KR100567691B1

KR100567691B1 - 광 신호 송신 장치 및 광 신호 송신 방법

Info

Publication number: KR100567691B1
Application number: KR1020037003348A
Authority: KR
Inventors: 쯔요시 니시오까; 도시오 하세가와; 히로까즈 이시즈까
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2006-04-05
Also published as: KR20030032012A; AU8443501A; EP1324101A4; TW571143B; CN1452727A; AU2001284435B2; EP1324101A1; WO2002021196A1; US20040005056A1; JP4060551B2; CA2420447A1; CN1237368C; JP2002156615A

Abstract

양자 암호에 있어서의 송신 장치의 광학계는 패러데이 미러와 위상 변조기로 이루어진다. 위상 변조기는 복굴절성을 갖고, 해당 광로의 구성 상, 매우 큰 삽입 손실이 불가피하다. 이것은 S/N비의 저하를 초래하여, 구동 시의 조정을 곤란하게 하고 있다. 송신 장치에 입사되는 광 펄스는 위상 변조기(8)에 대한 TE 편파와 TM 편파의 2개의 광 펄스가 있다. 이 광 펄스는 패러데이 미러(7)로 TE 편파는 TM 편파로, TM 편파는 TE 편파로 편광면이 회전되어 반사되어 송신 장치로부터 출력된다. 2개의 편광 빔 분할기(5, 6)를 이용하여 TM 편파의 광 펄스는 위상 변조기(8)를 바이패스한다. TE 편파의 광 펄스만을 위상 변조기(8)에 통과시킨다.

빔 분할, 편광, 광 펄스, 바이패스

Description

광 신호 송신 장치 및 광 신호 송신 방법{OPTICAL SIGNAL TRANSMITTER AND OPTICAL SIGNAL TRANSMITTING METHOD}

본 발명은, 예를 들면 패러데이 미러 방식 양자 암호 장치(Faraday mirror system quantum cryptography device)에 있어서의 송신 장치에 관한 것이다.

도 7은, 예를 들면 G. Ribordy, et. al. "Automated 'plug & play' quantum key distribution," ELECTRONICS LETTERS Vol.34 No.22 pp.2116-2117(1998) 또는 국제 특허 공개 공보 WO98/10560 QUANTUM CRYPTOGRAPHY DEVICE AND METHOD에 개시된 종래의 패러데이 미러 방식 양자 암호 장치의 구성도로, 도 7에서, 양자 암호 송신 장치(100)는 통신용 광 파이버(10)와 접속하는 커플러(1), 이 커플러(1)에 통신용 광 파이버(10)로부터 입력된 광 펄스를 검출하는 광 검출기(2), 입력된 광 펄스의 편광 모드를 조정하는 편광 컨트롤러(3), 광 펄스의 강도를 감쇠하고, 해당 양자 암호 장치로부터 출력되는 광 펄스의 강도를 양자 레벨(펄스당 광자 0.1개)로 하는 감쇠기(4), 입력된 펄스를 그 편광면을 90도 회전시켜 반사시킴으로써, TE 편파의 입력 펄스는 TM 편파의 광 펄스로서 반사하고, TM 편파의 입력 펄스는 TE 편파의 광 펄스로서 반사하는 패러데이 미러(7), 통과하는 펄스에 위상 변조를 거는 위상 변조기(8), 제어판(9)으로 구성되어 있다. 여기서, TE 편파(TRANSVERSE ELECTRIC POLARIZATION WAVE)는, 전기 벡터의 진동 방향이 입사면에 수직이고, 자기 벡터의 진동 방향은 입사면 내에 있는 광파를 말한다. 또한, TM 편파(TRANSVERSE MAGNETIC POLARIZATION WAVE)는, 자기 벡터의 진동 방향이 입사면에 수직이고, 전기 벡터의 진동 방향은 입사면 내에 있는 광파를 말한다. 양자 암호 수신 장치(200)는 커플러(51), 광자 검출기(52, 53), 편광 컨트롤러(54, 55), 편광 빔 분할기(56), 서큐레이터(57), 위상 변조기(58), 제어판(59), 레이저(60), 단 광로(61), 장 광로(62)로 구성되어 있다.

다음으로, 동작에 대하여 도 8을 이용하여 설명한다. 도 7의 양자 암호 수신 장치(200)는 레이저(60)에 의해 광 펄스 P를 발생시킨다. 광 펄스 P는 커플러(51)에 의해 단 광로(61)와 장 광로(62)로 분할된다. 장 광로(62)의 광 펄스는 편광 컨트롤러(55)에 의해 편광면이 조정되고, 위상 변조기(58)를 통하여 편광 빔 분할기(56)에 의해 통신용 광 파이버(10)로 출력된다. 단 광로(61)의 광 펄스도 통신용 광 파이버(10)로 출력된다. 단 광로(61)보다 장 광로(62)가 긴 경로를 갖기 때문에, 2개의 다른 펄스 P1과 P2가 통신용 광 파이버(10)로 출력된다. 이렇게 해서, 통신용 광 파이버(10)에는 2개의 다른 편광 모드를 가진 광 펄스 P1과 P2가 출력된다.

