JP4619578B2

JP4619578B2 - Signal state control device and signal state control method

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Publication number: JP4619578B2
Application number: JP2001223757A
Authority: JP
Inventors: 淳一安部; 隆司水落; 俊夫長谷川; 毅西岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2021-07-25
Also published as: JP2003037559A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、伝送情報を有する伝送信号の状態を制御する装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信を行う場合、光信号が伝送路を伝送する時に、光の状態が変化してしまうことがある。光ファイバなどの伝送路媒体や合波器、分波器などの伝送路構成部品に、温度変化による屈折率変化が生じることや、振動・振幅などにより応力歪みが生じ偏波面揺らぎ、屈折率変化、損失変動、伝送路長変動が生じることがあるからである。そして、この光の状態変化としては、偏波状態の変化、位相状態の変化、信号パルス列の時間軸ジッタ等が挙げられる。この信号パルス列の時間軸ジッタとは、ファイバ自身の物理的な伸縮やファイバ中の波長分散により、本来規則的に到着すべきパルス列の間隔が短くなったり、長くなったりする時間軸上の揺らぎをいう。
これらの原因で生じる光の状態変化を適正に補正し、正しい情報の乗った信号を送信する手段として、光を分割して、一方の光の状態をモニタし、モニタ結果から他方の光の状態を帰還制御する方法がある。すなわち、一方の光信号にどのような状態変化が生じているかを把握し、他方の光信号を状態変化分補正することで、光の歪みを矯正する制御方法である。
しかし、量子暗号技術を用いた光通信では光子１個を１信号として情報を伝達するが、この場合１光子を分割することはできない。つまり、信号光そのものを分割することはできないため、分割した信号の一方をモニタとして用いるということも不可能である。
そこで、従来、光子１個を用いて信号伝達を行う量子暗号方式を使用する多元接続ネットワークにおいて、例えば特表平９−５０２３２０のように、光子１個を用いた単一光子信号を強い光と多重化し、多重化した強い光をモニタすることによって、単一光子信号を同期させる方法が採られていた。また、１９９５年に行われたＣ．ＭＡＲＡＮＤとＰ．Ｄ．ＴＯＷＮＳＥＮＤの実験レポート（ＯＰＴＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳＶＯＬ．２０，ＮＯ．１６）では同一の光源から出力される信号光に対し、時間的にタイミングをずらして光強度を変え、光強度の高い信号をモニタし、光位相制御を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特表平９−５０２３２０では、数個程度の光子数からなる伝送信号と観測可能な光子数からなる観測信号とを多重化し、光の偏波面の制御、または、光の位相制御により光の状態を制御することはできなかった。また、Ｃ．ＭＡＲＡＮＤとＰ．Ｄ．ＴＯＷＮＳＥＮＤの実験レポートでは、時間的に光強度を変え、位相制御を行っている。すなわち、同一の光源から出た信号に対し、交互に光強度を行うため、光子の状態制御をリアルタイムで（同時に）制御することは行っておらず、光の状態制御の方法に問題があった。
したがって、上記文献に開示された制御方法では、光子数が多くとも数個であるような信号光（量子チャネル）と比較的強度の強い古典光（検査光、古典チャネル）とを合波し、前記信号光と前記検査光を同一の伝送路を通過させ、伝送路媒体あるいは伝送路を構成する光学部品によって前記信号光と前記検査光に同時に生じる光の状態変化をリアルタイムにモニタし、そのモニタされた検査光の情報を基に、伝送路中の信号光の状態を制御することはできなかった。
【０００４】
この発明は、伝送情報を有する伝送信号の状態を制御することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の信号状態制御装置は、
伝送情報を有する伝送信号と観測の対象である観測信号とが合波された信号を伝送信号と観測信号とに分波する分波部と、
上記分波部が分波する観測信号の信号状態の変化を観測するモニタ部と、
上記モニタ部が観測する観測信号の信号状態の変化を利用して伝送信号の信号状態の変化を補正する制御部とを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、上記分波部は、光信号である伝送信号と観測信号とを分波することを特徴とする。
【０００７】
また、上記分波部は、１信号が１以上１０以下の光子数からなる伝送信号と観測可能な光子数からなる観測信号とを分波することを特徴とする。
【０００８】
また、上記信号状態制御装置は、さらに、
光信号の偏波状態を制御する偏光器を備え、
上記制御部は、上記偏光器を用いて伝送信号の偏波状態を制御することを利用して伝送信号の信号状態の変化を補正することを特徴とする。
【０００９】
また、上記信号状態制御装置は、さらに、
光信号の位相を変調する位相変調器を備え、
上記制御部は、上記位相変調器を用いて伝送信号の位相を位相変調することを利用して伝送信号の信号状態の変化を補正することを特徴とする。
【００１０】
また、上記分波部は、波長分割により分波することを特徴とする。
【００１１】
また、上記分波部は、時分割により分波することを特徴とする。
【００１２】
また、上記分波部は、１信号に含まれる光子数が０か１のいずれかの光子数からなる伝送信号と観測可能な光子数からなる観測信号とを分波し、
上記信号状態制御装置は、さらに、
伝送信号の位相を変調する位相変調器を用いて量子暗号を行う量子暗号化部を備え、
上記制御部は、上記量子暗号化部が行う量子暗号により生成された伝送信号の信号状態の変化を補正することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の信号状態制御方法は、
伝送情報を有する伝送信号と観測の対象である観測信号とが合波された信号を伝送信号と観測信号とに分波し、
上記分波する観測信号の信号状態の変化を観測し、
上記観測する観測信号の信号状態の変化を利用して伝送信号の信号状態の変化を補正することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、システム全体の概念図である。図１に基づき、システム全体の概念を説明する。
図１に示す光子発生器手段１０から生成された信号光と、古典光光源２０から生成された古典光は合波部３０で合波（多重化）される。ここで、光子発生器手段１０から生成された信号光は伝送信号である。また、古典光光源２０から生成された古典光は観測対象となる観測信号である。合波された信号光と古典光は、光ファイバ等の伝送路８０を伝送され、分波部４０で、再び、信号光と古典光に分波される。分波された古典光は、古典光モニタ部５０でモニタリングされ、古典光の状態がどのように変化したかが観測される。そして、その結果を、光状態制御部６０にフィードバックし、光状態制御部６０は信号光を帰還制御する。すなわち、古典光モニタ部５０でモニタされた古典光の状態の変化量を合波された信号光から差し引くことにより、信号光を補正し、補正後の信号光を分波部４０で分波することで、光子検出器手段７０を利用して光子のもつ情報を精度よく測定することが可能となる。
