KR102555228B1 - 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치 및 방법 - Google Patents

광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 향상된 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치 및 방법을 개시한다. 양자키 분배 시스템에 포함된 광 세기 변조기의 바이어스 전압을 제어하는 방법은 임의의 또는 미리 설정된 타이밍에 n개(n은 2이상의 자연수)의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하고, 광 세기 변조기에서 출력된 광 신호의 세기를 측정한다. n개의 광 신호 세기를 세트에 각각 대응하는 위상 이동값으로 매핑하고, 바이어스 전압 보상값에 따라 상기 바이어스 전압을 조정한다.

Description

광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치 및 방법{BIAS VOLTAGE CONTROL APPARATUS FOR LIGHT INTENSITY MODULATOR AND METHOD THEREOF}
본 발명은 광 세기 변조기에 관한 것이며, 보다 상세하게는 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 명세서에 기재된 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 종래 기술을 구성하는 것은 아니다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 명세서에 기재된 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 종래 기술을 구성하는 것은 아니다.
대규모 개인정보 유출 등의 사건을 계기로 통신 보안이 문제화되면서, 안전한 암호 시스템에 대한 요구가 점차 높아지고 있다. 일반적으로 이용되는 암호 시스템들은 물리적 현상을 이용하는 시스템이 아닌, 수학적인 난제를 이용할 경우 해킹의 확률이 낮다는 점을 이용하는 시스템이다. 따라서, 외부에서 암호 시스템을 해킹하여 암호화된 정보를 분석할 확률이 여전히 존재하는 문제가 있다. 반면, 양자 암호(quantum cryptography)는 양자역학의 불확실성을 바탕으로, 양자 효과를 보이는 단일 광자는 복제가 불가능하다는 점에 착안하여 개발된 암호 시스템으로서, 통신의 주체들이 동일한 비밀키(secure key)를 양자를 이용하여 안전하게 나눠 가지며, 그 키를 이용하여 정보를 암호화 또는 복호화한다. 이론적으로는, 외부에서 해킹을 시도할 경우 광자의 특성이 변화하기 때문에, 외부에서 본래의 비밀키 또는 정보를 얻을 수 없는, 해킹이 불가능한 암호 시스템을 구현할 수 있다.
구체적으로, 양자 키 분배(Quantum Key Distribution; QKD) 시스템은 두 통신 장치, 즉, 송신 장치(Alice)와 수신 장치(Bob)가 통신 매체로서 광자를 이용하여 양자 암호 키를 분배하는 시스템이다. 이러한 QKD 시스템에서 도청자(Eve)가 도청(예컨대, 전송 중인 광자를 태핑)을 시도하였는지 여부를 판단하기 위해 디코이 신호를 이용하며, 디코이 신호는 도 3에 도시된 바와 같이 일반 신호와 평균 광자수를 다르게 해서 일반 신호 사이사이에 삽입되는 것이다. 디코이 신호가 포함된 신호가 전송된 후 송신 장치와 수신 장치는 디코이 신호가 몇 번째에 존재하는지 공개하고, 디코이 신호들의 검출 횟수와 일반신호의 검출 횟수의 비율을 계산하여 비율 값이 변하면 전송 채널에 도청자로 인한 영향이 있는 것으로 판단될 수 있다.
이와 같이 도청자의 유무를 판단하는데 이용되는 디코이(Decoy) 신호를 생성하기 위해선 광신호의 세기를 제어해 주어야 한다. 그러나 광의 세기를 변화시키는 소자인 IM(Intensity modulator)는 설치된 환경에 영향을 받는다. 예를 들어, 마흐-젠더 기반 광 세기 변조기(MZ-IM)는 온도 또는 광 파워와 같은 요소의 영향을 받아 내부의 두 경로 사이의 상대적인 위상이 달라지는 "위상 이동(phase drift)"이 발생할 수 있다. 바이어스 전압(bias voltage)을 통해 이동된 만큼의 위상을 보정하는데, 이때 얼마만큼의 위상 이동이 발생하였는지 주기적으로 측정이 필요하다.
종래 기술은 포토다이오드(Photo Diode) 또는 단일광자검출기(Single-Photon Detector)를 이용하여 MZ-IM에서 측정된 출력을 바이어스 전압을 제어하기 위한 피드백 신호로 사용한다. 그러나, MZ-IM을 연속적으로 제어하기 위해서는 피드백 신호 검출용 레이저와 검출기가 추가적으로 필요하다는 단점이 있다. 반면, 추가적인 레이저와 검출기 없이 제어하기 위해서는 제어를 위한 별도의 타이밍 세션이 필요하여 키 생성 효율을 감소시킬 수 있는 단점이 있다.
미국 등록특허공보 US 8,718,485
본 명세서는 향상된 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서는 상기 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치는 양자키 분배 시스템에 포함된 광 세기 변조기의 바이어스 전압을 제어하는 장치로서, 제어 신호에 따라 광 세기 변조기에 바이어스 전압을 출력하는 바이어스 전압 출력부; 광 세기 변조기에서 출력된 광 신호의 세기를 측정하는 검출부; 위상 이동값 각각에 대응하는 n개(n은 2이상의 자연수)의 이상적인 변조기 출력값 또는 바이어스 전압 보상값을 저장하는 메모리부; 및 상기 바이어스 전압 출력부가 임의 또는 미리 설정된 타이밍에 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하도록 제어 신호를 출력하고, 상기 검출부에서 측정된 상기 n개의 광 신호 세기에 따라 위상 이동값 또는 바이어스 전압 보상값을 매핑하고, 상기 매핑된 위상 이동값 또는 바이어스 전압 보상값에 따라 상기 바이어스 전압 출력부의 바이어스 전압을 조정하는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스는, 광 세기 변조기의 이동 함수에서 2π/n의 위상 간격을 가질 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 메모리부는 광 신호 세기에 대한 0도부터 359도에 대한 위상 이동에 대응하는 이상적인 변조기 출력값 또는 바이어스 전압 보상값을 저장할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 메모리부는 아래 수식을 통해 계산된 0도부터 359도 위상 이동값 각각에 대응하는 n개의 이상적인 변조기 출력값을 저장할 수 있다.
