TW510102B - Phase modulator and phase modulating method - Google Patents

Description

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五、發明說明（1) 發明所屬技術領域 變之相位調變 量子密碼之高 本發明係有關於將光信號高速的相位調 裝置及方法。例如係有關於相位調變方式之 速調變裝置及方法。 習知技術 圖1 4、1 5係例如在文獻：内山「量子力學之基礎和旦 子密碼」數理科學Ν〇·402，DECEMBER 1 996所示之土以往口里 相位調變方式之量子密碼進行相位調變之方法。 在相位調變方式密碼，一般以圖1 4所示之構造配 位調變器（PM)。在傳送裝置和接收裝置各自配置一個^相 調變器（PMA、PMB)，對相位調變器施加和相位調固相位 /2、τγ、3;γ/2)對應之作用電壓。 71 相位調變方式之量子密碼，以使用光纖等 利用通過2種長度相同之光路而來之相位不同之 予系， 涉在物理上構成系統。在一般之相位調變方 旦之干 之調變在傳送裝置和接收裝置之間各自配置丨 里子密碼 器，施加所要之相位調變而令動作。 目值調變 舉例具體說明相位調變方式之量子密 調變方法如下。 Λ住之相位 例如，使用圖1 4、圖1 5說明使用了光纖之右 用耦合器之Β92協定之一個實施例。自雷射輸接合點使 頻率振盡之光子，成兔 出以某重族 接著只說明在量子密疏舌西々〇片幻尤纖寺往耦合器！ 里丁在碼重要之2條光路。 爺i 〇

五、發明說明（2) 第一條係在耦人哭，y 變器PMA後通過耦合/彺圖1 4之上方傳送，通過相位調 調變器PMB之光路:=，接著在耦合器3通過未通過相位 第二條係在輕人耦合器4往檢測器之第一光路。 後，通過耦合器2，σ垃15:1通過未通過相位調變器PMA之光路 過相位調變器_後匕在；合器4往圖14之上方傳送，通 第一光路和第」/輕5裔4往檢測器之第二光路。 在該長度相口 之長度相同。 變器ΡΜΛ施加之相位φ ，關於相位，設一個是用相位調 之相位（Db，按昭、另一個是用相位調變器ΡΜΒ施加 牧“、、具差值Oa—ob發生氺 ,y ^ 變方式之量子密碼利用發θ生先之干涉。相位調 之方法只是在傳送枣w f t。疋，以往之令相位調變 裝置和接收裝置各配置一個相#喟鐵 器’進行所要之相位調變。 1個相位调變 例如，為了進行0、π/2、r、3?r/2之相你㈣斜 相位調變器施加〇V、4V、8V、12 相二社’對 為了施加電壓，電壓之上升 圖15所不， 在。又，在用1個h 升』’和下降期間τρ -定存 在個相位調變器依次調變連續不同之隨機之 相位之情況，必須設置空白期間ΒΡ(βρ>0)只不门之&機之 調變調Γ式’為τ令調變，需要以對相位 LP、下降期間ΤΡΪ㈣~ f I H €壓之上升㈣ 射，使光子以竿重;兩速化之瓶頸。例如，使用脈衝雷 =使先子以某重複頻率振盈，也需要 仃相位調變，為了進耔相仞，嶽兩亦 子序门乂的進 調變里對應之幾種電壓。在量子密碼之位元速率因和脈

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第5頁 510102 五、發明說明（3) 衝雷射之頻率成正比，為了高速化需要高速的切換電壓後 作用於相位調變器。因而，電壓之上升期間Lp、下降期間 TP長時，一般至施加和前值不同之下一電壓為止之時間4 長。忽略之而提高（例如脈衝雷射之）重複頻率時， 空白期間ΒΡ(ΒΡ^0)，下一時序之電壓之上升和前一… 電j之下降重疊，無法正常的發揮功能。因而，且 有成為冋速化之障礙之問題點。 ’、 本發明之目的在於相位調變之高速處 在於提高在相位干涉方式 ：：處理。例如，目的 作化。 馬之位70速率，即高速動 發明之概述 本發明之相位調變裝置，# NU為2以上之軟：、哀I其特徵在於包括： 光信號施加#仇調變；@相位調變11，對在光路傳送之 第一和第二光門， 、 擇N個相位調變器之^關’一列配置該N個相位調變器 控制部，向該第、二：和光路連接；以及 、

個相器之其中—= : = 】輸出切換信號後令N 部之特徵為包i連接。 相位調變資* ~匕祜· ▲ N個電壓產生部己,隱對，’記憶相位調變資料； 變對應之電壓； 傾個相位調變器各自產生# > / 切換部，仂卩 目產生和相位調 -人％入相位端銳