なお、光子検出器手段７０には、光子の検出を行う光子検出器のみならず、たとえば偏光ビームスプリッタ１１０や位相変調器６０ｂなどの光子検出器以外の装置をも含まれている。
以上のような全体の動作から、光状態制御部６０が帰還制御することにより、光子の状態を安定に制御し、目的に応じて光子のもつ情報を精度よく測定することができる。
【００１５】
上述の通り、光子発生器手段１０で生成された信号光は、伝送情報を有する伝送信号の一例である。また、古典光光源２０で生成された古典光は、観測の対象となる観測信号の一例である。また、合波機能を持つ合波部３０を用いて信号送信側で複数の光信号を一本の伝送路８０を通して伝送させることが可能となる。また、分波機能を持つ分波部４０を用いて信号受信側で複数の光信号を（たとえば、異なる波長ごとに）分離することが可能となる。
【００１６】
実施の形態１．
図２は実施の形態１を表す図である。この実施の形態１では、図１の光状態制御部６０が偏波面の制御をすることにより帰還制御を行う偏波コントローラ６０ａの場合を表している。偏波コントローラ６０ａは偏光器の一例である。
信号送信側では、レーザダイオード（ＬＤ）１０ａで出力された信号光を、光減衰器１００で光子１個を区別できるほどに減衰させる。また、古典光光源２０で出力された古典光を偏光子９０を通過させ、縦方向及び横方向の偏光成分のうち片方のみを透過させる。上記減衰された信号光と縦方向または横方向の偏光成分のいずれかを持つ古典光とを波長合波器３０ａにより合波（波長分割多重）し、伝送路８０を伝送させる。合波される信号光と古典光は異なる波長を持つ。
信号受信側において、再び、信号光と古典光を、波長分波器４０ａを用いて波長分割により分波し、古典光を偏光ビームスプリッタ１１０に入射し、光を偏光状態の横方向成分と縦方向成分とに分離して、二つの出力ポートからそれぞれのフォトダイオード（ＰＤ₁、ＰＤ₂）に出力後、偏光状態モニタ５０ａを用いて古典光の偏波状態の変化を観測する。
偏光状態モニタ５０ａがモニタした古典光の偏波状態の変化と、合波されたのち分波された信号光の偏波状態の変化は同じため、モニタした古典光の偏波状態の変化から、それ自身では観測できない信号光の偏波状態の変化がわかる。よって、この観測された古典光の偏波状態の変化についての情報を基に、偏波コントローラ６０ａに帰還制御をかける。すなわち、偏波コントローラ６０ａは、偏波コントローラ６０ａに入射する伝送情報を有する信号光に対し、偏光状態モニタ５０ａでモニタされた古典光の偏波状態の変化を用いてその偏波状態を補正することにより、光子の状態を安定に制御し、光子検出器手段７０を経て、目的に応じて光子のもつ情報を精度よく測定することが可能となる。
具体的に説明すると、たとえば、波長合波器３０ａで合波された信号光と古典光が伝送路８０を通過して分波されるまでに偏波面が＋α歪んだとする。偏光状態モニタ５０ａは古典光の歪み＋αを観測し、偏波コントローラ６０ａに偏波状態の変化を＋αとして伝える。偏波コントローラ６０ａは、伝送路８０を通過して入射してくる古典光と信号光の合波から偏波状態の変化分であるαを差し引く。この結果、信号光の歪みが補正される。このように、受信側に到達する信号の偏波状態が一定に保たれるように、偏光ビームスプリッタ１１０を用いて分けられた二つの偏光成分の比をモニタし、その比が一定になるように偏波コントローラ６０ａに帰還制御をかける。なお、その比は、受信側量子チャネルの処理に都合がいいように自由に選ぶことができる。
ここで、偏光ビームスプリッタ１１０は、上述の通り、偏光状態の横方向成分と縦方向成分とに分離した光を二つの出力ポートに出力する光学部品である。また、偏光子９０は、縦方向及び横方向の偏光成分のうち片方のみを透過し、もう一方の偏光成分は捨ててしまう光学部品である。すなわち、偏光子９０は、光の偏光状態が直線偏光にない場合、偏光子９０を通すことにより決まった直線偏光の光を作る素子である。偏光ビームスプリッタ１１０と偏光子９０はともに光通信・光学実験で用いられる光学部品で、光ファイバによる光伝送と空間を媒体にした光伝送のいずれの場合も、ある種の結晶を用いたものが通常使用される。
したがって、本実施の形態では、図２に示すように、まず、偏光子９０を利用して、偏光状態が決定された古典光を伝送路８０に入射し、受信側でその偏光状態が決定されていたはずの古典光の偏光状態がどの程度揺らぐかを偏光ビームスプリッタ１１０を用いて観測し、その情報を元に偏波コントローラ６０ａに帰還制御をかけ、偏波コントローラ６０ａが減衰された信号光の偏波面の揺らぎを補正する仕組みになっている。ただし、古典光光源２０に偏波面の揺らぎがなければ、原理的には必ずしも偏光子は必要ではない。
【００１７】
以上のような全体の動作から、古典光を用いてモニタし、モニタ結果から偏波コントローラ６０ａが信号光の光子の状態を帰還制御することが可能となる。これにより、観測可能な古典光のモニタ結果を用いて、それ自身では観測対象として微少なためモニタできない信号光の偏波面を制御することが可能となる。その結果、伝送情報を持つ信号光が伝送路８０を通過中に生じた歪みを元の状態の信号光に補正することが可能となり、光子の状態を安定に制御し、目的に応じて光子のもつ情報を精度よく測定することができるという効果が得られる。
すなわち、本実施の形態の光子状態制御方法においては、光子数が少数（たとえば、減衰された信号光の１パルス（１信号）当りの光子数は１０光子以下）であるような信号光と比較的強度の強い古典光（検査光）とを合波し、微少な信号光と強度の強い古典光とを同一の伝送路８０で通過させ、信号受信側において合波された信号光と古典光を分離し、分離された古典光をモニタし、その結果を利用して、偏波コントローラ６０ａなどの光学部品によって信号光と古典光に同時に生じる光の状態変化を制御することが可能となる。
したがって、単一光子の状態制御を行うことが必要な量子暗号通信だけでなく、１信号あたりに含まれる光子数が１０個未満であるような（量子）光通信システム一般に利用できる光状態の制御が可能である。
【００１８】
なお、レーザダイオード１０ａは図１の光子発生器手段１０の一例であり、波長合波器３０ａは図１の合波部３０の一例であり、波長分波器４０ａは図１の分波部４０の一例である。また、偏光状態モニタ５０ａは図１の古典光モニタ部５０の一例であり、偏波コントローラ６０ａは図１の光状態制御部６０の一例である。また、図２の偏波コントローラ６０ａは、図２のように、送信側（波長合波器３０ａ）に配置しても図３のように受信側（波長分波器４０ａ）に配置してもよく、波長合波器３０ａと波長分波器４０ａの間の伝送路８０中であればよい。ただし、図２に示す構成のように受信側に配置した方が、帰還制御をすべて受信側で処理できるため、システム構成上望ましい。
【００１９】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２を表す図である。この実施の形態２ではレーザダイオード１０ａから出力された信号光と複数の古典光１〜古典光ｎを波長合波器３０ａで合波（ＭＵＬＴＩＰＬＥＸＩＮＧ）し、伝送路８０を伝送させた後、波長分波器４０ａにより分波（ＤＥＭＵＬＴＩＰＬＥＸＩＮＧ）している。
