KR100569769B1 - 위상 변조 장치 및 위상 변조 방법 - Google Patents

위상 변조 장치 및 위상 변조 방법 Download PDF

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Abstract

위상 변조기에 전압을 인가할 때, 인가하고자 하는 전압이 되기까지의 상승 기간, 0V로까지 되돌아가는 하강 기간이 고속 작동 시에는 무시할 수 없다. 제1 위상 변조기(71) 및 제2 위상 변조기(73)를 2개 병렬로 배치하고, 제어부(51)의 전환부(55)에 의해 제1 광 스위치(33) 및 제2 광 스위치(35)에 의해 광로를 전환한다. 제어부(51)의 전환부(55)는 위상 변조 데이터 메모리(53)에 기억된 위상 변조 데이터(31)를 제1 전압 발생부(57) 또는 제2 전압 발생부(59)에 공급하여 위상 변조에 필요한 전압을 발생시킨다.
위상 변조기, 위상 변조 데이터, 광로, 광 신호, 전압 발생부

Description

위상 변조 장치 및 위상 변조 방법{PHASE MODULATOR AND PHASE MODULATING METHOD}
본 발명은, 광 신호를 고속으로 위상 변조하는 위상 변조 장치 및 방법에 관한 것이다. 예를 들면, 위상 변조 방식 양자 암호에서의 고속 변조 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 14, 도 15는, 예를 들면, 문헌: 우찌야마 저서「양자 역학의 기초와 양자 암호」수리 과학 No.402, DECEMBER 1996에 기재된 종래의 위상 변조 방식 양자 암호에서의 위상 변조를 행하는 방법이다.
위상 변조 방식 암호에서는, 통상적으로, 도 14와 같은 구성으로 위상 변조기(PM)를 배치한다. 송신 장치 및 수신 장치에서, 각각 1개의 위상 변조기(PMA, PMB)를 배치하고, 위상 변조(0, π/2, π, 3π/2)에 대응하는 인가 전압을 위상 변조기에 건다.
위상 변조 방식 양자 암호는, 광 파이버 등을 사용한 광학계에서, 2종류의 동일한 길이의 광로를 통과하여 온 위상이 다른 광자의 간섭을 이용하여 물리적으로 계를 구성하고 있다. 통상의 위상 변조 방식 양자 암호에서의 변조는, 송신 장치 및 수신 장치와의 2자 사이에서 각각 1개 위상 변조기를 배치하고, 원하는 위상 변조를 걸어 동작시킨다.
위상 변조 방식 양자 암호에서의 종래의 위상의 변조의 방법을, 하나의 예를 들어 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
예를 들면, 광 파이버를 사용한 접합점에서 커플러를 사용한 B92 프로토콜의 1개의 실현 예를 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다.
레이저로부터 임의의 반복 주파수로 광자가 발진되고, 그것이 광 신호로 되어, 광 파이버 등을 통과하여 커플러 1로 간다. 이후로는, 양자 암호에서 중요한 2개의 광로만 설명한다.
첫째는, 커플러 1에서 도 14의 윗쪽을 행해 가고, 위상 변조기 PMA를 통과하고 커플러 2를 통과하여, 다음에, 커플러 3에서 위상 변조기 PMB를 통과하지 않는 길을 통과하고 커플러 4를 통과하여 검출기로 가는 제1 광로이다.
둘째는, 커플러 2에서 위상 변조기 PMA를 통과하지 않는 길을 통과하고 커플러 2를 통과하여, 다음에, 커플러 3에서 도 14의 위쪽을 향해 가고, 위상 변조기 PMB를 통과하고 커플러 4를 통과하여 검출기로 가는 제2 광로이다.
제1 광로 및 제2 광로는 동일한 길이이다.
이 동일한 길이의 광로에서, 위상이, 1개는 위상 변조기 PM에 걸려진 위상 Φa, 또 하나는 위상 변조기 PMB에 걸려진 위상 Φb로 하면, 그 차 Φa-Φb의 값에 따라서 광의 간섭이 일어난다. 위상 변조 방식 양자 암호는, 이 간섭을 이용하고 있다. 이와 같이, 종래의 위상을 변조시키는 방법은, 단순하게 위상 변조기를 송신 장치 및 수신 장치에 각각 1개 배치하고, 원하는 위상 변조를 행하고 있었다.
