JP4060551B2 - 光信号送信装置及び光信号送信方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、ファラディーミラー方式量子暗号装置における送信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は例えば、Ｇ．Ｒｉｂｏｒｄｙ，ｅｔ．ａｌ．“Ａｕｔｏｍａｔｅｄ‘ｐｌｕｇ ＆ ｐｌａｙ’ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，” ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．２２ ｐｐ．２１１６−２１１７（１９９８）もしくは国際特許公開公報ＷＯ９８／１０５６０ ＱＵＡＮＴＵＭ ＣＲＹＰＴＯＧＲＡＰＨＹ ＤＥＶＩＣＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤに示された従来のファラディーミラー方式量子暗号装置の構成図であり、図７において、量子暗号送信装置１００は、通信用光ファイバー１０と接続するカプラ１、このカプラ１に通信用光ファイバー１０から入力された光パルスを検出する光検出器２、入力された光パルスの偏光モードを調整する偏光コントローラ３、光パルスの強度を減衰し、当該量子暗号装置から出力される光パルスの強度を量子レベル（パルスあたり光子０．１個）にするアッテネータ４、入力されたパルスをその偏光面を９０度回転させて反射する、従って、ＴＥ偏波の入力パルスはＴＭ偏波の光パルスとして反射し、ＴＭ偏波の入力パルスはＴＥ偏波の光パルスとして反射するファラディーミラー７、通過するパルスに位相変調をかける位相変調器８から構成されている。量子暗号受信装置２００は、カプラ５１、光子検出器５２、光子検出器５３、偏光コントローラ５４、偏光コントローラ５５、偏光ビームスプリッタ５６、サーキュレータ５７、位相変調器５８、制御板５９、レーザ６０、短光路６１、長光路６２から構成されている。
【０００３】
次に動作について図８を用いて説明する。図７の量子暗号受信装置２００は、レーザ６０により光パルスＰを発生させる。光パルスＰはカプラ５１により短光路６１と長光路６２とに分割される。長光路６２の光パルスは偏光コントローラ５５により偏光面を調整され、位相変調器５８を通り偏光ビームスプリッタ５６により通信用光ファイバー１０に出力される。短光路６１の光パルスも通信用光ファイバー１０に出力される。短光路６１より長光路６２の方が長い経路をもつので、２つの異なったパルスＰ１とＰ２が通信用光ファイバー１０に出力される。こうして、通信用光ファイバー１０には、２つの異なった偏光モードをもった光パルスＰ１とＰ２が出力される。
【０００４】
量子暗号送信装置１００には通信用光ファイバー１０を通して、２つの異なった偏光モードをもった光パルスＰ１とＰ２がタイミングをずらして入力される。通信用光ファイバー１０を介して入力された光パルスＰ１とＰ２とはそれぞれカプラ１により２つに分割され、カプラ１で分割された一方の光パルスＰ１，Ｐ２は光検出器２により検知される。光検出器２の光パルス検出タイミングに従い、位相変調器８は光パルスＰ１，Ｐ２のうち光パルスＰ２のみに変調をかけることになる。カプラ１で分割されたもう一方の光パルスＰ１，Ｐ２は、位相変調器８が最適に作用するように偏光コントローラ３により偏光面を調整される。このとき、タイミングをずらして量子暗号送信装置１００に入力された２つの光パルスＰ１とＰ２のうち１番目の光パルスＰ１はＴＥ偏波の偏光モードになるように調整される。従って、２番目の光パルスＰ２はＴＭ偏波の偏光モードになる。偏光コントローラ３とアッテネータ４とを通過しファラディーミラー７に向かう光パルスは位相変調器８を通過しファラディーミラー７に入力される。ファラディーミラー７に入力された光パルスは、その偏光モードがＴＥ偏波の光パルスはＴＭ偏波の光パルスとして反射され、ＴＭ偏波の光パルスはＴＥ偏波の光パルスとして反射される。反射された光パルスは再び位相変調器８を通過する。位相変調器８はファラディーミラー７で反射されて位相変調器８を通過する２つの光パルスＰ１，Ｐ２のうち２番目の光パルスＰ２にのみ位相変調をかけるように制御板９によりタイミングが調整されている。位相変調を受けた光パルスＰ２は通信用光ファイバー１０に向けて入射してきた光路を逆行するように送信される。ファラディーミラー７を反射後に位相変調器８を通過した２つの光パルスＰ１，Ｐ２はアッテネータ４に向かう。アッテネータ４は位相変調器８で位相変調を受けた光パルスの強度が量子レベル（パルスあたり光子０．１個）になるまで光パルスの強度を減衰させる。このあと光パルスは偏光コントローラ３、カプラ１の順に通過して通信用光ファイバー１０に送信される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のファラディーミラー方式量子暗号送信装置は、当該装置に入力された光パルスが同一光路を往路と復路で通過するため、光パルスが位相変調器８を２回通過し、かつ、偏光モードが比較的損失の少ないＴＥ偏波と損失の極めて大きいＴＭ偏波の両モードで通過するため、光強度の損失Ｌが非常に大きくなる。量子暗号装置調整時はＳ／Ｎ比（シグナル／ノイズ比）を高めるためアッテネータ４を外して各部の調整を行なうが、光強度の損失Ｌが大きいと量子暗号装置調整時におけるＳ／Ｎ比が極端に小さくなる問題点があった。
【０００６】
ここで、光強度の損失について説明する。
たとえば、通信用光ファイバー１０から入力した光パルスの強度をＳとし、位相変調器８のＴＥ偏波の損失をＬ８（ＴＥ）とし、位相変調器８のＴＭ偏波の損失をＬ８（ＴＭ）とし、その他の損失をＬＺとし、以下のような値をとるものとする。
Ｓ＝５０ｄＢ
Ｌ８（ＴＥ）＝６ｄＢ
Ｌ８（ＴＭ）＝３０ｄＢ
ＬＺ＝２ｄＢ
全体の光強度の損失をＬとすると、Ｌは以下の式で求めることができる。
Ｌ＝Ｌ８（ＴＥ）＋ＬＺ＋Ｌ８（ＴＭ）＋ＬＺ
＝６＋２＋３０＋２
＝４０ｄＢ
アッテネータ４を外して調整する場合の光パルスの強度をＭとすると、
Ｍ＝Ｓ−Ｌ＝５０−４０＝１０ｄＢ
となり、損失Ｌが大きいほど光パルスの強度Ｍは小さくなり、Ｓ／Ｎ比が悪くなり、調整作業がしにくくなる。