Figure 112021069938765-pat00001
Figure 112021069938765-pat00002
: 광 세기 변조기 내부 두 경로 사이의 상대적인 위상 차이, 0도부터 359도의 위상 이동(phase drift)
Figure 112021069938765-pat00003
: n개의 광 신호 중 i번째(i=1,…,n) 광 신호가 가지는 (2π/n)*(i-1)의 위상 값
Figure 112021069938765-pat00004
: i번째 광 신호의 이상적인 변조기 출력 값
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 검출부는 단일광자검출기이고, 상기 제어부는 상기 단일광자검출기에서 측정된 광자의 수를 아래 수식에 대입하여 n개의 광 신호에 대해 측정된 변조기 출력 값으로 정규화할 수 있다.
Figure 112021069938765-pat00005
N i : n개의 광 신호 중 i번째 광 신호에서 측정된 변조기 출력값
p i : i번째 광 신호에 대한 정규화된 변조기 출력 값
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 아래 수식을 이용하여 상기 검출부에서 측정된 변조기 출력값을 상기 메모리부에 저장된 0도부터 359도 위상 이동에 대한 이상적인 변조기 출력값 중 가장 근접한 값으로 매핑할 수 있다.
Figure 112021069938765-pat00006
Figure 112021069938765-pat00007
오류 값
Figure 112021069938765-pat00008
: 검출부에서 측정된 변조기 출력값(실험값)
Figure 112021069938765-pat00009
: 메모리부에 저장된 변조기 출력의 이상적인 값
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 양자키 분배 시스템은 디코이 프로토콜을 이용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 디코이 신호를 출력하는 타이밍과 다른 타이밍에 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하도록 제어 신호를 출력할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하는 타이밍 중 적어도 하나 이상은 상기 디코이 신호를 출력하는 타이밍에 제어 신호를 출력할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 연속적으로 출력하도록 상기 바이어스 전압 출력부에 제어 신호를 출력할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 비연속적으로 출력하도록 상기 바이어스 전압 출력부에 제어 신호를 출력할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법은 양자키 분배 시스템에 포함된 광 세기 변조기의 바이어스 전압을 제어하는 방법으로서, 제어부가 (a) 임의 또는 미리 설정된 타이밍에 n개(n은 2이상의 자연수)의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하도록 바이어스 전압 출력부에 제어 신호를 출력하는 단계; (b) 검출부로부터 광 세기 변조기에서 출력된 광 신호의 세기와 관련 측정 신호를 수신하는 단계; (c) 상기 검출부로부터 수신한 n개의 광 신호 세기를 메모리부에 저장된 위상 이동값 각각에 대응하는 n개의 이상적인 변조기 출력값 또는 바이어스 전압 보상값에 매핑하는 단계; 및 (d) 상기 매핑된 위상 이동값 또는 바이어스 전압 보상값에 따라 상기 바이어스 전압 출력부의 바이어스 전압을 조정하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계는, 상기 제어부가 광 세기 변조기의 이동 함수에서 2π/n의 위상 간격을 가진 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하도록 바이어스 전압 출력부에 제어 신호를 출력하는 단계일 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 메모리부는, 광 신호 세기에 대한 0도부터 359도에 대한 위상 이동에 대응하는 이상적인 변조기 출력값 또는 바이어스 전압 보상값을 저장할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 메모리부는 아래 수식을 통해 계산된 0도부터 359도 위상 이동값 각각에 대응하는 n개의 이상적인 변조기 출력값을 저장할 수 있다.
Figure 112021069938765-pat00010
Figure 112021069938765-pat00011
: 광 세기 변조기 내부 두 경로 사이의 상대적인 위상 차이, 0도부터 359도의 위상 이동(phase drift)
Figure 112021069938765-pat00012
: n개의 광 신호 중 i번째(i=1,…,n) 광 신호가 가지는 (2π/n)*(i-1)의 위상 값
Figure 112021069938765-pat00013
: i번째 광 신호의 이상적인 변조기 출력 값
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 검출부는 단일광자검출기이고, 상기 (b) 단계는, 상기 제어부가 상기 단일광자검출기에서 측정된 광자의 수를 아래 수식에 대입하여 n개의 광 신호에 대해 측정된 변조기 출력 값으로 정규화하는 것을 더 포함할 수 있다.
Figure 112021069938765-pat00014
N i : n개의 광 신호 중 i번째 광 신호에서 측정된 변조기 출력값
P i : i번째 광 신호에 대한 정규화된 변조기 출력값
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (c) 단계는, 상기 제어부는 아래 수식을 이용하여 상기 검출부에서 측정된 변조기 출력값을 상기 메모리부에 저장된 0도부터 359도 위상 이동에 대한 이상적인 변조기 출력값 중 가장 근접한 값으로 매핑하는 단계일 수 있다.