예를 들면, 0, π/2, π, 3π/2의 위상 변조를 행하기 위해서는, 0V, 4V, 8V, 12V의 전압을 위상 변조기에 인가한다. 도 15에 도시한 바와 같이, 전압을 인가하기 위해서는, 전압의 상승 기간 LP와 하강 기간 TP가 반드시 존재한다. 또한, 1개의 위상 변조기로 연속하여 다른 랜덤한 위상을 순차적으로 변조하는 경우에는, 블랭크 기간 BP(BP>0)를 설정하지 않으면 안된다.
종래의 위상 변조의 방식에서는, 변조시키기 위해서, 위상 변조기에 전압을 다른 값으로 고속으로 인가할 필요가 있지만, 전압의 상승 기간 LP, 하강 기간 TP가 고속화에 장해가 된다. 예를 들면, 펄스 레이저를 사용하여, 광자를 임의의 반복 주파수로 발진하고, 이 타이밍과 동기하여 위상 변조도 실시할 필요가 있으므로, 이것을 행하기 위해 변조량에 대응한 몇 종류의 전압을 상기 타이밍에 동기하여 인가할 필요가 있다. 양자 암호에서의 비트 레이트는, 펄스 레이저의 주파수에 비례하기 때문에, 고속화를 행하기 위해서는 위상 변조기에 전압을 고속으로 전환하여 인가할 필요가 있다. 그 때문에, 전압의 상승 기간 LP, 하강 기간 TP가 크면, 일반적으로는 이전 값과는 다른 다음 전압이 걸리기까지의 시간은 길어지게 된다. 이것을 무시하여(예를 들면, 펄스 레이저의) 반복 주파수를 올리면, 블랭크 기간 BP가 얻어지지 않게 되고(BP≤0), 다음 타이밍의 전압의 상승과 이전 타이밍의 전압의 하강이 중첩되어, 정상적으로 기능하지 않게 된다. 이 때문에, 고속화에 장해가 된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 위상 변조의 고속 처리를 목적으로 하고 있다. 예를 들면, 위상 간섭 방식 양자 암호에서의 비트 레이트의 향상, 즉, 고속 동작화를 목적으로 한 다.
〈발명의 개시〉
본 발명에 따른 위상 변조 장치는, 광로를 흐르는 광 신호에 위상 변조를 하는 N개(N은 2 이상의 정수)의 위상 변조기와, 상기 N개의 위상 변조기를 병렬로 배치하여, N개의 위상 변조기 중 어느 하나를 선택적으로 광로에 접속하는 제1 광 스위치 및 제2 광 스위치와, 상기 제1 광 스위치 및 제2 광 스위치에 대하여 전환 신호를 출력하여 N개의 위상 변조기 중 어느 하나를 광로에 접속시키는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 위상 변조 데이터를 기억하는 위상 변조 데이터 메모리와, N개의 위상 변조기에 대하여 위상 변조에 대응하는 전압을 각각 발생하는 N개의 전압 발생부와, 위상 변조 데이터 메모리에 기억된 위상 변조 데이터를 순차적으로 읽어들여 읽어들인 위상 변조 데이터를, 상기 제1 광 스위치 및 제2 광 스위치에 의해 광로에 접속되는 위상 변조기에 대하여 전압을 발생시키는 전압 발생부에 순차적으로 공급하는 전환부를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, N개의 값을 취하는 위상 변조 데이터를 기억하는 위상 변조 데이터 메모리와, N개의 위상 변조기에 대하여, 위상 변조 데이터의 N개의 값에 대응한 N개의 일정한 전압을 각각 발생시켜 각 위상 변조기에 대하여 일정한 전압을 공급하는 전압 발생부와, 위상 변조 데이터 메모리에 기억된 위상 변조 데이터를 읽어들여 읽어들인 위상 변조 데이터의 값에 대응한 전압이 공급되어 있는 위상 변조기를 선택하는 전환 신호를 상기 제1 광 스위치 및 제2 광 스위치에 대하여 출력 하는 전환부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 위상 변조 장치는, 광로에 대하여 직렬로 접속된 N개(N은 2 이상의 정수)의 위상 변조기와, 상기 N개의 위상 변조기에 인가하는 전압의 합이 광 신호에 하는 위상 변조에 대응하는 전압과 같게 되도록, N개의 위상 변조기에 대하여 N개의 전압을 발생시키고, 발생시킨 N개의 전압을 N개의 위상 변조기에 각각 공급하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 위상 변조 데이터를 기억하는 위상 변조 데이터 메모리와, 위상 변조 데이터 메모리에 기억된 위상 변조 데이터에 대응하는 전압 V를 N등분한 균등 전압(V/N)을 발생시키고, 발생시킨 N개의 균등 전압(V/N)을 N개의 위상 변조기에 각각 공급하는 전압 발생부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 위상 변조 방법은, 제1 광 신호 및 제2 광 신호를 순차적으로 위상 변조하는 위상 변조 방법으로서, 제1 광 신호를 제1 위상 변조기에 의해 위상 변조하는 제1 변조 공정과, 상기 제1 변조 공정을 종료하기 전에, 제2 광 신호를 제2 위상 변조기에 의해 위상 변조하는 제2 변조 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 위상 변조 방법은, 광 신호를 소정량만큼 위상 변조하는 위상 변조 방법으로서, 광 신호를 제1 위상 변조기에 의해 위상 변조하는 제1 변조 공정과, 제1 변조 공정에 의해 위상 변조된 광 신호를 제2 위상 변조기에 의해 더 위상 변조하는 제2 변조 공정을 포함하며, 상기 제1 변조 공정과 제2 변조 공정과의 양방을 실행함으로써 광 신호에 상기 소정량의 위상 변조를 하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 제1 실시 형태의 위상 변조 장치를 도시한 도면.