—— 調變為料記憶體所記憶之相仇 2I12-4313-PF.ptd 3丄 五、發明說明（4) 調變資料後’依次供給對利用該第一和 ΐ;;相位調變器產生電壓之電壓產生部所讀 該控制部之特徵為包括： 料；相位調變資料記憶體，記憶_個值之相位調變資 電壓產生部，對Ν個相位調變器各自產 ▲ =之Ν個值對應之Ν個固定之電壓後，供目位調變 固定之電壓；以及 廿州位調變器 之切：第一和第二光開關輸出選擇相位調變写 應之電壓。貝料後供-和所讀入之相位調變資料值對 广發明之相位調變裝置，其特徵在於包括： 及〃、以上之整數）個相位調變器，對於光路串聯； 控制部，對N個相位調變器產生 N個相位調變器所產生個 社〜^ 各自供給 調變器之電壓之二二:電^:吏得作用於·個相位 壓相等。 ^ 對先&唬轭加之相位調變對應之電 該控制部之特徵為包括·· ί:Γ變資料記憶體’記憶相位調變資料；及 # π π _ π ^ °卩，產生將和相位調變資料記憶體所記憶之 相位調變資料對岸之雷厭V Νί Μ \ 丁 ^之電壓V Ν等分之均勻電壓（V/N)後， 第7頁 2112-4313-PF.ptd 五、發明說明（5) 均勻電壓（V/N)。 一和第二光信號依次相 另1J供給N個相位調變器所產生之N個 本發明之相位調變方法，將第 位調變，其特徵在於包括·· 第一調變過程，用第一相位調變器將光信號相位 調變；及 ▲第一调變過程，在該第一調變過程終了前，用第二相 位调變器將第二光信號相位調變。 旦本發明之相位調變方法，將光信號只相位調變既定 里’其特徵在於包括：

第一調變過程，用第一相位調變器將第一光信號相位 調變；及 〇第二調變過程，在第二相位調變器將利用第一調變過 程相位調變後之光信號再相位調變； β 藉著執行該第一調變過程和第二調變過程雙方對光信 號施加該既定量之相位調變。 發明之最佳實施例 實施例1

^ 在本實施例1 ’說明一種相位調變方式之量子密碼之 同速調變方式’其特徵在於在使用相位調變方式之量子密 2方式，並列的配置多個相位調變器，用光開關高速切 換0 圖1係表示相位調變方式之量子密碼之高速調變系統

MU1U2 五、發明說明（6)

本調變系統由傳送裝置1QQ、傳 Q 構傳送装置100 ’雷射91使光信號以重複頻ic 振盪7連，的產生光信號ϋ合器94 H 95係令光信號分離、匯合的。第一相位調變器71和第：: 位調變器73係對光信號相位調變的。第一光 _ 光開關35係切換第-相位調變器Π和第二相位調變器7第3 — 的。又’自雷射91向切換部55輸出同步輸出信號93。 -料係控制相位調變的。控制部51具有相位調變 切換部55、第一電壓產生部57以及第二電 Γ·=Γ::5Γ自雷射91輸出了同步輸出信 ί蚀：Ϊ :第一光開關33和第二光開關35，切換成交 替使用第-相位調變器71和第二相位調變器73。又 = Γ壓所ΪΪ之相位調變資料31之值，向第」 電壓產生457和第二電壓產生部59指示，使 變器71及第二相位調變器73產生相位調變 调 一相位調變器71產生相位調= ί變i壓第二電壓產生部59令第二相位調變㈣產生相位 傳送路2 0 0係光纖等之傳送路。 接收裝置300具有和傳送裝置1〇〇相 置_和傳送裝置1〇〇之相異點在於未如傳送接般收且裝 :雷射91 ’而具有檢測器98。檢測㈣係檢測光之干涉、 麵 2112-4313-PF.ptd 第9頁 五、發明說明（7) - 一相编表鐵^第0 一相位調變器71和第二相位調變器73及第 調k益81和第二相位調變器83之動作圖。 第二示對第一光信號作用之電髮，二2(b)表示對 一尤饴唬作用之電壓。 之動示，第一相位調變器71和第二相位調變器73 對c口、在期間肿重疊。即，在用第一相位調變器71 位i:Hi相位調變之第一調變過程終了前，用第二相 像描=^第二光信號相位調變之第二調變過程開始。 係：一’變過程和第二變過程可具有重疊之期間op 、於第一相位調變器71和第二相位調變器73並聯。 圖3係表示控制部51之切換部55之動作之流程9圖。 ，換部55首先在sii，自相位調變資料記憶體53依次 传目位調變為料31。接著，在§12，在無相位調變資料 之情況，結束相位調變處理。然後，在s丨3，決定在下 :光信號之相位調變使用第一相位調變器71和第二相位調 變器73之中之哪一個相位調變器。在此情況，交替使用第 一相位調變器71和第二相位調變器73。然後，在S14，在 使用第一相位調變器71之情況，預先向第一電壓產生部57 傳送相位調變資料3丨。而在使用第二相位調變器73之情 況’預先向第二電壓產生部59傳送相位調變資料31。接 著’在S15 ’等待來自雷射91之同步輸出信號93。在來自 雷射91之同步輸出信號93到了之情況，切換部55在S16令 第一光開關33和第二光開關35切換為第一相位調變器71或 第一相位調變器7 3。然後，在S1 7，向供給利用第一光開