【０００７】
この発明は、量子暗号調整時に光強度損失の小さい量子暗号送信装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光信号送信装置は、光信号を受信し、光信号の光路となるとともに、光信号を送信する第１の光路と、
上記第１の光路に設けられ、第１の光路から光信号を分離する第１と第２の偏光ビームスプリッタと、
上記第１と第２の偏光ビームスプリッタの間に設けられ、第１と第２の偏光スプリッタにより分離された光信号の光路となる第２の光路と、
上記第２の光路に設けられ、光信号に位相変調をかける位相変調器と
を有することを特徴とする。
【０００９】
上記光信号送信装置は、さらに、
上記第１の光路の端部に光信号の偏光モードを変更するとともに光信号を反射するミラーを備え、
上記第１の光路は、光信号の往路と復路として用いられ、
上記第２の光路は、第１と第２の偏光ビームスプリッタにより分離された光信号の往路と復路として用いられることを特徴とする。
【００１０】
上記第１の光路は、ＴＥ偏波の光パルスとＴＭ偏波の光パルスとを有する光信号を受信し、
上記第１と第２の偏光ビームスプリッタは、ＴＥ偏波の光パルスを分離し、
上記位相変調器は、ＴＥ偏波の光パルスに位相変調をかけることを特徴とする。
【００１１】
この発明に係る光信号送信方法は、
第１の光路を流れ、ＴＥ偏波とＴＭ偏波とを有する光信号からＴＥ偏波を第２の光路に分離する分離工程と、
分離工程により第２の光路に分離されたＴＥ偏波に対して位相変調をかける位相変調工程と、
位相変調工程により位相変調をかけられたＴＥ偏波を第１の光路に合流させる合流工程と
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記光信号送信方法は、光信号を反射させて光路を往復させる往路工程と復路工程とを有し、
位相変調工程は、復路工程において実行されることを特徴とする。
【００１３】
この発明に係る光信号送信装置は、光信号を受信し、光信号の光路となるとともに、光信号を送信する送受信光路と、
送受信光路の端部に設けられ、送受信光路からの光信号を分離する偏光ビームスプリッタと、
両端が上記偏光ビームスプリッタに接続され、上記偏光ビームスプリッタにより分離された光信号を上記偏光ビームスプリッタに環流させる光路となるループ光路と、
ループ光路に設けられ、光信号に位相変調をかける位相変調器と、
ループ光路に設けられ、光信号の偏光モードを変更する偏光モード変更器と
を有することを特徴とする。
【００１４】
また、偏光モード変更器は、光ファイバーの偏波軸のファースト軸とスロー軸を接続することで偏光モードを変更するファースト・スローカプラを備え、
送受信光路は、光信号の往路と復路として用いられ、
ループ光路は、偏光ビームスプリッタにより分離された光信号の往路と復路として用いられることを特徴とする。
【００１５】
また、送受信光路は、ＴＥ偏波の光パルスとＴＭ偏波の光パルスとを有する光信号を受信し、上記偏光ビームスプリッタは、ＴＥ偏波の光パルスとＴＭ偏波の光パルスを分離し、上記位相変調器は、ＴＥ偏波の光パルスに位相変調をかけることを特徴とする。
【００１６】
この発明に係る光信号送信方法は、送受信光路を流れＴＥ偏波とＴＭ偏波とを有する光信号からＴＥ偏波とＴＭ偏波とを分離してループ光路の一端と他端とへ出力する分離工程と、
分離工程により分離されたＴＥ偏波に対してループ光路において位相変調をかける位相変調工程と、
ループ光路の他端と一端とから出力される光信号を合流させる合流工程と
を備えたことを特徴とする。
【００１７】
上記光信号送信方法は、送受信光路において光信号を往復させる往路工程と、復路工程と、ループ光路において光信号を貫流させる環流工程とを有し、
上記位相変調工程は、環流工程において実行されることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はファラディーミラー方式量子暗号装置における量子暗号送信装置１００を示す光学系構成図である。この実施の形態に係るファラディーミラー方式量子暗号送信装置は、２つの偏光ビームスプリッタを用いることにより送信装置内光路の往路と復路を異なるものとしたものである。
図において、量子暗号送信装置１００は、通信用光ファイバー１０と接続するカプラ１、このカプラ１に通信用光ファイバー１０から入力された光パルスを検出する光検出器２、入力された光パルスの偏光モードを調整する偏光コントローラ３、光パルスの強度を減衰し、当該量子暗号装置から出力される光パルスの強度を量子レベル（パルスあたり光子０．１個）にするアッテネータ４、光パルスをその偏光モードに従い、ＴＥ偏波の光パルスは位相変調器８を通す変調光路１３に、ＴＭ偏波の光パルスをバイパスするバイパス光路１１に自動的に切り替える偏光ビームスプリッタ５と偏光ビームスプリッタ６、入力されたパルスをその偏光面を９０度回転させて反射する、従って、ＴＥ偏波の入力パルスはＴＭ偏波の光パルスとして反射し、ＴＭ偏波の入力パルスはＴＥ偏波の光パルスとして反射するファラディーミラー７、通過するパルスに位相変調をかける位相変調器８を備えている。アッテネータ４、偏光ビームスプリッタ５，偏光ビームスプリッタ６、ファラディーミラー７を結ぶ光路が第１の光路Ｒ１である。また、偏光ビームスプリッタ５、位相変調器８、偏光ビームスプリッタ６を結ぶ光路が第２の光路Ｒ２である。第２の光路Ｒ２は、第１の光路Ｒ１に対して並列に配置される。位相変調器８は、第２の光路Ｒ２に配置されている。その他の構成は、図７と同じである。
【００１９】
次に動作について図２，図３，図４を用いて説明する。
図２は、量子暗号送信装置の動作フローチャートである。図３は、光パルスの各部における状態図である。図４はバイパス光路１１と変調光路１３における光パルスの時系列通過状況を示す図である。図３，図４において、Ｐ，Ｐ１，Ｐ２はパルスを示す。また、各パルスの上部に記載したＬ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ８の矢印はそれぞれアッテネータ４、偏光ビームスプリッタ５、偏光ビームスプリッタ６、位相変調器８による光強度の損失があることを示している。
