KR100950149B1 - Optical fiber amplifier and amplification method for the long haul quantum cryptography telecommunication - Google Patents

Optical fiber amplifier and amplification method for the long haul quantum cryptography telecommunication Download PDF

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Abstract

본 발명은 장거리 양자암호통신을 위한 광섬유 증폭장치 및 증폭방법을 개시한다.The present invention discloses an optical fiber amplification apparatus and an amplification method for long-distance quantum cryptography communication.

본 발명의 광섬유 증폭장치는 양자암호분배키로서 부호화된 선편광 광자를 송신하는 양자암호분배키 송신부, 인가되는 광신호의 편광을 조절하는 편광 조절부, 에르븀 첨가 편광유지 광섬유를 이용해 특정 편광상태로 인가되는 광신호를 편광유지시키면서 증폭하는 광섬유 증폭부, 광자의 편광상태를 상기 특정 편광상태와 일치시키기 위해 광신호의 편광상태를 조절시키는 편광선택 제어부, 및 수신된 광자의 편광상태와 편광선택 제어부에서 조절된 편광정도를 이용하여 수신된 광자 비트들과 상기 양자암호분배키 송신부에서 송신한 광자 비트들 중 동일한 비트값을 갖는 광자 수열을 찾아내는 양자암호분배키 수신부를 구비하며, 이러한 광섬유 증폭장치를 이용함으로써 광자의 광세기를 증폭시켜 양자암호화통신에서 광자의 전송거리를 증가시킬 수 있게 된다.The optical fiber amplifying apparatus of the present invention includes a quantum cryptographic key transmitting unit for transmitting linear coded photons transmitted as a quantum cryptographic distribution key, a polarization control unit for controlling the polarization of the applied optical signal, A polarization selection control unit for adjusting the polarization state of the optical signal to match the polarization state of the photon with the specific polarization state, and a polarization control unit for controlling the polarization state of the received photon and the polarization selection control unit And a quantum cryptographic key distribution unit for finding a photon sequence having the same bit value among the photon bits received from the quantum cryptographic distribution key transmission unit using the adjusted degree of polarization and using the optical fiber amplification apparatus By amplifying the light intensity of a photon, it increases the transmission distance of the photon in quantum cryptography communication You can win.

Description

장거리 양자암호통신을 위한 광섬유 증폭장치 및 광신호 증폭방법{Optical fiber amplifier and amplification method for the long haul quantum cryptography telecommunication}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an optical fiber amplifying apparatus and an optical signal amplifying method for long-

도 1은 양자암호통신의 원리를 설명하는 구조도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a structural diagram illustrating the principle of quantum cryptography communication. FIG.

도 2는 본 발명에 따른 광섬유 증폭장치의 구성을 나타내는 구성도.2 is a configuration diagram showing the configuration of an optical fiber amplifying apparatus according to the present invention;

도 3은 본 발명의 편광 조절부와 광섬유 증폭부의 구성을 보다 상세하게 나타낸 구성도.3 is a diagram showing the configuration of the polarization controller and the optical fiber amplifier of the present invention in more detail.

본 발명은 양자암호(Quantum Cryptography) 기술을 이용한 양자암호통신에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양자암호 기술을 광섬유 기반의 광통신망에 구현하여 물리적으로 안전한 광통신 보안채널을 구현하고 그 전송거리를 증가시키는 광섬유 증폭장치 및 증폭방법에 관한 것이다.The present invention relates to a quantum cryptography communication using a quantum cryptography technique, and more particularly, to a quantum cryptography communication technique in which a quantum cryptography technique is implemented in an optical fiber based optical communication network to implement a physically secure optical communication channel, An optical fiber amplifier, and an amplification method.

현재 전자상거래 등에서는 인터넷에서 암호화 및 인증시스템의 하나인 RSA(Rivest Shamir Adleman)이 널리 사용되고 있다. 그런데, 최근 효율적으로 인수분해하는 알고리듬의 개발과 컴퓨터의 발전 그리고 양자컴퓨터의 출현 가능성과 더불어 이러한 RSA는 더이상 안전하지 않다는 의견이 지배적으로 대두되고 있는 실정이다.Currently, RSA (Rivest Shamir Adleman), one of the encryption and authentication systems on the Internet, is widely used in e-commerce. However, in recent years, with the development of efficient factoring algorithms, the development of computers, and the emergence of quantum computers, the opinion that RSA is no longer safe is dominant.