2112-4313-PF.ptd 第10頁 510102 五、發明說明（8) 關33和第二光開關35所連接之相位調變器 壓之電麼產生部傳送使得產生二 ^ 電 之起動信號。結果，第一雷ί I 調變資料31之電壓 59向第一相位調變戍第t生：57或第二電壓產生部 裔1或第一相位調變器7 3銓Φ枋昭如从 調變資料31之電壓。 I益Η輸出依照相位 ^圖2表示’在時亥m ’起動第一電 ， 又，在時刻T2，起動第二電壓產生部59。 用，藉,著切換並聯之2台相位調變器後使 圖4係表示傳送裝置(今、4 圖。 f心衣直iUU(或接收裝置300 )之別例之 73、ί 將严一相位調變器71、第二相位調變器 變琴並^用；Ϊ75、第四相位調變器77之4個相位調 =:= 開關33和第二光開關35切換之情況。 位1 #二a二^進仃〇、71/2、冗、3 π/2之4種量之相 立調^總是令產生〇1418[12¥。〇卜供給第一相 =2〒器71。4V供給第二相位調變器73。8ν供給第三相位 調k器75。12V供給第四相位調變器77。 圖5係第一相位調變器71、第;^相位調變器73、第三 目立，”器75 θ第四相位調變器”之動作說明圖。第一相 ，調，器71總疋進仃0V之相位調變。第二相位調變器73總 疋進仃4V之相位調變。第三相位調變器75總是進行8v之相

位調變。第四相你钿龄纟W π σ ^ θ , 拖邦π昭相a 調鲨态77總疋進行12V之相位調變。切 31 ^4 # Vrn調變資料記憶體53所記憶之相位調變資料 一 2 π、3 π/2)切換第一光開關33和第 /? 1 ^如，如圖5所示，在相位調變資料31係3 π 二：：ί部55將第一光開關33和第二光開關35切換 二 疋·’第一光信號以12V之電壓相位調變。其次， -t 貝料31係71時，切換部55將第-光開關33和第 :鐵#十刀換為83。於是，第-光信號以8V之電壓相位 調變。 圖6係圖4所示控制部5丨之切換部55之動作流程圖。 首先，在S21，切換部55依次取得相位調變資料記憶 體53所記憶之相位調變資料31。接著，在⑽，在無相^ 調變資料31之情況，結束相位調變處理。纟有相位調變資 料31之情況，在S23，等待來自雷射91之同步輸出信號 93。在來自雷射91之同步輸出信號93到了之情況，在s24 依據相位調變資料31之值指示第一光開關33和第二光開關 3 5之切換。 在本實施例，因使4個接收側影像機器各自總是進行 某一種相位調變（0或ΤΓ/2或π或3 ΤΓ/2)，利用第一光開關 33和第二光開關35選擇相位調變器，完全不考慮電壓之上 升下降期間，可進行高速之相位調變。 在本實施例’只要第一光開關3 3和第二光開關3 5之切 換時間以比自雷射^產生之光子之重複頻率c快之頻率δ切 換即可，可進行很高速之相位調變。

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在本實施例3，說明一種相仿 ^ ^ $位調變方式之量子漆石民夕 高速調變方式，其特徵在於在# ia ^ i篁于也碼之 夂K用相位調變方或之吾； 碼方式，串列的配置多個相位調變 割後調變。 ，將想調變之相位分 五、發明說明（10) 實施例3 在本實施例’說明傳送裝晉〗η Λ , 7! 装置100(或接收裝置300 )之別 例〇 況0 在本實施例 使用圖7說明將相位調變器串聯之情