具体的には、信号送信側では、レーザダイオード（ＬＤ）１０ａから出力された光を光減衰器１００で光子１個を区別できるほどに減衰させた信号光と、複数の古典光光源から出力された複数の古典光（２０ａ〜２０ｎ）とを波長合波器３０ａにより波長分割多重し、一本の伝送路８０を伝送させる。実施の形態１と同様、減衰された信号光と複数の古典光１〜古典光ｎとはそれぞれ異なる波長をもつ。
信号受信側では、再び、信号光と複数の古典光とを分波し、図３では、偏光状態モニタ５０ａを用いて複数の古典光のうち、古典光ｎの偏波状態を観測する。この観測した古典光ｎの偏波状態の変化情報をもとに、偏波コントローラ６０ａに帰還制御をかける。すなわち、偏光状態モニタ５０ａでモニタされた古典光ｎの偏波状態の変化量を信号光から差し引くことにより、伝送情報を持つ信号光を補正する。その結果、光子の状態が安定に制御され、目的に応じて光子のもつ情報を精度よく測定することが可能となる。
図３では図示していないが、図２に示す場合と同様に、各古典光光源と波長合波器３０ａとの間には、偏光子９０がある。また、古典光ｎが通過する古典光の伝送路と偏光状態モニタ５０ａの間には、偏光ビームスプリッタ１１０とフォトダイオード（ＰＤ₁、ＰＤ₂）がある。
また、図３では、偏光状態モニタ５０ａは古典光ｎの通過する古典光の伝送路にのみ接続されているが、他の古典光（古典光１〜古典光１−ｎ）と接続することも可能である。その場合には、図示していない上記他の古典光が通過するそれぞれの古典光の伝送路と図示していない偏光状態モニタ５０ａの間には、偏光ビームスプリッタ１１０とフォトダイオード（ＰＤ₁、ＰＤ₂）が存在する。そして、複数の古典光（古典光１〜古典光ｎ）を同一の測定方法で観測し、観測結果を平均化することで、より精度のよい光子状態の制御を行うことができる。また、複数の古典光でそれぞれ別の観測方法（たとえば、位相制御と偏波面制御と同期制御を用いる方法）を用い、より精度のよい光子状態の制御を行うことも可能である。
また、古典光１は光子状態の制御用に用い、他の古典光は、通常の古典的な情報を送る目的のために用いるというような使い方も可能である。
【００２０】
以上のような動作から、光子の状態を同時に合波された複数の古典光を用いてモニタし、モニタ結果から偏波コントローラ６０ａが伝送情報を持つ信号光に対し帰還制御を行う。これにより、それ自身では観測対象として微少なためモニタできない減衰された信号光の偏波面を、観測可能な複数の古典光のモニタ結果を用いてより精密に制御することが可能となる。その結果、信号光の的確な補正により、光子の状態を安定に制御し、目的に応じて光子のもつ情報を精度よく測定することが可能となる。
【００２１】
以上に説明した実施の形態１と実施の形態２は、波長分割多重方式（ＷＤＭ：ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨＤＩＶＩＳＩＯＮＭＵＬＴＩＰＬＥＸ）を利用した伝送手段により、光状態の制御を行っている。波長分割多重方式とは、異なった波長にそれぞれの信号を割り当てることによって複数の信号を共通の伝送路で送信させる方式をいう。
【００２２】
これに対し、図４に示すように、時分割多重方式（ＴＤＭ：ＴＩＭＥＤＩＶＩＳＩＯＮＭＵＬＴＩＰＬＥＸ）を利用した伝送手段により、光状態の制御を行うこともできる。時分割多重方式とは、継続している時間領域を異なった信号に割り当てることによって複数の信号を共通の伝送路で送信させる方式をいう。具体的手段は、図４に示すとおり、信号送信側で、レーザダイオード１０ａから出力された光を、光減衰器１００で光子数個を区別できるほどに減衰させた信号光とは古典光光源２０から出力され、偏光子９０を通過した古典光とを時分割合波器３０ｂにより時分割多重し、一本の伝送路８０を伝送させる。
信号受信側において、再び、信号光と古典光を時分割分波器４０ｂによって分波し、偏光状態モニタ５０ａを用いて古典光の偏波状態を観測する。この観測された古典光の偏波状態の変化情報をもとに、偏波コントローラ６０ａに帰還制御をかける。
図５は、減衰された信号光の各光子１１と古典光２１の時分割多重の模式図である。１１は、レーザダイオード１０ａから出力され、減衰されることにより、一個の光子をもつに至った信号光を表している。２１は、古典光光源２０から出力され、偏光子９０を通過した光の強度の高い古典光２１である。光子１１と古典光２１は、時分割合波器３０ｂを用いて合波され、伝送路８０を伝送される。その後、時分割分波器４０ｂを用いて光子１１と古典光２１に分波される。図５に示すように、光子１１のみが伝送する伝送路が量子チャネル７５、古典光２１のみが伝送する伝送路が古典光チャネル５５である。また、図５では、光子１１と古典光２１が交互に多重化され伝送路８０を伝送されているが、古典光２１と古典光２１の間に存在する光子列の数は不規則になってもよい。
【００２３】
このように、時分割合波器３０ｂと時分割分波器４０ｂを用いた時分割多重方式により、合波した後、分波した古典光２１を偏光状態モニタ５０ａでモニタリングし、偏波コントローラ６０ａで帰還制御することにより、光子１１の状態制御をリアルタイムに、すなわち、同時に行うことができる。したがって、同一光源から出た信号に対し、交互に光強度を行うことで光子１１の状態を制御する場合に比べ、制御の時間遅延がないことから、伝送状態をリアルタイムに把握でき、より的確かつ精密に制御を行うことができる。
また、図５では１信号に対し１個の光子を持つ信号光の時分割多重方式による制御を説明したが、１信号に対し数個（１個以上１０個以下）の光子を持つ信号光の帰還制御を、時分割多重方式を用いて達成することも可能である。
【００２４】
また、光状態制御部６０は、位相変調器６０ｂによって光の状態を位相制御することも可能である。図６は、位相変調器６０ｂによる制御システムを表している。図６では、図２〜図４に示した偏波コントローラ６０ａが位相変調器６０ｂに置き換えられている。また、図２〜図４に示す偏光状態モニタ５０ａが位相状態モニタ５０ｂに置き換えられている。そして、古典光の位相状態を位相状態モニタ５０ｂを用いてモニタし、モニタ結果を位相変調器６０ｂにフィードバックすることによって帰還制御を行う。なお、このような位相制御の場合、図２および図４に示す偏光ビームスプリッタ１１０、フォトダイオード（ＰＤ₁、ＰＤ₂）は不要である。
また、図３のシステムでは、図示していないが、複数の古典光のうち、古典光１は位相状態モニタ５０ｂを用いて位相状態をモニタし、古典光２は偏光状態モニタ５０ａにより偏光状態をモニタするというように、複数の古典光でそれぞれ別の測定方法を行い、その結果を光状態制御部６０にある偏波コントローラ６０ａと位相変調器６０ｂ（図示していない）により帰還制御することにより、より精度のよい光子状態の制御を行うことも可能である。
【００２５】
実施の形態３．
図７は実施の形態３を表す図である。この実施の形態３では量子暗号装置に上述した光の状態制御を付加することにより、安定的に暗号鍵の共有を行うことができる。
具体的には、信号送信側である量子暗号送信装置（例えばアリス：ＡＬＩＣＥが挙げられる）と信号受信側である量子暗号受信装置（例えばボブ：ＢＯＢが挙げられる）が量子暗号による暗号処理を行う時に以下のような光状態制御を行う。