양자암호화는 이러한 RSA 키분배 방식의 위험성을 해소하기 위한 대안으로 현재 활발히 연구되고 있는 분야이다.Quantum cryptography is currently being actively researched as an alternative to overcome the risk of this RSA key distribution scheme.

양자암호 키분배 방식은 원리상 편광된 광자(photon)를 하나 또는 적은 개수를 방출하므로 신호세기가 매우 약하여 전송거리에 제약을 가질 수 밖에 없다. 또한 원리적으로 오직 단 한 개의 광자를 방출할 경우만이 도청으로부터 완전하게 안전하며 두 개 이상의 광자가 동일한 편광으로 방출될 경우 도청자가 존재하여 도청하여도 송수신자는 도청자의 존재를 파악할 수 없게 되는 문제점이 있다.In principle, the quantum cryptographic key distribution scheme is one in which a number of polarized photons are emitted or a small number of photons are emitted. In principle, if only one photon is emitted, it is completely safe from the eavesdropping. If two or more photons are emitted with the same polarized light, there is an eavesdropper, so that the eavesdropper can not grasp the existence of the eavesdropper have.

도 1은 양자암호통신의 원리를 설명하는 구조도이다.1 is a structural diagram illustrating the principle of quantum cryptography communication.

송출 포켈셀(pockels cell)(3)은 인가되는 전기장에 따라 편광상태를 바꾸어주는 광학소자로, 송출자가 지정한 암호 프로토콜에 따라 광자의 편광상태를 0도, 45도, 90도, 135도로 선택적으로 바꾸며 동작하여 일련의 수열로 이루어진 양자암호분배키를 생성하고, 이를 광원(1)에서 출사되어 편광기(2)를 통과한 광신호에 실어 광섬유로 전송한다.A transmitting pockel cell (3) is an optical element that changes the polarization state according to an applied electric field. The pockel cell (3) selectively changes the polarization state of the photon by 0, 45, 90, And generates a quantum cryptographic key including a series of a series of codes. The quantized cryptographic key is transmitted from the light source 1 to the optical signal passing through the polarizer 2, and then transmitted to the optical fiber.

이때 사용할 수 있는 암호키 분배방법으로써는 BB84, B92, ERP 프로토콜 등이 있으며, 결정된 양자암호분배키는 포켈셀(3)에서 저속으로 위상 변조되어 광섬유를 통해 전송된다. 이 때, 양자암호화된 광자가 전송되므로 광섬유 전송로를 양자채널(4)이라 부르고, 전송되는 광자는 광자 비트(5)라고 일컫는다.In this case, there are BB84, B92 and ERP protocols as the cryptographic key distribution methods that can be used at this time, and the determined quantum cryptographic key is phase-modulated at a low speed in the capsule cell 3 and transmitted through the optical fiber. At this time, since the quantum-encrypted photon is transmitted, the optical fiber transmission line is referred to as a quantum channel 4, and the photon transmitted is referred to as a photon bit 5.

수신자는 수신 포켈셀(6)을 이용하여 광자를 센싱한 후 센싱된 광자가 어떠 한 편광상태를 가지고 있는지를 편광기(7)로 측정함으로써 암호분배키를 수신한다.The receiver receives the cryptographic key by sensing the photon using the receiver capsule (6) and measuring the polarization state of the sensed photon with the polarizer (7).

양자암호분배키를 수신한 수신자는 보안성이 없는 일반 통신 채널을 통해 수신된 양자암호키 중 올바르게 수신된 수열을 구한 후 이를 암호해석을 위한 암호패드(PAD)를 만드는데 이용한다. 검증이 올바르게 완료되면 양자암호분배키는 폐기된다. 따라서, 이러한 양자암호분배키를 1회용 암호패드라고 부르며 송신자는 이 암호패드로 송신할 내용을 암호화하여 전송하고 수신자는 이 암호패드를 사용하여 수신한 암호문을 해독한다.The recipient who receives the quantum cryptographic distribution key obtains the correctly received sequence of the quantum cryptographic keys received through the non-secure general communication channel and uses it to create a cryptographic pad (PAD) for cryptanalysis. If verification is successful, the quantum cryptographic distribution key is discarded. Therefore, this quantum cryptographic distribution key is called a one-time password pad, and the sender encrypts and transmits the contents to be transmitted to the cryptospond pad, and the receiver decrypts the received ciphertext using the cryptographic pad.