도 2는 제1 실시 형태의 위상 변조기의 동작 설명도.
도 3은 제1 실시 형태의 전환부의 동작 흐름도.
도 4는 제2 실시 형태의 위상 변조 장치를 도시한 도면.
도 5는 제2 실시 형태의 위상 변조기의 동작 설명도.
도 6은 제2 실시 형태의 전환부의 동작 흐름도.
도 7은 제3 실시 형태의 위상 변조 장치를 도시한 도면.
도 8은 제3 실시 형태의 위상 변조기의 동작 설명도.
도 9는 인가 전압의 파형도.
도 10은 제3 실시 형태의 전압 발생부의 동작 흐름도.
도 11은 위상 변조기의 다른 배치 구성도.
도 12는 위상 변조기의 다른 배치 구성도.
도 13은 위상 변조기의 다른 배치 구성도.
도 14는 종래의 위상 변조기의 배치도.
도 15는 종래의 위상 변조기의 동작 설명도.
〈발명을 실시하기 위한 최량의 형태〉
[제1 실시 형태]
제1 실시 형태에서는, 위상 변조 방식을 사용한 양자 암호 방식에서, 복수 병렬로 위상 변조기를 배치하고, 광 스위치에 의해 고속 전환하는 것을 특징으로 하는 위상 변조 방식 양자 암호의 고속 변조 방식을 설명한다.
도 1은 위상 변조 방식의 양자 암호에서의 고속 변조 시스템을 도시한 도면이다.
이러한 변조 시스템은, 송신 장치(100), 전송로(200) 및 수신 장치(300)로 구성되어 있다. 송신 장치(100)에서, 레이저(91)는 광 신호를 반복 주파수 C로 발진하고, 광 신호를 연속하여 발생시키는 것이다. 커플러 1(94), 커플러 2(95)는 광 신호를 분리하고, 합류시키는 것이다. 제1 위상 변조기(71) 및 제2 위상 변조기(73)는 광 신호에 위상 변조를 실시하는 것이다. 제1 광 스위치(33) 및 제2 광 스위치(35)는 제1 위상 변조기(71) 및 제2 위상 변조기(73)를 전환하는 것이다. 또한, 레이저(91)로부터 동기 출력 신호(93)가 전환부(55)에 출력된다.
제어부(51)는 위상 변조를 제어하는 것이다. 제어부(51)는 위상 변조 데이터 메모리(53), 전환부(55), 제1 전압 발생부(57) 및 제2 전압 발생부(59)를 갖고 있다. 위상 변조 데이터 메모리(53)는 위상 변조 데이터(31)를 입력하고, 기억해 둔다. 전환부(55)는, 레이저(91)로부터 동기 출력 신호(93)가 출력된 경우에, 제1 광 스위치(33) 및 제2 광 스위치(35)를 교대로 전환하고, 제1 위상 변조기(71) 및 제2 위상 변조기(73)를 교대로 사용하도록 전환하는 것이다. 또한, 전환부(55)는, 위상 변조 데이터 메모리(53)에 기억된 위상 변조 데이터(31)의 값에 기초하여, 제1 위상 변조기(71) 및 제2 위상 변조기(73)에 대하여 위상 변조를 위한 전압을 발생하도록 제1 전압 발생부(57) 및 제2 전압 발생부(59)에 지시한다. 제1 전압 발생부(57)는 제1 위상 변조기(71)에 대하여 위상 전압을 발생시킨다. 또한, 제2 전압 발생부(59)는 제2 위상 변조기(73)에 대하여 위상 변조 전압을 발생시킨다.
