JPH06509448A - 光通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光　通　信　シ　ス　テ　ム 本発明は、光通信システムに係わり、更に特に、光ビーム相互間の一致の形で信 号が伝送されるシステムに係わる。

一致光子対（ｅｏｉｎｃｉｄｅｎｌ　ｐｈｏｌｏｎ　ｐｒｉ＋）に基づく光通信 システムは、例えば＾ｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃ＠Ｖｏ１．　２４．　Ｎｏ　２ ２、ｐｐ、　３８７７−３８８２においてＨｏＢとＦ＋１ｂｅＢとＭｔｎｄｅｌ によって、既に論じられている。彼らが説明している光通信システムは、入力ポ ンプビームの非縮退パラメトリック低域変換（ｎｏｎ−ｄＢｅｎｃ目１ｅ　ｐｓ ＋ｌｅｌ＋ｉｅｄｏｗＩｌｃｏＩｌｔ＊口１ｏｎｌによって同時光子対（＋１ｍ ｌ１ｌｌ＊ｎｅｏｏｓ　ｐｈｏｌｏｎｐ＊ｉ＋ｌを生じさせるために、非線形の 結晶体を使用する。これらの光子対は２つの相関した光子ビームを形成し、これ らのビームの各々が６対の一方の光子を含む。これらのビームは別々に伝送され 、受信機で別々に検出される。１つの相関光子対（各ビームに１つの光子）が検 出される時に、１つの一致が記録される。入力ポンプビームの直接変調によって 、即ち、入力ポンプビームを０Ｎ１０ＦＦにスイッチングすることによって、デ ィジタル信号が伝送される。両方のビームにおけるＯＦＦ周期が、低域変換され た光子対にスペクトル的に類似している光を使用して充填（ｔｉｌｌ−ｉｎｌ　 される。しかし、この充填光は相関関係がなく、従って、その光が受信機で検出 される時には、有意数の一致が記録されない。この場合、受信機における一致の 周期は２進数「１」に相当し、（ノイズより上の）非一致の周期は２進数「０」 に相当する。

上記で説明されたシステムは、一致検出を使用すればバックグラウンドノイズに 対する識別を可能にするという利点を有する。従って、通信が、比較的少数の光 子を用いて実現されることも可能であり、そうでない場合には、信号光子が前記 ２つのビームの各ビーム中でノイズの中に失われるであろう。

更に、このシステムは、充填光の故に傍受に対して比較的安全である。１つのビ ームだけしか傍受されず、且つ、充填に使用される光がその信号光子に十分に適 切に整合している場合には、その信号が解読されることは不可能である。しかし 、低域変換された光子のスペクトルと強度と統計的属性とを整合させることは、 実際上は困難である。従って、多（の場合には、１つのビームの属性の詳細な解 析が、信号が解読されることを可能にする。これに加えて、両方のビームが傍受 される場合には、単純な一致の計数によって信号が解読される可能性がある。従 って、このシステムはあまり安全ではない。

直接変調の代わりに時間変調を使用する類似のシステムも、既に論じられている 。この時間変調システムは２つのパルス状の相関光子ビームを有する。これら２ つの相関ビームの一方のビームの時間変調によって、ディジタル信号が伝送され る。即ち、これらのパルス状ビームの一方のビームに可変遅延が導入される。上 記の直接変調の場合と同じく、２つのビームの一方が傍受される場合には、信号 は容易に解読されることは不可能である。しかし、パルス間の時間遅延の統計の 慎重な解析が、何らかの変調が発見されることを可能にするであろう。使用され た遅延が、被復調ビームのパルスの間の時間間隔に比較して短い場合には、そう した解析によって発見される変調はごく僅かであろう。両方のビームが傍受され る場合には、直接変調の場合と同じく、単純な一致の計数が信号を解読するであ ろう。

従って、このシステムはあまり安全ではない。

上記で説明された従来技術のシステムは両方とも、両チャネル内での損失に応じ たＳＮ比の平方減少という重大な欠点も有する。この欠点は、それらのシステム の実際上の使用に対して非常に大きな制約をもたらし、特に、それらのシステム の使用が可能な通信距離を制限する。

本発明の目的は、改良された光通信システムを提供することである。

本発明は、 第１と第２の光子ビームチャネルにおける共役エネルギーを有する光子の相関対 の発生源を含む送信機と、（ｉ）受信された光子の間の一致を計数するように構 成された一致計数手段と、（１１）一致計数率の変化に応答し且つ通信信号を与 えるように構成された識別手段とを含む受信機とを有する光通信システムを提供 し、 前記システムは、 前記送信機が、（１）信号入力に応じた変調可能なスペクトル分散特性を有する 、第１の光子ビームチャネル内の送信機ろ波手段と、（ｂ）タイミング信号を送 信するために前記送信機ろ波手段の出力に応答する手段とを含み、前記受信機が 、信号入力が存在しない時に前記送信機ろ波手段のスペクトル分散特性に対して 共役であるスペクトル分散特性を有する受信機ろ波手段を含み、前記受信機ろ波 手段が、受信光子のスペクトル特性に基づいて、異なった受信機チャネルに受信 光子を分けるために使用されることによって特徴付けられる。

本発明は、タイミング信号と、第２の送信機光子ビームチャネルからの光子との 両方が、送信中に傍受される場合でさえ、その信号が解読されることが不可能で あるという利点を与える。

従って、本発明は、従来技術の場合に比べて、より高い通信上の安全性を与える 。

更に、本発明は、例えば受信信号の強度が受信バックグラウンド光の強度に比べ て２桁小さい時のように、比較的高レベルのバックグラウンド光の中で通信が達 成されることが可能であるという利点も与える。このことは、本発明が不利な条 件の下で使用されることを可能にする。或いは、通信の安全性を強化するために 、信号をスプリアス光の中に混合し、それによって信号ビームの識別を一層困難 にすることによって、信号ビームが隠蔽されることも可能である。

従来技術の一致計数システムに比較した場合の本発明の更なる利点は、信号／雑 音特性の改善である。従来技術のシステムは信号損失に応じてＳＮ比の平方低下 を被るが、本発明は信号損失に応してＳＮ比の線形低下を被るだけである。

本発明の実施例の１つでは、その受信機ろ波手段は、スペクトル的に共役である フィルタ特性を有する、２つのフィルタチャネルを有する。従って、受信機ろ波 手段は、共役スペクトルを有する２つの光子ビームを与える。一致計数手段は、 タイミング信号と２つの共役スペクトルビーム各々との間の一致を計数するため に使用される。従って、２つの一致率が得られ、通信信号を得るために、一方の 一致率が他方の一致率から減算される。２つのフィルタチャネルの使用は、新た な情報を全く付加しないが、ＳＮ比を増大させ、従って有利である。

そうした実施例は、ディジタル通信信号の送信のために使用されることも可能で ある。この場合には、送信機ろ波手段が、ディジタル信号に応じて２つの共役ス ペクトル分散特性の間を切り換えられる。

そうした実施例は、各々にマツハ・ツエンダ−（Ｍ＊ｅｌ＋２ｅｈｎｄｅ＋）干 渉計の形の送信機ろ波手段と受信機ろ波手段とを備えることも可能である。送信 機ろ波手段は、通信信号がそれに供給される片方の干渉計アームの中に電気光学 変調器を含んでよい。受信機ろ波手段のマツハ・ツエンダ−干渉計は、送信機内 のる波手段のマツハ・ツエンダ−干渉計に整合させられ、即ち、受信機ろ波手段 と送信機ろ波手段は、前記電気光学変調器の休止時には、等しい光路長を有する 。