이러한 양자암호통신 구현에서 가장 중요한 것은 도청자가 양자암호분배키를 도청할 수 없도록 단 한 개의 광자만을 발생시키는 것이다. 그런데, 실온에서 작동하는 상용 양자암호시스템은 단일 광자만을 발생시키지 못하는 단점이 있어 실제로는 도청이 가능하나 그 개수가 아주 적고 광세기가 매우 적으므로 믿을만한 정도로 안전하다고 여겨진다.The most important aspect of implementing such a quantum cryptography is to generate only one photon so that the eavesdropper can not eavesdrop on the quantum cryptographic key. However, a commercial quantum cryptography system operating at room temperature has a disadvantage in that it can not generate only a single photon, so it is believed to be reliable because it can actually be eavesdropped but its number is very small and light intensity is very small.

이처럼, 완전하게 안전한 양자암호분배키를 전송하려면 단일 양자만을 발생시켜야 하는데, 이러한 경우 광세기가 매우 약하여 일정 거리의 광선로를 진행하다 소멸되고 만다. 이로인해, 전송거리를 증가시키는 새로운 방법이 필요하게 되는데 기존 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA)는 편광선택적 증폭을 할 수 없으므로 특정방향으로 편광된 광자만을 증폭하여 세기를 증가시킬 수 없어 새로운 방식의 증폭기가 요구된다.Thus, to transmit a completely secure quantum cryptographic distribution key, only a single quantum must be generated. In such a case, the light intensity is very weak, and the optical path of a certain distance is destroyed. As a result, a new method for increasing the transmission distance is needed. However, since an Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) can not selectively amplify polarized light, it can not increase intensity by amplifying only polarized light in a specific direction A new type of amplifier is required.

따라서, 상술된 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 양자암호화를 위해 암호화된 광자의 편광상태를 변화시키지 않으면서 해당 광자를 미세하게 증폭시켜 전송거리를 증가시키는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to increase transmission distance by amplifying corresponding photons finely without changing the polarization state of an encrypted photon for quantum encryption.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장거리 양자암호통신을 위한 광섬유 증폭장치는 지정된 암호 프로토콜에 따라 서로 수직한 선형 편광된 광자를 부호화한 후, 부호화된 일정 비트의 광자들을 암호분배키로 하여 광섬유로 전송하는 양자암호분배키 송신부; 편광제어신호에 따라 상기 양자암호분배키 송신부에서 부호화되어 송신된 일정 비트의 상기 광자들의 편광을 조절하는 편광 조절부; 상기 편광 조절부로부터 인가되는 광신호 중 특정 편광의 광신호만을 선택적으로 증폭시키는 광섬유 증폭부; 상기 편광 조절부로 편광제어신호를 출력하여 상기 양자암호분배키 송신부에서 부호화되어 송신된 상기 광자들의 편광을 임의로 조절하고, 조절된 편광정도를 양자암호분배키 수신부로 전송하는 편광선택 제어부; 및 상기 광섬유 증폭부에서 증폭된 광자들을 수신하고 수신된 광자의 편광상태와 상기 편광선택 제어부에서 조절된 편광정도를 이용하여, 수신된 광자 비트들과 상기 양자암호분배키 송신부에서 송신한 광자 비트들 중 동일한 비트값을 갖는 광자 수열을 찾아내는 양자암호분배키 수신부를 구비한다.To achieve the above object, an optical fiber amplifying apparatus for long-distance quantum cryptography communication according to the present invention encodes linearly polarized photons perpendicular to each other according to a specified cryptographic protocol, A quantum cryptographic key distribution unit transmitting the key; A polarization controller for controlling the polarization of the photons of the predetermined bit transmitted and encoded in the quantum cryptographic key distribution unit according to the polarization control signal; An optical fiber amplifying unit for selectively amplifying only an optical signal of a specific polarization among the optical signals applied from the polarization controller; A polarization selection controller for outputting a polarization control signal to the polarization controller to arbitrarily adjust the polarization of the photons transmitted in the quantum cryptography key transmission unit and transmit the adjusted polarization degree to the quantum cryptographic key distribution unit; And a controller for receiving the photons amplified by the optical fiber amplifier and using the polarization state of the received photon and the degree of polarization adjusted by the polarization selection controller to convert the received photon bits and photon bits transmitted from the quantum cryptographic key transmitter And a quantum cryptographic key distribution unit for finding a photonic sequence having the same bit value.