전송로(200)는 광 파이버 등의 전송로이다.
수신 장치(300)는 송신 장치(100)와 동일한 구성을 갖고 있다. 수신 장치(300)가 송신 장치(100)와 다른 점은, 송신 장치(100)와 같이 레이저(91)를 갖고 있지 않고, 검출기(98)를 갖고 있는 점이다. 검출기(98)는 광의 간섭을 검출하는 것이다.
도 2는 제1 위상 변조기(71), 제2 위상 변조기(73) 및 제1 위상 변조기(81) , 제2 위상 변조기(83)의 동작을 도시한 도면이다.
도 2의 (a)는 제1 광 신호에 대하여 인가된 전압을 도시하고, 도 2의 (b)는 제2 광 신호에 대하여 인가된 전압을 도시하고 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 위상 변조기(71) 및 제2 위상 변조기(73)의 동작 시간은 기간 OP만큼 중첩되어 있다. 즉, 제1 광 신호를 제1 위상 변조기(71)에 의해 위상 변조하는 제1 변조 공정을 종료하기 전에, 제2 광 신호를 제2 위상 변조기(73)에 의해 위상 변조하는 제2 변조 공정이 개시되고 있다. 이와 같이, 제1 변조 공정 및 제2 변조 공정이 오버랩한 기간 OP를 갖을 수 있는 것은, 제1 위상 변조기(71) 및 제2 위상 변조기(73)가 병렬로 접속되어 있기 때문이다.
도 3은 제어부(51)의 전환부(55)의 동작을 설명하는 흐름도이다.
전환부(55)는, 먼저, 단계 S11에서, 위상 변조 데이터 메모리(53)로부터 위상 변조 데이터(31)를 순차적으로 취득한다. 다음에, 단계 S12에서, 위상 변조 데 이터(31)가 없는 경우에는 위상 변조 처리를 종료한다. 다음에, 단계 S13에서, 제1 위상 변조기(71) 및 제2 위상 변조기(73) 중 어느 하나의 위상 변조기를 다음 광 신호의 위상 변조를 위해 이용할지를 결정한다. 이 경우에는, 제1 위상 변조기(71)와 제2 위상 변조기(73)를 교대로 이용한다. 그리고, 단계 S14에서, 제1 위상 변조기(71)를 이용하는 경우에는, 제1 전압 발생부(57)에 대하여 위상 변조 데이터(31)를 송신해 둔다. 제2 위상 변조기(73)를 이용하는 경우에는, 제2 전압 발생부(59)에 대하여 위상 변조 데이터(31)를 송신해 둔다. 다음에, 단계 S15에서, 레이저(91)로부터의 동기 출력 신호(93)를 대기한다. 레이저(91)로부터의 동기 출력 신호(93)가 온 경우에는, 전환부(55)는, 단계 S16에서, 제1 광 스위치(33) 및 제2 광 스위치(35)에 대하여 제1 위상 변조기(71)로의 또는 제2 위상 변조기(73)로의 전환을 행한다. 그리고, 단계 S17에서, 제1 광 스위치(33) 및 제2 광 스위치(35)에 의해 접속된 위상 변조기에 대하여 위상 변조용의 전압을 인가하는 전압 발생부에 대하여, 위상 변조 데이터(31)에 기초한 전압을 발생하도록 기동 신호를 보낸다. 이 결과, 제1 전압 발생부(57) 또는 제2 전압 발생부(59)는, 위상 변조 데이터(31)에 기초한 전압을 제1 위상 변조기(71) 또는 제2 위상 변조기(73)에 출력한다.
도 2에서는, 시각 T1에서, 제1 전압 발생부(57)의 기동이 행해지며, 또한, 시각 T2에서, 제2 전압 발생부(59)의 기동이 행해진 것을 도시하고 있다.
이상과 같이, 2개의 위상 변조기를 병렬로 접속하여 전환하여 이용함으로써, 최대로 2배의 속도로 위상 변조를 행할 수 있다. 또, N개의 위상 변조기를 병렬로 접속하여 전환하여 이용하는 경우에는, 최대 N배의 속도로 위상 변조를 행할 수 있다.