【００２０】
（１）往路工程Ｓ２０
まず、図１の量子暗号送信装置には通信用光ファイバー１０を通して、２つの異なった偏光モードをもった光パルスＰ１，Ｐ２がタイミングをずらして入力される（Ｓ１）。通信用光ファイバー１０を介して入力された光パルスＰ１，Ｐ２はそれぞれカプラ１により２つに分割され、カプラ１で分割された一方の光パルスＰ１，Ｐ２は光検出器２により検知される。光検出器２の光パルス検出タイミングに従い、位相変調器８は光パルスＰ１，Ｐ２のうち光パルスＰ２のみに変調をかけることになる。カプラ１で分割されたもう一方の光パルスＰ１，Ｐ２は、位相変調器８が最適に作用するように偏光コントローラ３により偏光面を調整される（Ｓ２）。このとき、タイミングをずらして量子暗号送信装置に入力された２つの光パルスＰ１，Ｐ２のうち１番目の光パルスＰ１はＴＥ偏波の偏光モードになるように調整される。従って、２番目の光パルスはＴＭ偏波の偏光モードになる。次にアッテネータ４により光パルスの強度が弱められる（Ｓ３）。偏光コントローラ３を通過しファラディーミラー７に向かう光パルスは偏光ビームスプリッタ５により、その偏光モードがＴＥ偏波の光パルスＰ１は位相変調器８を通過する変調光路１３に、ＴＭ偏波の光パルスＰ２は直接偏光ビームスプリッタ６に向かうバイパス光路１１に選択される（Ｓ４）。異なる光路を通過した２つの光パルスＰ１，Ｐ２はいずれも偏光ビームスプリッタ６で合流されファラディーミラー７に入力される（Ｓ５）。ファラディーミラー７に入力された光パルスは、その偏光モードがＴＥ偏波の光パルスはＴＭ偏波の光パルスＰ１として反射され、ＴＭ偏波の光パルスはＴＥ偏波の光パルスＰ２として反射される（Ｓ６）。
【００２１】
（２）復路工程Ｓ３０
反射された光パルスＰ１，Ｐ２は偏光ビームスプリッタ６でその偏光モードに従いＴＥ偏波の光パルスＰ２は位相変調器８を通過する変調光路１３に、ＴＭ偏波の光パルスＰ１は直接偏光ビームスプリッタ５に向かうバイパス光路１１に選択される（Ｓ７）。位相変調器８はファラディーミラー７で反射されて位相変調器８を通過する光パルスＰ２にのみ位相変調をかけるように制御板９によりタイミングが調整されている（Ｓ８）。位相変調を受けなかった光パルスＰ１と位相変調を受けた光パルスＰ２とは通信用光ファイバー１０に向けて，入射してきた光路を逆行するように送信される。ファラディーミラー７を反射後このように異なる光路を通過した２つの光パルスＰ１，Ｐ２は偏光ビームスプリッタ５で合流されアッテネータ４に向かう（Ｓ９）。アッテネータ４は位相変調器８で位相変調を受けた光パルスの強度が量子レベル（パルスあたり光子０．１個）になるまで光パルスの強度を減衰させる（Ｓ１０）。このあと光パルスは偏光コントローラ３、カプラ１の順に通過して通信用光ファイバー１０に送信される（Ｓ１１）。
【００２２】
図４に示すように、第１の光路Ｒ１の一部分であるバイパス光路１１を通過する光パルスは、ＴＭ偏波の光パルスのみである。一方、第２の光路Ｒ２の変調光路１３を通過する光パルスはＴＥ偏波の光パルスのみである。これらの光パルスが通過する順番は、図４の矢印Ａ１，Ａ２，Ａ３の順番である。また、矢印Ａ４，Ａ５，Ａ６の順である。
【００２３】
ここで、光強度の損失について説明する。
たとえば、通信用光ファイバー１０から入力した光パルスの強度をＳとし、偏光ビームスプリッタ５による光パルスの強度の損失をＬ５とし、偏光ビームスプリッタ６による光パルスの強度の損失をＬ６とし、位相変調器８による光パルスの強度の損失をＬ８とし、その他の損失をＬＺとし、以下のような値をとるものとする。
Ｓ＝５０ｄＢ
Ｌ５＝５ｄＢ
Ｌ６＝５ｄＢ
Ｌ８＝６ｄＢ
ＬＺ＝２ｄＢ
全体の光強度の損失をＬとすると、Ｌは以下の式で求めることができる。
Ｌ＝（Ｌ５＋Ｌ６）＋ＬＺ＋（Ｌ６＋Ｌ８＋Ｌ５）＋ＬＺ
＝５＋５＋２＋５＋６＋５＋２
＝３０ｄＢ
前述したように、送信装置に入射する光パルスは、位相変調器８に対するＴＥ偏波とＴＭ偏波の２つの光パルスがある。この光パルスはファラディーミラー７でＴＥ偏波はＴＭ偏波に、ＴＭ偏波はＴＥ偏波に偏光面が回転されて反射され送信装置から出力される。従来は、位相変調器８には、１つの光パルスでＴＥ偏波とＴＭ偏波の２つの状態で通過する。しかし、位相変調器はＴＭ偏波に関して透過率が低く、従来の構成では、入射パルスはたとえば、４０ｄＢ低下して出力されることになる。
しかし、この実施の形態では、偏光ビームスプリッタ５，偏光ビームスプリッタ６を２個用いて、ＴＭ偏波の光パルスは、位相変調器８をバイパスする。ＴＥ偏波の光パルスのみを位相変調器８に通す。こうして、入射パルスの低減は３０ｄＢに抑えられ、Ｓ／Ｎ比に換算して１０ｄＢの向上が図られる。
【００２４】
以上のように、この実施の形態では、２つの偏光ビームスプリッタ５，偏光ビームスプリッタ６を用いて量子暗号送信装置内光路を往路と復路を別々に設け、いずれか一方の光路上に位相変調器８を設置することを特徴とするファラディーミラー方式量子暗号送信装置を説明した。
【００２５】
この実施の形態では、量子暗号送信装置を通過する光パルスは２つの偏光ビームスプリッタ５，偏光ビームスプリッタ６により往路と復路が別になり，位相変調器８を一回しか通過しない、かつ、ＴＥ偏波の偏光モードでしか通過しないので、入射パルスの量子暗号送信装置による損失がアッテネータ４を外したとき３０ｄＢとなり、従来技術の量子暗号送信装置の損失に比べて１０ｄＢの向上が実現できている。従って、調整時にはＳ／Ｎ比に換算して１０ｄＢの向上が図られ、より容易に量子暗号装置の調整を実現できる。
【００２６】
実施の形態２．
図１においては、ＴＥ偏波を反射し、ＴＭ偏波を通過する偏光ビームスプリッタ５と偏光ビームスプリッタ６を用いていたが、図５に示すようにＴＥ偏波を通過させ、ＴＭ偏波を反射する偏光ビームスプリッタ５ａとＴＥ偏波を通過する偏光ビームスプリッタ６ａを用いてもかなわない。
【００２７】
また、図６に示すように、ＴＭ偏波を通過する偏光ビームスプリッタ５とＴＥ偏波を通過する偏光ビームスプリッタ６ａを用いてもかまわない。あるいは、図示していないが、ＴＥ偏波を通過する５ａとＴＭ偏波を通過する偏光ビームスプリッタ６を用いてもかまわない。