Figure 112021069938765-pat00015
Figure 112021069938765-pat00016
오류 값
Figure 112021069938765-pat00017
: 검출부에서 측정된 변조기 출력값(실험값)
Figure 112021069938765-pat00018
: 메모리부에 저장된 변조기 출력의 이상적인 값
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 양자키 분배 시스템은 디코이 프로토콜을 이용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계는, 상기 제어부가 디코이 신호를 출력하는 타이밍과 다른 타이밍에 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하도록 제어 신호를 출력하는 단계일 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계는, 상기 제어부가 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하는 타이밍 중 적어도 하나 이상은 상기 디코이 신호를 출력하는 타이밍에 제어 신호를 출력하는 단계일 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계는, 상기 제어부가 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 연속적으로 출력하도록 상기 바이어스 전압 출력부에 제어 신호를 출력하는 단계일 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계는, 상기 제어부가 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 비연속적으로 출력하도록 상기 바이어스 전압 출력부에 제어 신호를 출력하는 단계일 수 있다.
본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법은 컴퓨터에서 제어 방법의 각 단계들을 수행하도록 작성되어 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체에 기록된 컴퓨터프로그램 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 명세서의 일 측면에 따르면, 마흐-젠더 기반 광 세기 변조기의 바이어스 전압을 종래 기술에 비해 효율적으로 제어할 수 있다. 특히, 추가적인 레이저나 검출기 없이 위상 이동량을 측정할 수 있다. 또한, 고속 QKD 시스템에 적용이 가능하다.
본 명세서의 다른 측면에 따르면, 최소화된 측정 횟수로 정확한 바이어스 전압 제어가 가능하며, 키 생성 세션과 병렬적으로 수행이 가능하여 키 생성률 감소를 최소화 할 수 있다. 또한, 단일광자 수준이 아닌 세기가 단일 광자에 비해 강한 빛의 광 펄스도 적용이 가능하다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 마흐-젠더 광 세기 변조기 구조와 위상 이동에 대한 참고도이다.
도 2는 일반적인 디코이 P&P 통신 시스템의 구성을 개략적인 도시한 블럭도이다.
도 3은 디코이 QKD 프로토콜에 의해 일반 신호 사이에 디코이 신호가 포함된 상태의 신호 타이밍도이다.
도 4는 본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 5는 위상 이동값에 대한 매핑 테이블의 예시도이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시예에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법의 흐름도이다.
도 7은 4개의 바이어스 전압 제어용 펄스가 측정된 예시도이다.
도 8은 디코이 신호와 바이어스 전압 제어용 펄스가 서로 다른 타이밍에 출력되는 참고도이다.
도 9는 디코이 신호와 바이어스 전압 제어용 펄스 중 일부가 같은 타이밍에 출력되는 참고도이다.
도 10은 바이어스 전압 제어용 펄스 사이의 타이밍에 대한 참고도이다.
도 11은 본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치의 실험값이다.
본 명세서에 개시된 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 명세서가 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 명세서의 개시가 완전하도록 하고, 본 명세서가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자(이하 '당업자')에게 본 명세서의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 명세서의 권리 범위는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 명세서의 권리 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치 및 방법을 설명하기 앞서, 먼저 광 세기 변조기(Intensity Modulator, IM)에서 발생하는 위상 이동(phase drift)에 대해서 설명하겠다. 이해의 편의를 위해 대표적인 광 세기 변조기인 마흐-젠더 광 세기 변조기(MZ-IM)을 예시로 설명하겠다.
도 1은 마흐-젠더 광 세기 변조기 구조와 위상 이동에 대한 참고도이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 마흐-젠더 광 세기 변조기(MZ-IM)의 내부 구성을 간략하게 도시된 것을 확인할 수 있다. 마흐-젠더 광 세기 변조기(MZ-IM)는 입력된 광 신호(Optical Input)를 내부에 형성된 두 개의 광 경로로 나누고, 두 경로를 지나는 광 신호의 상대적 위상 차이를 이용하여 광의 세기를 변조할 수 있다. 이때, 마흐-젠더 광 세기 변조기를 구성하는 물질의 특성으로 인해 이동 함수(Transfer Function)가 수평 방향으로 이동하는 위상 이동(Phase drift)이 발생할 수 있다.
도 1의 (b)를 참조하면, 이동 함수(Transfer Function)의 수평 방향 이동에 대한 예시를 확인할 수 있다. 동일한 바이어스 전압 인가하여도 이동 함수가 수평 방향으로 이동할 경우, 출력되는 광 신호의 출력이 다를 수 있다. 이처럼 출력 광 신호의 세기를 원하는 세기로 유지하기 위해 바이어스 전압을 제어하여 위상 이동(Phase Drift)을 보상시켜야 한다.
다음으로 일반적인 디코이 프로토콜 양자 키 분배 시스템에 대해서 설명하겠다.
도 2는 일반적인 디코이 P&P 통신 시스템의 구성을 개략적인 도시한 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 일반적인 디코이 P&P 통신 시스템(1)은 수신 장치(Bob, 10) 및 송신 장치(Alice, 20)를 포함하고, 상기 수신 장치(10)와 송신 장치(20) 양자 채널(Quantum Channel: Q.C)을 통하여 연결되며, 양자 채널을 통하여 신호를 송수신할 수 있다. 상기 일반적인 디코이 P&P 통신 시스템(1)은 플러그앤플레이 양자 키 분배(P&P QKD) 시스템에 해당한다.
수신 장치(10)는 광원(Laser, 11), 광 서큘레이터(Optical Circulator: C, 12), 광 분할기(Beam Splitter: BS, 13), 위상 변조기(Phase Modulation: PM, 14), 단일 광자 검출기(Single　Photon　Detector: SPD, 15 및 16) 및 편광 분할기(Polarization Beam Splitter: PBS, 17)를 포함한다.