在圖7，第一相位調變器？！、楚一 A 一相位調變器73、第 三相位調變器7 5、第四相位調轡5| 7 7虫麻 _ _ ^ 用隻器（7串聯。電壓產生部56 產生相等之電壓後同時供給這4個相位調變器。 圖8係表示4個相位調變器之作用電壓圖。 圖9係表示進行7Γ之相位調變之情況之電壓v(v = 8v)之 圖。 為了產生8V之電壓，設上升期間只需要Lp、下降期間 只需要tp。在進行相位調變之情況，施加8V之電壓1次也 可進行7Γ之相位調變，施加2V之電壓4次也可進行冗之相 位調變。設用以產生2V之電壓之上升期間為w、下降期間 為U時，因上升期間和下降期間和電壓之大小成正比' W = L Ρ / 4及U = Τ Ρ / 4。因此’在本實施例，係藉著將本來進行 相位調變所需之電壓分割後供給，縮短產生本來應供給之 電壓所需之上升期間及下降期間的。例如，如圖7所示， 在用4個相位調變器施加本來應作用之電壓之情況，用4個

2112-4313-PF.ptd 510102 五、發明說明（11) 上升期間及 相位調變器各自施加丨/4之電壓即可。因此 下降期間變成1/4。 在圖8，對4個相位調變器同時供給” 係因自第-相位調變器71至第四相位 電 離紐了將自第—相位調變器71至第w 止之光信號之通過時間看成幾乎0。在自第广：二為 相位調變器77為止之通過時間長第 即；要將供給各相位調變器之作用電壓之時序各稍微錯

圖10係控制部51之電壓產生部56之動作流程 相，自相位調變資料記憶體53取得 相位調變育料31。接著，在S32，在無相位調變資料3ι之 ^況，結束相位調變處理。接著，在S23，等待同步輸出 信號93之輸入。而，在S34，電壓產生部56產生相位^變 資料31所示之本來之電壓¥之1/4之電壓（ν/4)後，向彳個^ 位調變器輸出。 在上述之例子，表示使8V變成1/4之情況，但是在作 用電壓為4V時，對4個相位調變器各自施加]^，而在作用 電壓為12V時，對4個相位調變器各自施加…即可。

若依據本實施例，藉著將N個相位調變器串聯，可將 上升期間及下降期間各自縮短至1 / N。 在本實施例’包括第一調變過程，用第一相位調變器 71將光信號相位調變；及第二調變過程，用第二相位調變 器73將利用該第一相位調變器71相位調變後之光信號再相

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位調變；還包括第三調變過 串列的執行這些第一至第四 之相位調變。於是，藉著串 變後之相位分割後施加，電 短，可高速動作。 程及第四調變過程，藉著全部 調變過程，進行所要之既定量 列配置多台相位調變器，將調 壓之上升期間、下降期間縮 ，11至圖13係傳送裝置100和接收裝置300之相位調變 器之連接例。 圖11表示串聯N台相位調變器之情況。

圖1 2表示將相位調變器串聯後部分並聯之情況。 圖1 3表示將相位調變器並聯而且串聯之情況。 又’雖未圖示，其他之組合也可能。 上述之相位調變裝 之高速調變裝置。又， 相位調變之情況。又， 使用上述之構造。 置可用於相位調變方式之量子密碼 不限於量子密碼，可用於將光信號 可只在傳送裝置和接收裝置之一方 產業上之可應用性

相位示：若依據本發明之最佳實施例，以使用 、亲動11之罝子密碼令位元速率值提高。即，在想 壓之上井翻況，具有可不受為了令相位調變而作用之 響、可高速二效^ 影響、或可大幅度減少其景 相位ί變；依佳實施例’因使得切換並聯 不必4到相位調變動作中之相位調變器之

510102 五、發明說明（13) 麗降至0V為止就可使其他相位調變器之相位調變動作開 始’可進行高速之相位調變。 又’若依據本發明之最佳實施例，因總是對相位調變 器施加固定之電壓，利用開關切換光信號後供給，可進行 使上升期間、下降期間變成0之高速之相位調變。 又’若依據本發明之最佳實施例，因將相位調變器串 列配置後施加分割後之電壓，可縮短上升期間及下降期 間’可進行高速之相位調變。

圖式簡單說明 圖1係表示實施例1之相位調變裝置之圖。 圖2 ( a )至圖2 ( b )係表示實施例1 ^ 士 說明圖。 I跑例1之相位調變器之動f 圖3係表示實施例丨之切換部之動 圖4係表示實施例2之相位調變裝机王圖0 圖5係表示實施例2之相位調變器^圖。 圖6係表示實施例2之切換部之 作說明圖< 圖7係表示實施例3之相位調變流程圖。 圖8係表示實施例3之相位調變^置之圖。