【００２８】
また、図１においては、ファラディーミラー７を用いていたが、ファラディーミラー７と同様の機能を持つものであればファラディーミラー７以外を用いてもかまわない。
【００２９】
実施の形態３．
図９は、ファラディーミラー７を用いない構成を示す図である。
図９において、送信装置は、送受信光路Ｒ３とループ光路Ｒ４を備えている。送受信光路Ｒ３には、偏光コントローラ３とアッテネータ４と偏光ビームスプリッタ５が設けられている。偏光ビームスプリッタ５は、Ａ，Ｂ，Ｃの３つのポートを有している。Ａポートは、送受信光路Ｒ３を接続する。Ｂポートは、ループ光路Ｒ４の一端を接続する。Ｃポートは、ループ光路Ｒ４の他端を接続する。このように構成することにより、Ｂポートから出力された光信号は、Ｃポートに入力される。また、Ｃポートから出力された光信号は、Ｂポートに入力される。このように、ループ光路Ｒ４を用いて光信号をＢポートとＣポートの間でループさせることを、以下環流という。
ループ光路Ｒ４には、位相変調器８とファースト・スローカプラ７０が設けられている。ファースト・スローカプラ７０は、光ファイバーの偏波軸のファースト軸とスロー軸を接続することでＴＭ偏波をＴＥ偏波に変更するとともに、ＴＥ偏波をＴＭ偏波に変更するものである。ファースト・スローカプラ７０は、偏光モード変更器の一例である。
偏光ビームスプリッタ５を用いてＴＭ偏波の光パルスとＴＥ偏波の光パルスを分離し、ＴＥ偏波の光パルスは、直接位相変調器８に通す。ＴＭ偏波の光パルスは、ファースト・スローカプラ７０を介して位相変調器８のもう一方の口に通す。
【００３０】
図１０は、図９に示した量子暗号送信装置の動作フローチャートである。
（１）往路工程Ｓ４０
図１０に示す往路工程Ｓ４０のＳ１〜Ｓ４の動作は、図２に示したＳ１〜Ｓ４の動作と同じである。
（２）環流工程Ｓ５０
偏光ビームスプリッタ５により分離されたＴＥ偏波の光パルスは、位相変調器８に入力され、位相変調を受ける（Ｓ８）。次に、位相変調を受けたＴＥ偏波の光パルスは、ファースト・スローカプラ７０に入力され、偏光モードが変更され、ＴＭ偏波の光パルスとして出力される。
一方、偏光ビームスプリッタ５で分離されたＴＭ偏波の光パルスは、ファースト・スローカプラ７０に入力され、ＴＭ偏波からＴＥ偏波に変更されて出力される。ファースト・スローカプラ７０から出力されたＴＥ偏波の光パルスは、位相変調器８に入力されるが、位相変調は行われず、そのまま偏光ビームスプリッタ５に出力される。
（３）復路工程Ｓ６０
図１０の復路工程Ｓ６０のＳ９〜Ｓ１１の動作は、図２に示したＳ９〜Ｓ１１の動作と同じである。
【００３１】
前述した往路工程Ｓ４０と復路工程Ｓ６０とは、送受信光路Ｒ３において行われる動作である。また、前述した環流工程Ｓ５０は、ループ光路Ｒ４において行われる動作である。
【００３２】
図９に示す構成を用いた場合でも、Ｂポートから出力されたＴＥ偏波の光パルスは、位相変調器８を一度だけ通過してＣポートに返送される。従って、光強度の損失は最小限に抑えられ、前述した実施の形態と同じ効果を奏することができる。
【００３３】
なお、前述したファースト・スローカプラ７０は、偏光モード変更器の一例であり、ＴＭ偏波とＴＥ偏波との間での変更が可能なものであれば、他の機器を用いても構わない。例えば、１／２λ板（λは、波長）を用いても構わない。或いは、光通信ケーブルを９０度ねじるようにしても構わない。或いは、光通信ケーブルを９０度直交させて接続しても構わない。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、この発明の好適な実施の形態のファラディーミラー量子暗号方式送信装置によれば装置内光路は往路と復路で別々になっており、通過する光パルスは位相変調器８を一度だけ通過すればよいので、強度損失を低減でき、量子暗号送信装置調整時におけるＳ／Ｎ比を高めることができ調整が容易になるという効果がある。
【００３５】
また、この発明によれば、ループ光路を用いるようにしたので、ファラディーミラーを用いることがなくなり、装置の構成が簡単になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の好適な実施の形態のファラディーミラー方式量子暗号送信装置の光学系構成図である。
【図２】 図１の動作フローチャートである。
【図３】 光パルスの状態を示す図である。
【図４】 光パルスの時系列通過状況を示す図である。
【図５】 実施の形態２の光学系構成図である。
【図６】 実施の形態２の光学系構成図である。
【図７】 従来からあるファラディーミラー方式量子暗号装置全体構成図である。
【図８】 従来からあるファラディーミラー方式量子暗号送信装置の光パルスの状態図である。
【図９】 実施の形態３の光学系構成図である。
【図１０】 図９の動作フローチャートである。
【符号の説明】
１ カプラ、２ 光検出器、３ 偏光コントローラ、４ アッテネータ、５ 偏光ビームスプリッタ、６ 偏光ビームスプリッタ、７ ファラディーミラー、８ 位相変調器、９ 制御板、１０ 通信用光ファイバー、１１ バイパス光路、１３ 変調光路、７０ ファースト・スローカプラ、Ｒ１ 第１の光路、Ｒ２第２の光路、Ｒ３ 送受信光路、Ｒ４ ループ光路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、ファラディーミラー方式量子暗号装置における送信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は例えば、Ｇ．Ｒｉｂｏｒｄｙ，ｅｔ．ａｌ．“Ａｕｔｏｍａｔｅｄ‘ｐｌｕｇ ＆ ｐｌａｙ’ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，” ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．２２ ｐｐ．