상기 광원(11)은 수직 편광을 갖는 광자 펄스(이하, “광 신호”라 한다)를 생성한다. 광 신호는 광 서큘레이터(12)를 통하여 광 분할기(13)로 전달된다. 광 분할기(13)는 광 신호를 2개의 광 신호로 분할하고, 분할된 2개의 광 신호는 각각 특정 경로를 통과하여 시간적으로 분할되고 서로 직교하는 편광을 가지게 된다. 구체적으로, 2개의 광 신호 중 하나는 위상 변조기(14)가 구비된 경로를 통과하면서 편광 분할기(17)에 먼저 도달하고, 다른 하나는 딜레이 라인(Delay Line: D.L)이 구비된 경로를 통과하면서 편광 분할기(17)에 도달되는 시간이 지연되고 편광이 변경된다. 이와 같이 시간적으로 빠른 펄스(Fast pulse)와 느린 펄스(Slow pulse)로 분할되고 서로 직교하는 편광을 가지게 된 2개의 광 신호들은 양자 채널(Q.C)을 통해 송신 장치(20)로 전송된다.
송신 장치(20)는 광 분할기(Beam Splitter: BS, 21), 광 검출기(Photon　Detector: PD, 22), 광 감쇄기(Variable Optical Attenuator: VOA, 23), 스토리지 라인(Storage Line: SL), 편광 분할기(Polarization Beam Splitter: PBS, 24 및 26), 광 세기 조절기(Intensity modulator: IM, 25), 위상 변조기(Phase Modulation: PM, 27) 및 패러데이 거울(Faraday　Mirror: FM, 28)을 포함한다.
송신 장치(20)는 수신 장치(10)로부터 강한 세기의 광 신호를 수신하고, 수신된 광 신호는 광 분할기(21)로 전달된다. 광 분할기(21)는 광 신호를 9:1 비율로 분할하고, 분할된 신호 중 일부분은 광 감쇄기(23)로 전달되고, 분할된 신호 중 대부분은 광 검출기(22)로 입력된다. 광 검출기(22)는 수신된 광 신호로부터 광 신호의 위상을 변조하기 위한 타이밍 정보를 획득한다. 한편, 스토리지 라인(Storage Line: SL)은 수신 장치(10)로부터 수신한 강한 세기의 광 신호로 인해 발생된 반사 노이즈(scattering noise) 광과 양자신호를 시간적으로 분리하여 반사 노이즈 광의 영향을 제거한다.
반사 노이즈가 제거된 광 신호는 첫번째 편광 분할기(24)를 통하여 광 신호의 편광 성분에 따라 광 신호가 통과할 경로가 분할된다. 수직 편광 성분을 가지는 광 신호만이 광 세기 조절기(25)를 통해 광세기가 원하는 수준으로 조절되고, 두번째 편광 분할기(26)에 도달한다. 광 세기 조절기를 통과한 광 신호와 통과하지 않은 수평 편광의 광 신호 모두 패러데이 거울(28)을 통해 반사됨으로써, 광 신호들의 진행 방향이 반전되고 편광이 90도 회전된다. 이때, 위상 변조기(27)를 이용하여 두 광 신호들 중 빠른 신호의 위상을 변조할 수 있다. 그 다음, 광 신호는 두번째 편광 분할기(26)를 통하여 패러데이 거울(28)에 의해 수직 편광으로 회전된 광 신호만이 광 세기 조절기(25)가 구비된 경로를 통과하면서 광세기가 원하는 수준으로 조절되고, 첫번째 편광 분할기(24)에 도달한다. 두가지 경로로 나누어졌던 광 신호는 첫번째 편광 분할기(24)에서 병합되고, 스토리지 라인과 광 감쇄기(23), 광 분할기(21)를 거쳐 단일 광자 수준의 광 세기를 갖는 양자 신호로 감쇄된다. 그 후, 양자 신호는 양자 채널을 통하여 수신 장치(10)에 전송된다.
이때, 광 신호 중 구비된 광 세기 조절기(25)에 의하여 광 세기가 디코이 신호에 해당되는 광 세기로 변조된 신호가 디코이 신호에 해당되게 된다(도3 참조). 이후, P&P QKD를 위한 동작은 본 발명이 속하는 통상의 기술자에게 자명한 사항인 바 상세한 설명은 생략한다. 한편, 도 2에 도시된 디코이 프로토콜 QKD는 본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치 및 방법의 이해를 돕기 위한 일 예시에 불과하며, 상기 예시에 본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치 및 방법의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치 및 방법의 실시예를 설명한다.
도 4는 본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치(100)는 바이어스 전압 출력부(110), 검출부(120), 메모리부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다.
상기 바이어스 전압 출력부(110)는 상기 제어부(140)에서 출력된 제어 신호에 따라 광 세기 변조기(IM)에 바이어스 전압을 출력할 수 있다.
상기 검출부(120)는 광 세기 변조기(IM)에서 출력된 광 신호의 세기를 측정할 수 있다. 상기 검출부(120)는 포토 다이오드(Photo Diode) 또는 단일광자검출기(Single-Photon Detector)일 수 있다. 한편, 본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치(100)는 종래 기술과 달리 단일광자검출기(SPD)뿐만 아니라 포토 다이오드(PD)의 사용이 가능하여 신호의 세기가 쎈 경우에도 적용이 가능하다.
상기 메모리부(130)는 위상 이동값 각각에 대응하는 n개(n은 2이상의 자연수)의 이상적인 변조기 출력값 또는 바이어스 전압 보상값을 저장할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 메모리부(130)는 n개(n은 2이상의 자연수)의 광 신호 세기에 대한 0도부터 359도 위상 이동에 대응하는 이상적인 변조기 출력 값 또는 바이어스 전압 보상값을 저장할 수 있다. 상기 매핑 테이블은 n개의 광 신호 세기가 하나의 세트를 이루며, 하나의 위상 이동값 또는 바이어스 전압 보상값에 대응한다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 메모리부(130)는 아래 수식 1을 통해 계산된 0도부터 359도 위상 이동값 각각에 대응하는 n개의 이상적인 변조기 출력값을 저장할 수 있다.