양자 암호 송신 장치(100)에는 통신용 광 파이버(10)를 통해, 2개의 다른 편광 모드를 가진 광 펄스 P1과 P2가 타이밍을 변이시켜 입력된다. 통신용 광 파이버(10)를 통하여 입력된 광 펄스 P1과 P2는 각각 커플러(1)에 의해 2개로 분할되고, 커플러(1)로 분할된 한쪽의 광 펄스 P1, P2는 광 검출기(2)에 의해 검지된다. 광 검출기(2)의 광 펄스 검출 타이밍에 따라, 위상 변조기(8)는 광 펄스 P1, P2 중 광 펄스 P2에만 변조를 걸게 된다. 커플러(1)로 분할된 다른 한쪽의 광 펄스 P1, P2는 위상 변조기(8)가 최적으로 작용하도록 편광 컨트롤러(3)에 의해 편광면을 조정한다. 이 때, 타이밍을 변이시켜 양자 암호 송신 장치(100)에 입력된 2개의 광 펄스 P1과 P2 중 1번째의 광 펄스 P1은 TE 편파의 편광 모드가 되도록 조정된다. 따라서, 2번째의 광 펄스 P2는 TM 편파의 편광 모드가 된다. 편광 컨트롤러(3)와 감쇠기(4)를 통과하여 패러데이 미러(7)를 향하는 광 펄스는 위상 변조기(8)를 통과하여 패러데이 미러(7)에 입력된다. 패러데이 미러(7)에 입력된 광 펄스는 그 편광 모드가 TE 편파의 광 펄스는 TM 편파의 광 펄스로서 반사되고, TM 편파의 광 펄스는 TE 편파의 광 펄스로서 반사된다. 반사된 광 펄스는 다시 위상 변조기(8)를 통과한다. 위상 변조기(8)는 패러데이 미러(7)로 반사되어 위상 변조기(8)를 통과하는 2개의 광 펄스 P1, P2 중 2번째의 광 펄스 P2에만 위상 변조를 걸도록 제어판(9)에 의해 타이밍이 조정되어 있다. 위상 변조를 받은 광 펄스 P2는 통신용 광 파이버(10)를 향하여 입사된 광로를 역행하도록 송신된다. 패러데이 미러(7)를 반사 후에 위상 변조기(8)를 통과한 2개의 광 펄스 P1, P2는 감쇠기(4)를 향한다. 감쇠기(4)는 위상 변조기(8)로 위상 변조를 받은 광 펄스의 강도가 양자 레벨(펄스당 광자 0.1개)로 될 때까지 광 펄스의 강도를 감쇠시킨다. 이 후, 광 펄스는 편광 컨트롤러(3), 커플러(1)의 순서로 통과하여 통신용 광 파이버(10)에 송신된다.

종래의 패러데이 미러 방식 양자 암호 송신 장치는 해당 장치에 입력된 광 펄스가 동일 광로를 왕로와 귀로로 통과하기 때문에, 광 펄스가 위상 변조기(8)를 2회 통과하고, 또한 편광 모드가 비교적 손실이 적은 TE 편파와 손실이 매우 큰 TM 편파의 양 모드로 통과하기 때문에, 광 강도의 손실 L이 매우 커진다. 양자 암호 장치 조정 시에는 S/N비(시그널/노이즈비)를 높이기 위해서 감쇠기(4)를 떼어내어 각부의 조정을 행하지만, 광 강도의 손실 L이 크면 양자 암호 장치 조정 시의 S/N비가 극단적으로 작아지는 문제점이 있었다.

여기서, 광 강도의 손실에 대하여 설명한다.

우선, 도 8에 도시하는 L4는 감쇠기(4)를 광 펄스 P1, P2가 통과할 때의 각광 펄스의 강도의 손실을 나타내고, L8은 위상 변조기(8)를 통과할 때의 각 광 펄스의 강도의 손실을 나타낸다. 또한, 도 8에서는 광 펄스 P1, P2가 각부를 통과할 때에 받는 손실을 L의 화살표로 나타내고 있다.

예를 들면, 통신용 광 파이버(10)로부터 입력한 광 펄스의 강도를 S로 하고, 위상 변조기(8)의 TE 편파의 손실을 L8(TE)로 하고, 위상 변조기(8)의 TM 편파의 손실을 L8(TM)로 하고, 그 밖의 손실을 LZ로 하여, 다음과 같은 값을 취하는 것으로 한다.