[제2 실시 형태]
도 4는 송신 장치(100)(또는 수신 장치(300))의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 4에서는 제1 위상 변조기(71), 제2 위상 변조기(73), 제3 위상 변조기(75) 및 제4 위상 변조기(77)의 4개의 위상 변조기를 병렬로 접속하고, 제1 광 스위치(33) 및 제2 광 스위치(35)로 전환하는 경우를 도시하고 있다. 전압 발생부(58)는 0, π/2, π, 3π/2 등의 4개의 양(量)의 위상 변조를 행하기 위해서, 0V, 4V, 8V, 12V를 항상 발생시키고 있다. 0V는 제1 위상 변조기(71)에 공급된다. 4V는 제2 위상 변조기(73)에 공급된다. 8V는 제3 위상 변조기(75)에 공급된다. 12V는 제4 위상 변조기(77)에 공급된다.
도 5는, 도 4에 도시한 제1 위상 변조기(71), 제2 위상 변조기(73), 제3 위상 변조기(75), 제4 위상 변조기(77)의 동작 설명도이다.
제1 위상 변조기(71)는 항상 0V의 위상 변조를 행한다. 제2 위상 변조기(73)는 항상 4V의 위상 변조를 행한다. 제3 위상 변조기(75)는 항상 8V의 위상 변조를 행한다. 제4 위상 변조기(77)는 항상 12V의 위상 변조를 행한다. 전환부(55)는 위상 변조 데이터 메모리(53)에 기억된 위상 변조 데이터(31)의 4개의 값(0, π/2, π, 3π/2)에 기초하여 제1 광 스위치(33) 및 제2 광 스위치(35)의 전환을 행한다. 예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같이, 위상 변조 데이터(31)가 3π/2인 경우에는, 전환부(55)는 제1 광 스위치(33) 및 제2 광 스위치(35)를 단계 S4로 전환한다. 이렇게 해서, 제1 광 신호는 12V의 전압으로 위상 변조된다. 다음에, 위상 변조 데이터(31)가 π일 때에는, 전환부(55)는 제1 광 스위치(33) 및 제2 광 스위치(35)를 단계 S3으로 전환한다. 이와 같이 하여, 제2 광 신호는 8V로 위상 변조된다.
도 6은 도 4에 도시한 제어부(51)의 전환부(55)의 동작 흐름도이다.
먼저, 단계 S21에서, 전환부(55)는 위상 변조 데이터 메모리(53)에 기억된 위상 변조 데이터(31)를 순차적으로 취득한다. 다음에, 단계 S22에서, 위상 변조 데이터(31)가 없는 경우에는 위상 변조 처리를 종료한다. 위상 변조 데이터(31)가 존재하는 경우에는, 단계 S23에서, 레이저(91)로부터의 동기 출력 신호(93)를 대기한다. 레이저(91)로부터의 동기 출력 신호(93)가 온 경우에는, 단계 S24에서, 위상 변조 데이터(31)의 값에 의해 제1 광 스위치(33) 및 제2 광 스위치(35)의 전환을 지시한다.
이 실시 형태에서는, 4개의 위상 변조기의 각각이 항상 임의의 1개의 위상 변조(0 또는 π/2 또는 π 또는 3π/2)를 행하도록 하고, 제1 광 스위치(33) 및 제2 광 스위치(35)에 의해 위상 변조기를 선택하고 있기 때문에, 전압의 상승 하강 기간을 전혀 고려하지 않고, 고속의 위상 변조를 행할 수 있다.
이 실시 형태에서, 제1 광 스위치(33) 및 제2 광 스위치(35)의 스위칭 시간이 레이저(91)로부터 발생하는 광자의 반복 주파수 C보다도 빠른 주파수 S로 전환할 수 있으면 되어, 매우 고속인 위상 변조를 행할 수 있다.
[제3 실시 형태]
이 제3 실시 형태에서, 위상 변조 방식을 사용한 양자 암호 방식에서, 복수 직렬로 위상 변조기를 배치하고, 변조하고자 하는 위상을 분할하여 변조하는 것을 특징으로 하는 위상 변조 방식 양자 암호의 고속 변조 방식을 설명한다.
이 실시 형태에서는, 송신 장치(100)(또는 수신 장치(300))의 다른 예에 대하여 설명한다.
이 실시 형태에서는, 위상 변조기를 직렬로 접속한 경우를 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7에서, 제1 위상 변조기(71), 제2 위상 변조기(73), 제3 위상 변조기(75)및 제4 위상 변조기(77)는 직렬로 접속되어 있다. 전압 발생부(56)는, 이들 4개의 위상 변조기에 대하여 동일한 전압을 발생시켜 동시에 공급한다.