[수식 1]
Figure 112021069938765-pat00019
Figure 112021069938765-pat00020
: 광 세기 변조기 내부 두 경로 사이의 상대적인 위상 차이, 0도부터 359도의 위상 이동(phase drift)
Figure 112021069938765-pat00021
: n개의 광 신호 중 i번째(i=1,…,n) 광 신호가 가지는 (2π/n)*(i-1)의 위상 값
Figure 112021069938765-pat00022
: i번째 광 신호의 이상적인 변조기 출력 값
도 5는 위상 이동값에 대한 매핑 테이블의 예시도이다.
도 5를 참조하면, n=4인 경우이며, 위상 이동값이 0도부터 359도로 세분화된 예시이다. 따라서, 4개의 광 신호가 결정되면 이에 대응하는 위상 이동값을 매핑할 수 있다. 이 경우, 상기 메모리부(130)는 각각의 위상 이동값에 대응하는 바이어스 전압 보상값을 더 저장할 수 있다.
상기 제어부(140)는 원하는 시점 및 원하는 값의 바이어스 전압을 출력하도록 상기 바이어스 전압 출력부(110)에 제어 신호를 출력할 수 있다. 또한, 상기 제어부(140)는 상기 검출부(120)에서 출력된 광 신호의 세기와 관련 측정값 또는 측정신호를 수신하고 처리할 수 있다. 또한, 상기 제어부(140)는 상기 메모리부(130)에 저장된 매핑 테이블을 읽고, 읽은 값을 이용하여 필요한 값을 저장할 수 있다.
상기 제어부(140)는, 이하에서 설명될 산출 및 다양한 제어 로직을 실행하기 위해 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 포함할 수 있다. 또한, 설명할 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이 때, 프로그램 모듈은 상기 메모리부(130)에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
이하에서는 본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법을 설명하겠다. 다만, 본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법은 앞서 설명한 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치를 이용하므로 각 구성에 대한 반복적인 설명은 생략하겠다.
도 6은 본 명세서의 일 실시예에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법의 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 먼저 단계 S100에서 상기 제어부(140)가 임의 또는 미리 설정된 타이밍에 n개(n은 2이상의 자연수)의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하도록 바이어스 전압 출력부(110)에 제어 신호를 출력할 수 있다. 이때, 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스는 광 세기 변조기의 이동 함수에서 2π/n의 위상 간격을 가질 수 있다. 즉, i번째(i=1,…,n) 광 신호는 (2π/n)*(i-1)의 위상으로 변조된다.
도 7은 4개의 바이어스 전압 제어용 펄스가 측정된 예시도이다.
도 7을 참조하면, 광 세기 변조기의 이동 함수인 사인파 곡선을 확인할 수 있다. 그리고 4개의 바이어스 전압 제어용 펄스가 3가지 경우(case 1, case 2, case 3)로 측정된 것을 확인할 수 잇다. 3가지 경우 모두, 이상적인 변조기 출력 값으로부터 화살표 크기 이상의 위상 이동이 발생한 것을 확인할 수 있다. 도 7에도시된 예시는 목표 지점이 Quad+일 때의 예시이며, Quad+ 뿐만 아니라 Quad-, Peak, Null을 포함한 어떠한 지점이든 목표 지점으로 설정이 가능하다.
다음 단계 S110에서 상기 제어부(140)는 상기 검출부(120)로부터 광 세기 변조기에서 출력된 광 신호의 세기와 관련 측정 신호를 수신할 수 있다. 상기 제어부(140)는 이동 함수 내 어떤 위상 값을 가진 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하도록 타이밍을 제어할 수 있으므로, 상기 출력 타이밍과 연결된 시점에 상기 검출부(120)로부터 수신된 신호를 해당 타이밍에 출력된 바이어스 전압 제어용 펄스에 대응하는 광 신호의 세기로 간주할 수 있다. 임의 타이밍에 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력했을 경우에는 송신부(20)와 수신부(10)간 추가적인 타이밍 정보 교환이 필요하다.
정확한 광 신호의 세기를 측정하기 위해 상기 검출부(120)는 단일광자검출기(SPD)일 수 있다. 이 경우, 상기 제어부(140)는 아래 수식 2를 이용하여 상기 단일광자검출기에서 측정된 광자의 수를 n개의 광 신호에 대해 측정된 변조기 출력 값으로 정규화할 수 있다.
[수식 2]
Figure 112021069938765-pat00023
Ni: n개의 광 신호 중 i번째 광 신호에서 측정된 변조기 출력값
(예: n=4인 경우, Ni=N0, Nπ/2, Nπ, N3π/2 )
Pi: i번째 광 신호에 대한 정규화된 변조기 출력 값
다음 단계 S120에서 상기 제어부(140)는 상기 검출부(120)로부터 수신한 n개의 광 신호 세기를 메모리부(130)에 저장된 위상 이동값 각각에 대응하는 n개의 이상적인 변조기 출력값 또는 바이어스 전압 보상값에 매핑할 수 있다.
예를 들어, 광 신호 세기에 대해 상기 검출부(120)에서 측정된 변조기 출력값이 아래와 같이 정규화된 경우를 가정해보겠다.
0π : 0.990813592
0.5π : 0.404595502
1π : 0.009186408
1.5π : 0.595404498
이때, 상기 메모리부(130)는 아래 수식 3을 통해 계산된 0도부터 359도 위상 이동값 각각에 대응하는 n개의 이상적인 변조기 출력값 또는 바이어스 전압 보상값을 저장할 수 있다.