圖9係作用電壓之波形圖。 °之動作說明圖< 圖1 〇係表示實施例3之電壓產生立 圖11係相位調變器之別的配置椹之動作流程圖 圖1 2係相位調變器之別的配置込圖。 圖1 3係相位調變器之別的配置$圖。 得造圖。

510102 五、發明說明（14) 圖1 4係以往之相位調變器之配置圖。 圖1 5係以往之相位調變器之動作說明圖 符號說明 31 相 位 調 變 資 料 33 第 一 光 開 關 35 第 二 光 開 關 43 光 開 關 45 光 開 關 51 控 制 部 53 相 位 調 變 資 料 記 憶體 ^ 55 切 換 部 57 第 _丨一 電 壓 產 生 部 59 第 二 電 壓 產 生 部 61 控 制 部 63 相 位 調 變 資 料 記 憶 65 切 換 部 67 第 _丨一 電 壓 產 生 部 69 第 二 電 壓 產 生 部 71 第 一 相 位 調 變 器 73 第 二 相 位 調 變 器 75 第 相 位 調 變 器 % 77 第 四 相 位 調 變 器 81 第 相 位 調 變 器 83 第 二 相 位 調 變 器 91 雷 射 93 同 步 輸 出 信 號 94 第 一 耦 合 器 95 第 二 耦 合 器 96 耦 合 器 97 耦 合 器 98 檢 測 器 100 傳送裝置 200 傳送路200 300 接收裝置 、 T1 時 刻 T2 時 刻 BP 空 白 期 間 LP 上 升 期 間 TP 下 降 期 間

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Claims (1)

1. 510102 六、申請專利範圍 之 1 · 一種相位調變裝置，其特 ，為2以上之整數)個相位特微在，包括\ 光信號施加相位調變； ^隻裔’對在光路傳送 第和第二光開關，並列配署^κτ 擇Ν個相位調變器豆中_ 置邊Ν個相位調變器，選 控制部，向°該第、一和第個二和光路連接；以及 個相位調變器之发中一 —光開關輸出切換信號後令Ν 2.如申請專利^圍^光路連接。 控制部包括： 項之相位調變裝置，其中，該 相位調變資料記憶體， N個電壓產生部，對心固:己憶相位調變資料； 變對應之電壓；以及 目位調變器各自產生和相位調 切換部’依次讀入相· 調變資料後，依次供給對^變資料記憶體所記憶之相位 連接之相位調變器產生雷 該第一和第二光開關和光路 變資料。 壓之電壓產生部所讀入之相位調 3 ·如申請專利範圍第〗 控制部包括： 、之相位調變裝置，其中，該 料 相位調變資料記憶體，記憶取N個值之相位調變資 電壓產生部，對N個；^ ^ , 資料之N個值對應之N個固定調變器各自產生和相位調變 固定之電壓；以及 “供給各相位調變器 切換部，向該第一和楚- 一光開關輸出選擇相位調變岑

   2112-4313-PF.ptd 第18頁 510102 六、申請專利範圍 之切換信號，而該相位調變器讀入相位調變資料記 記憶之相位調變資料後供給和所讀入之相位調次:體所 應之電壓。 貝科值辦 4· 一種相位調變裝置，其特徵在於包括： N ( N為2以上之整數）個相位調變器，對於光 及 甲聯； 控制部’對N個相位調變器產生n個電壓後，各 N個相位調變器所產生個電壓，使得作用於該”個給 調變器之電壓之和與和對光信號施加之相位調 11 壓相等。 τ應之電 5·如申請專利範圍第4項之相位調變裝置，其中， 控制部包括： ’、 相位調變資料記憶體，記憶相位調變資料；及 電壓產生部’產生將和相位調變資料記憶體所記憶之 相位調變資料對應之電壓V ν等分之均勻電壓（V/N)後，分 別供給N個相位調變器所產生之n個均勻電壓（V/N)。 6· —種相位調變方法，將第一和第二光信號依次相位 調變， 其特徵在於包括： 第一調變過程，用第一相位調變器將第一光信號相位 調變；及 第二調變過程，在該第一調變過程終了前，用第二相 位調變器將第二光信號相位調變。 7· —種相位調變方法，將光信號只相位調變既定量，

   第19頁 2112-4313-PF.ptd 510102 六、申請專利範圍 其特徵在於包括： 第一調變過程，用第一相位調變器將第一光信號相位 調變；及 第二調變過程，在第二相位調變器將利用第一調變過 程相位調變後之光信號再相位調變； 藉著執行該第一調變過程和第二調變過程雙方對光信 號施加該既定量之相位調變。

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