本発明は、光子対１つ当たり１ビツトの割合で情報を通信するために応用される ことも可能である。そうした実施例では、送信機ろ波手段の変調が、一致計数器 によって計測される２つの一致率の概ね　１００％の変調を生じさせるために使 用される。

この実施例は、変調可能なスペクトル分散特性を有する送信機ろ波手段を含むこ とも可能である。送信機ろ波手段と受信機ろ波手段の各々は、個々の入力信号に 応じて、少なくとも３つの別々の予め決められた位相差の間での変調のために使 用されることも可能である。これらの位相差の組合せの少なくとも１つは、測定 された２つの一致率の概ね１００％の変調を与えるような組合せである。そうし た実施例では、送信機ろ波手段と受信機ろ波手段の各々は、その片方のアーム内 に電気光学変調器を有するマツハ・ツエンダ−干渉計であってよい。

本発明は、タイミング信号と第２の光子ビームとが送信のために単一ビームとし て組み合わされるように実施されることも可能である。タイミング信号と第２の 光子ビームとが、場合により、偏光ビームスプリッタ又は二色性ビームスプリッ タによって、受信機内で分離されることも可能である。

更に、本発明は、タイミング信号と第２の光子ビームとが自由空間を通過して受 信機に伝送されるように実施されてもよい。

或いは、タイミング信号と第２の光子ビームとが、光ファイバを経由して受信機 に伝送されることも可能である。

本発明には、ポンプレーザと非線形結晶体と２つのアパーチャとを含む相関光子 対の発生源が備えられることも可能である。

或いは、その相関光子対の発生源はカスケード原子源であってもよい。

以下では、本発明の実施例が、次の添付図面を参照して、単なる例示として説明 される。

図１は、本発明の光通信システムの略図である。

図２は、図１のシステムで使用される相関光子対の発生源の略図である。

図３は、図１のシステムで使用される一致計数器の略図である。

図４は、図１のシステムで使用される被変調フィルタｆ−ｏｄｗ１１ｔｄ　ｌ１ ｌｌｅ＋ｌの略図である。

図５は、図４の被変調フィルタの余弦曲線状の伝送特性を示すグラフである。

図６は、図１のシステムで使用される被復調フィルタ（ｗＲｍｏｄｗｌｇｌｅｄ 　ｆｉ目ｅ＋ｌの略図である。

図７は、図１の通信システムの動作の相対的タイミングを示すグラフである。

図８は、光路差に応じた一致率の変化を示すグラフである。

図９は、本発明による別の光通信システムの略図である。

図１を参照して、本発明の光通信システム１Ｇが概略的に説明される。システム １０は、２つの主要部分、即ち、送信機１２と受信機１４を有する。

さて、更に図２を参照して、送信機１２で使用するための共役エネルギーを有す る光子相関対の発生源１６を説明する。この発生源１６は、短波長レーザ１８と 、非線形結晶体２（ｌと、２つのアパーチャ３２．３４とから成る。この実施例 では、レーザ１８は、波長λｇ　−４！３．　ｂ＋ｓの１００ｍＷクリプトンイ オンレーザであり、結晶体２０はヨウ素酸リチウムである。レーザ１８は波長λ ０の光子２゜を放出し、この光子２２は結晶体２０に入射する。結晶体２０の中 では、光子２２が、ＰｈＨｉｃ＋ｌ　Ｒｔｔｉｅｖ　Ｌｅｌｌｅ＋＊　２５　＋ １９７０）　Ｈ，８４においてＢ＊ｒｒｌｈｓ＊　、！：、　Ｗｅｉｎｌ＋ｗＢ によって論述され、更にＰｌｙｓ：ｃｔＲｅマｉ！ｗ　ＡＳ　［＋９７３１　ｊ ｐ、２６８４においてＭｏ１ｌｏｖニよって論述されたような、非縮退低域変換 を受ける。各々の光子２２は、久方光子方向に対して角度θ１に、波長λ１を有 する第１の低域変換された光子２４を発生させ、且つ久方光子方向に対して角度 θ２に、波長λ２を有する第２の低域変換された光子２６を発生させる。

これらの低域変換された光子２４．２６は、１つの相関対である。

これらの光子は概ね同時に放出され、共役のエネルギーを有する。即ち、これら 光子２４．２６のエネルギーの合計は光子２２のエネルギーでなければならない 。従って、相関対の第１の光子２４のエネルギーが知られている時には、第２の 光子２６のエネルギーも知られ、この逆の場合も同じである。これは、光子対２ ４．２６が発生させられる時に認められるエネルギーと運動量の保存の結果であ る。次式の関係が当てはまり、前式中のωｏ１ω１、ω２は各々に光子２２．２ ４．２６の角振動数である。方程式１〜３に対する数多くの解があり、従って、 低域変換された光子２４．２６に関して採ることが可能な角度θ１１θ２は数多 くある。

低域変換された光子２４．２６は、第１と第２の混合エネルギー分散ビーム２８ ．３０を形成する。２つのアパーチ＋３２．３４が、共役光子４０の第１のビー ム３６と、共役光子４２の第２のビーム３８を選択する。即ち、これらのアパー チャは、方程式１〜３の１つの解に相当する光子４０．４２の対を選択する。

アパーチャ３２．３４は、等しい振動数帯域幅２δωを光子４０．４２に与える 等しい有限の幅を有する。アパーチャ３２は、角振動数ω１±δωを有する光子 ４０を選択し、アパーチャ３４は、角振動数ω１１：δωを有する光子４２を選 択する。この実施例では、ω　＝ω　＝ω　／２という対称解が、適切なアパー チャの位置決めのために使用されている。アパーチャ３２．３４は、５Ｉ１ｍの 帯域幅を有するλ１＝λ２＝　８２６．８ａｍに対応するθ１＝０２＝１４．５ °の角度で、光子４０．４２を受け入れる。

２つのビーム３６．３８は低い光レベルを有する。第１のビーム３６は鏡４４と レンズ４６を通過して偏光ビームスプリッタ４８に進む。

第２のビーム３８は、入力されたディジタル信号５２によって変調される被変調 フィルタ５Ｇに進む。被変調フィルタ５Ｇの働きは更に詳細に後述される。

被変調フィルタ５０は、光子５６の出力ビーム５４を発生させ、この出力ビーム ５４は、能動的に抑制された光子計数アバランシェホトダイオード５８に進む。

適当なホトダイオードが、＾ｐｐｌｉｅｄＯｐｌｉｅ３　Ｙｏｌ　２６．　ｐｐ 、　２３８３−２０９の中でＢ＋ｏｖ＋＋とＩｏａｓｔとＬ＋目！とＲｉｄｌｅ マによって言及されている。ホトダイオード５８は、検出される各々の光子５６ に応じて各々の電気パルス６０を発生させる。各々の電気パルス６０は、レーザ ダイオード６４を制御するレーザダイオード変調器６２に進む。これらの素子は 標準的な通信グレードの素子であり、この実施例ではレーザダイオード６４は１ ．５μ園の出力波長を有する。