본 발명의 장거리 양자암호통신을 위한 광신호 증폭방법은 지정된 암호 프로토콜에 따라 서로 수직한 선형 편광된 광자를 부호화하여 양자암호분배키를 생성한 후 이를 광신호에 실어서 전송하는 제 1 단계; 상기 광신호의 편광 상태를 임의로 조절하는 제 2 단계; 상기 임의 조절된 광신호 중 특정 편광의 광신호 만을 선택적 으로 편광유지시켜 증폭하는 제 3 단계; 및 상기 편광유지되어 증폭된 광신호의 편광 상태와 상기 단계 2에서 조절된 편광 상태를 이용하여 상기 양자암호분배키를 검출하는 제 4 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for amplifying an optical signal for long-distance quantum cryptography communication, comprising the steps of: generating a quantum cryptographic key by encoding linearly polarized photons orthogonal to each other according to a specified cryptosystem protocol; A second step of arbitrarily adjusting a polarization state of the optical signal; A third step of selectively polarizing and selectively amplifying only an optical signal of a specific polarization among the arbitrarily adjusted optical signals; And a fourth step of detecting the quantum cryptographic key using the polarization state of the optical signal held and amplified and the polarization state adjusted in step 2.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 광섬유 증폭장치의 구성을 나타내는 구성도이다.2 is a configuration diagram showing the configuration of an optical fiber amplifier according to the present invention.

도 2의 광섬유 증폭장치는 양자암호분배키 송신부(10), 편광 조절부(20), 광섬유 증폭부(30), 편광선택 제어부(40) 및 양자암호분배키 수신부(50)를 구비한다.2 includes a quantum cryptographic key distribution unit 10, a polarization control unit 20, an optical fiber amplification unit 30, a polarization selection control unit 40, and a quantum cryptographic key distribution unit 50.

양자암호분배키 송신부(10)는 지정된 암호 프로토콜에 따라 서로 수직한 선형 편광된 광자를 1과 0으로 부호화한 후, 부호화된 일정 비트의 광자들을 암호분배키로 하여 광신호에 실어 광섬유를 통해 전송한다.The quantum cryptographic key distribution unit 10 codes linearly polarized linearly polarized photons perpendicular to each other according to a specified cryptographic protocol to 1 and 0, and transmits the coded bits of the photons as cryptographic distribution keys to the optical signal and transmits the optical signals through the optical fiber .

이러한 양자암호분배키 송신부(10)는 도 1에서 양자암호분배키를 생성하여 출력하기 위한 광원(1), 편광기(2), 송출 포켈셀(3)들로 이루질 수 있으며, 양자암호분배키를 생성하여 광섬유로 출력하는 종래의 어느 것을 사용하여도 무방하다.The quantum cryptographic key distribution unit 10 may include a light source 1, a polarizer 2, and a transmission cepel 3 for generating and outputting a quantum cryptographic distribution key in FIG. 1, And outputting it to the optical fiber may be used.

편광 조절부(20)는 편광제어신호에 따라 양자암호분배키 송신부(10)에서 부호화되어 송신된 일정 비트의 광자들의 편광을 조절한다.The polarization controller 20 controls the polarization of the transmitted certain bits of the photons, which are encoded and transmitted by the quantum cryptographic key distribution unit 10 according to the polarization control signal.

광섬유 증폭부(30)는 인가된 광신호 중 특정 편광의 광신호만을 선택적으로 증폭시켜준다. 이러한 광신호 증폭매체로는 기 설정된 두 수직한 진행축으로 입사되는 광신호의 편광을 유지시켜 출력하는 편광유지 광섬유(Polarization Maintaning Fiber:PMF)에 희토류 원소인 에르븀(Erbium)을 첨가한 에르븀 첨가 편 광유지 광섬유가 이용된다.The optical fiber amplifier 30 selectively amplifies only an optical signal of a specific polarization among the applied optical signals. As the optical signal amplifying medium, an erbium-doped optical fiber doped with a rare earth element, Erbium, is added to a polarization maintaining optical fiber (PMF) for maintaining and outputting a polarization of an optical signal incident on two predetermined vertical axes. A light-retaining optical fiber is used.