도 8은 4개의 위상 변조기의 인가 전압을 도시한 도면이다.
도 9는 π의 위상 변조를 행하는 경우의 전압 V(V=8V)을 도시한 도면이다.
8V의 전압을 발생시키기 위해, 상승 기간이 LP, 하강 기간이 TP만큼 필요한 것으로 하자. 위상 변조를 행하는 경우, 8V의 전압을 한번에 인가하여도 π의 위상 변조를 행할 수 있고, 2V의 인가 전압을 4회 인가하여도 π의 위상 변조를 행할 수 있다. 2V의 전압을 발생시키기 위한 상승 기간을 W로 하고, 하강 기간을 U로 하면, 상승 기간과 하강 기간은, 전압의 크기에 비례하고 있기 때문에, W=LP/4 및 U=TP/4로 된다. 따라서, 이 실시 형태에서는, 본래 위상 변조를 행하기 위해 필요한 전압을 분할하여 인가함으로써, 본래 인가하여야 할 전압을 발생시키기 위해 필요한 상승 기간 및 하강 기간을 단축하고자 한 것이다. 예를 들면, 도 7과 같이, 4개의 위상 변조기에, 본래 인가하여야 할 전압을 가하는 경우에는, 1/4의 전압을 4개의 위상 변조기에 각각 인가하면 된다. 따라서, 상승 기간 및 하강 기간은, 1/4로 충분하다.
도 8에서는, 2V의 전압을 4개의 위상 변조기에 동시에 인가하고 있다. 그 이유는, 제1 위상 변조기(71)로부터 제4 위상 변조기(77)까지의 배치 거리가 짧기 때문에, 제1 위상 변조기(71)로부터 제4 위상 변조기(77)를 통과하는 광 신호의 통과 시간을 거의 0으로 할 수 있기 때문이다. 만일, 제1 위상 변조기(71)로부터 제4 위상 변조기(77)로의 통과 시간이 무시할 수 없을 만큼 긴 경우에는, 각 위상 변조기에 인가되는 인가 전압의 타이밍을 조금씩 어긋나게 하면 된다.
도 10은 제어부(51)의 전압 발생부(56)의 동작 흐름도이다.
전압 발생부(56)는, 단계 S31에서, 위상 변조 데이터 메모리(53)로부터 위상 변조 데이터(31)를 취득한다. 다음에, 단계 S32에서, 위상 변조 데이터(31)가 없는 경우에는, 위상 변조 처리를 종료한다. 다음에, 단계 S33에서, 동기 출력 신호(93)의 입력을 대기한다. 그리고, 단계 S34에서, 전압 발생부(56)는, 위상 변조 데이터(31)가 나타내는 본래의 전압 V의 1/4의 전압(V/4)을 발생시켜 4개의 위상 변조기로 동시에 출력한다.
상술한 예에서는, 8V를 1/4로 하는 경우를 나타내었지만, 인가 전압이 4V일 때에는, 4개의 위상 변조기에 각각 1V를 인가하고, 인가 전압이 12V일 때에는, 4개의 위상 변조기에 각각 3V를 인가하면 된다.
이 실시 형태에 따르면, N개의 위상 변조기를 직렬로 접속함으로써, 상승 기 간 및 하강 기간을 각각 1/N로 단축할 수 있다.
이 실시 형태에서는, 광 신호를 제1 위상 변조기(71)에 의해 위상 변조하는 제1 변조 공정과, 이 제1 변조 공정에 의해 위상 변조된 광 신호에 대하여 제2 위상 변조기(73)에 의해 더 위상 변조하는 제2 변조 공정을 포함하며, 제3 변조 공정, 제4 변조 공정을 더 포함하고, 이들의 제1 내지 제4 변조 공정을 전부 직렬로 실행함으로써, 원하는 소정량의 위상 변조를 행하는 것이다. 이와 같이, 위상 변조기를 복수 직렬로 배치하고, 변조한 위상을 분할하여 인가함으로써, 전압의 상승 기간, 하강 기간이 줄어 들어, 고속 동작이 가능하게 된다.
도 11 내지 도 13은, 송신 장치(100) 및 수신 장치(300)의 위상 변조기의 접속 예이다.
도 11은 위상 변조기를 N개 직렬로 접속한 경우를 나타내고 있다.
도 12는 위상 변조기를 직렬로 접속하고, 일부 병렬로 한 경우를 도시하고 있다.
도 13은 위상 변조기를 병렬로 하고, 또한, 직렬로 접속한 경우를 도시하고 있다.