レーザダイオード６４は、各々の電気パルス６０に対して各々の光パルス６６を 発生させる。従って、変調された低光レベルの出力ビーム５４は巨視的光ビーム （ｓ＊ｃ＋ｏｓｃｏｐｉｃ　ｌｉｇｈｔ　ｂｅ＊＠１６ｇに変換され、この光ビ ーム６８の中では各々のレーザ出力パルス６６は各々の光子５６に相当する。ビ ーム６８はタイミング信号を構成する。ビーム６３はレンズ７０を通って偏光ビ ームスプリッタ４８に進む。

偏光ビームスプリッタ４８は、巨視的光ビーム６８と第１の低光レベルビーム３ ６とを複合ビームフ２の形に組み合わせる。複合ビーム７２は、切れ目７４によ って示されるように自由空間を介して遠隔の受信機１４に伝送される。

複合ビーム７２は、コリメートレンズ７６を通って受信機１４の中に入る。これ に続いて、ビーム７２は二色性ビームスプリッタ７８に進み、二色性ビームスプ リッタ７８はビーム７２を受信された巨視的光ビーム８０と受信された低光レベ ルビーム８２とに分離する。

受信された巨視的光ビーム８０は波長１．５μ−の光パルス８４から成り、受信 された低光レベルビーム８２は波長８２６ｆｉｓの光子８６から成る。巨視的光 ビーム８Ｇは通信グレード検出器８８に進み、検出器８８は各々の光パルス８４ に対して電気パルス９０を発生させる。

電気パルス９Ｇは、より詳細に後述されるマルチチャネル一致計数器９２に進む 。

受信された低光レベルビーム８２は、送信機内の被変調フィルタ５０に対して整 合させられた被復調フィルタ９４に進む。この被復調フィルタ９４は、後でより 詳細に説明される。各々に参照番号１００と１０２とによって示される光子の第 １と第２の低光レベル出力ビーム９６．９８を発生させる。ビーム９６．９８は 各々に、２つの能動的に抑制された光子計数アバランシェホトダイオード＋０４ 　、ｌｏｇに進む。ホトダイオード１０４は、検出された各々の光子１００に対 して各々の電気パルス１０８を発生させる。同様に、ホトダイオード１０６は、 検出された各々の光子１０２に対して各々の電気パルス１１０を発生させる。電 気パルス１０ｇ　、１１０は一致計数器９２に進む。

さて図３を参照して、一致計数器９２が概略的に説明される。

計数器９２は、第１と第２の一致ゲート１２０　、＋２２と、ディジタル減算回 路１２４とを含む。パルス９０．１０８が第１の一致ゲート１２０の中に入り、 各々の一致が計数される毎にパルス１２６が一致ゲート１２０から出力される。

パルス９Ｇとパルス１０８の間の一致率が高い周期は、ディジタル信号５２にお ける２進数「０」レベルである。パルス９Ｇ、＋１０が第２の一致ゲート＋２２ の中に入り、各々の一致が計数される毎にパルス１２８が一！ｉｎ’−ト１２２ から出力される。パルス９０とパルス１１Ｇの間の一致率が高い周期は、ディジ タル信号における２進数「１」レベルである。パルス１２Ｇ　、１２８はディジ タル減算回路１２４に進む。回路１２４はパルス＋２６．１２８の各々の率を測 定し、パルス１２８の率からパルス１２６の率を減算する。識別レベルはゼロに 設定され、従って、減算された一致率が正である時には、２値数「１」が生成さ れ、減算された一致率が負である時には、２値数「０」が生成される。これは、 復号されたディジタル出力信号＋１２を生成する。

さて図４を参照して、送信機１２で使用されるような被変調フィルタ５Ｇが概略 的に説明され、図４の図１と共通の部分には同一の参照番号が付されている。被 変調フィルタ５０は、不等の光路長を有するマツハ・ツエンダ−（ＭＸＩ干渉計 である。このＩＩＺ干渉計５０は入力ビームスプリッタ＋５０と出力ビームスプ リッタ１５２を有する。Ｍ２干渉計５０を通過する第１の光路１５４は、ビーム スプリッタ１５Ｇ　、＋５２の間の直接の長さＬＬの光路である。

第２のＭｚ干渉計光路１５６は、２つの鏡１５８　、＋６０を経由して出力ビー ムスプリッタ１５２に延び、その長さはＬ２である。第２の光路１５６は第１の 光路よりも長さくＬ２−Ｌ、）＝Ｐだけ長く、このＰは光路差である。第２の光 路１５６は、変調器ドライバ１６４によって起動される電気光学位相変調器＋６ ２を含む。入力ディジタル信号５２は、変調器ドライバ１６４によって、変調器 １６２のための制御信号に変換される。

電気光学変調器＋６２が、第２の光路１５６の光路長Ｌ２を変えるために使用さ れる。ディジタル信号５２は２進数「０」レベル５２Ｍと２進数「１」レベル５ ２ｂとを各々に有する。ディジタル信号５２が０である時には、第２の光路長は Ｌ２のままである。ディジタル信号５２が１である時には、第２の光路長はＬ２ ＋δＸに増大させられる。従って、光路差はＰ＋δＸになる。

光子４２は被変調フィルタに３８において入る。光子４２は、光路１５４をとる 部分４ｂ　と光路１５６をとる部分４２ｂとに分けられる。

出力ビームスプリッタ１５２において、部分４２畠と部分４２Ｂの各々が、部分 的に反射され、部分的に透過される。その結果として、被変調の低光レベルビー ム５４は、部分４ｂの透過成分と部分４２ｂの反射成分との合計となる。第２の 被変調低光レベルビーム１６８も、部分４２Ｍの部分反射と部分４２ｂの部分透 過とによって形成される。しかし、第２のビーム１６８はこの実施例では使用さ れない。Ｍｌ干渉計５０は余弦曲線フィルタとして働き、その第１の出力強度関 数Ｔ、（ω）と第２の出力強度関数１２　（ω）は次式によって与えられ、＋　 ＋　（ω）　＝　＋　３８　（ω）　［１＋ｃｏｓ　（ωＰ　／　ｃ）　］　／ ２　（４）１　（ω）＝ＩＢ（ω）　［１−ｃｏｔ　（ωＰ／ｃ）］／２　（５ ）前式中でＩ３８（ω）は、角振動数ωに応じたビーム３８の強度であり、Ｐは 上記で定義された光路差であり、Ｃは光の速度である。光路差Ｐは、レーザー８ のコヒーレンス長よりも小さく、且つビーム３８．３６のコヒーレンス長よりも 大きい。

さて図５では、被変調フィルタ５０の伝送特性が、第１の出力強度関数と第２の 出力強度関数の形でグラフとして示される。

第１の出力強度関数１　（ω）と第２の出力強度関数１２　（ω）とは、帯域幅 ２δωに亙って等しい合計強度を伝送するが、共役スペクトル形態を示す。言い 換えれば、これらの関数は中心振動数ωｌに関して互いの鏡像である。ディジタ ル信号５２が２進数「０」であり、且つ光路差がＰである時には、ビーム５４は 、図５麿）に示される１１　（ω）によって与えられる第１の出力強度関数を有 する。ビーム１６８は、図５ｂ）に示される共役のスペクトル出力強度関数■２ 　（ω）を有する。実際には、出力強度関数Ｉ　（ω）と出力強度関数！２　（ ω）は、振動数帯域幅２δωに亙って、図５に示される縞よりも多くの縞を有し 、典型的には約　１００つの縞を有する。