편광선택 제어부(40)는 편광 조절부(20)로 편광제어신호를 출력하여 양자암호분배키 송신부(10)에서 부호화되어 송신된 광자들의 편광이 에르븀 첨가 편광유지 광섬유의 수직한 두 진행축과 일치되도록 하기 위해 양자암호분배키 송신부(10)에서 부호화되어 송신된 광자들의 편광을 임의로 조절한다. 이는, 편광선택 제어부(50)는 양자암호분배키 송신부(10)에서 송신된 광자들이 어떠한 편광상태로 송신되었는지를 알 수 없기 때문이다.The polarization selection control unit 40 outputs a polarization control signal to the polarization control unit 20 so that the polarization of the photons transmitted and encoded by the quantum cryptographic key distribution unit 10 coincides with the two vertical axes of the erbium- The quantized cryptographic key distribution unit 10 arbitrarily adjusts the polarization of the coded and transmitted photons. This is because the polarization selection control unit 50 can not know in what polarization state the photons transmitted from the quantum cryptographic key distribution unit 10 are transmitted.

그리고, 편광선택 제어부(40)는 각 광자 비트들의 편광을 어느 정도 조절했는지에 대한 정보를 양자암호분배키 수신부(50)로 전송한다. 이는 양자암호분배키 수신부(50)에서 수신되는 광자 비트들이 편광선택 제어부(40)에 의해 어느 정도 편광이 조절되었는지를 알아야 양자암호분배키 송신부(10)에서 송신된 광자의 편광상태를 정확히 알 수 있기 때문이다.Then, the polarization selection control unit 40 transmits to the quantum cryptographic key distribution unit 50 information on how much the polarization of each photon bit is adjusted. This is because the photon bits received by the quantum cryptographic distribution key receiving unit 50 need to know to what degree the polarization is controlled by the polarization selection control unit 40 so that the polarization state of the photon transmitted from the quantum cryptographic distribution key transmission unit 10 can be accurately known It is because.

양자암호분배키 수신부(50)는 에르븀 첨가 편광유지 광섬유의 수직한 두 진행축과 일치되는 편광의 광자들을 수신하고 수신된 광자의 편광상태와 편광선택 제어부(40)에서 조절된 편광정도를 이용하여, 수신된 광자 비트들과 양자암호분배키 송신부(10)에서 송신한 광자 비트들 중 동일한 비트값을 갖는 광자 수열을 찾아낸 후 이를 이용하여 암호패드를 생성한다.The quantum cryptographic key distribution unit 50 receives the photons of the polarized light coinciding with the two vertical axes of the erbium-doped polarization-maintaining optical fiber and uses the polarization state of the received photon and the degree of polarization adjusted by the polarization selection control unit 40 , The photon sequence having the same bit value among the photon bits received and the photon bits transmitted from the quantum cryptographic distribution key transmission unit 10 is found, and then a cipher pad is generated using the photon sequence.

도 3은 본 발명의 편광 조절부(20)와 광섬유 증폭부(30)의 구성을 보다 상세하게 나타낸 구성도이다.3 is a diagram showing the configuration of the polarization controller 20 and the optical fiber amplifier 30 of the present invention in more detail.

편광 조절부(20)는 편광조절신호에 따라 양자암호분배키 송신부(10)에서 송 신된 광신호의 편광을 조절하는 편광 조절기(22), 편광선택 제어부(50)로부터 편광제어신호를 인가받고 이에 따라 편광 조절기(22)로 편광조절신호를 출력하는 편광 제어부(24) 및 광서큘레이터(26)를 구비한다.The polarization controller 20 receives a polarization control signal from the polarization controller 22 and a polarization controller 50 that controls the polarization of the optical signal transmitted from the quantum cryptographic key transmitter 10 according to the polarization control signal, And a polarization controller 24 and an optical circulator 26 for outputting a polarization control signal to the polarization controller 22.

광섬유 증폭부(30)는 에르븀 첨가 편광유지 광섬유(32), 여기광원(34) 및 커플러(36)를 구비한다.The optical fiber amplifying unit 30 includes an erbium-doped polarization maintaining optical fiber 32, an excitation light source 34, and a coupler 36.

에르븀 첨가 편광유지 광섬유(32)는 기 설정된 두 수직한 진행축으로 입사되는 광신호의 편광을 유지시켜 출력하는 편광유지 광섬유(Polarization Maintaning Fiber:PMF)에 희토류 원소인 에르븀(Erbium)을 첨가시켜 형성한다.The erbium-doped polarization-maintaining optical fiber 32 is formed by adding erbium, which is a rare earth element, to a polarization maintaining fiber (PMF) that maintains and outputs the polarization of an optical signal incident on two preset vertical axes do.

