは、図４に示すように、信号Ｓ１（復調した電気信号）と、信号Ｓ１を変調周期以下の時間偏差で遅延させた信号Ｓ２、Ｓ３を多重して平均を取ることをいうものとする。
【００６９】
図１５は、移動平均化処理を行う遅延多重光回路３１０で、平面型の導波路基板に光路差を持ついくつかの経路３１０１が複合されたものである。通常の多入力１出力で時間分割多重回路を対向配置させた構成であり、入力光は分波されてそれぞれ長さの異なる経路を伝搬した後、合波することにより遅延・多重が実現される。
なお、直接検波信号に対して電気的に移動平均化処理を行うことも可能である。この場合には、光のコヒーレンスによる自己相関型の変動の影響がないという利点を有する。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、光信号の不正モニタによる盗聴を防止することが可能であるほか、適当な波長と時間により対となる光束を更新することにより、任意にキーを更新することが可能である。
さらに、光メモリの書き込み動作を起動するパターンを暗号化しておけば２重のセキュリティ構造が実現できるため、極めて高い信頼の秘匿通信法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 二波長同時発振レーザのレーザ光の性質を光子統計により説明する図。
【図２】 二波長同時発振レーザの各々の発振波長の光出力の光子数状態と、全光出力の光子数状態の時間的特長を示す説明図。
【図３】 本発明に係る光通信方法の原理を示す説明図。
【図４】 本発明に係る光通信システムにおける光信号受信装置で行う移動平均化処理の効果を説明する図。
【図５】 本発明の第１実施形態に係る光通信システムにおける光信号送信装置の構成を示すブロック図。
【図６】 本発明の第１実施形態に係る光通信システムにおける光信号受信装置の構成を示すブロック図。
【図７】 本発明の第２実施形態に係る光通信システムにおける光メモリの構成を示すブロック図。
【図８】 本発明の第３実施形態に係る光通信システムにおける光メモリの構成を示すブロック図。
【図９】 図８に示す光メモリにおけるＷＤＭカプラの具体的構成を示す図。
【図１０】 本発明の第３実施形態において、光メモリの記憶原理に利用する光非線形による波長変換機構を説明する図。
【図１１】 本発明の第４実施形態に係る光通信システムにおける光メモリの構成を示す図。
【図１２】 本発明の第４実施形態に係る光通信システムにおける光メモリの再生原理を説明する図。
【図１３】 二波長同時発振レーザ発振器の構成を示すブロック図。
【図１４】 二波長同時発振レーザ発振器を用いて秘匿通信を行う従来技術の内容を示す説明図。
【図１５】 本発明の第５実施形態に係る光通信システムの光信号受信装置における移動平均化処理を行う遅延多重光回路の構成の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１…二波長同時発振レーザ発振器
２…光束発生回路部
３…波長分離部
４、１７…光メモリ
５…信号重畳回路
６…変調器
７、８，１１、１２、２０、２１、３２、３３…光スイッチ
９、１０、２２、３１…ＡＷＧ
１３、１４…光分岐部
１５、１６…パターン整合回路
１８…位相差検出回路
１９…遅延回路
２３…光検出器
２４…識別回路
２５…ＥＡ変調器
２６…パルス駆動回路
Claims (18)
- 送信側では、少なくとも二つの発振波長で同時発振して総和が一定となるように調整されたレーザの光出力から生成した一定の時間幅を有する矩形の光束を波長毎に分離し、該分離された二つの波長の矩形光束のうち、一方の波長の矩形光束はそのままとし、かつ他方の波長の矩形光束を変調してデータを重畳し、その後、これら二つの波長の矩形光束を合波して送信し、受信側では前記送信側から受信した光束を波長毎に分離し、前記２つの波長の矩形光束を時間的に整合させた状態で合波して同時に同一光検出器で直接検波することにより復調することを特徴とする光通信方法。
- 前記レーザの光出力は、単峰性のモードで同時に発振するレーザ光であって、各々のモードの光子の統計分布がボーズ-アインシュタイン分布に従い、かつそれら二つのモードの光子の和の統計分布がポアソン分布に従うレーザ光であることを特徴とする請求項１に記載の光通信方法。
- 二つの発振波長で同時発振し、光出力の総和が一定となるように調整されたレーザ発振器と、該レーザ発振器の光出力から一定の時間幅を持った矩形の光束を生成する光束発生手段と、光束発生手段より出力される矩形光束を波長毎に分離する第１の波長分離手段と、前記第１の波長分離手段により分離された波長の異なる二つの矩形光束のうち、そのまま送信される第１の矩形光束とは異なる第２の矩形光束を記憶する第１の光メモリと、一定の間隔で前記第１の光メモリから取り出した前記第２の矩形光束を変調してデータ信号を重畳する変調手段と、前記第１の波長分離手段により分離された第１の矩形光束と、前記変調手段により前記データ信号が重畳された第２の矩形光束とを合波して伝送路に送出する第１の合波手段とを有する光信号送信装置と、