２１１６−２１１７（１９９８）もしくは国際特許公開公報ＷＯ９８／１０５６０ ＱＵＡＮＴＵＭ ＣＲＹＰＴＯＧＲＡＰＨＹ ＤＥＶＩＣＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤに示された従来のファラディーミラー方式量子暗号装置の構成図であり、図７において、量子暗号送信装置１００は、通信用光ファイバー１０と接続するカプラ１、このカプラ１に通信用光ファイバー１０から入力された光パルスを検出する光検出器２、入力された光パルスの偏光モードを調整する偏光コントローラ３、光パルスの強度を減衰し、当該量子暗号装置から出力される光パルスの強度を量子レベル（パルスあたり光子０．１個）にするアッテネータ４、入力されたパルスをその偏光面を９０度回転させて反射する、従って、ＴＥ偏波の入力パルスはＴＭ偏波の光パルスとして反射し、ＴＭ偏波の入力パルスはＴＥ偏波の光パルスとして反射するファラディーミラー７、通過するパルスに位相変調をかける位相変調器８から構成されている。量子暗号受信装置２００は、カプラ５１、光子検出器５２、光子検出器５３、偏光コントローラ５４、偏光コントローラ５５、偏光ビームスプリッタ５６、サーキュレータ５７、位相変調器５８、制御板５９、レーザ６０、短光路６１、長光路６２から構成されている。
【０００３】
次に動作について図８を用いて説明する。図７の量子暗号受信装置２００は、レーザ６０により光パルスＰを発生させる。光パルスＰはカプラ５１により短光路６１と長光路６２とに分割される。長光路６２の光パルスは偏光コントローラ５５により偏光面を調整され、位相変調器５８を通り偏光ビームスプリッタ５６により通信用光ファイバー１０に出力される。短光路６１の光パルスも通信用光ファイバー１０に出力される。短光路６１より長光路６２の方が長い経路をもつので、２つの異なったパルスＰ１とＰ２が通信用光ファイバー１０に出力される。こうして、通信用光ファイバー１０には、２つの異なった偏光モードをもった光パルスＰ１とＰ２が出力される。
【０００４】
量子暗号送信装置１００には通信用光ファイバー１０を通して、２つの異なった偏光モードをもった光パルスＰ１とＰ２がタイミングをずらして入力される。通信用光ファイバー１０を介して入力された光パルスＰ１とＰ２とはそれぞれカプラ１により２つに分割され、カプラ１で分割された一方の光パルスＰ１，Ｐ２は光検出器２により検知される。光検出器２の光パルス検出タイミングに従い、位相変調器８は光パルスＰ１，Ｐ２のうち光パルスＰ２のみに変調をかけることになる。カプラ１で分割されたもう一方の光パルスＰ１，Ｐ２は、位相変調器８が最適に作用するように偏光コントローラ３により偏光面を調整される。このとき、タイミングをずらして量子暗号送信装置１００に入力された２つの光パルスＰ１とＰ２のうち１番目の光パルスＰ１はＴＥ偏波の偏光モードになるように調整される。従って、２番目の光パルスＰ２はＴＭ偏波の偏光モードになる。偏光コントローラ３とアッテネータ４とを通過しファラディーミラー７に向かう光パルスは位相変調器８を通過しファラディーミラー７に入力される。ファラディーミラー７に入力された光パルスは、その偏光モードがＴＥ偏波の光パルスはＴＭ偏波の光パルスとして反射され、ＴＭ偏波の光パルスはＴＥ偏波の光パルスとして反射される。反射された光パルスは再び位相変調器８を通過する。位相変調器８はファラディーミラー７で反射されて位相変調器８を通過する２つの光パルスＰ１，Ｐ２のうち２番目の光パルスＰ２にのみ位相変調をかけるように制御板９によりタイミングが調整されている。位相変調を受けた光パルスＰ２は通信用光ファイバー１０に向けて入射してきた光路を逆行するように送信される。ファラディーミラー７を反射後に位相変調器８を通過した２つの光パルスＰ１，Ｐ２はアッテネータ４に向かう。アッテネータ４は位相変調器８で位相変調を受けた光パルスの強度が量子レベル（パルスあたり光子０．１個）になるまで光パルスの強度を減衰させる。このあと光パルスは偏光コントローラ３、カプラ１の順に通過して通信用光ファイバー１０に送信される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のファラディーミラー方式量子暗号送信装置は、当該装置に入力された光パルスが同一光路を往路と復路で通過するため、光パルスが位相変調器８を２回通過し、かつ、偏光モードが比較的損失の少ないＴＥ偏波と損失の極めて大きいＴＭ偏波の両モードで通過するため、光強度の損失Ｌが非常に大きくなる。量子暗号装置調整時はＳ／Ｎ比（シグナル／ノイズ比）を高めるためアッテネータ４を外して各部の調整を行なうが、光強度の損失Ｌが大きいと量子暗号装置調整時におけるＳ／Ｎ比が極端に小さくなる問題点があった。
【０００６】
ここで、光強度の損失について説明する。
たとえば、通信用光ファイバー１０から入力した光パルスの強度をＳとし、位相変調器８のＴＥ偏波の損失をＬ８（ＴＥ）とし、位相変調器８のＴＭ偏波の損失をＬ８（ＴＭ）とし、その他の損失をＬＺとし、以下のような値をとるものとする。
Ｓ＝５０ｄＢ
Ｌ８（ＴＥ）＝６ｄＢ
Ｌ８（ＴＭ）＝３０ｄＢ
ＬＺ＝２ｄＢ
全体の光強度の損失をＬとすると、Ｌは以下の式で求めることができる。
Ｌ＝Ｌ８（ＴＥ）＋ＬＺ＋Ｌ８（ＴＭ）＋ＬＺ
＝６＋２＋３０＋２
＝４０ｄＢ
アッテネータ４を外して調整する場合の光パルスの強度をＭとすると、
Ｍ＝Ｓ−Ｌ＝５０−４０＝１０ｄＢ
となり、損失Ｌが大きいほど光パルスの強度Ｍは小さくなり、Ｓ／Ｎ比が悪くなり、調整作業がしにくくなる。
【０００７】
この発明は、量子暗号調整時に光強度損失の小さい量子暗号送信装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光信号送信装置は、光信号を受信し、光信号の光路となるとともに、光信号を送信する第１の光路と、
上記第１の光路に設けられ、第１の光路から光信号を分離する第１と第２の偏光ビームスプリッタと、
上記第１と第２の偏光ビームスプリッタの間に設けられ、第１と第２の偏光スプリッタにより分離された光信号の光路となる第２の光路と、
上記第２の光路に設けられ、光信号に位相変調をかける位相変調器と
を有することを特徴とする。
【０００９】
上記光信号送信装置は、さらに、
上記第１の光路の端部に光信号の偏光モードを変更するとともに光信号を反射するミラーを備え、
上記第１の光路は、光信号の往路と復路として用いられ、
上記第２の光路は、第１と第２の偏光ビームスプリッタにより分離された光信号の往路と復路として用いられることを特徴とする。