또한, 도시하지 않지만, 그 밖의 조합도 가능하다.
상술한 위상 변조 장치는, 위상 변조 방식 양자 암호에서의 고속 변조 장치에 이용할 수 있다. 또한, 양자 암호에 한하지 않고, 광 신호를 위상 변조하는 경우에 이용할 수 있다. 또한, 송신 장치 및 수신 장치 중 한쪽에만 상술한 구성을 이용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 위상 변조 방식을 사용한 양자 암호에서, 비트 레이트의 값을 향상시킨다, 즉, 고속 동작화를 도모하고자 하는 경우에, 위상 변조시키기 위해 인가하는 전압의 상승 기간, 하강 기간 등에 영향을 받지 않고, 또는 대폭 영향을 적게 할 수 있어, 고속화할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 위상 변조기를 병렬로 전환하여 접속하도록 하였기 때문에, 위상 변조 동작 중의 위상 변조기의 전압이 0V로 하강할 때까지 대기하지 않고, 다른 위상 변조기의 위상 변조 동작을 개시할 수가 있어, 고속의 위상 변조가 가능해진다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 위상 변조기에 항상 일정한 전압을 인가해 놓고, 스위치에 의해 광 신호를 전환하여 공급하도록 하였기 때문에, 상승 기간, 하강 기간을 0으로 한 고속의 위상 변조를 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 위상 변조기를 직렬로 배치하고, 분할하여 전압을 인가하도록 하였기 때문에, 상승 기간 및 하강 기간을 작게 할 수가 있어, 고속의 위상 변조를 행할 수 있다.

Claims (11)

  1. 광로를 흐르는 광자 신호에 순차 랜덤하게 위상 변조를 하는 N개(N은 2 이상의 정수)의 위상 변조기와,
    상기 N개의 위상 변조기를 병렬로 배치해서, N개의 위상 변조기를 전환하여 어느 하나의 위상 변조기를 선택적으로 광로에 접속하는 제1 광 스위치 및 제2 광 스위치와,
    상기 제1 광 스위치 및 제2 광 스위치에 대하여 광자 신호마다 전환 신호를 출력하여 N개의 위상 변조기를 전환하여 어느 하나의 위상 변조기를 광로에 접속시키는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    위상 변조 데이터를 기억하는 위상 변조 데이터 메모리와,
    N개의 위상 변조기에 대하여 위상 변조에 대응하는 전압을 각각 발생하는 N개의 전압 발생부와,
    위상 변조 데이터 메모리에 기억된 위상 변조 데이터를 순차적으로 읽어들여 읽어들인 위상 변조 데이터를, 상기 제1 광 스위치 및 제2 광 스위치에 의해 광로에 접속되는 위상 변조기에 대하여 전압을 발생시키는 전압 발생부에 순차적으로 공급하는 전환부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    N개의 값을 취하는 위상 변조 데이터를 기억하는 위상 변조 데이터 메모리와,
    N개의 위상 변조기에 대하여, 위상 변조 데이터의 N개의 값에 대응한 N개의 일정한 전압을 각각 발생시켜 각 위상 변조기에 대하여 일정한 전압을 공급하는 전압 발생부와,
    위상 변조 데이터 메모리에 기억된 위상 변조 데이터를 읽어들여 읽어들인 위상 변조 데이터의 값에 대응한 전압이 공급되고 있는 위상 변조기를 선택하는 전환 신호를 상기 제1 광 스위치 및 제2 광 스위치에 대하여 출력하는 전환부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변조 장치.
  4. 광자 신호에 대하여 순차 랜덤하게 위상 변조를 행하기 위해 광로에 대하여 직렬로 접속된 N개(N은 2 이상의 정수)의 위상 변조기와,
    상기 N개의 위상 변조기에 인가하는 전압의 합이 광자 신호에 행하는 위상 변조에 대응하는 전압과 동일하게 되도록, N개의 위상 변조기에 대하여 N개의 전압을 발생시키고, 발생시킨 N개의 전압을 N개의 위상 변조기에 각각 공급하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    위상 변조 데이터를 기억하는 위상 변조 데이터 메모리와,
    위상 변조 데이터 메모리에 기억된 위상 변조 데이터에 대응하는 전압 V를 N등분한 균등 전압(V/N)을 발생시키고, 발생시킨 N개의 균등 전압(V/N)을 N개의 위상 변조기에 각각 공급하는 전압 발생부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변조 장치.