光子４２は、ω　リδωの場合に振動数帯ωｌ±δωを有し、光路１５６の長さ における変化δｌは、δＸ＝π／ω１であるように調整される。従って、ディジ タル信号５２が２進数「１」であり、且つ光路差がＰ＋δ寛である時には、ビー ム５４は出力強度関数１２　（ω）を有し、ビーム１６８が出力強度関数■１　 （ω）を有する。従って、光路長の変化δＸは、ビーム５４とビームＩＮの間で の出力強度関数Ｉ　（ω）とＩ２　（ω）との交換を■ 引き起こす。従って、ビーム５４は、被変調フィルタ５ｏの伝送特性の２つの二 者択一的状態の間のスイッチングによってディジタル信号５２を搬送する。信号 ５２がゼロである時には、ビーム５４はＩ１　（ω）で表される振動数スペクト ルを有し、一方、信号５２が１である時には、ビーム５４は１２　（ω）で表さ れる振動数スペクトルを有する。Ｐδω／ｃ）１であるならば、強度関数■　（ ω）、Ｉ２　（ω）の交換は、ビーム５４の平均強度を変化させない。条件Ｐδ ω／ｃ）■は、Ｐがビーム３６．３ｇのコヒーレンス長より大きい時に満たされ る。

さて図６を参照して、受信機１４で使用される被復調フィルタ９４が概略的に説 明される。被変調フィルタ５０と共通の部分は、星印が付与された同一の参照番 号で示されている。被復調フィルタ９４は、通信信号変調が存在しない時に、即 ち、被変調フィルタの休止中に、被変調フィルタ５０と整合させられる。従っ長 さし　であり、光路差が（Ｌ　−Ｌ、）＝Ｐによって与えられる。被復調フィル タ９４が被変調フィルタ５０と整合させられるが故に、そのフィルタ関数も方程 式４．５によって与えられる。従って、光子４０の対の帯域幅ωＩＴδωの各々 に亙って、ビーム９８が強度関数ｒｌ　（ω）を有し、ビーム９６が強度関数！ ２　（ω）を有する。被復調フィルタ９４は基準フィルタとして働く。

光子毎のエネルギー整合が、各々の相関光子対４０．４２の間で必要とされる。

即ち、光子４２が、帯域幅ωｘＴδω内において、ω　で与えられる特定の角振 動数を有する場合には、その相関光子４Ｇは、帯域幅ω　工δω内において、ω ｂで与えられる共役の角振動数を持たなければならない（但し、ω　＋ω、冨畠 ω　）。従って、ビーム５４が強度スペクトルＩ２　（ω）を有する時に、振動 数ω　を有する光子４２が被変調フィルタ５０を通過するならば、振動数ω、を 有する受信された相関対光子８６が被復調フィルタ９４を通過して、共役強度ス ペクトル■２　（ω）を有するビーム９６になる。同様に、ビーム５４が強度ス ペクトル＋２　（ω）を有する時に、光子４２が被変調フィルタ５０を通過する ならば、受信された相関対光子８６が被復調フィルタ９４を通過して、共役強度 スペクトルＩｌ　（ω）を有するビーム９８になる。

一般的に、通信信号５２が存在しない時に、ビーム９６又はビーム９８のどちら か一方（両方ではない）を生じさせる被復調フィルタ９４の伝送特性が、ビーム ５４を生じさせる被変調フィルタ５０の伝送特性と共役であるならば、被復調フ ィルタ９４の伝送特性が被変調フィルタ５０の伝送特性と共役である。

送信機によってろ波された光子５６の各々が、（素子５８〜８８によって）一致 計数器９２に進む電気パルス９０を生じさせる。ビーム９６中の受信ろ波光子ｌ ＯＯの各々は、一致計数器９２に進む電気パルス１０８に結果する。電気パルス ９０と電気パルスｌｆＨとの間に高い一致率がある場合には、これは、送信機に よってろ波された光子５６がＩ＋　（ω）のスペクトル形態を有するということ 、従って、ディジタル信号５２が２進数「０」であることを示す。

同様に、送信機ろ波光子５６が、スペクトル形態■２　（ω）を有する時には、 受信された相関対光子８６が共役強度スペクトルＪ　（ω）を有し、従って、被 復調フィルタ９４を通過してビーム９８になるだろう。光子５６は電気パルス９ ０に結果し、ビーム９８中の光子１Ｇ２は電気パルス＋１０に結果する。パルス ９０．１１０は一致計数器９４に進む。パルス９０．１１０の間に高い一致率が ある時には、このことは、送信機ろ波光子５６がスペクトル形態■２　（ω）を 有し、従って、ディジタル信号５２が２進数「１」であることを示す。

さて、図７を参照して、システム１Ｇのためのタイミング図が説明される。一連 のグラフ　２００〜２１Ｇでは、振幅が時間に対してプロットされている。送信 されるべき２進数ディジタル信号５２が、第１のグラフ２０Ｇに示されている。

グラフ　２０２〜２１Ｇと、グラフ　２１４〜２１６は、垂直線として各々の電 気パルスを示す。

第２、第３、第４のグラフ２０２〜２０６は、各々に一致計数器９２に入力され る光検出パルス９０．１１０　、１０８のタイミングを示す。

第５のグラフ２０８は、パルス９Ｇとパルス１１０との間の一致の発生時に一致 計数器９２内で生成される電気パルスを示す。これらの一致の最初の６つは、グ ラフ２０４からグラフ２０８に延びる点線２０９のような点線で示される。同様 に、６番目のグラフ２１Ｇは、パルス９０とパルス１０８との間の一致の発生時 に一致計数器９２内で生成される電気パルスを示す。これらの一致の最初の４つ は、グラフ２０２からグラフ２０６を通ってグラフ２１Ｇに延びる点線２＋１の ような点線で示される。電気パルス９０と電気パルス＋１０との間の一致率が高 い周期は、２進数「１」であるディジタル信号５２に相当する。同様に、電気パ ルス９０と電気パルス１０８との間の一致率が高い周期は、２進数「０」である ディジタル信号５２に相当する。従って、出力復号ディジタル信号＋１２は、こ れらの一致率の一方をその他方から減算することによって得られる。出力復号デ ィジタル信号＋１２かでラフ２１２に示される。

被復調フィルタ９４が、被変調フィルタ５０の光路差（Ｐｌ　とは異なる光路差 Ｐ′によって特徴付けられる場合には、フィルタ特性が変化させられる。差（Ｐ −Ｐ’）が、低域変換された光子４Ｇ、　４２のコヒーレンス長よりも短い場合 、即ち、ｌ　ＣＰ−Ｐ’ｌδω１（２πの場合には、その帯域幅に亙って変化は 小さく、信号５２の損失は無視できる。差（Ｐ−Ｐ’）がそのコヒーレンス長よ りも長い場合、即ち、ｌ　（Ｐ−Ｐ’ｌδω１）２πの場合には、フィルタ５０ とフィルタ９４は光帯域幅２δω全体に亙って何度も位相の一致と不一致を繰り 返し、信号５２が失われる。この状況が図６の第８のグラフ２１４と第９のグラ フ２１６に示され、これらのグラフでは、垂直線が、パルス９０とパルス１１Ｇ との間の一致の発生時と、パルス９０とパルス１０８との間の一致の発生時の各 々において、一致計数器９２内で生じさせられる電気パルスを表す。当然のこと ながら、計数される一致にはパターンはない。相関光子ビーム３６．３８のコヒ ーレンス長は小さく、典型的には　１００μ■未満である。