【００１０】
上記第１の光路は、ＴＥ偏波の光パルスとＴＭ偏波の光パルスとを有する光信号を受信し、
上記第１と第２の偏光ビームスプリッタは、ＴＥ偏波の光パルスを分離し、
上記位相変調器は、ＴＥ偏波の光パルスに位相変調をかけることを特徴とする。
【００１１】
この発明に係る光信号送信方法は、
第１の光路を流れ、ＴＥ偏波とＴＭ偏波とを有する光信号からＴＥ偏波を第２の光路に分離する分離工程と、
分離工程により第２の光路に分離されたＴＥ偏波に対して位相変調をかける位相変調工程と、
位相変調工程により位相変調をかけられたＴＥ偏波を第１の光路に合流させる合流工程と
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記光信号送信方法は、光信号を反射させて光路を往復させる往路工程と復路工程とを有し、
位相変調工程は、復路工程において実行されることを特徴とする。
【００１３】
この発明に係る光信号送信装置は、光信号を受信し、光信号の光路となるとともに、光信号を送信する送受信光路と、
送受信光路の端部に設けられ、送受信光路からの光信号を分離する偏光ビームスプリッタと、
両端が上記偏光ビームスプリッタに接続され、上記偏光ビームスプリッタにより分離された光信号を上記偏光ビームスプリッタに環流させる光路となるループ光路と、
ループ光路に設けられ、光信号に位相変調をかける位相変調器と、
ループ光路に設けられ、光信号の偏光モードを変更する偏光モード変更器と
を有することを特徴とする。
【００１４】
また、偏光モード変更器は、光ファイバーの偏波軸のファースト軸とスロー軸を接続することで偏光モードを変更するファースト・スローカプラを備え、
送受信光路は、光信号の往路と復路として用いられ、
ループ光路は、偏光ビームスプリッタにより分離された光信号の往路と復路として用いられることを特徴とする。
【００１５】
また、送受信光路は、ＴＥ偏波の光パルスとＴＭ偏波の光パルスとを有する光信号を受信し、上記偏光ビームスプリッタは、ＴＥ偏波の光パルスとＴＭ偏波の光パルスを分離し、上記位相変調器は、ＴＥ偏波の光パルスに位相変調をかけることを特徴とする。
【００１６】
この発明に係る光信号送信方法は、送受信光路を流れＴＥ偏波とＴＭ偏波とを有する光信号からＴＥ偏波とＴＭ偏波とを分離してループ光路の一端と他端とへ出力する分離工程と、
分離工程により分離されたＴＥ偏波に対してループ光路において位相変調をかける位相変調工程と、
ループ光路の他端と一端とから出力される光信号を合流させる合流工程と
を備えたことを特徴とする。
【００１７】
上記光信号送信方法は、送受信光路において光信号を往復させる往路工程と、復路工程と、ループ光路において光信号を貫流させる環流工程とを有し、
上記位相変調工程は、環流工程において実行されることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はファラディーミラー方式量子暗号装置における量子暗号送信装置１００を示す光学系構成図である。この実施の形態に係るファラディーミラー方式量子暗号送信装置は、２つの偏光ビームスプリッタを用いることにより送信装置内光路の往路と復路を異なるものとしたものである。
図において、量子暗号送信装置１００は、通信用光ファイバー１０と接続するカプラ１、このカプラ１に通信用光ファイバー１０から入力された光パルスを検出する光検出器２、入力された光パルスの偏光モードを調整する偏光コントローラ３、光パルスの強度を減衰し、当該量子暗号装置から出力される光パルスの強度を量子レベル（パルスあたり光子０．１個）にするアッテネータ４、光パルスをその偏光モードに従い、ＴＥ偏波の光パルスは位相変調器８を通す変調光路１３に、ＴＭ偏波の光パルスをバイパスするバイパス光路１１に自動的に切り替える偏光ビームスプリッタ５と偏光ビームスプリッタ６、入力されたパルスをその偏光面を９０度回転させて反射する、従って、ＴＥ偏波の入力パルスはＴＭ偏波の光パルスとして反射し、ＴＭ偏波の入力パルスはＴＥ偏波の光パルスとして反射するファラディーミラー７、通過するパルスに位相変調をかける位相変調器８を備えている。アッテネータ４、偏光ビームスプリッタ５，偏光ビームスプリッタ６、ファラディーミラー７を結ぶ光路が第１の光路Ｒ１である。また、偏光ビームスプリッタ５、位相変調器８、偏光ビームスプリッタ６を結ぶ光路が第２の光路Ｒ２である。第２の光路Ｒ２は、第１の光路Ｒ１に対して並列に配置される。位相変調器８は、第２の光路Ｒ２に配置されている。その他の構成は、図７と同じである。
【００１９】
次に動作について図２，図３，図４を用いて説明する。
図２は、量子暗号送信装置の動作フローチャートである。図３は、光パルスの各部における状態図である。図４はバイパス光路１１と変調光路１３における光パルスの時系列通過状況を示す図である。図３，図４において、Ｐ，Ｐ１，Ｐ２はパルスを示す。また、各パルスの上部に記載したＬ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ８の矢印はそれぞれアッテネータ４、偏光ビームスプリッタ５、偏光ビームスプリッタ６、位相変調器８による光強度の損失があることを示している。
【００２０】
（１）往路工程Ｓ２０
まず、図１の量子暗号送信装置には通信用光ファイバー１０を通して、２つの異なった偏光モードをもった光パルスＰ１，Ｐ２がタイミングをずらして入力される（Ｓ１）。通信用光ファイバー１０を介して入力された光パルスＰ１，Ｐ２はそれぞれカプラ１により２つに分割され、カプラ１で分割された一方の光パルスＰ１，Ｐ２は光検出器２により検知される。光検出器２の光パルス検出タイミングに従い、位相変調器８は光パルスＰ１，Ｐ２のうち光パルスＰ２のみに変調をかけることになる。カプラ１で分割されたもう一方の光パルスＰ１，Ｐ２は、位相変調器８が最適に作用するように偏光コントローラ３により偏光面を調整される（Ｓ２）。このとき、タイミングをずらして量子暗号送信装置に入力された２つの光パルスＰ１，Ｐ２のうち１番目の光パルスＰ１はＴＥ偏波の偏光モードになるように調整される。従って、２番目の光パルスはＴＭ偏波の偏光モードになる。次にアッテネータ４により光パルスの強度が弱められる（Ｓ３）。偏光コントローラ３を通過しファラディーミラー７に向かう光パルスは偏光ビームスプリッタ５により、その偏光モードがＴＥ偏波の光パルスＰ１は位相変調器８を通過する変調光路１３に、ＴＭ偏波の光パルスＰ２は直接偏光ビームスプリッタ６に向かうバイパス光路１１に選択される（Ｓ４）。異なる光路を通過した２つの光パルスＰ１，Ｐ２はいずれも偏光ビームスプリッタ６で合流されファラディーミラー７に入力される（Ｓ５）。ファラディーミラー７に入力された光パルスは、その偏光モードがＴＥ偏波の光パルスはＴＭ偏波の光パルスＰ１として反射され、ＴＭ偏波の光パルスはＴＥ偏波の光パルスＰ２として反射される（Ｓ６）。