まず、信号送信側では、量子暗号送信装置（図７ではＡＬＩＣＥ）の暗号送信部１０ｂが出力する伝送情報を持つ伝送信号と古典光光源２０が出力する古典光とが合波部３０で合波され、光ファイバなど伝送媒体を通過する。ここで、伝送情報を持つ伝送信号は信号１パルスあたり高々１光子を含んだ信号である。すなわち、１パルスに含まれる光子数が０の場合（空パルス）と、１パルスに含まれる光子数が１の場合がある。たとえば、１０パルスに一つの割合で、光子１個が含まれた信号が送信されてくる場合（１０パルス中９パルスは空パルスの場合）、１信号あたり０．１個の光子が含まれると表現されるが、現実には１パルスに０．１個の光子を含んだ信号が送信されることはなく、上述の通り、１０パルス中、１パルスは１光子を含み、残りの９パルスは空パルスであることから平均光子数をとってこのように表現される。
信号受信側において信号１パルスあたり高々１光子を含んだ伝送信号と一定の光強度を持つ古典光とが分波部４０によって分波され、古典光モニタ部５０を用いて分派された古典光の偏波状態または位相状態（または偏波状態及び位相状態）を観測する。光状態制御部６０は、古典光モニタ部５０で観測された光状態の変化についての情報をもとに、帰還制御を行う。すなわち、古典光モニタ部５０でモニタされた光の状態の変化量を伝送信号から差し引くことにより伝送情報を持つ伝送信号を暗号送信部１０ｂが送信した時の状態に補正する。その結果、量子暗号受信装置（図７ではＢＯＢ）の暗号受信部７０ｂが、暗号送信部１０ｂが送信した伝送情報を持つ伝送信号を正確に受信できるため、以上のような帰還制御をしない場合と比べて、伝送路などを通過中に誤った伝送情報を有するに至った伝送信号が減り、安定的に暗号鍵の共有を行うことができ、暗号鍵の共有の高速化が図れる。
【００２６】
以上の実施の形態では、光信号に対するシステムについて説明した。しかし、本発明の信号状態制御装置及び信号状態制御方法は、光信号の帰還制御による状態制御装置及び方法に限る必要はなく、伝送情報を有する伝送信号全般の帰還制御装置及び帰還制御方法として用いることが可能である。すなわち、本発明の信号状態制御装置及び信号状態制御方法は、伝送信号と同一の伝送路を伝送する観測信号をモニタし、その状態変化の観測結果を伝送信号にフィードバックさせ、伝送情報を有する伝送信号が伝送路を通過する時に生じる状態変化を補正することができる装置及び方法である。特に、伝送情報を有する伝送信号がそれ自身では観測不可能な場合や観測困難な場合など、補正を必要とする信号（伝送信号）それ自身を観測するのに多大な支障が生じる場合に本発明の有用性が顕著となる。
【００２７】
上述したすべての実施の形態では、各構成要素の各動作はお互いに関連しており、各構成要素の動作は、上記に示された動作の関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このこのように置き換えることにより、方法の発明の実施形態とすることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、観測信号の信号状態の変化から、伝送信号の信号状態の変化を補正することができる。
【００２９】
また、光信号の信号状態の変化を補正することができる。
【００３０】
また、１信号が１以上１０以下の光子数からなる光信号の信号状態の変化を補正することができる。
【００３１】
また、偏光器を用いて偏波方向の制御を行うことで信号状態の変化を補正することができる。
【００３２】
また、位相変調器を用いて位相変調の制御を行うことで信号状態の変化を補正することができる。
【００３３】
また、波長分割多重方式を利用して、信号状態の変化を補正することができる。
【００３４】
また、時分割多重方式を利用して、信号状態の変化を補正することができる。
【００３５】
また、量子暗号システムに用いることにより、安定的に暗号鍵の共有を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】システム概念図を表す図である。
【図２】波長多重を利用した波長制御を行うシステム構成図である。
【図３】複数の古典光を用いたシステム構成図である。
【図４】時分割多重を利用した波長制御を行うシステム構成図である。
【図５】時分割多重方式の例を表す図である。
【図６】波長多重を利用した位相制御を行うシステム構成図である。
【図７】量子暗号方式に光の状態制御を利用するシステム構成図である。
【符号の説明】
１０光子発生器手段、１０ａレーザダイオード、１０ｂ暗号送信部、１１光子、２０古典光光源、２１古典光、３０合波部、３０ａ波長合波器、３０ｂ時分割合波器、４０分波部、４０ａ波長分波器、４０ｂ時分割分波器、５０古典光モニタ部、５０ａ偏光状態モニタ、６０光状態制御部、６０ａ偏波コントローラ、６０ｂ位相変調器、７０光子検出器手段、７０ｂ暗号受信部、８０伝送路、９０偏光子、１００光減衰器、１１０偏光ビームスプリッタ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and method for controlling the state of a transmission signal having transmission information.
[0002]
[Prior art]
When optical communication is performed, the state of light may change when an optical signal is transmitted through a transmission path. Refractive index changes due to temperature changes, stress distortion due to vibration and amplitude, etc. in transmission line media such as optical fibers and transmission line components such as multiplexers and demultiplexers, polarization plane fluctuations, refractive index changes This is because loss variation and transmission path length variation may occur. Examples of the change in the state of light include a change in polarization state, a change in phase state, and time axis jitter of a signal pulse train. The time-axis jitter of this signal pulse train is the fluctuation on the time base that the interval between pulse trains that should arrive regularly becomes shorter or longer due to the physical expansion and contraction of the fiber itself and the chromatic dispersion in the fiber. Say.