従って、フィルタ５０の光路差Ｐとフィルタ９４の光路差Ｐ′を整合させること が重要である。

このシステムは、特定の帯域幅の信号をサポートすることも可能であり、この帯 域幅は、送信中の損失がある場合に実際的に得られる一致率Ｃｏによって決定さ れる。利得が使用可能であるが故に、巨視的パルス光路における信号損失を無視 できるようになる。従って、巨視的パルス光路における信号損失がゼロであると 仮定すると、次式が得られることが可能であり、Ｃ＝ηＴｒｔＲｒｒ、、ｒ　（ ５） 前式中でη　とη６は、送信機光子計数検出器５８及び受信機光子計数検出器＋ ０４　、＋０６の各々における収集と検出の量子効率（ｑｌ＊ｎ１ｎｓ　ｅＮｉ ｃｉｅｎｃ７１であり、η１．は低光レベルビーム３６．８２による集中送信効 率（１＋＋５ｐｅｄ　ｌ＋ｓｎｓｍｉ＊５ｉｏｎ　ｅｌｌｉｃｉｅｎｅ７）であ り、ｒは結晶体２０における初期対光子率　（ｉｎｉｌｉｔｌ　ｐｚｉ＋　ｐｈ ｏｌｏ＋１１ｅ）である。信号を最大にするために、パルス９０とパルス１０８ 　との間の一致率と、逆相であるパルス９０とパルス１１０との間の一致率との 両方が測定され、減算される。変調器１６２が位相差πを生じさせるように構成 されている時には、２進数「１」ビットと２進数「０」ビットとの間の差一致率 変調（ｄｉｌｌｅ＋ｅｎ−ｅ　ｃｏｉ口ｃｉｄｅｎｃｓ　＋＊ｌｅ　５ｏｄ−… １ｏｎ）　Ｃｏ／２が確保される。例えば、ビット１つ当たり１０の差一致が必 要とされ、η　＝η、＝１０％であり、ηｌｒ＝　１０％であり、且つ１秒当た り丁 Ｉｌｌ、　０００ビツトの最大ボーレートである場合には、ｒ＝２ＸｌＯ’、− １の相関対光子率が必要とされる。バックグラウンド光と検出器時計数（ｄｅｔ ｅｃｔｏｒ　ｄ畠＋ｋ　ｅｏｗａｌ）を無視すれば、偶然一致率Ｂが次式で与え られ、 前式中でｔは、第１のパルスの開始と、その一致が記録されるであろう第２のパ ルスの開始との間の最大遅延として定義される、一致ゲート幅である。無視でき る偶然一致率Ｂを得るためには、即ち、Ｂ＜Ｃ，であるためには、自〈１である ことが必要であり、上記の例では、＋＜５ｎｓであることが必要である。

低光レベルビーム３６と巨視的ビーム６８が送信のために組み合わされることが ないシステムｌＯの別の実施例（図示されていない）が構成されることも可能で ある。この実施例では、偏光ビームスプリッタ４８と二色性ビームスプリッタ７ ８とが省略され、第２の集束レンズが受信機１４への入力に必要とされる。巨視 的ビーム６８が第１の集束レンズ７６を経由して受信機１４の中に入る。

低光レベルビーム３６が第２の集束レンズを経由して受信機１４の中に入り、被 復調フィルタ９４に進む。このシステムはシステム１０と同一の仕方で動作する 。

更に別の実施例（図示されていない）は、被変調フィルタ５０からの第２の出力 ビーム１６ｇの使用を含む。この第２の出力ビーム１６８は、第１の出力ビーム ５４と同様の仕方で取り扱われ、第２の巨視的ビームとして伝送され、その結果 として、パルス９０に類似しているがパルス９０とは逆相である第２の組のパル スを与える。第２の組のパルスは一致計数器９２に入り、これらの第２の組のパ ルスとパルス＋０８．１１Ｇとの間の一致が計数される。第２の組のパルスとパ ルス１０８との間の高い一致率は、２進数「１」であるディジタル信号５２に相 当する。同様に、第２の組のパルスとパルス＋１０との間の高い一致率は、２進 数「０」であるディジタル信号５２に相当する。第２の出力ビームロ８の使用は 、それが搬送する情報が第１の出力ビーム５４によって搬送される情報と共役で あるが故に、追加の情報を全くもたらさない。しかし、第２の出力ビームロ８の 使用は、そのシステムのＳＮ比を増大させ、従って、より長い通信距離に亙って 、又は、より劣悪な条件下で、そのシステムを使用することを可能にする。

通信システム１０の更に別の実施例（図示されていない）が、振動数に対して高 感度であるように構成されることも可能である。即ち、フィルタ５Ｇ、９４が、 光路差Ｐの交替によって、異なった整合特性に周期的にスイッチングされること も可能である。

従って、各々の相関光子対の処理のために、フィルタ５０．９４が整合させられ 、スイッチングが１つの光子対とその次の光子対との間で生じる。この処置は、 フィルタ５０．９４の光伝送特性に対して同一の変調を与えることに相当し、こ の変調は、一致計数方法で検出される信号を無影響のままに保つ。適正な動作の 規準とは、受信機１４が光子８６を受け取る際に、被復調フィルタが、相関光子 対４２がろ波された時に上記で定義された条件で被変調フィルタ５０に整合させ られなければならないということである。従って、被復調フィルタｇ４の伝送特 性が相関光子対の各々に関して被変調フィルタ５０の伝送特性に整合したままで ある限りは、被復調フィルタ９４の伝送特性は変化することが可能である。

周波数に対する高感度性は、フィルタ５０を通過する第１の光路１５４とフィル タ９４を通過する第１の光路１５４°との中に各々に電気光学変調器を挿入する ことによって与えられることも可能である。これらの変調器が同じように作動さ せられ且つ同じタイプであるならば、フィルタ５Ｇとフィルタｇ４とにおいて有 効光路長の同一の変化が生じる。従って、フィルタ５ｏとフィルタ９４は、異な った整合特性に変化させられるであろう。そうした変化は、信号５２の中に挿入 されたコードに応答して又は予め決められた間隔で生じるように設定されること も可能である。

上述の実施例は、別の構成要素を有する。次の代案が一例として示される。レー ザ２Ｂと非線形結晶体２ｏとがカスケード原子源によって置き換えられてもよい 。適切なカルシウムカスケード原子源が、Ｐｈｙ＋１ｃｓｌ　Ｒｅｗｉｅｖ　Ｌ ｅｔｔｅ口、　Ｖｏｌ、２ｇ、ＩＩＰ、　９３９においてＦ＋ｅｅｄｍｓｅとＣ ｌ■＋ｅｒによって論述されている。このカスケード原子源は、波長λ（＝　５ ５１．３Ｉを有する光子と波長λ２＝　４２２．７ｇｍを有する光子との光子対 を生じさせる。フィルタ５Ｇとフィルタ９４との中の互いに整合されたＭｚ干渉 計は、同調可能なモノクロメータ、又は、狭い通過帯域を有する回転可能な干渉 フィルタによって置き換えられることが可能である。送信機１２と受信機１４と の間の、光ビーム７２又は３６と光ビーム６８又は３Ｇ、巨視的ビーム６８と第 ２の巨視的ビームの伝送は、適切な結合レンズを有する光ファイバに沿って行わ れてもよい。