【００２１】
（２）復路工程Ｓ３０
反射された光パルスＰ１，Ｐ２は偏光ビームスプリッタ６でその偏光モードに従いＴＥ偏波の光パルスＰ２は位相変調器８を通過する変調光路１３に、ＴＭ偏波の光パルスＰ１は直接偏光ビームスプリッタ５に向かうバイパス光路１１に選択される（Ｓ７）。位相変調器８はファラディーミラー７で反射されて位相変調器８を通過する光パルスＰ２にのみ位相変調をかけるように制御板９によりタイミングが調整されている（Ｓ８）。位相変調を受けなかった光パルスＰ１と位相変調を受けた光パルスＰ２とは通信用光ファイバー１０に向けて，入射してきた光路を逆行するように送信される。ファラディーミラー７を反射後このように異なる光路を通過した２つの光パルスＰ１，Ｐ２は偏光ビームスプリッタ５で合流されアッテネータ４に向かう（Ｓ９）。アッテネータ４は位相変調器８で位相変調を受けた光パルスの強度が量子レベル（パルスあたり光子０．１個）になるまで光パルスの強度を減衰させる（Ｓ１０）。このあと光パルスは偏光コントローラ３、カプラ１の順に通過して通信用光ファイバー１０に送信される（Ｓ１１）。
【００２２】
図４に示すように、第１の光路Ｒ１の一部分であるバイパス光路１１を通過する光パルスは、ＴＭ偏波の光パルスのみである。一方、第２の光路Ｒ２の変調光路１３を通過する光パルスはＴＥ偏波の光パルスのみである。これらの光パルスが通過する順番は、図４の矢印Ａ１，Ａ２，Ａ３の順番である。また、矢印Ａ４，Ａ５，Ａ６の順である。
【００２３】
ここで、光強度の損失について説明する。
たとえば、通信用光ファイバー１０から入力した光パルスの強度をＳとし、偏光ビームスプリッタ５による光パルスの強度の損失をＬ５とし、偏光ビームスプリッタ６による光パルスの強度の損失をＬ６とし、位相変調器８による光パルスの強度の損失をＬ８とし、その他の損失をＬＺとし、以下のような値をとるものとする。
Ｓ＝５０ｄＢ
Ｌ５＝５ｄＢ
Ｌ６＝５ｄＢ
Ｌ８＝６ｄＢ
ＬＺ＝２ｄＢ
全体の光強度の損失をＬとすると、Ｌは以下の式で求めることができる。
Ｌ＝（Ｌ５＋Ｌ６）＋ＬＺ＋（Ｌ６＋Ｌ８＋Ｌ５）＋ＬＺ
＝５＋５＋２＋５＋６＋５＋２
＝３０ｄＢ
前述したように、送信装置に入射する光パルスは、位相変調器８に対するＴＥ偏波とＴＭ偏波の２つの光パルスがある。この光パルスはファラディーミラー７でＴＥ偏波はＴＭ偏波に、ＴＭ偏波はＴＥ偏波に偏光面が回転されて反射され送信装置から出力される。従来は、位相変調器８には、１つの光パルスでＴＥ偏波とＴＭ偏波の２つの状態で通過する。しかし、位相変調器はＴＭ偏波に関して透過率が低く、従来の構成では、入射パルスはたとえば、４０ｄＢ低下して出力されることになる。
しかし、この実施の形態では、偏光ビームスプリッタ５，偏光ビームスプリッタ６を２個用いて、ＴＭ偏波の光パルスは、位相変調器８をバイパスする。ＴＥ偏波の光パルスのみを位相変調器８に通す。こうして、入射パルスの低減は３０ｄＢに抑えられ、Ｓ／Ｎ比に換算して１０ｄＢの向上が図られる。
【００２４】
以上のように、この実施の形態では、２つの偏光ビームスプリッタ５，偏光ビームスプリッタ６を用いて量子暗号送信装置内光路を往路と復路を別々に設け、いずれか一方の光路上に位相変調器８を設置することを特徴とするファラディーミラー方式量子暗号送信装置を説明した。
【００２５】
この実施の形態では、量子暗号送信装置を通過する光パルスは２つの偏光ビームスプリッタ５，偏光ビームスプリッタ６により往路と復路が別になり，位相変調器８を一回しか通過しない、かつ、ＴＥ偏波の偏光モードでしか通過しないので、入射パルスの量子暗号送信装置による損失がアッテネータ４を外したとき３０ｄＢとなり、従来技術の量子暗号送信装置の損失に比べて１０ｄＢの向上が実現できている。従って、調整時にはＳ／Ｎ比に換算して１０ｄＢの向上が図られ、より容易に量子暗号装置の調整を実現できる。
【００２６】
実施の形態２．
図１においては、ＴＥ偏波を反射し、ＴＭ偏波を通過する偏光ビームスプリッタ５と偏光ビームスプリッタ６を用いていたが、図５に示すようにＴＥ偏波を通過させ、ＴＭ偏波を反射する偏光ビームスプリッタ５ａとＴＥ偏波を通過する偏光ビームスプリッタ６ａを用いてもかなわない。
【００２７】
また、図６に示すように、ＴＭ偏波を通過する偏光ビームスプリッタ５とＴＥ偏波を通過する偏光ビームスプリッタ６ａを用いてもかまわない。あるいは、図示していないが、ＴＥ偏波を通過する５ａとＴＭ偏波を通過する偏光ビームスプリッタ６を用いてもかまわない。
【００２８】
また、図１においては、ファラディーミラー７を用いていたが、ファラディーミラー７と同様の機能を持つものであればファラディーミラー７以外を用いてもかまわない。
【００２９】
実施の形態３．
図９は、ファラディーミラー７を用いない構成を示す図である。
図９において、送信装置は、送受信光路Ｒ３とループ光路Ｒ４を備えている。送受信光路Ｒ３には、偏光コントローラ３とアッテネータ４と偏光ビームスプリッタ５が設けられている。偏光ビームスプリッタ５は、Ａ，Ｂ，Ｃの３つのポートを有している。Ａポートは、送受信光路Ｒ３を接続する。Ｂポートは、ループ光路Ｒ４の一端を接続する。Ｃポートは、ループ光路Ｒ４の他端を接続する。このように構成することにより、Ｂポートから出力された光信号は、Ｃポートに入力される。また、Ｃポートから出力された光信号は、Ｂポートに入力される。このように、ループ光路Ｒ４を用いて光信号をＢポートとＣポートの間でループさせることを、以下環流という。