또, 그 밖의 손실 LZ에는 L4가 포함된다.

S=50㏈

L8(TE)=6㏈

L8(TM)=30㏈

LZ=2dB

전체의 광 강도의 손실을 L로 하면, L은 다음의 식으로 구할 수 있다.

L=L8(TE)+LZ+L8(TM)+LZ

=6+2+30+2

=40㏈

감쇠기(4)를 떼어내어 조정하는 경우의 광 펄스의 강도를 M으로 하면,

M=S-L=50-40=10㏈

로 되고, 손실 L이 클수록 광 펄스의 강도 M은 작아지고, S/N비가 나빠져, 조정 작업이 하기 어려워진다.

본 발명은 양자 암호 조정 시에 광 강도 손실이 작은 양자 암호 송신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

〈발명의 개시〉

본 발명에 따른 광 신호 송신 장치는 광 신호를 수신하고, 광 신호의 광로로 됨과 함께, 광 신호를 송신하는 제1 광로와,

상기 제1 광로에 설치되고, 제1 광로로부터 광 신호를 분리하는 제1과 제2 편광 빔 분할기와,

상기 제1과 제2 편광 빔 분할기 사이에 설치되고, 제1과 제2 편광 분할기에 의해 분리된 광 신호의 광로가 되는 제2 광로와,

상기 제2 광로에 설치되고, 광 신호에 위상 변조를 거는 위상 변조기를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 광 신호 송신 장치는,

상기 제1 광로의 단부에 광 신호의 편광 모드를 변경함과 함께 광 신호를 반 사하는 미러를 더 구비하고,

상기 제1 광로는 광 신호의 왕로와 귀로로서 이용되고,

상기 제2 광로는 제1과 제2 편광 빔 분할기에 의해 분리된 광 신호의 왕로와 귀로로서 이용되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 광로는 TE 편파의 광 펄스와 TM 편파의 광 펄스를 갖는 광 신호를 수신하고,

상기 제1과 제2 편광 빔 분할기는 TE 편파의 광 펄스를 분리하고,

상기 위상 변조기는 TE 편파의 광 펄스에 위상 변조를 거는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 광 신호 송신 방법은,

제1 광로를 흘러, TE 편파와 TM 편파를 갖는 광 신호로부터 TE 편파를 제2 광로로 분리하는 분리 공정과,

분리 공정에 의해 제2 광로로 분리된 TE 편파에 대하여 위상 변조를 거는 위상 변조 공정과,

위상 변조 공정에 의해 위상 변조를 건 TE 편파를 제1 광로에 합류시키는 합류 공정

을 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 광 신호 송신 방법은 광 신호를 반사시켜 광로를 왕복시키는 왕로 공정과 귀로 공정을 포함하고,

위상 변조 공정은 귀로 공정에서 실행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 광 신호 송신 장치는 광 신호를 수신하고, 광 신호의 광로로 됨과 함께, 광 신호를 송신하는 송수신 광로와,

송수신 광로의 단부에 설치되고, 송수신 광로로부터의 광 신호를 분리하는 편광 빔 분할기와,

양단이 상기 편광 빔 분할기에 접속되고, 상기 편광 빔 분할기에 의해 분리된 광 신호를 상기 편광 빔 분할기에 환류시키는 광로로 되는 루프 광로와,

루프 광로에 설치되고, 광 신호에 위상 변조를 거는 위상 변조기와,

루프 광로에 설치되고, 광 신호의 편광 모드를 변경하는 편광 모드 변경기

를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 편광 모드 변경기는 광 파이버의 편파축의 패스트 축과 슬로우 축을 접속함으로써 편광 모드를 변경하는 패스트ㆍ슬로우 커플러를 구비하고,

송수신 광로는 광 신호의 왕로와 귀로로서 이용되고,

루프 광로는 편광 빔 분할기에 의해 분리된 광 신호의 왕로와 귀로로서 이용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 송수신 광로는 TE 편파의 광 펄스와 TM 편파의 광 펄스를 갖는 광 신호를 수신하고, 상기 편광 빔 분할기는 TE 편파의 광 펄스와 TM 편파의 광 펄스를 분리하고, 상기 위상 변조기는 TE 편파의 광 펄스에 위상 변조를 거는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 광 신호 송신 방법은 송수신 광로를 흘러 TE 편파와 TM 편파를 갖는 광 신호로부터 TE 편파와 TM 편파를 분리하여 루프 광로의 일단과 타단으 로 출력하는 분리 공정과,

분리 공정에 의해 분리된 TE 편파에 대하여 루프 광로에서 위상 변조를 거는 위상 변조 공정과,

루프 광로의 타단과 일단으로부터 출력되는 광 신호를 합류시키는 합류 공정

을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 광 신호 송신 방법은 송수신 광로에서 광 신호를 왕복시키는 왕로 공정과, 귀로 공정과, 루프 광로에서 광 신호를 환류시키는 환류 공정을 포함하고,

상기 위상 변조 공정은 환류 공정에서 실행되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 형태의 패러데이 미러 방식 양자 암호 송신 장치의 광학계 구성도.