  6. 제1 광자 신호 및 제2 광자 신호를 순차 랜덤하게 위상 변조하는 위상 변조 방법에 있어서,
    제1 광자 신호를 제1 위상 변조기에 의해 위상 변조하는 제1 변조 공정과,
    상기 제1 변조 공정이 종료하기 전에, 광자 신호가 통과하는 광로를 전환하여 제2 광자 신호를 제2 위상 변조기에 의해 위상 변조하는 제2 변조 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변조 방법.
  7. 광자 신호를 제1 위상 변조기 및 제2 위상 변조기에 의해 순차, 랜덤하게 소정량만큼 위상 변조하는 위상 변조 방법에 있어서,
    상기 소정량의 위상 변조에 대응하는 전압과 합이 같은 제1 전압 및 제2 전압으로서, 상기 소정량의 위상 변조에 대응하는 전압을 발생시키기 위한 상승 기간 및 하강 기간보다도 짧은 상승 기간과 하강 기간을 갖는 제1 전압과 제2 전압을 발생하는 전압 발생 공정과,
    상기 전압 발생 공정에 의해 발생한 제1 전압을 제1 위상 변조기에 공급함으로써 광자 신호를 제1 위상 변조기에 의해 위상 변조하는 제1 변조 공정과,
    상기 전압 발생 공정에 의해 발생한 제2 전압을 제2 위상 변조기에 공급함으로써 제1 변조 공정에 의해 위상 변조된 광자 신호를 제2 위상 변조기에 의해 더 위상 변조하는 제2 변조 공정
    을 포함하며,
    상기 제1 변조 공정과 제2 변조 공정의 양방을 실행함으로써 광자 신호에 상기 소정량의 위상 변조를 하는 것을 특징으로 하는 위상 변조 방법.
  8. 광로를 흐르는 광 신호에 위상 변조를 하는 N개(N은 2 이상의 정수)의 위상 변조기와,
    상기 N개의 위상 변조기를 병렬로 배치하여, N개의 위상 변조기를 전환하여 어느 하나의 위상 변조기를 선택적으로 광로에 접속하는 제1 광 스위치 및 제2 광 스위치와,
    상기 제1 광 스위치 및 제2 광 스위치에 대하여 전환 신호를 출력하여 N개의 위상 변조기를 전환하여 어느 하나의 위상 변조기를 광로에 접속시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자 암호에서의 위상 변조 장치.
  9. 광로에 대하여 직렬로 접속된 N개(N은 2 이상의 정수)의 위상 변조기와,
    상기 N개의 위상 변조기에 인가하는 전압의 합이 광 신호에 행하는 위상 변조에 대응하는 전압과 같게 되도록, N개의 위상 변조기에 대하여 N개의 전압을 발생시키고, 발생시킨 N개의 전압을 N개의 위상 변조기에 각각 공급하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자 암호에서의 위상 변조 장치.
  10. 제1 광 신호 및 제2 광 신호를 순차적으로 위상 변조하는 위상 변조 방법에 있어서,
    제1 광 신호를 제1 위상 변조기에 의해 위상 변조하는 제1 변조 공정과,
    상기 제1 변조 공정이 종료하기 전에, 광 신호가 통과하는 광로를 전환하여 제2 광 신호를 제2 위상 변조기에 의해 위상 변조하는 제2 변조 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자 암호에서의 위상 변조 방법.
  11. 광 신호를 제1 위상 변조기 및 제2 위상 변조기에 의해 소정량만큼 위상 변조하는 위상 변조 방법에 있어서,
    상기 소정량의 위상 변조에 대응하는 전압과 합이 같은 제1 전압 및 제2 전압으로서, 상기 소정량의 위상 변조에 대응하는 전압을 발생시키기 위한 상승 기간 및 하강 기간보다도 짧은 상승 기간과 하강 기간을 갖는 제1 전압 및 제2 전압을 발생하는 전압 발생 공정과,
    상기 전압 발생 공정에 의해 발생한 제1 전압을 제1 위상 변조기에 공급함으로써 광 신호를 제1 위상 변조기에 의해 위상 변조하는 제1 변조 공정과,
    상기 전압 발생 공정에 의해 발생한 제2 전압을 제2 위상 변조기에 공급함으로써 제1 변조 공정에 의해 위상 변조된 광자 신호를 제2 위상 변조기에 의해 더 위상 변조하는 제2 공정
    을 포함하며,
    상기 제1 변조 공정 및 제2 변조 공정의 양방을 실행함으로써 광 신호에 상기 소정량의 위상 변조를 하는 것을 특징으로 하는 양자 암호에서의 위상 변조 방법.
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