更に別の実現可能な代案は、使用される光の波長と、その結果としての光ビーム の取扱いとにある。システム１Ｇは、それらのビーム３６．６ｇを二色性ビーム スプリッタ７８によって受信機１４内で分離するのに十分なだけ波長が互いに相 違している低光レベルビーム３６と巨視的ビーム６８とを有する。システム１０ は、ビーム３６．６ｇが同一の波長を有し、且つビーム３６、Ｈが偏光ビームス プリッタによって受信機内で分離されるように、構成されることも可能である。

説明の例では、これは、波長８３０１のレーザダイオードでレーザダイオード６ ４を置き換えることによって実現可能である。ビーム３６．６８の波長も、アパ ーチャ３２．３４の位置を変化させることによって変えられることが可能であり 、従って、光子エネルギーが選択されることが可能である。

これまでに説明されてきた本発明の実施例は、ディジタル信号を取り扱うことが 可能であった。本発明の実施例は、アナログ信号を取り扱うことが可能であるよ うに構成されることも可能である。

さて、図８では、光路差に応じたパルス９０とパルス＋０８との間の一致率の変 化が曲線２２０によってグラフに示されている。

この変化は正弦曲線状である。システム１０では、ディジタル信号５２を送信す る場合に、グラフの点２２２と点２２４との間で、変調器１６２によって光路差 が変化させられる。点２２４は被変調フィルタ５０の被復調光路差Ｐを表し、従 って、ディジタル信号５２が２進数「０」である時の光路差である。点２２２は 被変調フィルタ５０の被変調光路差Ｐ＋δωを表し、従って、ディジタル信号５ ２が２進数「１」である時の光路差である。従って、信号レベルが変わるにつれ て、一致率が最大値と最小値の間で切り替わる。

アナログ信号の伝送のためには、点２２Ｇと点２２Ｂとによって範囲が限定され る周期のような１７４周期内で働くように、そのシステムが設計される。その光 路差は、その示された範囲内で、アナログ信号レベルの変化に応じて変化するだ ろう。１７４周期（２２６〜２２８）の中央の点２３０は、このシステムでは被 復調光路差Ｐであり、その結果として、２つの一致ゲート１２０　、　ＩＮにお ける等しく且つ一定不変の一致率が得られる。変調器１６２に加えられるアナロ グ信号は、前記範囲内で光路差を連続的に変化させ、従って、ゲート１２０　、 ＋２２において一致率を変調する。

この実施例では、ディジタル回路１２４が、復号されたアナログ信号を生成する 適切なアナログ減算回路によって置き換えられる。

本発明の上記の実施例の各々は、１ビツトの情報を搬送するために複数の光子対 を使用する。しかし、これらの実施例は、１ビツトが単一の光子対によって搬送 されるように機能させられることも可能である。例えば、システムＩＱは、単一 の光子対４１１、４２によって搬送される各々のビットによって機能させられる ことも可能である。従って、パルス９Ｇとパルス１０８との間の単一の一致が２ 進数「０」を表し、パルス９０とパルス＋１０との間の単一の一致が２進数「１ 」を表す。当然のことながら、送信中の何らかの損失はビットの損失に結果する 。しかし、そうした損失は、殆どの場合、低光レベルチャネル内の光子４０の損 失である。そうした状況で、関連付けられたタイミングパルス８４が依然として 受信されるだろうが、そのタイミングパルス８４は、一致する光子ＩＮ又は１（ １２を含まない。従って、その送信を有するビットの損失を送信者に連絡するこ とが可能である。

その損失ビットの内容が送られないが故に、この連絡は従来の手段によって行わ れるであろう。その後で、そうした損失ビットが再送信されることが可能である 。この代わりに、同一のビットが再び失われるだろうとは考え難いが故に、その 送信全体が再び繰り返されてもよく、その後で、メツセージ全体が２つ以上の受 信された送信内容から組み立てられることも可能である。システム１０に適切な 回路構成部分を追加することによって、この処理全体が自動化されることも可能 である。

しかし、当初の送信の目的が暗号解読キーを配送することである場合には、再送 信は不必要である。即ち、その送信の受信者が、どのビットが受信されたかをそ の送信者に通報し終われば、送信者と受信者の両方が、彼らの両方が知っている のはどのビットかを認識している。当初の送信は、暗号解読キーを形成するに足 りる受信の成功を可能にするのに十分な過剰ビットを含まなければならない。こ の場合には、暗号解読キーは、送信に成功したビットだけに基づく。受信されな かったビットは、そのビットの送信者によって単に放棄される。

厳密に言えば、ビット１つ当たり１つの光子対を用いて通信が行われるためには 、次の規準が満たされるべきである。送信機フィルタ５Ｇの変調は、受信機フィ ルタ９４から出力される光子の１０１１％の変調を生じさせるような変調である べきである。即ち、その変調は、図８における点２２２と点２２４によって示さ れるような最大一致率と最小一致率との間でのスイッチングに相当しなければな らない。最小一致率がゼロであるためには、検出器５８．８８．１０４．１０６ と一致計数器２６２との時間分解能は、Ｍｌ干渉計５０．９４の光路差に相当す る距離を光子が進むのに要する時間よりも短くなければならない。しかし、実際 には、そのシステムの不完全性が変調の１００％の可視性を妨げるであろうし、 従って、エラーが生じるであろう。反復送信は、エラーを補償するためにエラー 訂正コードが使用されることが可能であるレベルまで、エラーを減少させる。

上記の規準の故に、ろ波手段の全てが、ビット１つ当たり１つの光子対を用いる 通信システムでの使用に適しているというわけではない。適切なフィルタの一例 は、マツハ・ツエンダ−干渉計である。

さて図９を参照して、本発明の更に別の光通信システム２５０が概略的に説明さ れる。システム２５０はビット１つ当たり１つの光子対を使用し、暗号解読キー の送信に適しているが、送信前に知られているデータの送信には適していない。

このシステムは、盗聴者を発見することが可能な方法も含む。システム１０と共 通の部品は、プライム記号が上書きされた同一の参照番号で示される。システム ２５０の部分の大部分は、システム１０と共通であるが、しかし、次で説明され る幾つかの相違点がある。

送信機の被変調フィルタ５０′　は、２つの出力５４’　、１６８’を有する。

出力５４′　は検出器５８′　に進み、この検出器５８′　は各々の入射光子５ ６′　を検出し、対応する電気パルス２５６を出力する。

電気パルス６Ｇ’　、２５Ｇの両方が、レーザダイオード６４′　を制御するレ ーザダイオード変調器６２′　に入力される。レーザダイオ−Ｆａｃ　は、各々 のパルス６０′　と各々のパルス２５６とに対応する光パルス６６゛　を出力す る。従って、各々の光子５６゛　各々の光子２５４に対して、光パルス６６゛　 が発生させられる。

受信機１４′　は、被復調フィルタの代わりに被変調フィルタ２５８を有する。

被変調フィルタ２５８は被変調フィルタ５０に類似している。被変調フィルタ２ ５８は入力ディジタル信号２６０によって変調される。受信機＋４’　は、一致 計数器９２とは幾分か異なった仕方で働くマルチチャネル一致計数器２６２も含 む。