도 2는 도 1의 동작 흐름도.

도 3은 광 펄스의 상태를 도시하는 도면.

도 4는 광 펄스의 시계열 통과 상황을 도시하는 도면.

도 5는 제2 실시 형태의 광학계 구성도.

도 6은 제2 실시 형태의 광학계 구성도.

도 7은 종래의 임의의 패러데이 미러 방식 양자 암호 장치 전체 구성도.

도 8은 종래의 임의의 패러데이 미러 방식 양자 암호 송신 장치의 광 펄스의 상태도.

도 9는 제3 실시 형태의 광학계 구성도.

도 10은 도 9의 동작 흐름도.

〈발명을 실시하기 위한 최량의 형태〉

〈제1 실시 형태〉

도 1은 패러데이 미러 방식 양자 암호 장치에 있어서의 양자 암호 송신 장치(100)를 도시하는 광학계 구성도이다. 이 실시 형태에 따른 패러데이 미러 방식 양자 암호 송신 장치는 2개의 편광 빔 분할기를 이용함으로써 송신 장치 내 광로의 왕로와 귀로를 다른 것으로 한 것이다.

도 1에서, 양자 암호 송신 장치(100)는 통신용 광 파이버(10)와 접속하는 커플러(1), 이 커플러(1)에 통신용 광 파이버(10)로부터 입력된 광 펄스를 검출하는 광 검출기(2), 입력된 광 펄스의 편광 모드를 조정하는 편광 컨트롤러(3), 광 펄스의 강도를 감쇠하고, 해당 양자 암호 장치로부터 출력되는 광 펄스의 강도를 양자 레벨(펄스당 광자 0.1개)로 하는 감쇠기(4), 광 펄스를 그 편광 모드에 따라, TE 편파의 광 펄스는 위상 변조기(8)를 통과하는 변조 광로(13)에, TM 편파의 광 펄스를 바이패스하는 바이패스 광로(11)에 자동적으로 전환하는 편광 빔 분할기(5)와 편광 빔 분할기(6), 입력된 펄스를 그 편광면을 90도 회전시켜 반사시킴으로써, TE 편파의 입력 펄스는 TM 편파의 광 펄스로서 반사하고, TM 편파의 입력 펄스는 TE 편파의 광 펄스로서 반사하는 패러데이 미러(7), 통과하는 펄스에 위상 변조를 거는 위상 변조기(8)를 구비하고 있다. 감쇠기(4), 편광 빔 분할기(5, 6), 패러데이 미러(7)를 연결하는 광로가 제1 광로 R1이다. 또한, 편광 빔 분할기(5), 위상 변조기(8), 편광 빔 분할기(6)를 연결하는 광로가 제2 광로 R2이다. 제2 광로 R2는 제1 광로 R1에 대하여 병렬로 배치된다. 위상 변조기(8)는 제2 광로 R2에 배치되어 있다. 그 밖의 구성은 도 7과 동일하다.

다음으로, 동작에 대하여 도 2, 도 3, 도 4를 이용하여 설명한다.

도 2는 양자 암호 송신 장치(100)의 동작 흐름도이다. 도 3은 광 펄스의 각부에서의 상태도이다. 도 4는 바이패스 광로(11)와 변조 광로(13)에서의 광 펄스의 시계열 통과 상황을 나타내는 도면이다. 도 3, 도 4에서, P, P1, P2는 펄스를 나타낸다. 또한, 각 펄스의 상부에 기재한 L4, L5, L6, L8의 화살표는 각각 감쇠기(4), 편광 빔 분할기(5, 6), 위상 변조기(8)에 의한 광 강도의 손실이 있는 것을 나타내고 있다.