[수식 3]
Figure 112021069938765-pat00024
Figure 112021069938765-pat00025
: 광 세기 변조기 내부 두 경로 사이의 상대적인 위상 차이, 0도부터 359도의 위상 이동(phase drift)
Figure 112021069938765-pat00026
: n개의 광 신호 중 i번째(i=1,…,n) 광 신호가 가지는 (2π/n)*(i-1)의 위상 값
Figure 112021069938765-pat00027
: i번째 광 신호의 이상적인 변조기 출력 값
이때, 상기 제어부(140)는 아래 수식 4를 이용하여 상기 검출부(120)에서 측정된 변조기 출력값을 상기 메모리부(130)에 저장된 0도부터 359도 위상 이동에 대한 이상적인 변조기 출력값 중 가장 근접한 값으로 매핑할 수 있다.
[수식 4]
Figure 112021069938765-pat00028
Figure 112021069938765-pat00029
오류 값
Figure 112021069938765-pat00030
: 검출부에서 측정된 변조기 출력값(실험값)
Figure 112021069938765-pat00031
: 메모리부에 저장된 변조기 출력의 이상적인 값
상기 값을 도 5에 도시된 예시에서 매핑하면, 위상 이동값이 "11도"에 해당한다.
다음으로, 단계 S140에서 상기 제어부(140)는 상기 매핑된 위상 이동값 또는 바이어스 전압 보상값에 따라 상기 바이어스 전압 출력부의 바이어스 전압을 조정할 수 있다. 이때, 상기 바이어스 전압 보상값은 상기 메모리부(130)에 미리 저장될 수 있으며, 상기 위상 이동값에 의해 미리 저장된 수식에 의해 산출될 수 있다.
상기 과정은 미리 설정된 주기(예: 1시간, 2시간 등)에 따라 반복될 수 있다.
한편, 상기 양자키 분배 시스템은 디코이 프로토콜을 이용하는 양자키 분배 시스템(QKD)일 수 있다. 디코이 프로토콜은 일반 신호 사이에 디코이 신호를 포함시키는 것이 특징이다. 본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법 역시 일반 신호 사이에 바이어스 전압 제어용 펄스를 포함시키는바 상기 디코이 신호와 관계에서 다양한 실시예가 가능하다.
도 8은 디코이 신호와 바이어스 전압 제어용 펄스가 서로 다른 타이밍에 출력되는 참고도이다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(140)는 디코이 신호를 출력하는 타이밍과 다른 타이밍에 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하도록 제어 신호를 출력할 수 있다. 도 8를 참조하면, 일반 신호에 디코이 신호만 포함된 상태(도 8의 a)에서 디코이 신호와 다른 타이밍에 바이어스 전압 제어용 펄스가 더 포함된 상태(도 8의 b)로 바뀐 것을 확인할 수 있다.
도 9는 디코이 신호와 바이어스 전압 제어용 펄스 중 일부가 같은 타이밍에 출력되는 참고도이다.
본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 상기 제어부(140)는 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하는 타이밍 중 적어도 하나 이상은 상기 디코이 신호를 출력하는 타이밍에 제어 신호를 출력할 수 있다. 도 9를 참조하면, 일반 신호에 디코이 신호만 포함된 상태(도 9의 a)에서 세번째 디코이 신호가 디코이 신호와 바이어스 전압 제어용 펄스가 같은 타이밍에 출력된 것으로 바뀐 것을 확인할 수 있다(도 9의 b). 디코이 신호의 세기는 송신자와 수신자 사이에서 임의의 세기를 가지도록 약속될 수 있는데, 이 디코이 신호의 세기가 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스 중 어느 하나와 같은 세기일 수 있다. 따라서, 이 경우, n개의 바이어스 전압 제어용 펄스 중 n-1개는 디코이 신호와 다른 타이밍 출력하고, 원래 디코이 신호가 출력될 타이밍에 디코이 신호의 세기를 측정하고 그 측정값을 바이어스 전압 제어용 펄스의 측정값으로 활용하는 것이다.
한편, n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하는 과정에서도 바이어스 전압 제어용 펄스 사이의 타이밍이 다양하게 설정될 수 있다.
도 10은 바이어스 전압 제어용 펄스 사이의 타이밍에 대한 참고도이다.
도 10에 도시된 신호의 타이밍도에서 디코이 신호를 도시하지 않고, 일반 신호와 바이어스 전압 제어용 펄스만 도시하였다. 그리고 한 신호 프레임당 20개의 일반 신호를 전송하는 예시를 도시하였다. 따라서, 도 10에 도시된 예시는 3개의 신호 프레임이 도시되어 있다. 또한, 도 10에 도시된 예시는 3개의 바이어스 전압 제어용 펄스가 광 세기 변조기의 이동 함수에서 120도의 위상 차이를 가진 경우를 예시하였다. 따라서, 3개의 바이어스 전압 제어용 펄스는 "0, 2π/3, 4π/3"으로 표시하였다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(140)는 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 연속적으로 출력하도록 상기 바이어스 전압 출력부에 제어 신호를 출력할 수 있다. 도 10의 (a)를 참조하면, 바이어스 전압 제어용 펄스가 2번째 신호 프레임에 연속적으로 2번째 신호부터 4번째 신호에 위치한 것을 확인할 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 상기 제어부(140)는 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 비연속적으로 출력하도록 상기 바이어스 전압 출력부에 제어 신호를 출력할 수 있다. 도 10의 (b)를 참조하면, 바이어스 전압 제어용 펄스가 2번째 신호 프레임의 2번째, 5번째, 8번째 신호에 위치한 것을 확인할 수 있다. 한편, 상기 바이어스 전압 제어용 펄스가 반드시 한 신호 프레임에 모두 포함되어야 할 필요는 없다. 도 10의 (c)를 참조하면, 바이어스 전압 제어용 펄스가 1번째 신호 프레임의 2번째, 2번째 신호 프레임의 18번째, 3번째 신호 프레임의 10번째에 위치한 것을 확인할 수 있다. 실험적으로 상기 바이어스 전압의 조정은 일정 온도 및 습도를 유지하도록 환경이 조성된 서버실 같은 곳에서 1~2시간 중에 1~2회 정도 조정하면 QKD 시스템에 큰 무리가 없는바, 도 10의 (c) 같은 실시예도 가능하다. 한편, 도 10의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이 바이어스 전압 제어용 펄스가 광 세기 변조기의 이동 함수에서 가장 작은 값 또는 가장 큰 값부터 순서대로 출력되어야 하거나, 위상 차이가 인접한 바이어스 전압 제어용 펄스끼리 순서를 지켜서 출력되어야 하는 규칙은 필요하지 않다.