前記伝送路から送られてきた矩形光束を波長毎に分離する第２の波長分離手段と、前記第２の波長分離手段により分離された二つの異なる波長の矩形光束のうち前記第１の矩形光束を記憶する第２の光メモリと、前記第２の光メモリより前記第１の矩形光束を読み出す際に、前記第２の波長分離手段より前記第２の矩形光束を取得する毎に該第１の矩形光束の読み出しタイミングと、前記第２の矩形光束の出力タイミングとを整合させる時間調整手段と、前記時間調整手段により時間的に整合がとられた前記第１の矩形光束と第２の矩形光束とを合波する第２の合波手段と、前記第２の合波手段の出力を直接検波して復調する復調手段とを有する光信号受信装置と、
を有することを特徴とする光通信システム。 - 前記レーザ発振器は、
光ファイバを用いた経路がリング型光共振器で構成され、
前記経路の一部に並列配置された、異なる二つの波長の光を選択する波長選択手段と、
二つの波長を一括して増幅する利得飽和状態で動作する単一偏波型の半導体レーザ増幅器と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の光通信システム。 - 前記第１、第２の光メモリは、
光増幅部と、方向性結合器による入出力部と、周回する前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束を通過させる波長可変フィルタを有する光ファイバループであり、前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束がループを周回する毎にレプリカの光束を生成しながら元の光束を記憶することを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載の光通信システム。 - 前記第１、第２の光メモリは、
光増幅器と、入力部を形成する光路切替スイッチと、光入出力部を形成する第１のＷＤＭカプラと、非線形媒質と、変換光を出力する第２のＷＤＭカプラと、連続光を発生するレーザ光源と、波長可変光フィルタとを有する光ファイバループであり、
前記光路切替スイッチから前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束を前記光ファイバループ内に入力し、かつそれらの波長と異なる第３の波長の連続光を前記レーザ光源から前記第１のＷＤＭカプラを介して入力するとともに、
前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束と、前記第３の波長の連続光とが前記非線形媒質を同時に通過することにより生成される変換光を前記第２のＷＤＭカプラにより前記光ファイバループから出力するようにし、
前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束のみが前記光ファイバループ内を周回するように前記光増幅器および波長可変光フィルタが調整されていることを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載の光通信システム。 - 前記第１、第２の光メモリは、
記録時には、光の強度により屈折率または反射率が変化する光記憶媒体に光束を空間的に掃引して前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束の時間強度分布を空間強度分布に変換して記録し、
再生時には、任意の時間に一定強度の前記第１の矩形光束、または第２の矩形光束を照射することにより元の光束を再生することを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載の光通信システム。 - 前記復調手段は、復調した電気信号を変調周期以下の時間偏差で移動平均化処理することを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載の光通信システム。
- 送信側では、少なくとも二つの発振波長で同時発振して総和が一定となるように調整されたレーザの光出力から生成した一定の時間幅を有する矩形の光束を波長毎に分離し、該分離された二つの波長の矩形光束のうち、一方の波長の矩形光束はそのままとし、かつ他方の波長の矩形光束を変調してデータを重畳し、その後、これら二つの波長の矩形光束を合波して送信し、受信側では、受信した前記二つの波長の矩形光束に基づいて復調する光通信システムの光信号送信装置であって、
二つの発振波長で同時発振し、光出力の総和が一定となるように調整されたレーザ発振器と、
前記レーザ発振器の光出力から一定の時間幅を持った矩形の光束を生成する光束発生手段と、
前記光束発生手段より出力される矩形光束を波長毎に分離する波長分離手段と、
前記波長分離手段により分離された波長の異なる二つの矩形光束のうち、そのまま送信される第１の矩形光束とは異なる第２の矩形光束を記憶する光メモリと、
一定の間隔で前記光メモリから取り出した前記第２の矩形光束を変調してデータ信号を重畳する変調手段と、
前記波長分離手段により分離された第１の矩形光束と、前記変調手段により前記データ信号が重畳された第２の矩形光束とを合波して伝送路に送出する合波手段と、