(1) 왕로 공정 S20

우선, 도 1의 양자 암호 송신 장치(100)에는 통신용 광 파이버(10)를 통해, 2개의 다른 편광 모드를 가진 광 펄스 P1, P2가 타이밍을 변이시켜 입력된다(S1). 통신용 광 파이버(10)를 통하여 입력된 광 펄스 P1, P2는 각각 커플러(1)에 의해 2개로 분할되고, 커플러(1)로 분할된 한쪽의 광 펄스 P1, P2는 광 검출기(2)에 의해 검지된다. 광 검출기(2)의 광 펄스 검출 타이밍에 따라, 위상 변조기(8)는 광 펄스 P1, P2 중 광 펄스 P2에만 변조를 걸게 된다. 커플러(1)로 분할된 다른 한쪽의 광 펄스 P1, P2는 위상 변조기(8)가 최적으로 작용하도록 편광 컨트롤러(3)에 의해 편광면을 조정한다(S2). 이 때, 타이밍을 변이시켜 양자 암호 송신 장치(100)에 입력된 2개의 광 펄스 P1, P2 중 1번째의 광 펄스 P1은 TE 편파의 편광 모드가 되도록 조정된다. 따라서, 2번째의 광 펄스는 TM 편파의 편광 모드가 된다. 다음으 로, 감쇠기(4)에 의해 광 펄스의 강도가 약하게 된다(S3). 편광 컨트롤러(3)를 통과하여 패러데이 미러(7)를 향하는 광 펄스는 편광 빔 분할기(5)에 의해, 그 편광 모드가 TE 편파의 광 펄스 P1은 위상 변조기(8)를 통과하는 변조 광로(13)에, TM 편파의 광 펄스 P2는 직접 편광 빔 분할기(6)를 향하는 바이패스 광로(11)에 선택된다(S4). 다른 광로를 통과한 2개의 광 펄스 P1, P2는 어느 것이나 편광 빔 분할기(6)로 합류되어 패러데이 미러(7)에 입력된다(S5). 패러데이 미러(7)에 입력된 광 펄스는 그 편광 모드가 TE 편파의 광 펄스는 TM 편파의 광 펄스 P1로서 반사되고, TM 편파의 광 펄스는 TE 편파의 광 펄스 P2로서 반사된다(S6).

(2) 귀로 공정 S30

반사된 광 펄스 P1, P2는 편광 빔 분할기(6)로 그 편광 모드에 따라 TE 편파의 광 펄스 P2는 위상 변조기(8)를 통과하는 변조 광로(13)에, TM 편파의 광 펄스 P1은 직접 편광 빔 분할기(5)를 향하는 바이패스 광로(11)에 선택된다(S7). 위상 변조기(8)는 패러데이 미러(7)로 반사되어 위상 변조기(8)를 통과하는 광 펄스 P2에만 위상 변조를 걸도록 제어판(9)에 의해 타이밍이 조정되어 있다(S8). 위상 변조를 받지 않은 광 펄스 P1과 위상 변조를 받은 광 펄스 P2는 통신용 광 파이버(10)를 향하여, 입사된 광로를 역행하도록 송신된다. 패러데이 미러(7)를 반사한 후, 이와 같이 다른 광로를 통과한 2개의 광 펄스 P1, P2는 편광 빔 분할기(5)로 합류되어 감쇠기(4)를 향한다(S9). 감쇠기(4)는 위상 변조기(8)로 위상 변조를 받은 광 펄스의 강도가 양자 레벨(펄스당 광자 0.1개)로 될 때까지 광 펄스의 강도를 감쇠시킨다(S10). 이 후, 광 펄스는 편광 컨트롤러(3), 커플러(1) 의 순서대로 통과하여 통신용 광 파이버(10)에 송신된다(S11).

도 4에 도시한 바와 같이 제1 광로 R1의 일부분인 바이패스 광로(11)를 통과하는 광 펄스는 TM 편파의 광 펄스만이다. 한편, 제2 광로 R2의 변조 광로(13)를 통과하는 광 펄스는 TE 편파의 광 펄스만이다. 이들 광 펄스가 통과하는 순서는 도 4의 화살표 A1, A2, A3의 순서이다. 또한, 화살표 A4, A5, A6의 순이다.

여기서, 광 강도의 손실에 대하여 설명한다.

예를 들면, 통신용 광 파이버(10)로부터 입력한 광 펄스의 강도를 S로 하고, 편광 빔 분할기(5)에 의한 광 펄스의 강도의 손실을 L5로 하고, 편광 빔 분할기(6)에 의한 광 펄스의 강도의 손실을 L6으로 하고, 위상 변조기(8)에 의한 광 펄스의 강도의 손실을 L8로 하고, 그 밖의 손실을 LZ로 하여, 다음과 같은 값을 취하는 것으로 한다.

또, 그 밖의 손실 LZ에는, 도 4의 감쇠기(4)에 의한 광 펄스의 강도의 손실 L4 등이 포함된다. 또한, 도 4에서는 광 펄스 P1, P2가 각부를 통과할 때에 받는 손실을 L의 화살표로 나타내고 있다.