As a means of properly correcting the light state change caused by these causes and transmitting a signal carrying correct information, the light is divided and the state of one light is monitored, and the state of the other light is determined from the monitoring result. There is a way to feedback control. That is, it is a control method for correcting light distortion by grasping what state change has occurred in one optical signal and correcting the other optical signal by the amount of state change.
However, in optical communication using quantum cryptography, information is transmitted using one photon as one signal. In this case, one photon cannot be divided. That is, since the signal light itself cannot be divided, it is impossible to use one of the divided signals as a monitor.
Therefore, conventionally, in a multi-access network using a quantum cryptography that performs signal transmission using one photon, a single photon signal using one photon is converted into strong light, for example, as shown in Japanese Translation of PCT Publication No. 9-502320. A method of synchronizing single photon signals by monitoring multiplexed and multiplexed light has been adopted. In addition, C.I. MARAND and P.M. D. In TOWNSEND's experimental report (OPTICS LETTERS VOL.20, NO.16), the signal light output from the same light source is shifted in time to change the light intensity, and the signal with high light intensity is monitored. Phase control was performed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in Japanese Translation of PCT National Publication No. Hei 9-502320, a transmission signal composed of several photons and an observation signal composed of observable photons are multiplexed to control light polarization by controlling the polarization plane of light or controlling the phase of light. The state of could not be controlled. In addition, C.I. MARAND and P.M. D. In the TOWNSEND experiment report, the light intensity is changed over time and phase control is performed. That is, since the light intensity is alternately applied to signals emitted from the same light source, the photon state control is not performed in real time (simultaneously), and there is a problem in the light state control method. .
Therefore, in the control method disclosed in the above document, the signal light (quantum channel) having a number of photons of at most several and the classical light (inspection light, classical channel) having a relatively high intensity are combined, The signal light and the inspection light are passed through the same transmission line, and the state change of the light simultaneously generated in the signal light and the inspection light is monitored in real time by a transmission line medium or an optical component constituting the transmission line. The state of the signal light in the transmission line cannot be controlled based on the information on the inspection light.
[0004]
An object of the present invention is to control the state of a transmission signal having transmission information.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the signal state control device of the present invention provides:
A demultiplexing unit for demultiplexing a signal obtained by combining a transmission signal having transmission information and an observation signal to be observed into a transmission signal and an observation signal;
A monitor unit for observing a change in signal state of an observation signal to be demultiplexed by the demultiplexing unit;
And a control unit that corrects a change in the signal state of the transmission signal using a change in the signal state of the observation signal observed by the monitor unit.
[0006]
The demultiplexing unit demultiplexes a transmission signal, which is an optical signal, and an observation signal.
[0007]
The demultiplexing unit demultiplexes a transmission signal having one photon number of 1 to 10 and an observation signal having an observable photon number.
[0008]
Further, the signal state control device further includes:
It has a polarizer that controls the polarization state of the optical signal,
The control unit corrects a change in the signal state of the transmission signal by controlling the polarization state of the transmission signal using the polarizer.
[0009]
Further, the signal state control device further includes:
A phase modulator for modulating the phase of the optical signal;
The control unit corrects a change in the signal state of the transmission signal by using phase modulation of the phase of the transmission signal using the phase modulator.
[0010]
The demultiplexing unit demultiplexes by wavelength division.
[0011]
Further, the demultiplexing unit demultiplexes by time division.
[0012]
The demultiplexing unit demultiplexes a transmission signal having a photon number of 0 or 1 and an observation signal having an observable photon number included in one signal,
The signal state control device further includes:
A quantum encryption unit that performs quantum cryptography using a phase modulator that modulates the phase of a transmission signal,
The control unit corrects a change in a signal state of a transmission signal generated by the quantum encryption performed by the quantum encryption unit.
[0013]
Further, the signal state control method of the present invention includes:
A signal obtained by combining the transmission signal having the transmission information and the observation signal to be observed is demultiplexed into the transmission signal and the observation signal,
Observe the signal state change of the observed signal to be demultiplexed,
The change of the signal state of the transmission signal is corrected using the change of the signal state of the observed signal to be observed.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a conceptual diagram of the entire system. Based on FIG. 1, the concept of the entire system will be described.
The signal light generated from the photon generator means 10 shown in FIG. 1 and the classical light generated from the classical light source 20 are multiplexed (multiplexed) by the multiplexing unit 30. Here, the signal light generated from the photon generator means 10 is a transmission signal. The classical light generated from the classical light source 20 is an observation signal to be observed. The combined signal light and classical light are transmitted through a transmission path 80 such as an optical fiber, and are again demultiplexed into signal light and classical light by the demultiplexing unit 40. The demultiplexed classical light is monitored by the classical light monitor unit 50, and it is observed how the state of the classical light has changed. Then, the result is fed back to the light state control unit 60, and the light state control unit 60 performs feedback control of the signal light. That is, the signal light is corrected by subtracting the amount of change in the state of the classical light monitored by the classical light monitor unit 50 from the combined signal light, and the signal light after correction is demultiplexed by the demultiplexing unit 40. This makes it possible to accurately measure the information held by the photons using the photon detector means 70.
The photon detector means 70 includes not only a photon detector for detecting a photon but also devices other than the photon detector such as a polarizing beam splitter 110 and a phase modulator 60b.
From the overall operation as described above, the light state control unit 60 performs feedback control, so that the state of the photon can be stably controlled and the information of the photon can be accurately measured according to the purpose.
[0015]
As described above, the signal light generated by the photon generator means 10 is an example of a transmission signal having transmission information. Further, the classical light generated by the classical light source 20 is an example of an observation signal to be observed. In addition, it is possible to transmit a plurality of optical signals through one transmission path 80 on the signal transmission side using the multiplexing unit 30 having a multiplexing function. In addition, it is possible to separate a plurality of optical signals (for example, for different wavelengths) on the signal receiving side using the demultiplexing unit 40 having a demultiplexing function.
[0016]
Embodiment 1 FIG.
FIG. 2 is a diagram illustrating the first embodiment. In the first embodiment, a case of a polarization controller 60a that performs feedback control by the optical state control unit 60 of FIG. 1 controlling the polarization plane is shown. The polarization controller 60a is an example of a polarizer.
On the signal transmission side, the signal light output from the laser diode (LD) 10 a is attenuated so that one photon can be distinguished by the optical attenuator 100. Further, the classical light output from the classical light source 20 is passed through the polarizer 90 and only one of the longitudinal and transverse polarization components is transmitted. The attenuated signal light and the classical light having either the vertical or horizontal polarization component are multiplexed (wavelength division multiplexed) by the wavelength multiplexer 30a and transmitted through the transmission line 80. The combined signal light and classical light have different wavelengths.