도 11은 본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치의 실험값이다.
도 11을 참조하면, n=4인 경우에 대한 실험값으로, 4개의 광 신호 세기에 대응하는 정규화된 광자 수와 위상 이동을 보상하기 위해 상기 바이어스 전압 출력부(110)에 적용된 전압값을 나타낸다.
한편, 본 명세서에 따른 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법은 컴퓨터에서 각 단계들을 수행하도록 작성되어 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체에 기록된 컴퓨터프로그램의 형태로 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터프로그램은, 상기 컴퓨터가 프로그램을 읽어 들여 프로그램으로 구현된 상기 방법들을 실행시키기 위하여, 상기 컴퓨터의 프로세서(CPU)가 상기 컴퓨터의 장치 인터페이스를 통해 읽힐 수 있는 C/C++, C#, JAVA, Python, 기계어 등의 컴퓨터 언어로 코드화된 코드(Code)를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 상기 방법들을 실행하는 필요한 기능들을 정의한 함수 등과 관련된 기능적인 코드(Functional Code)를 포함할 수 있고, 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 소정의 절차대로 실행시키는데 필요한 실행 절차 관련 제어 코드를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 코드는 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 실행시키는데 필요한 추가 정보나 미디어가 상기 컴퓨터의 내부 또는 외부 메모리의 어느 위치(주소 번지)에서 참조되어야 하는지에 대한 메모리 참조관련 코드를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터의 프로세서가 상기 기능들을 실행시키기 위하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 통신이 필요한 경우, 코드는 상기 컴퓨터의 통신 모듈을 이용하여 원격에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 어떻게 통신해야 하는지, 통신 시 어떠한 정보나 미디어를 송수신해야 하는지 등에 대한 통신 관련 코드를 더 포함할 수 있다.
상기 저장되는 매체는, 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상기 저장되는 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 프로그램은 상기 컴퓨터가 접속할 수 있는 다양한 서버 상의 다양한 기록매체 또는 사용자의 상기 컴퓨터상의 다양한 기록매체에 저장될 수 있다. 또한, 상기 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 명세서의 실시예를 설명하였지만, 본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 바이어스 전압 제어 장치
110 : 바이어스 전압 출력부
120 : 검출부
130 : 메모리부
140 : 제어부

Claims (23)

  1. 양자키 분배 시스템에 포함된 광 세기 변조기의 바이어스 전압을 제어하는 장치로서,
    제어 신호에 따라 광 세기 변조기에 바이어스 전압을 출력하는 바이어스 전압 출력부;
    광 세기 변조기에서 출력된 광 신호의 세기를 측정하는 검출부;
    위상 이동값 각각에 대응하는 n개(n은 2이상의 자연수)의 이상적인 변조기 출력값 또는 바이어스 전압 보상값을 저장하는 메모리부; 및
    상기 바이어스 전압 출력부가 임의 또는 미리 설정된 타이밍에 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하도록 제어 신호를 출력하고, 상기 검출부에서 측정된 상기 n개의 광 신호 세기에 따라 위상 이동값 또는 바이어스 전압 보상값을 매핑하고, 상기 매핑된 위상 이동값 또는 바이어스 전압 보상값에 따라 상기 바이어스 전압 출력부의 바이어스 전압을 조정하는 제어부;를 포함되,
    상기 메모리부는, 광 신호 세기에 대한 0도부터 359도에 대한 위상 이동에 대응하는 이상적인 변조기 출력값 또는 바이어스 전압 보상값을 저장하는 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스는, 광 세기 변조기의 이동 함수에서 2π/n의 위상 간격을 가진 것을 특징으로 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 메모리부는 아래 수식을 통해 계산된 0도부터 359도 위상 이동값 각각에 대응하는 n개의 이상적인 변조기 출력값을 저장하는 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치.
    Figure 112023026199433-pat00032

    Figure 112023026199433-pat00033
    : 광 세기 변조기 내부 두 경로 사이의 상대적인 위상 차이, 0도부터 359도의 위상 이동(phase drift)
    Figure 112023026199433-pat00034
    : n개의 광 신호 중 i번째(i=1,…,n) 광 신호가 가지는 (2π/n)*(i-1)의 위상 값
    Figure 112023026199433-pat00035
    : i번째 광 신호의 이상적인 변조기 출력 값
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 검출부는 단일광자검출기이고,
    상기 제어부는 상기 단일광자검출기에서 측정된 광자의 수를 아래 수식에 대입하여 n개의 광 신호에 대해 측정된 변조기 출력 값으로 정규화하는 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치.