S=50㏈

L5=5㏈

L6=5㏈

L8=6㏈

LZ=2㏈

전체의 광 강도의 손실을 L로 하면, L은 이하의 식으로 구할 수 있다.

L=(L5+L6)+LZ+(L6+L8+L5)+LZ

=5+5+2+5+6+5+2

=30㏈

상술한 바와 같이, 송신 장치에 입사하는 광 펄스는 위상 변조기(8)에 대한 TE 편파와 TM 편파의 2개의 광 펄스가 있다. 이 광 펄스는 패러데이 미러(7)로 TE 편파는 TM 편파로, TM 편파는 TE 편파로 편광면이 회전되어 반사되어 송신 장치로부터 출력된다. 종래는, 위상 변조기(8)에는 1개의 광 펄스로 TE 편파와 TM 편파의 2개의 상태로 통과한다. 그러나, 위상 변조기(8)는 TM 편파에 관하여 투과율이 낮고, 종래의 구성에서는 입사 펄스는, 예를 들면 40㏈ 저하되어 출력되게 된다.

그러나, 본 실시 형태에서는 2개의 편광 빔 분할기(5, 6)를 이용하여, TM 편파의 광 펄스는 위상 변조기(8)를 바이패스한다. TE 편파의 광 펄스만을 위상 변조기(8)에 통과시킨다. 이렇게 해서, 입사 펄스의 저감은 30㏈로 억제되고, S/N비로 환산하여 10㏈의 향상이 도모된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는 2개의 편광 빔 분할기(5, 6)를 이용하여 양자 암호 송신 장치 내 광로를 왕로와 귀로를 각각 설치하고, 어느 한쪽의 광로 상에 위상 변조기(8)를 설치하는 것을 특징으로 하는 패러데이 미러 방식 양자 암호 송신 장치를 설명하였다.

본 실시 형태에서는 양자 암호 송신 장치를 통과하는 광 펄스는 2개의 편광 빔 분할기(5, 6)에 의해 왕로와 귀로가 각각이 되어, 위상 변조기(8)를 1회밖에 통과하지 않고, 또한 TE 편파의 편광 모드로밖에 통과하지 않기 때문에, 입사 펄스의 양자 암호 송신 장치(100)에 의한 손실이 감쇠기(4)를 떼어내었을 때 30㏈로 되고, 종래 기술의 양자 암호 송신 장치(100)의 손실에 비하여 10㏈의 향상이 실현되고 있다. 따라서, 조정 시에는 S/N비로 환산하여 10㏈의 향상이 도모되고, 보다 용이하게 양자 암호 장치의 조정을 실현할 수 있다.

〈제2 실시 형태〉

도 1에서는 TE 편파를 반사하여, TM 편파를 통과하는 편광 빔 분할기(5, 6)를 이용하고 있었지만, 도 5에 도시한 바와 같이 TE 편파를 통과시키고, TM 편파를 반사하는 편광 빔 분할기(5a)와 TE 편파를 통과하는 편광 빔 분할기(6a)를 이용해도 된다.

또한, 도 6에 도시한 바와 같이 TM 편파를 통과하는 편광 빔 분할기(5)와 TE 편파를 통과하는 편광 빔 분할기(6a)를 이용해도 된다. 또는 도시하지 않지만, TE 편파를 통과하는 편광 빔 분할기(5a)와 TM 편파를 통과하는 편광 빔 분할기(6)를 이용해도 된다.

또한, 도 1에서는 패러데이 미러(7)를 이용하고 있었지만, 패러데이 미러(7)와 마찬가지의 기능을 갖는 것이면 패러데이 미러(7) 이외를 이용해도 된다.

〈제3 실시 형태〉

도 9는 패러데이 미러(7)를 이용하지 않는 구성을 도시하는 도면이다.

도 9에서, 송신 장치는 송수신 광로 R3과 루프 광로 R4를 구비하고 있다.

송수신 광로 R3에는 편광 컨트롤러(3)와 감쇠기(4)와 편광 빔 분할기(5)가 설치되어 있다. 편광 빔 분할기(5)는 A, B, C의 3개의 포트를 갖고 있다. A 포트 는 송수신 광로 R3을 접속한다. B 포트는 루프 광로 R4의 일단을 접속한다. C 포트는 루프 광로 R4의 타단을 접속한다. 이와 같이 구성함으로써, B 포트로부터 출력된 광 신호는 C 포트에 입력된다. 또한, C 포트로부터 출력된 광 신호는 B 포트에 입력된다.

이와 같이 루프 광로 R4를 이용하여 광 신호를 B 포트와 C 포트 사이에서 루프시키는 것을, 이하 환류라고 한다.