On the signal receiving side, the signal light and the classical light are again demultiplexed by wavelength division using the wavelength demultiplexer 40a, the classical light is incident on the polarization beam splitter 110, and the light is separated from the lateral component of the polarization state and the longitudinal light. Separated into directional components, each photodiode (PD ₁ , PD ₂ ), The change in the polarization state of the classical light is observed using the polarization state monitor 50a.
The change in the polarization state of the classical light monitored by the polarization state monitor 50a is the same as the change in the polarization state of the signal light that has been multiplexed and then demultiplexed. It shows changes in the polarization state of signal light that cannot be observed by itself. Therefore, feedback control is applied to the polarization controller 60a based on the information on the observed change in the polarization state of the classical light. That is, the polarization controller 60a corrects the polarization state of the signal light having the transmission information incident on the polarization controller 60a using the change in the polarization state of the classical light monitored by the polarization state monitor 50a. As a result, the state of the photons can be stably controlled, and the information of the photons can be accurately measured according to the purpose through the photon detector means 70.
Specifically, for example, it is assumed that the polarization plane is distorted by + α before the signal light combined with the wavelength multiplexer 30a and the classical light pass through the transmission path 80 and are demultiplexed. The polarization state monitor 50a observes the distortion + α of the classical light and transmits the change of the polarization state to the polarization controller 60a as + α. The polarization controller 60a subtracts α, which is the amount of change in the polarization state, from the combination of the classical light and the signal light incident through the transmission path 80. As a result, the distortion of the signal light is corrected. In this way, the ratio of the two polarization components separated using the polarization beam splitter 110 is monitored so that the polarization state of the signal reaching the reception side is kept constant, so that the ratio becomes constant. The feedback control is applied to the polarization controller 60a. The ratio can be freely selected so as to be convenient for the processing of the reception-side quantum channel.
Here, as described above, the polarization beam splitter 110 is an optical component that outputs light separated into a horizontal component and a vertical component of a polarization state to two output ports. The polarizer 90 is an optical component that transmits only one of the longitudinal and lateral polarization components and discards the other polarization component. That is, the polarizer 90 is an element that produces linearly polarized light determined by passing through the polarizer 90 when the polarization state of light is not linearly polarized light. Both the polarizing beam splitter 110 and the polarizer 90 are optical components used in optical communication and optical experiments. In both cases of optical transmission using an optical fiber and optical transmission using a space as a medium, a type of crystal is used. Usually used.
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, first, using a polarizer 90, classical light whose polarization state is determined is incident on the transmission path 80, and the polarization state is determined on the receiving side. The polarization beam splitter 110 is used to observe how much the polarization state of the classical light that should have fluctuated, and feedback control is applied to the polarization controller 60a based on the information, and the signal light attenuated by the polarization controller 60a. It is a mechanism to correct the fluctuation of the polarization plane of the. However, if the classical light source 20 has no fluctuation of the polarization plane, in principle, a polarizer is not necessarily required.
[0017]
From the entire operation as described above, it is possible to monitor using classical light, and based on the monitoring result, the polarization controller 60a can perform feedback control of the state of the photons of the signal light. Thereby, it becomes possible to control the polarization plane of the signal light that cannot be monitored because it is a very small observation target by itself using the monitoring result of the observable classical light. As a result, it is possible to correct the distortion generated when the signal light having the transmission information passes through the transmission path 80 to the signal light in the original state, stably controlling the photon state, and depending on the purpose, The effect that the information which it has can be measured accurately is acquired.
That is, in the photon state control method of the present embodiment, it is compared with signal light having a small number of photons (for example, the number of photons per pulse (one signal) of attenuated signal light is 10 or less). Signal light combined with the classical light (inspection light) having a high optical intensity, passing the minute signal light and the strong classical light through the same transmission path 80, and the signal light and the classical light combined on the signal receiving side , And the separated classical light is monitored, and using the result, it is possible to control the state change of the light simultaneously generated in the signal light and the classical light by the optical component such as the polarization controller 60a.
Therefore, not only quantum cryptography communication that requires single-photon state control, but also optical state control generally available for (quantum) optical communication systems in which the number of photons contained per signal is less than ten. Is possible.
[0018]
The laser diode 10a is an example of the photon generator means 10 in FIG. 1, the wavelength multiplexer 30a is an example of the multiplexing unit 30 in FIG. 1, and the wavelength demultiplexer 40a is the demultiplexing unit 40 in FIG. It is an example. The polarization state monitor 50a is an example of the classical light monitor unit 50 in FIG. 1, and the polarization controller 60a is an example of the light state control unit 60 in FIG. Further, the polarization controller 60a in FIG. 2 may be arranged on the transmission side (wavelength multiplexer 30a) as shown in FIG. 2 or on the reception side (wavelength demultiplexer 40a) as shown in FIG. It may be in the transmission line 80 between the wavelength multiplexer 30a and the wavelength demultiplexer 40a. However, the arrangement on the receiving side as in the configuration shown in FIG. 2 is desirable in terms of the system configuration because all feedback control can be processed on the receiving side.
[0019]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the signal light output from the laser diode 10a and the plurality of classical lights 1 to n are multiplexed (MULTIPLEXING) by the wavelength multiplexer 30a and transmitted through the transmission line 80. The wave is demultiplexed by the waver 40a.
Specifically, on the signal transmission side, the light output from the laser diode (LD) 10a is output from a signal light that is attenuated so that one photon can be distinguished by the optical attenuator 100 and a plurality of classical light sources. A plurality of classical lights (20a to 20n) are wavelength division multiplexed by the wavelength multiplexer 30a and transmitted through one transmission line 80. Similar to the first embodiment, the attenuated signal light and the plurality of classical lights 1 to n have different wavelengths.
The signal receiving side again demultiplexes the signal light and the plurality of classical lights. In FIG. 3, the polarization state of the classical light n is observed among the plurality of classical lights using the polarization state monitor 50a. Based on the observed change information of the polarization state of the classical light n, feedback control is applied to the polarization controller 60a. That is, the signal light having the transmission information is corrected by subtracting the change amount of the polarization state of the classical light n monitored by the polarization state monitor 50a from the signal light. As a result, the state of the photon is stably controlled, and the information of the photon can be accurately measured according to the purpose.
Although not shown in FIG. 3, as in the case shown in FIG. 2, there is a polarizer 90 between each classical light source and the wavelength multiplexer 30a. A polarization beam splitter 110 and a photodiode (PD) are provided between the classical light transmission path through which classical light n passes and the polarization state monitor 50a. ₁ , PD ₂ )
In FIG. 3, the polarization state monitor 50a is connected only to the transmission path of the classical light through which the classical light n passes, but may be connected to other classical lights (classical light 1 to classical light 1-n). Is possible. In that case, the polarization beam splitter 110 and the photodiode (PD) are provided between the transmission paths of the classical light (not shown) through which the other classical light passes and the polarization state monitor 50a (not shown). ₁ , PD ₂ ) Exists. Then, by observing a plurality of classical lights (classical light 1 to classical light n) with the same measurement method and averaging the observation results, it is possible to control the photon state with higher accuracy. It is also possible to control the photon state with higher accuracy by using different observation methods (for example, a method using phase control, polarization plane control, and synchronization control) for a plurality of classical lights.