    Figure 112021069938765-pat00036

    N i : n개의 광 신호 중 i번째 광 신호에서 측정된 변조기 출력값
    p i : i번째 광 신호에 대한 정규화된 변조기 출력 값
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어부는 아래 수식을 이용하여 상기 검출부에서 측정된 변조기 출력값을 상기 메모리부에 저장된 0도부터 359도 위상 이동에 대한 이상적인 변조기 출력값 중 가장 근접한 값으로 매핑하는 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치.
    Figure 112021069938765-pat00037

    Figure 112021069938765-pat00038
    오류 값
    Figure 112021069938765-pat00039
    : 검출부에서 측정된 변조기 출력값(실험값)
    Figure 112021069938765-pat00040
    : 메모리부에 저장된 변조기 출력의 이상적인 값
  7. 청구항 1에 있어서,
    양자키 분배 시스템은 디코이 프로토콜을 이용하는 것을 특징으로 하는 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는, 디코이 신호를 출력하는 타이밍과 다른 타이밍에 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하도록 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하는 타이밍 중 적어도 하나 이상은 상기 디코이 신호를 출력하는 타이밍에 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 연속적으로 출력하도록 상기 바이어스 전압 출력부에 제어 신호를 출력하는 특징으로 하는 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 비연속적으로 출력하도록 상기 바이어스 전압 출력부에 제어 신호를 출력하는 특징으로 하는 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 장치.
  12. 양자키 분배 시스템에 포함된 광 세기 변조기의 바이어스 전압을 제어하는 방법으로서, 제어부가
    (a) 임의 또는 미리 설정된 타이밍에 n개(n은 2이상의 자연수)의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하도록 바이어스 전압 출력부에 제어 신호를 출력하는 단계;
    (b) 검출부로부터 광 세기 변조기에서 출력된 광 신호의 세기와 관련 측정 신호를 수신하는 단계;
    (c) 상기 검출부로부터 수신한 n개의 광 신호 세기를 메모리부에 저장된 위상 이동값 각각에 대응하는 n개의 이상적인 변조기 출력값 또는 바이어스 전압 보상값에 매핑하는 단계; 및
    (d) 상기 매핑된 위상 이동값 또는 바이어스 전압 보상값에 따라 상기 바이어스 전압 출력부의 바이어스 전압을 조정하는 단계;를 포함하되,
    상기 메모리부는, 광 신호 세기에 대한 0도부터 359도에 대한 위상 이동에 대응하는 이상적인 변조기 출력값 또는 바이어스 전압 보상값을 저장하는 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 상기 제어부가 광 세기 변조기의 이동 함수에서 2π/n의 위상 간격을 가진 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하도록 바이어스 전압 출력부에 제어 신호를 출력하는 단계인 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법.
  14. 삭제
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 메모리부는 아래 수식을 통해 계산된 0도부터 359도 위상 이동값 각각에 대응하는 n개의 이상적인 변조기 출력값을 저장하는 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법.
    Figure 112023026199433-pat00041

    Figure 112023026199433-pat00042
    : 광 세기 변조기 내부 두 경로 사이의 상대적인 위상 차이, 0도부터 359도의 위상 이동(phase drift)
    Figure 112023026199433-pat00043
    : n개의 광 신호 중 i번째(i=1,…,n) 광 신호가 가지는 (2π/n)*(i-1)의 위상 값
    Figure 112023026199433-pat00044
    : i번째 광 신호의 이상적인 변조기 출력 값
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 검출부는 단일광자검출기이고,
    상기 (b) 단계는, 상기 제어부가 상기 단일광자검출기에서 측정된 광자의 수를 아래 수식에 대입하여 n개의 광 신호에 대해 측정된 변조기 출력 값으로 정규화하는 것을 더 포함하는 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법.
    Figure 112021069938765-pat00045

    N i : n개의 광 신호 중 i번째 광 신호에서 측정된 변조기 출력값
    P i : i번째 광 신호에 대한 정규화된 변조기 출력값
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 제어부는 아래 수식을 이용하여 상기 검출부에서 측정된 변조기 출력값을 상기 메모리부에 저장된 0도부터 359도 위상 이동에 대한 이상적인 변조기 출력값 중 가장 근접한 값으로 매핑하는 단계인 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법.
    Figure 112021069938765-pat00046

    Figure 112021069938765-pat00047
    오류 값
    Figure 112021069938765-pat00048
    : 검출부에서 측정된 변조기 출력값(실험값)
    Figure 112021069938765-pat00049
    : 메모리부에 저장된 변조기 출력의 이상적인 값
  18. 청구항 12에 있어서,
    양자키 분배 시스템은 디코이 프로토콜을 이용하는 것을 특징으로 하는 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 상기 제어부가 디코이 신호를 출력하는 타이밍과 다른 타이밍에 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하도록 제어 신호를 출력하는 단계인 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 상기 제어부가 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 출력하는 타이밍 중 적어도 하나 이상은 상기 디코이 신호를 출력하는 타이밍에 제어 신호를 출력하는 단계인 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법.
  21. 청구항 18에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 상기 제어부가 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 연속적으로 출력하도록 상기 바이어스 전압 출력부에 제어 신호를 출력하는 단계인 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법.
  22. 청구항 18에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 상기 제어부가 상기 n개의 바이어스 전압 제어용 펄스를 비연속적으로 출력하도록 상기 바이어스 전압 출력부에 제어 신호를 출력하는 단계인 광 세기 변조기의 바이어스 전압 제어 방법.
  23. 컴퓨터에서 청구항 12, 13, 15 내지 22 중 어느 한 청구항에 따른 제어 방법의 각 단계들을 수행하도록 작성되어 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체에 기록된 컴퓨터프로그램.
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