여기광원(34)은 희토류 원소를 들뜬 상태로 여기시키기 위한 여기광을 발생시킨다. 이러한 여기광은 에르븀 첨가 편광유지 광섬유(32)로 인가되는 광신호의 파워를 증가시키기 위해 에르븀 첨가 편광유지 광섬유(32)에서의 밀도반전이 발생되도록 한다. 여기광원(34)으로는 통상적으로 사용되는 980nm 레이져 다이오드 또는 1480nm 레이져 다이오드를 사용할 수 있으나, 광자 하나만을 증폭하고자 하는 목적이므로 아주 약하게 여기시켜야 하므로 매우 낮은 레벨의 여기광을 사용한다.The excitation light source 34 generates excitation light for exciting the rare earth element in an excited state. This excitation light causes a density inversion in the erbium-doped polarization-maintaining optical fiber 32 to occur so as to increase the power of the optical signal applied to the erbium-doped polarization-maintaining optical fiber 32. As the excitation light source 34, a commonly used 980 nm laser diode or a 1480 nm laser diode can be used. However, since the purpose is to amplify only one photon, very weak excitation is required because excitation is very weak.

커플러(36)는 여기광과 에르븀 첨가 편광유지 광섬유(32)로 인가되는 광신호를 결합시킨다.The coupler 36 couples the optical signal applied to the erbium-doped polarization-maintaining optical fiber 32 with the excitation light.

상술된 구성을 갖는 본 발명의 광섬유 증폭장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the optical fiber amplifying apparatus of the present invention having the above-described configuration will now be described.

양자암호분배키 송신부(10)에서 부호화된 선평광의 광자 비트들은 광신호에 실려 광섬유로 송신된다. 이때, 전송되는 광자 비트들의 광세기는 아주 작아 각 광자 비트들이 가지는 편광상태를 유지하면서 이를 증폭시킬 필요가 있다.The linearly polarized photon bits encoded by the quantum cryptographic key distribution unit 10 are transmitted to the optical fiber on the optical signal. At this time, the optical intensity of the transmitted photon bits is very small, and it is necessary to amplify the photon bits while maintaining the polarization state of each photon bit.

따라서, 양자암호분배키 송신부(10)와 양자암호분배키 수신부(50) 사이에 특정 편광의 광신호만을 편광상태가 변하지 않도록 하면서 증폭시킬 수 있는 에르븀 첨가 편광유지 광섬유(32)를 사용한 광섬유 증폭부(30)를 구비한다. 이러한 광섬유 증폭부(30)의 증폭은 인가되는 광신호와 여기광원(34)으로부터 여기광을 커플러(36)로 결합시켜 에르븀 첨가 편광유지 광섬유(32)의 희토류 원소를 여기시킴으로써 기 설정된 두 수직한 축방향으로 인가되는 광신호를 선택적으로 증폭시키게 된다.Therefore, an optical fiber amplifying unit using an erbium-doped polarization-maintaining optical fiber 32 capable of amplifying only the optical signal of a specific polarized light without changing the polarization state between the quantum cryptographic key distribution unit 10 and the quantum cryptographic key distribution unit 50, (30). The amplification of the optical fiber amplifier 30 is performed by coupling the excitation light from the excitation light source 34 with the optical signal applied thereto by the coupler 36 to excite the rare earth element of the erbium- Thereby selectively amplifying the optical signal applied in the axial direction.

그런데, 이처럼 편광상태를 변화시키지 않으면서 특정 편광상태의 광자만을 증폭시키기 위해서는 양자암호분배키 송신부(10)에서 송신된 광자의 편광상태를 에르븀 첨가 편광유지 광섬유(32)의 수직한 두 진행축과 일치시켜야 되는데, 양자암호분배키 송신부(10)에서 송신된 광자가 어떤 편광상태를 가지고 있는지 미리 알 수가 없다. 따라서, 편광선택 제어부(40)는 편광 조절기(22)를 임의로 조절하기 위한 편광제어신호를 광서큘레이터(26)를 통해 편광 제어부(24)로 전송한다.In order to amplify only the photons of a specific polarization state without changing the polarization state, the polarization state of the photons transmitted from the quantum cryptographic key distribution unit 10 is shifted to the vertical two axes of the erbium-doped polarization-maintaining optical fiber 32 It is impossible to know in advance which polarized state the photon transmitted from the quantum cryptographic key distribution unit 10 has. Therefore, the polarization selection control unit 40 transmits a polarization control signal for arbitrarily adjusting the polarization controller 22 to the polarization controller 24 through the optical circulator 26. [

편광 제어부(24)는 편광제어신호에 따라 편광 조절기(22)에 전기장을 가해 인가되는 광신호의 편광을 조절하며, 이로써 광자의 편광도 조절된다.The polarization control unit 24 applies an electric field to the polarization controller 22 according to the polarization control signal to adjust the polarization of the applied optical signal, thereby adjusting the polarization of the photon.