光通信システム２５０は次のように動作する。多くの点でシステム２５０はシス テム１０と同様の仕方で動作し、こうした側面については再び説明されることは ない。システムＩＯの動作と異なるシステム２５０の動作の側面が次で説明され る。

送信機に入力されるディジタル信号５２′　は、３つの電圧レベルの間でランダ ムに変化している。これらの電圧レベルが、３つの異なった送信機フィルタ位相 差（一括してφ１と呼ばれる）を生じさせ、これらは次の通りである。

φ１１”　”　φ１２＝π／４．φ（３＝π／２各々の光子４２′　は、その各 々の時点で能動的である位相差φ１１’　φ、２又はφ１３に従ってろ波され、 場合に応じて光子５６′としてビーム５４′　の形か、又は、光子２５４として ビーム１６８′の形で現れる。光子５６’　、２５４は上記の通りに検出され、 光パルス６６′　がタイミング信号として発生させられる。即ち、各々の光パル ス６６′　が光子５６゛　又は光子２５４のタイミングを表す。これは受信機１ ４′　に進み、受信機１４′内では、電気パルス９０’　が光子５６゛　又は光 子２５４のタイミングを表す。

送信機は、後の使用のために、光子５６’　、２５４全ての記録をそのタイミン グと共に保存しなければならない。

受信機ディジタル入力信号２６０も、３つの電圧レベルの間でランダムに変化す る。これらの３つの電圧レベルが、３つの異なった送信機フィルタ位相差（一括 的にφ　と呼ばれる）を生ｒ じさせ、これらの位相差は次の通りである。

φ、１＝−π／４．φｔ２＝”　φ、３＝π／４各々の光子８６′　は、その各 々の時点で能動的である位相差φ　φ　又はφ、３に従ってろ波され、場合に応 じて光子＋００’＋Ｉ’　＋２ としてビーム９６°　の形で、又は、光子１０２′としてビーム９８′　の形で 現れる。光子１００′と光子１０２゛が検出され、対応する電気パルス１０８’ 、１１０′の各々が発生される。

電気パルス９０’　、ＩＯＩ、１１０′は一致計数器２６２に進む。パルス９Ｇ ’　とパルス１０８゛の間の一致と、パルス９０′　とパルス＋１１１’の間の 一致とが記録される。

パルス９０゛　は光子５６゛　と光子２５４の両方を表す。従って、パルス９０ ′　とパルス！０８″の間の一致は、光子５６′　と光子ｔｏｏ’の間の一致と 光子２５４と光子＋００’の間の一致とを表す。同様に、パルス９０′　とパル ス１１０′の間の一致は、光子５６′　と光子１０２′の間の一致と光子２５４ と光子１０２′の間の一致とを表す。理想的な装置では、即ち、非効率的な検出 器等に起因する損失を伴わない装置では、いずれかの２つの光子の間の一致の蓋 然性は次式で与えられる。

Ｐ（５６’−１００’）＝Ｐ（２５４−１０２’）＝１／４（１＋ｅｅ葛（φ　 ＋φ　））、　（８１）ｌ　ｒ Ｐ　（５６’　−１０２’　ｌ・Ｐ　（２５４−１００’　ｌ・ｌ八（１−ｅａ ｓ（φ　＋φ　））、（８ｂ）ｒ 上式中でφ　は値φ１１’φ１２又はφ、３をとることが可能であり、φ　は値 φ、１、φ、２又はφ、３をとることが可能である。

「 相関計数Ｅはこれらの蓋然性から次のように定式化されることが可能であり、 Ｅ（φ０．φ、　）　Ｐ（５６’−１００’）＋Ｐ（２５４−１０２’１−Ｐ（ ５６’−１１１２’１−Ｐｆ２５４−１００’ｌ　＝ｃｏｔ　（φ１　（φ、） 、　（９）前式中でφ、とφ、が上記の通りの値をとることが可能である。

相関計数Ｅ　＝−１である時に、送信者と受信者が情報を共有することが可能で ある。

説明を分かり易くするために、ビットを送信する人間が「送信者」と呼ばれ、受 信する人間が「受信者」と呼ぶ。

記録された一致を翻訳するために、送信者と受信者は更に情報を交換しなければ ならない。これは、通常の通信チャネルによって行われることが可能である。最 初に、送信者と受信者は、個々の位相差がその間に能動的であった持続時間につ いて互いに知らせ合わなければならない。これは、入力ディジタル信号５２’　 、２ｆｉＯの各々を交換することによって行われることが可能である。これに加 えて、受信者は、観測された一致のタイミング（どの光子が一致しているかとい う情報は含まない）を送信者に知らせなければならない。

従って、送信者と受信者の各々は、１）一致計数器２６２で観測された一致のタ イミングと、ｂ）各々の一致の時点で能動的である両方の位相差φ１、φ、と、 Ｃ）適切な光子が、送信者のフィルタ５０′　又は受信者のフィルタ２５８の何 方のチャネルから生じたかを知っている。送信者と受信者の各々は、相手方の一 致光子が相手方のフィルタ２５８又はフィルタ５０′　の何方のチャネルから生 じたかを知らない。

値φ　とφ　の組合せは可能な限り９つあり、これらの組合ｌ　ｔ せが次の表１に示されている。

従って、φ、＋φ、＝０であり、従ってＥ　＝−１である時には、上記の表１で は２つの組合せ（２，４）がある。従って、これらの組合せが能動的である持続 時間中は、情報が送信者と受信者とによって共有される。これらの持続時間中の 一致は全て、送信前に設定された規定に従って、２進数「０」又は２進数「１」 のどちらかを表す。例えば、光子５６′　が一致に含まれているならば、その一 致は２進数「０」を表し、一方、光子２５４を含む一致は２進数「１」を表す。

同様に、しかし受信者の視点から見て、光子１００′が一致に含まれるならば、 その一致は２進数「０」を表し、一致が光子１０２’を含むならば、その一致は ２進数ｒｌＪを表す。

従って、ランダムビット１１２′が送信者と受信者の両者に知られるように、一 連のランダムビット＋１２’がもたらされ、これらのランダムビット１１２′は 暗号解読キーとして使用されることが可能である。

システム２５０は、盗聴者が発見されることが可能なように作られ、この側面が 次に説明される。既に説明されたように、位相差の組合せがφ、＋φ、＝０であ るような組合せである時には、情報が送信者と受信者によって共有されることが 可能である。位相差の組合せがφ、＋φ、≠０であるような組合せである時には 、フィルタ５０′　とフィルタ２５８は十分には相関付けられず、２進数ビツト の形の情報が送信者と受信者によって共有されることが不可能である。しかし、 盗聴者を発見するために、φ１＋φ１≠０の時に記録される一致が、統計学的に 解析されることが可能である。これは、Ｂｅ１ｌの不等式を使用して行われる。

盗聴者によって傍受されない場合に対光子がそうであるように、対光子の波動関 数Ｓが機械的にからみ合っている量子である時には、次式によって表される関数 Ｓは値２Ｊ２を有する。

Ｓ（φ　、φ　）・Ｅ（φ１１’　φ、、ＨＥ（φ（」、φ、３１＋Ｅ（φ１３ ’　φ＋１）Ｔ しかし、光子が傍受され、測定され、そのファクシミリが再送信される場合には 、量子の機械的からみ合いが破られる。この場合には、関数Ｓの値が常に２未満 であることが、Ｉ　Ｓ　Ｂｅ１ｌ（ＰｈＨｉＣ＊　（ＮＹ）　１．　＋９５．　 （１９６５１）によって証明されている。