루프 광로 R4에는 위상 변조기(8)와 패스트ㆍ슬로우 커플러(70)가 설치되어 있다. 패스트ㆍ슬로우 커플러(70)는 광 파이버의 편파축의 패스트 축과 슬로우 축을 접속함으로써 TM 편파를 TE 편파로 변경함과 함께, TE 편파를 TM 편파로 변경하는 것이다. 패스트ㆍ슬로우 커플러(70)는 편광 모드 변경기의 일례이다.

편광 빔 분할기(5)를 이용하여 TM 편파의 광 펄스와 TE 편파의 광 펄스를 분리하여, TE 편파의 광 펄스는 직접 위상 변조기(8)에 통과시킨다. TM 편파의 광 펄스는 패스트ㆍ슬로우 커플러(70)를 통하여 위상 변조기(8)의 다른 한쪽의 입구에 통과시킨다.

도 10은 도 9에 도시한 양자 암호 송신 장치(100)의 동작 흐름도이다.

(1) 왕로 공정 S40

도 10에 도시하는 왕로 공정 S40의 S1∼S4의 동작은, 도 2에 도시한 S1∼S4의 동작과 동일하다.

(2) 환류 공정 S50

편광 빔 분할기(5)에 의해 분리된 TE 편파의 광 펄스는 위상 변조기(8)에 입 력되고, 위상 변조를 받는다(S8). 다음으로, 위상 변조를 받은 TE 편파의 광 펄스는 패스트ㆍ슬로우 커플러(70)에 입력되고, 편광 모드가 변경되고(S12), TM 편파의 광 펄스로서 출력된다.

한편, 편광 빔 분할기(5)로 분리된 TM 편파의 광 펄스는 패스트ㆍ슬로우 커플러(70)에 입력되고, TM 편파로부터 TE 편파로 변경되어(S12), 출력된다. 패스트ㆍ슬로우 커플러(70)로부터 출력된 TE 편파의 광 펄스는 위상 변조기(8)에 입력되지만, 위상 변조는 행해지지 않고, 그대로 편광 빔 분할기(5)로 출력된다.

(3) 귀로 공정 S60

도 10의 귀로 공정 S60의 S9∼S11의 동작은, 도 2에 도시한 S9∼S11의 동작과 동일하다.

상술한 왕로 공정 S40과 귀로 공정 S60은 송수신 광로 R3에서 행해지는 동작이다. 또한, 상술한 환류 공정 S50은 루프 광로 R4에서 행해지는 동작이다.

도 9에 도시하는 구성을 이용한 경우라도, B 포트로부터 출력된 TE 편파의 광 펄스는 위상 변조기(8)를 한번만 통과하여 C 포트에 반송된다. 따라서, 광 강도의 손실은 최소한으로 억제되고, 상술한 실시 형태와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.

또, 상술한 패스트ㆍ슬로우 커플러(70)는 편광 모드 변경기의 일례이고, TM 편파와 TE 편파 사이에서의 변경이 가능한 것이면, 다른 기기를 이용해도 된다. 예를 들면, λ/2판(λ은 파장)을 이용해도 된다. 또는, 광 통신 케이블을 90도 틀어도 된다. 또는, 광 통신 케이블을 90도 직교시켜 접속해도 된다.

이상과 같이, 본 발명의 바람직한 실시 형태의 패러데이 미러 양자 암호 방식송신 장치에 따르면, 장치 내 광로는 왕로와 귀로로 각각 되어 있으며, 통과하는 광 펄스는 위상 변조기(8)를 한번만 통과하면 되므로, 강도 손실을 저감시킬 수 있고, 양자 암호 송신 장치 조정 시의 S/N비를 높일 수 있어 조정이 용이하게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 루프 광로를 이용하도록 하였기 때문에, 패러데이 미러를 이용하지 않고, 장치의 구성이 간단하게 되는 효과가 있다.

Claims

광 신호를 수신하고, 수신한 광 신호의 왕로와 귀로가 되며, 또한 왕로의 광 신호를 송신하고, 송신한 왕로의 광 신호의 반사 신호인 귀로의 광 신호를 송신하는 제1 광로;

상기 제1 광로에 설치되고, 제1 광로로부터 광 신호를 분리하는 제1 및 제2 편광 빔 분할기;

상기 제1 및 제2 편광 빔 분할기 사이에 설치되고, 상기 제1 및 제2 편광 빔 분할기에 의해 분리된 광 신호의 광로가 되는 제2 광로;