Further, the classical light 1 can be used for controlling the photon state, and the other classical light can be used for the purpose of sending ordinary classical information.
[0020]
From the operation as described above, the state of the photon is monitored using a plurality of classical lights combined at the same time, and the polarization controller 60a performs feedback control on the signal light having the transmission information from the monitoring result. This makes it possible to more precisely control the polarization plane of the attenuated signal light that cannot be monitored because it is very small as an observation object by itself using the monitoring results of a plurality of observable classical lights. As a result, it is possible to stably control the state of the photon by accurate correction of the signal light, and to accurately measure the information of the photon according to the purpose.
[0021]
In the first and second embodiments described above, the optical state is controlled by the transmission means using the wavelength division multiplexing system (WDM: WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEX). The wavelength division multiplexing method is a method in which a plurality of signals are transmitted through a common transmission line by assigning respective signals to different wavelengths.
[0022]
On the other hand, as shown in FIG. 4, the optical state can be controlled by transmission means using a time division multiplexing system (TDM: TIME DIVISION MULTIPLEX). The time division multiplexing method is a method in which a plurality of signals are transmitted through a common transmission line by assigning continuous time regions to different signals. As shown in FIG. 4, the specific means is that the light output from the laser diode 10 a on the signal transmission side is attenuated to such an extent that the optical attenuator 100 can distinguish several photons. And the classical light that has passed through the polarizer 90 is time-division multiplexed by the time-division-divider 30b and transmitted through one transmission line 80.
On the signal receiving side, the signal light and the classical light are again demultiplexed by the time-division demultiplexer 40b, and the polarization state of the classical light is observed using the polarization state monitor 50a. Based on the observed change information of the polarization state of the classical light, feedback control is applied to the polarization controller 60a.
FIG. 5 is a schematic diagram of time division multiplexing of each photon 11 and classical light 21 of attenuated signal light. Reference numeral 11 denotes signal light output from the laser diode 10a and attenuated to reach one photon. Reference numeral 21 denotes classical light 21 output from the classical light source 20 and having high intensity of light that has passed through the polarizer 90. The photon 11 and the classical light 21 are combined by using the time / fractional divider 30b and transmitted through the transmission line 80. Thereafter, the photon 11 and the classical light 21 are demultiplexed using the time division demultiplexer 40b. As shown in FIG. 5, the transmission path for transmitting only the photons 11 is the quantum channel 75, and the transmission path for transmitting only the classical light 21 is the classical light channel 55. In FIG. 5, the photons 11 and the classical light 21 are alternately multiplexed and transmitted through the transmission line 80. However, the number of photon trains existing between the classical light 21 and the classical light 21 is irregular. Also good.
[0023]
In this way, the classical light 21 that has been demultiplexed after being multiplexed by the time division multiplexing method using the time-division demultiplexer 30b and the time-division demultiplexer 40b is monitored by the polarization state monitor 50a, and the polarization controller 60a. By performing feedback control at, state control of the photon 11 can be performed in real time, that is, simultaneously. Therefore, compared with the case where the state of the photon 11 is controlled by alternately performing the light intensity with respect to the signals emitted from the same light source, the transmission state can be grasped in real time and the transmission state can be grasped more accurately. Precise control can be performed.
Further, FIG. 5 illustrates the control by the time division multiplexing method of the signal light having one photon for one signal, but the signal light having several (1 to 10) photons for one signal. It is also possible to achieve feedback control using a time division multiplexing scheme.
[0024]
The light state control unit 60 can also control the phase of the light state by the phase modulator 60b. FIG. 6 shows a control system using the phase modulator 60b. In FIG. 6, the polarization controller 60a shown in FIGS. 2 to 4 is replaced with a phase modulator 60b. Also, the polarization state monitor 50a shown in FIGS. 2 to 4 is replaced with a phase state monitor 50b. Then, the phase state of the classical light is monitored using the phase state monitor 50b, and feedback control is performed by feeding back the monitoring result to the phase modulator 60b. In the case of such phase control, the polarization beam splitter 110 and the photodiode (PD) shown in FIGS. ₁ , PD ₂ ) Is not required.
In the system of FIG. 3, although not shown, the classical light 1 of the plurality of classical lights monitors the phase state using the phase state monitor 50b, and the classical light 2 changes the polarization state by the polarization state monitor 50a. By performing different measurement methods using a plurality of classical lights, such as monitoring, and by performing feedback control of the results using a polarization controller 60a and a phase modulator 60b (not shown) in the optical state control unit 60 It is also possible to control the photon state with higher accuracy.
[0025]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating the third embodiment. In the third embodiment, the encryption key can be shared stably by adding the above-described light state control to the quantum cryptography apparatus.
Specifically, a quantum cryptography transmission device (for example, Alice: ALICE) on the signal transmission side and a quantum cryptography reception device (for example, Bob: BOB) on the signal reception side perform encryption processing using quantum cryptography. Sometimes the following light state control is performed.
First, on the signal transmission side, a transmission signal having transmission information output from the cryptographic transmission unit 10b of the quantum cryptographic transmission device (ALICE in FIG. 7) and the classical light output from the classical light source 20 are multiplexed by the multiplexing unit 30. And passes through a transmission medium such as an optical fiber. Here, the transmission signal having transmission information is a signal including at most one photon per signal pulse. That is, there are cases where the number of photons contained in one pulse is zero (empty pulse) and the number of photons contained in one pulse is one. For example, when a signal including one photon is transmitted at a rate of one per 10 pulses (9 out of 10 pulses are empty pulses), if 0.1 photon is included per signal Although it is expressed, in reality, a signal including 0.1 photons per pulse is not transmitted, and as described above, 1 pulse includes 1 photon in 10 pulses, and the remaining 9 pulses are Since it is an empty pulse, it is expressed in this way by taking the average number of photons.
On the signal receiving side, a transmission signal including at most one photon per one pulse per pulse and classical light having a constant light intensity are demultiplexed by the demultiplexing unit 40, and the classical light split using the classical light monitor unit 50 is separated. Observe the polarization state or phase state (or polarization state and phase state). The light state control unit 60 performs feedback control based on information on the change in the light state observed by the classical light monitor unit 50. That is, the transmission signal having the transmission information is corrected to the state when the cipher transmission unit 10b transmits by subtracting the change amount of the light state monitored by the classical light monitor unit 50 from the transmission signal. As a result, the cipher receiver 70b of the quantum cipher receiver (BOB in FIG. 7) can accurately receive the transmission signal having the transmission information transmitted by the cipher transmitter 10b. In comparison, the number of transmission signals that have erroneous transmission information while passing through a transmission path or the like is reduced, and the encryption key can be shared stably, and the encryption key can be shared at high speed.