ループ光路Ｒ４には、位相変調器８とファースト・スローカプラ７０が設けられている。ファースト・スローカプラ７０は、光ファイバーの偏波軸のファースト軸とスロー軸を接続することでＴＭ偏波をＴＥ偏波に変更するとともに、ＴＥ偏波をＴＭ偏波に変更するものである。ファースト・スローカプラ７０は、偏光モード変更器の一例である。
偏光ビームスプリッタ５を用いてＴＭ偏波の光パルスとＴＥ偏波の光パルスを分離し、ＴＥ偏波の光パルスは、直接位相変調器８に通す。ＴＭ偏波の光パルスは、ファースト・スローカプラ７０を介して位相変調器８のもう一方の口に通す。
【００３０】
図１０は、図９に示した量子暗号送信装置の動作フローチャートである。
（１）往路工程Ｓ４０
図１０に示す往路工程Ｓ４０のＳ１〜Ｓ４の動作は、図２に示したＳ１〜Ｓ４の動作と同じである。
（２）環流工程Ｓ５０
偏光ビームスプリッタ５により分離されたＴＥ偏波の光パルスは、位相変調器８に入力され、位相変調を受ける（Ｓ８）。次に、位相変調を受けたＴＥ偏波の光パルスは、ファースト・スローカプラ７０に入力され、偏光モードが変更され、ＴＭ偏波の光パルスとして出力される。
一方、偏光ビームスプリッタ５で分離されたＴＭ偏波の光パルスは、ファースト・スローカプラ７０に入力され、ＴＭ偏波からＴＥ偏波に変更されて出力される。ファースト・スローカプラ７０から出力されたＴＥ偏波の光パルスは、位相変調器８に入力されるが、位相変調は行われず、そのまま偏光ビームスプリッタ５に出力される。
（３）復路工程Ｓ６０
図１０の復路工程Ｓ６０のＳ９〜Ｓ１１の動作は、図２に示したＳ９〜Ｓ１１の動作と同じである。
【００３１】
前述した往路工程Ｓ４０と復路工程Ｓ６０とは、送受信光路Ｒ３において行われる動作である。また、前述した環流工程Ｓ５０は、ループ光路Ｒ４において行われる動作である。
【００３２】
図９に示す構成を用いた場合でも、Ｂポートから出力されたＴＥ偏波の光パルスは、位相変調器８を一度だけ通過してＣポートに返送される。従って、光強度の損失は最小限に抑えられ、前述した実施の形態と同じ効果を奏することができる。
【００３３】
なお、前述したファースト・スローカプラ７０は、偏光モード変更器の一例であり、ＴＭ偏波とＴＥ偏波との間での変更が可能なものであれば、他の機器を用いても構わない。例えば、１／２λ板（λは、波長）を用いても構わない。或いは、光通信ケーブルを９０度ねじるようにしても構わない。或いは、光通信ケーブルを９０度直交させて接続しても構わない。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、この発明の好適な実施の形態のファラディーミラー量子暗号方式送信装置によれば装置内光路は往路と復路で別々になっており、通過する光パルスは位相変調器８を一度だけ通過すればよいので、強度損失を低減でき、量子暗号送信装置調整時におけるＳ／Ｎ比を高めることができ調整が容易になるという効果がある。
【００３５】
また、この発明によれば、ループ光路を用いるようにしたので、ファラディーミラーを用いることがなくなり、装置の構成が簡単になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の好適な実施の形態のファラディーミラー方式量子暗号送信装置の光学系構成図である。
【図２】 図１の動作フローチャートである。
【図３】 光パルスの状態を示す図である。
【図４】 光パルスの時系列通過状況を示す図である。
【図５】 実施の形態２の光学系構成図である。
【図６】 実施の形態２の光学系構成図である。
【図７】 従来からあるファラディーミラー方式量子暗号装置全体構成図である。
【図８】 従来からあるファラディーミラー方式量子暗号送信装置の光パルスの状態図である。
【図９】 実施の形態３の光学系構成図である。
【図１０】 図９の動作フローチャートである。
【符号の説明】
１ カプラ、２ 光検出器、３ 偏光コントローラ、４ アッテネータ、５ 偏光ビームスプリッタ、６ 偏光ビームスプリッタ、７ ファラディーミラー、８ 位相変調器、９ 制御板、１０ 通信用光ファイバー、１１ バイパス光路、１３ 変調光路、７０ ファースト・スローカプラ、Ｒ１ 第１の光路、Ｒ２第２の光路、Ｒ３ 送受信光路、Ｒ４ ループ光路。
Claims (5)
- 光信号の往路と復路として用いられる第１の光路と、
上記第１の光路に設けられ、第１の光路から光信号を分離する第１と第２の偏光ビームスプリッタと、
上記第１の光路の端部に配置された光信号の偏光モードを変更するとともに光信号を反射するミラーと、
上記第１と第２の偏光ビームスプリッタの間に設けられ、第１と第２の偏光スプリッタにより分離された光信号の往路と復路として用いられる第２の光路と、
上記第２の光路に設けられ、光信号に位相変調をかける位相変調器と
を有することを特徴とする光信号送信装置。 - 上記第１の光路は、ＴＥ偏波の光パルスとＴＭ偏波の光パルスとを有する光信号の往路と復路として用いられ、
上記第１と第２の偏光ビームスプリッタは、ＴＥ偏波の光パルスを分離し、
上記位相変調器は、ＴＥ偏波の光パルスに位相変調をかけることを特徴とする請求項１記載の光信号送信装置。 - 上記第２の光路は、上記第１の光路に対して略平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光信号送信装置。
- 光信号の往路と復路として用いられる第１の光路にＴＥ偏波とＴＭ偏波とを有する光信号を送信する往路工程と、
第１の光路の端部に配置されたミラーに、往路工程により第１の光路に送信された光信号を反射させる反射工程と、
反射工程での反射により復路としての第１の光路を流れる光信号からＴＥ偏波を第２の光路に分離する分離工程と、
分離工程により第２の光路に分離されたＴＥ偏波に対して位相変調をかける位相変調工程と、
位相変調工程により位相変調をかけられたＴＥ偏波を第１の光路に合流させる合流工程と
を備えたことを特徴とする光信号送信方法。 - 上記分離工程は、
上記第１の光路に対して略平行に配置されている第２の光路にＴＥ偏波を分離することを特徴とする請求項４に記載の光信号送信方法。
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