상기 제2 광로에 설치되고, 광 신호의 위상을 변조하는 위상 변조기; 및

상기 제1 광로의 단부에 광 신호의 편광 모드를 변경하고, 또한 광 신호를 반사하는 미러

를 포함하며,

상기 제1 광로는 TE 편파의 광 펄스와 TM 편파의 광 펄스를 갖는 광 신호를 수신하고,

상기 제1 및 제2 편광 빔 분할기는 TE 편파의 광 펄스를 분리하며,

상기 위상 변조기는 TE 편파의 광 펄스의 위상을 변조하고,

상기 제1 광로는 광 신호의 왕로와 귀로로서 이용되고,

상기 제2 광로는 상기 제1 및 제2 편광 빔 분할기에 의해 분리된 광 신호의 왕로와 귀로로서 이용되며,

상기 제1 편광 빔 분할기는, 입력된 TE 편파의 광 펄스와 TM 편파의 광 펄스로부터 TE 편파의 광 펄스를 분리하여 제2 광로에 출력하고, TM 편파의 광 펄스를 제1 광로에 출력함으로써 제1 광로와 제2 광로를 광 신호의 왕로로서 이용하고,

상기 미러는 TE 편파의 광 펄스를 TM 편파의 광 펄스로 편광하여 반사하고, TM 편파의 광 펄스를 TE 편파의 광 펄스로 편광하여 반사하며,

상기 제2 편광 빔 분할기는, 상기 미러에 의해 반사된 TE 편파의 광 펄스와 TM 편파의 광 펄스로부터 TE 편파의 광 펄스를 분리하여 제2 광로에 출력하고, TM 편파의 광 펄스를 제1 광로에 출력함으로써 제1 광로와 제2 광로를 광 신호의 귀로로서 이용하는 것을 특징으로 하는 광 신호 송신 장치.
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제1 광로를 흐르며, TE 편파와 TM 편파를 갖는 광 신호로부터 TE 편파를 제2 광로로 분리하는 분리 공정;

상기 분리 공정에 의해 상기 제2 광로로 분리된 상기 TE 편파에 대하여 위상을 변조하는 위상 변조 공정;

상기 위상 변조 공정에 의해 위상이 변조된 TE 편파를 제1 광로에 합류시키는 합류 공정; 및

광 신호를 반사시켜 광로를 왕복시키는 왕로 공정과 귀로 공정

을 포함하며,

상기 위상 변조 공정은 상기 귀로 공정에서 실행되는 것을 특징으로 하는 광 신호 송신 방법.
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광 신호를 수신하고, 광 신호의 광로로 되며, 또한 광 신호를 송신하는 송수신 광로;

상기 송수신 광로의 단부에 설치되고, 상기 송수신 광로로부터의 광 신호를 분리하는 편광 빔 분할기;

양단이 상기 편광 빔 분할기에 접속되고, 상기 편광 빔 분할기에 의해 분리된 광 신호를 상기 편광 빔 분할기에 환류시키는 광로가 되는 루프 광로;

상기 루프 광로에 설치되고, 광 신호의 위상을 변조하는 위상 변조기; 및

상기 루프 광로에 설치되고, 광 신호의 편광 모드를 변경하는 편광 모드 변경기

를 포함하며,

상기 송수신 광로는 TE 편파의 광 펄스와 TM 편파의 광 펄스를 갖는 광 신호를 수신하고,

상기 편광 빔 분할기는 TE 편파의 광 펄스와 TM 편파의 광 펄스를 분리하며,

상기 위상 변조기는 TE 편파만의 광 펄스의 위상을 변조하는 것을 특징으로 하는 광 신호 송신 장치.
제6항에 있어서,

상기 편광 모드 변경기는 광 파이버의 편파축의 패스트 축과 슬로우 축을 접속함으로써 편광 모드를 변경하는 패스트ㆍ슬로우 커플러를 구비하고,

상기 송수신 광로는 광 신호의 왕로와 귀로로서 이용되며,

상기 루프 광로는 상기 편광 빔 분할기에 의해 분리된 광 신호의 왕로와 귀로로서 이용되는 것을 특징으로 하는 광 신호 송신 장치.
삭제
송수신 광로를 흐르며, TE 편파와 TM 편파를 갖는 광 신호로부터 TE 편파와 TM 편파를 분리하여 루프 광로의 일단과 타단으로 출력하는 분리 공정;

상기 분리 공정에 의해 분리된 TE 편파만에 대해서 루프 광로에서 위상을 변조하는 위상 변조 공정;

상기 루프 광로의 타단과 일단으로부터 출력되는 광 신호를 합류시키는 합류 공정;

상기 루프 광로의 광 신호의 편광 모드를 변경하는 편광 모드 변경 공정; 및

상기 송수신 광로에서 광 신호를 왕복시키는 왕로 공정과 귀로 공정, 및 상기 루프 광로에서 광 신호를 환류시키는 환류 공정

을 포함하며,

상기 위상 변조 공정은 상기 환류 공정에서 실행되는 것을 특징으로 하는 광 신호 송신 방법.
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