[0026]
In the above embodiment, the system for the optical signal has been described. However, the signal state control device and the signal state control method of the present invention are not limited to the state control device and method based on the feedback control of the optical signal, and are used as a feedback control device and a feedback control method for all transmission signals having transmission information. It is possible. That is, the signal state control device and the signal state control method of the present invention monitor an observation signal transmitted through the same transmission path as the transmission signal, feed back the observation result of the state change to the transmission signal, and transmit the transmission information. An apparatus and a method capable of correcting a state change that occurs when a signal passes through a transmission line. In particular, the present invention is used when there is a great difficulty in observing a signal (transmission signal) that needs correction, such as when a transmission signal having transmission information cannot be observed by itself or when observation is difficult. The usefulness of becomes remarkable.
[0027]
In all the embodiments described above, each operation of each component is related to each other, and the operation of each component can be replaced as a series of operations in consideration of the relationship of the operations described above. it can. And it can be set as embodiment of method invention by replacing in this way.
[0028]
【The invention's effect】
The present invention can correct the change in the signal state of the transmission signal from the change in the signal state of the observation signal.
[0029]
In addition, a change in the signal state of the optical signal can be corrected.
[0030]
Further, it is possible to correct a change in the signal state of an optical signal in which one signal has a number of photons of 1 to 10.
[0031]
Further, the change in the signal state can be corrected by controlling the polarization direction using a polarizer.
[0032]
Further, the change of the signal state can be corrected by controlling the phase modulation using the phase modulator.
[0033]
Further, a change in signal state can be corrected using a wavelength division multiplexing system.
[0034]
In addition, the change of the signal state can be corrected using the time division multiplexing method.
[0035]
Further, by using it in a quantum cryptography system, it is possible to share an encryption key stably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a conceptual system diagram.
FIG. 2 is a system configuration diagram for performing wavelength control using wavelength multiplexing.
FIG. 3 is a system configuration diagram using a plurality of classical lights.
FIG. 4 is a system configuration diagram for performing wavelength control using time division multiplexing.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a time division multiplexing method.
FIG. 6 is a system configuration diagram for performing phase control using wavelength multiplexing.
FIG. 7 is a system configuration diagram using light state control in the quantum cryptography.
[Explanation of symbols]
10 photon generator means, 10a laser diode, 10b encryption transmitter, 11 photons, 20 classical light source, 21 classical light, 30 multiplexer, 30a wavelength multiplexer, 30b time-division-divider, 40 demultiplexer, 40a Wavelength demultiplexer, 40b Time division demultiplexer, 50 Classical light monitor, 50a Polarization state monitor, 60 Light state controller, 60a Polarization controller, 60b Phase modulator, 70 Photon detector means, 70b Encryption receiver , 80 transmission path, 90 polarizer, 100 optical attenuator, 110 polarization beam splitter.

Claims

Transmission signal that is transmission signal having transmission information and signal light having intensity equal to or lower than predetermined intensity, and observation signal that is an object of observation and having a higher intensity than the predetermined intensity and a predetermined polarization A demultiplexing unit that receives an optical signal combined with an observation signal that is classical light having a state via a transmission line, and demultiplexes the received optical signal into a transmission signal and an observation signal;
Input an observation signal that has an intensity higher than the predetermined intensity demultiplexed by the demultiplexing unit, observe the change in the polarization state of the input observation signal, and change that indicates the change in the polarization state of the observation signal A monitor unit for outputting information ;
The change information output by the monitor is input, and the polarization state of the optical signal is changed so that the polarization state of the optical signal is returned to the predetermined polarization state by the change represented by the input change information. And a controller for correcting the polarization state of the transmission signal .

The demultiplexing unit 1 signals 1 to 10 of the signal state controller according to claim 1, wherein the transmission signal and the observed signal composed of a number of photons of demultiplexing.

The signal state control device further includes:
It has a polarizer that controls the polarization state of the optical signal,
The control unit changes the polarization state of the optical signal so as to return the polarization state of the optical signal to the predetermined polarization state by the change represented by the change information using the polarizer. 3. The signal state control apparatus according to claim 1, wherein the polarization state of the transmission signal is corrected.

The demultiplexing unit receives, as the optical signal, an optical signal in which the transmission signal and the observation signal have different wavelengths and is multiplexed by the wavelength division multiplexing method, and the received optical signal is transmitted by wavelength division. 4. The signal state control apparatus according to claim 1 , wherein the signal state is demultiplexed into an observation signal and an observation signal .

The demultiplexing unit receives, as the optical signal, an optical signal obtained by combining the transmission signal and the observation signal by a time division multiplexing method, and divides the received optical signal into the transmission signal and the observation signal by time division. The signal state control device according to claim 1 , wherein the signal state control device is a wave.

A transmission signal having transmission information and a signal light having an intensity equal to or lower than a predetermined intensity , and an observation signal to be observed and having an intensity higher than the predetermined intensity and a predetermined phase state A demultiplexing unit that receives an optical signal combined with an observation signal that is classical light having a through a transmission line, and demultiplexes the received optical signal into a transmission signal and an observation signal;
An observation signal having an intensity stronger than the predetermined intensity demultiplexed by the demultiplexing unit is input, a change in the phase state of the input observation signal is observed, and change information indicating a change in the phase state of the observation signal is displayed. A monitor unit for output ;
The change information output by the monitor unit is input, and the transmission is performed by changing the phase state of the optical signal so that the phase state of the optical signal is returned to the predetermined phase state by the change represented by the input change information. A signal state control apparatus comprising: a control unit that corrects a phase state of the signal.

Upper SL signal state controller further,
Quantum encryption is performed using a phase modulator that modulates the phase of a transmission signal, and a quantum encryption unit that outputs a transmission signal having a photon number of 0 or 1 included in one signal is provided . The signal state control device according to claim 1 or 6 , characterized in that

Transmission signal that is transmission signal having transmission information and signal light having intensity equal to or lower than predetermined intensity, and observation signal that is an object of observation and having a higher intensity than the predetermined intensity and a predetermined polarization Receiving an optical signal combined with an observation signal , which is classical light having a state, via a transmission path, demultiplexing the received optical signal into a transmission signal and an observation signal,
Input an observation signal whose intensity is stronger than the predetermined demultiplexed intensity, observe the change in the polarization state of the input observation signal, and output change information indicating the change in the polarization state of the observation signal. ,
The output change information is input, and the polarization state of the optical signal is changed so as to return the polarization state of the optical signal to the predetermined polarization state by the change represented by the input change information. A signal state control method comprising correcting a polarization state of a transmission signal .