従って、通信の終了時に関数Ｓが計算される場合に、その通信が盗聴者によって 傍受されたか否かが明らかにされることが可能である。

送信される光ビーム全てが傍受される時にさえ、上記の本発明の実施例の全ては 安全である。システム１ｏを詳細に見ると、１つの光ビーム７２が伝送される。

ビーム７２は、波長８２Ｇ、　Ｉｔ±５Ｉｌｌの光子４０と、波長１．５μｍの 巨視的光ビーム６６とから成る。

各々のパルス６６は一致光子４０を有するが、その逆は真ではない。

一致パルス６６を持たない光子４０は、その光子の帯域幅全体に亙って広げられ る。パルス６６の中には２進数ｒＯＪを表すものもあり、２進数「１」を表すも のもある。これらのパルス６６によって搬送される信号５２を復号するための唯 一の方法は、送信機１２内のフィルタ５Ｇに整合させられたフィルタの中を光子 ４Ｇを通過させることである。従って、複合ビーム７２が傍受される場合には、 そのビーム７２は比較的容易にその構成要素部分に分解されるが、その解読は不 可能である。光子４０とパルス６６のタイミングとスペクトルの詳細な解析さえ 、信号５２を露呈させないだろう。本発明のその他の実施例においても信号５２ が同一の仕方で搬送されるが故に、そうした実施例に対しても同様の論理が当て はまる。

、　＋＋　−ＰＣＴ／ＧＢ　９１１０１３５２フロントページの続き （７２）発明者　タブスター、ポール・リチャードイギリス国、ウスターシャー 、ダブリュ・アール・１４・３・ピー・ニス、マルバーン、セント・アントリユ ース・ロード、エレクトロニクス・ディビジョン、ディフェンス・リサーチ・エ ージエンシー　（番地なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１と第２の光子ビームチャネル（３８、３６）における共役エネルギーを 有する光子の相関対（４２、４０）の発生源を含む送信機（１２）と、 （ｉ）受信された光子の間の一致を計数するように構成された一致計数手段（９ ２）と、（ｉｉ）一致計数率の変化に応答し且つ通信信号（１１２）を与えるよ うに構成された識別手段（１１４）とを含む受信機（１４） を有する光通信システム（１０）であって、前記送信機（１２）が、 （ａ）送信機信号入力（５２）に応じた変調可能なスペクトル分散特性を有する 、第１の光子ビームチャネル（３８）内の送信機ろ波手段（５０）と、 （ｂ）タイミング信号（６０）を送信するために前記送信機ろ波手段の出力に応 答する手段とを含み、 前記受信機（１４）が、信号入力が存在しない時に前記送信機ろ波手段（５０） のスペクトル分散特性に対して共役であるスペクトル分散特注を有する受信機ろ 波手段（９４）を含み、且つ前記受信機ろ波手段（９４）１が、受信光子のスペ クトル特性に基づいて、各々の受信機チャネル（９６、９８）に受信光子（８６ ）を分けるために備えられ、前記一致計数手段が、タイミング信号（８４）と、 受信機チャネル（９６、９８）の少なくとも一方のチャネルからの光子とを受け 取るように構成されていることを特徴とする光通信システム。 ２．（ａ）前記受信機ろ波手段（９４）が、その一方が前記スペクトル分散特性 を有し且つその他方が前記スペクトル分散特性に対してスペクトル的に共役であ るスペクトル分散特性を有する２つのフィルタチャネル（１５４、１５６）を有 し、前記受信機ろ波手段（９４）が、共役スペクトルを別々の２つの光子ビーム （９６、９８）に与えるように構成され、 （ｂ）前記一致計数手段（９２）が、共役な前記２つの光子ビーム（９６、９８ ）と前記タイミング信号（９０）との間の一致率の各々を計数するように構成さ れている ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。 ３．前記システムが、ディジタル２進信号（５２）を送信するように構成され、 （ａ）前記ディジタル信号（５２）に応じて２つの共役なスペクトル分散特性の 間で前記送信機ろ波手段に（５０）をスイッチングするための手段（１６２、１ ６４）を含み、 （ｂ）前記受信機識別手段（１２４）が、各々の共役スペクトルビーム（９６、 ９８）に対応する２つの一致計数率の変化に応答し、且つ通信信号（１１２）を 与えるために一方の一致率から他方の一致率を減算するように構成されている ことを特徴とする請求項２に記載のシステム。 ４．（ａ）前記送信機ろ波手段（５０）が、一方の干渉計アームに電気光学変調 器（１６２）を含むマッハ・ツェンダー干渉計であり、（ｂ）前記受信機ろ波手 段（９４）が、前記変調器（１６２）が休止中である時に、前記送信機ろ波手段 （５０）内の対応する光路長に等しい光路長を有するマッハ・ツェンダー干渉計 であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。 ５．（ａ）前記システムが、光子対（４０、４２）１つ当たり１つのピットの通 信を行うように構成され、 （ｂ）前記送信機ろ波手段（５０）と前記受信機ろ波手段（９４）とが、前記送 信機ろ波手段の適切な変調が前記２つの一致率の実質的に１００％の変調を生じ させるように使用されることを特徴とする請求項２に記載のシステム。 ６．（ｍ）送信機ろ波手段（５０′）が２つのフィルタチャネル（５４′、１６ ８′）を有し、 （ｂ）受信機ろ波手段（２５８）が受信機信号入力（２６０）に応じた変調可能 なスペクトル分散特性を有し、 （ｃ）前記送信機ろ波手段（５０′）と前記受信機ろ波手段（２５８）の各々が 、ランダムな送信機入力信号（５２′）又は受信機入力信号（２６０）に応じた 、各々に予め決められた少なくとも３つの位相差の間における変調のために使用 され、送信機位相差と受信機位相差との組合せの少なくとも１つの組合せが、２ つの一致率の実質的に１００％の変調を与える ことを特徴とする請求項５に記載のシステム。 ７．前記送信機ろ波手段（５０′）と前記受信機ろ波手段（２５８）の両方が、 その一方の干渉計アームに電気光学変調器を各々が含むマッハ・ツェンダー干渉 計であることを特徴とする請求項５に記載のシステム。 ８．単一ビームとしての送信のために前記タイミング信号と第２の送信機チャネ ル光子ビームとを組み合わせるための手段（４８）を含むことを特徴とする請求 項１から７のいずれかに記載のシステム。 ９．自由空間を介して前記送信機から前記受信機に前記タイミング信号と第２の 送信機チャネル光子ビームとを送信するための手段を含むことを特徴とする請求 項１から８のいずれか一項に記載のシステム。 １０．前記送信機から前記受信機に前記タイミング信号と第２の送信機チャネル 光子ビームとを送信するための１つ以上の光ファイバを含むことを特徴とする請 求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。 １１．前記相関光子対の発生減が、ポンプレーザ（１８）と、非線形結晶体（２ ０）と、適切に位置決めされた２つのアパーチャ（３２、３４）とを含むことを 特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。 １２．前記相関光子対の発生源がカスケード原子源であることを特徴とする請求 項１から９のいずれか一項に記載のシステム。