を有することを特徴とする光信号送信装置。 - 前記レーザ発振器は、
光ファイバを用いた経路がリング型光共振器で構成され、
前記経路の一部に並列配置された、異なる二つの波長の光を選択する波長選択手段と、
二つの波長を一括して増幅する利得飽和状態で動作する単一偏波型の半導体レーザ増幅器と、
を有することを特徴とする請求項９に記載の光信号送信装置。 - 前記光メモリは、
光増幅部と、方向性結合器による入出力部と、周回する前記第２の矩形光束を通過させる波長可変フィルタを有する光ファイバループであり、前記第２の矩形光束がループを周回する毎にレプリカの光束を生成しながら元の光束を記憶することを特徴とする請求項９または１０のいずれかに記載の光信号送信装置。 - 前記光メモリは、
光増幅器と、入力部を形成する光路切替スイッチと、光入出力部を形成する第１のＷＤＭカプラと、非線形媒質と、変換光を出力する第２のＷＤＭカプラと、連続光を発生するレーザ光源と、波長可変光フィルタとを有する光ファイバループであり、
前記光路切替スイッチから前記第２の矩形光束を前記光ファイバループ内に入力し、かつその波長と異なる第３の波長の連続光を前記レーザ光源から前記第１のＷＤＭカプラを介して入力するとともに、
前記第２の矩形光束と、前記第３の波長の連続光とが前記非線形媒質を同時に通過することにより生成される変換光を前記第２のＷＤＭカプラにより前記光ファイバループから出力するようにし、
前記第２の矩形光束のみが前記光ファイバループ内を周回するように前記光増幅器および波長可変光フィルタが調整されていることを特徴とする請求項９または１０のいずれかに記載の光通信システム。 - 前記光メモリは、
記録時には、光の強度により屈折率または反射率が変化する光記憶媒体に光束を空間的に掃引して前記第２の矩形光束の時間強度分布を空間強度分布に変換して記録し、
再生時には、任意の時間に一定強度の前記第２の矩形光束を照射することにより元の光束を再生することを特徴とする請求項９または１０のいずれかに記載の光信号送信装置。 - 送信側では、少なくとも二つの発振波長で同時発振して総和が一定となるように調整されたレーザの光出力から生成した一定の時間幅を有する矩形の光束を波長毎に分離し、該分離された二つの波長の矩形光束のうち、一方の波長の矩形光束はそのままとし、かつ他方の波長の矩形光束を変調してデータを重畳し、その後、これら二つの波長の矩形光束を合波して送信し、受信側では、受信した前記二つの波長の矩形光束に基づいて復調する光通信システムの光信号受信装置であって、
前記伝送路から送られてきた矩形光束を波長毎に分離する波長分離手段と、
前記波長分離手段により分離された二つの異なる波長の矩形光束のうち前記第１の矩形光束を記憶する光メモリと、
前記光メモリより前記第１の矩形光束を読み出す際に、前記波長分離手段より前記第２の矩形光束を取得する毎に該第１の矩形光束の読み出しタイミングと、前記第２の矩形光束の出力タイミングとを整合させる時間調整手段と、
前記時間調整手段により時間的に整合がとられた前記第１の矩形光束と第２の矩形光束とを合波する合波手段と、
前記合波手段の出力を直接検波して復調する復調手段とを有することを特徴とする光信号受信装置。 - 前記光メモリは、
光増幅部と、方向性結合器による入出力部と、周回する前記第１の矩形光束を通過させる波長可変フィルタを有する光ファイバループであり、前記第１の矩形光束がループを周回する毎にレプリカの光束を生成しながら元の光束を記憶することを特徴とする請求項１４に記載の光信号受信装置。 - 前記光メモリは、
光増幅器と、入力部を形成する光路切替スイッチと、光入出力部を形成する第１のＷＤＭカプラと、非線形媒質と、変換光を出力する第２のＷＤＭカプラと、連続光を発生するレーザ光源と、波長可変光フィルタとを有する光ファイバループであり、
前記光路切替スイッチから前記第１の矩形光束を前記光ファイバループ内に入力し、かつその波長と異なる第３の波長の連続光を前記レーザ光源から前記第１のＷＤＭカプラを介して入力するとともに、
前記第１の矩形光束と、前記第３の波長の連続光とが前記非線形媒質を同時に通過することにより生成される変換光を前記第２のＷＤＭカプラにより前記光ファイバループから出力するようにし、
前記第１の矩形光束のみが前記光ファイバループ内を周回するように前記光増幅器および波長可変光フィルタが調整されていることを特徴とする請求項１４に記載の光信号受信装置。 - 前記光メモリは、
記録時には、光の強度により屈折率または反射率が変化する光記憶媒体に光束を空間的に掃引して前記第１の矩形光束の時間強度分布を空間強度分布に変換して記録し、
再生時には、任意の時間に一定強度の前記第１の矩形光束を照射することにより元の光束を再生することを特徴とする請求項１４に記載の光信号受信装置。 - 前記復調手段は、復調した電気信号を変調周期以下の時間偏差で移動平均化処理することを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれかに記載の光信号受信装置。
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