편광이 조절된 후 광섬유 증폭부(30)로 인가된 광자들 중 조절된 광자의 편광이 에르븀 첨가 편광유지 광섬유(32)의 수직한 두 진행축과 일치되는 광자는 광섬유 증폭부(30)에서 편광상태가 변화하지 않으면서 증폭되어 양자암호분배키 수신부(50)로 전송된다. 양자암호분배키 수신부(50)는 에르븀 첨가 편광유지 광섬유(32)의 수직한 두 진행축과 일치되는 편광의 광자들만을 수신하고 수신된 광자의 편광상태와 편광선택 제어부(40)에 의해 조절된 편광정도를 이용하여 수신된 광자 비트들과 양자암호분배키 송신부(10)에서 송신한 광자 비트들 중 동일한 비트값을 갖는 광자 수열을 찾아낸 후 이를 이용하여 암호패드를 생성한다.The photons of the photons of the controlled photons, which are aligned with the two vertical axes of the erbium-doped polarization-maintaining optical fiber 32, of the photons applied to the optical fiber amplifier 30 after the polarization is adjusted, Is amplified and transmitted to the quantum cryptographic key distribution unit 50 without changing its state. The quantum cryptographic key distribution unit 50 receives only the photons of the polarized light coinciding with the two vertical axes of the erbium-doped polarization-maintaining optical fiber 32 and outputs the quantized cryptograms to the polarization control unit 40 And uses the degree of polarization to find a photon sequence having the same bit value among the received photon bits and the photon bits transmitted from the quantum cryptographic key distribution unit 10, and generates a cipher pad using the photon sequence.

상술한 바와 같이, 본 발명의 광섬유 증폭기는 양자암호화를 위해 부호화되어 전송되는 광자의 광세기를 광자의 편광 변화없이 증폭시켜 줌으로써 광자의 전송거리를 증가시킬 수 있다.As described above, the optical fiber amplifier of the present invention can increase the transmission distance of the photon by amplifying the optical intensity of the photon that is encoded and transmitted for quantum encryption without changing the polarization of the photon.

Claims (6)

지정된 암호 프로토콜에 따라 서로 수직한 선형 편광된 광자를 부호화하여 양자암호분배키를 생성한 후 이를 광신호에 실어서 전송하는 양자암호분배키 송신부;A quantum cryptographic key distribution unit for generating a quantum cryptographic distribution key by encoding linearly polarized photons orthogonal to each other according to a specified cryptographic protocol, and transmitting the generated quantized cryptographic distribution key to an optical signal; 편광제어신호에 따라 상기 광신호의 편광 상태를 조절하는 편광 조절부;A polarization controller for adjusting a polarization state of the optical signal according to a polarization control signal; 상기 조절된 광신호 중 특정 편광의 광신호만을 선택적으로 편광유지시켜 증폭하는 광섬유 증폭부;An optical fiber amplifying unit for selectively polarizing and selectively amplifying only an optical signal of a specific polarization among the adjusted optical signals; 상기 편광 조절부로 상기 편광제어신호를 출력하고, 조절된 편광 정도를 양자암호분배키 수신부로 전송하는 편광선택 제어부; 및A polarization selection controller for outputting the polarization control signal to the polarization controller and transmitting the adjusted polarization level to a quantum cryptographic key distribution unit; And 상기 광섬유 증폭부에서 편광유지되어 증폭된 광신호의 편광 상태와 상기 편광 조절부의 편광 상태를 이용하여 상기 양자암호분배키를 검출하는 양자암호분배키 수신부를 구비하고,And a quantum cryptographic key distribution unit for detecting the quantum cryptographic distribution key using the polarization state of the optical signal amplified and held in the optical fiber amplification unit and the polarization state of the polarization control unit, 상기 광섬유 증폭부는The optical fiber amplifying unit 희토류 원소를 들뜬 상태로 여기시키기 위한 여기광을 출력하는 여기광원;An excitation light source for outputting excitation light for exciting the rare earth element in an excited state; 상기 여기광과 상기 편광 조절부로부터의 광신호를 결합시켜 출력하는 커플러; 및A coupler for coupling and outputting the excitation light and the optical signal from the polarization controller; And 상기 커플러에서 출력되는 광신호 중 기 설정된 수직한 두 진행축으로 입사되는 광신호를 편광 유지시켜 증폭하는 증폭기를 구비하는 장거리 양자암호통신을 위한 광섬유 증폭장치. And an amplifier which amplifies and amplifies an optical signal incident on two preset vertical axes of the optical signals output from the coupler by polarizing the amplified optical signal. 제 1항에 있어서, 상기 편광 조절부는The apparatus of claim 1, wherein the polarization controller 편광조절신호에 따라 상기 양자암호분배키 송신부에서 송신된 광신호의 편광 을 조절하는 편광 조절기;A polarization controller for controlling the polarization of the optical signal transmitted from the quantum cryptographic key distribution unit according to the polarization control signal; 상기 편광선택 제어부로부터 상기 편광제어신호를 인가받고 이에 따라 상기 광신호의 편광조절을 제어하기 위한 상기 편광조절신호를 출력하는 편광 제어부; 및 A polarization controller for receiving the polarization control signal from the polarization selection controller and outputting the polarization control signal for controlling polarization control of the optical signal; And 인가되는 광신호를 일정방향으로 회전시켜, 상기 편광 편광 조절기로부터의 신호는 상기 광섬유 증폭기로 전송하고 상기 편광선택 제어부로부터의 상기 편광제어신호는 상기 편광 제어부로 전송하는 광서큘레이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 장거리 양자암호통신을 위한 광섬유 증폭장치.And an optical circulator for rotating the applied optical signal in a predetermined direction and transmitting a signal from the polarization controller to the optical fiber amplifier and transmitting the polarization control signal from the polarization selection controller to the polarization controller The optical fiber amplifying apparatus for long distance quantum cryptography communication. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 증폭기는2. The receiver of claim 1, wherein the amplifier 기 설정된 수직한 두 진행축으로 입사되는 광신호의 편광을 유지시켜 출력하는 편광유지 광섬유(Polarization Maintaning Fiber)에 희토류 원소인 에르븀(Erbium)을 첨가시킨 에르븀 첨가 편광유지 광섬유인 것을 특징으로 하는 장거리 양자암호통신을 위한 광섬유 증폭장치.Wherein the polarization maintaining optical fiber is an erbium-doped polarization maintaining optical fiber in which erbium, which is a rare earth element, is added to a polarization maintaining fiber (Polarization Maintaning Fiber) that maintains and outputs the polarization of an optical signal incident on two preset vertical axes. Fiber optic amplification device for cryptographic communication. 장거리 양자암호통신을 위한 광자 증폭 방법에 있어서,A photon amplification method for long distance quantum cryptography communication, 지정된 암호 프로토콜에 따라 서로 수직한 선형 편광된 광자를 부호화하여 양자암호분배키를 생성한 후 이를 광신호에 실어서 전송하는 제1 단계;A first step of generating a quantum cryptographic key by encoding linearly polarized photons orthogonal to each other according to a designated cryptographic protocol, and transmitting the generated quantum cryptographic key to an optical signal; 상기 광신호의 편광 상태를 임의로 조절하는 제2 단계;A second step of arbitrarily adjusting a polarization state of the optical signal; 상기 임의 조절된 광신호 중 특정 편광의 광신호 만을 선택적으로 편광유지시켜 증폭하는 제3 단계; 및A third step of selectively polarizing and selectively amplifying only an optical signal of a specific polarization among the arbitrarily adjusted optical signals; And 상기 편광유지되어 증폭된 광신호의 편광 상태와 상기 단계 2에서 조절된 편광 상태를 이용하여 상기 양자암호분배키를 검출하는 제4 단계를 포함하고,And a fourth step of detecting the quantum cryptographic key using the polarization state of the polarization-maintained amplified optical signal and the polarization state adjusted in step 2, 상기 제3 단계는In the third step, 편광유지 광섬유(Polarization Maintaning Fiber)에 희토류 원소인 에르븀(Erbium)을 첨가시킨 에르븀 첨가 편광유지 광섬유를 사용하여 상기 에르븀 첨가 편광유지 광섬유의 기 설정된 수직한 두 진행축으로 입사되는 편광의 광신호만을 증폭시키는 것을 특징으로 하는 장거리 양자암호통신을 위한 광신호 증폭방법.The erbium-doped polarization-maintaining optical fiber in which erbium, which is a rare earth element, is added to a Polarization Maintaning Fiber is used to amplify only the optical signal of polarized light incident on two preset vertical axes of the erbium-doped polarization- The optical signal amplifying method comprising the steps of: 삭제delete
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