WO2006018952A1

WO2006018952A1 - 多モード光伝送装置

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Publication number: WO2006018952A1
Application number: PCT/JP2005/013633
Authority: WO
Inventors: Masaru Fuse
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2006-02-23
Also published as: EP1772983B1; US20080240734A1; DE602005024141D1; EP1772983A1; US7917038B2; US8078059B2; JPWO2006018952A1; US20110085804A1; EP1772983A4

Abstract

光送信回路（２）は、多モード発振光を情報信号で変調し、多モード発振光における少なくとも１つの発振モード光に対して、所定の操作を施した後、光伝送路に送出する。光受信回路（８）は、光伝送路を介して伝送される光信号を受信し、所定の操作と逆の操作を施すことによって、所定の操作を施される前の光信号を復元し、復元した光信号を電気信号に変換して、情報信号を再生する。

Description

明細書

多モード光伝送装置

技術分野

[0001] 本発明は、データを光信号に変換して伝送し、伝送された光信号を受信してデータに変換する光伝送装置に関し、より特定的には、光が物理的性質として備える雑音成分を利用して、正規受信者以外の第三者によるデータの盗み見 Z盗聴を著しく抑制し、高い秘匿性を有するデータの暗号通信を実現する光伝送装置に関する。背景技術

[0002] 図 19は、暗号通信に対応する従来の光伝送装置 91の構成を示す図である。図 19 において、本光伝送装置 91は、光源 95と、光情報変調部 94と、暗号化部 93と、光伝送路 993と、復号化部 98と、光強度検出部 97とを備える。光源 95と、光情報変調部 94と、暗号ィ匕部 93とによって、光送信回路 92が構成される。復号化部 98と、光強度検出部 97とによって、光受信回路 96が構成される。なお、図中には、本光伝送装置 91の動作説明のため、傍受者光強度検出部 992と、暗号解読部 991とを構成要素とする傍受者光受信回路 99を併せて示して、る。

[0003] 上記のように構成された光伝送装置 91について、図 19を用いて、その動作を説明する。光送信回路 92において、暗号ィ匕部 93は、光受信回路 96内の復号化部 98との間で、「暗号鍵」として予め源符号 Kiを共有している。暗号化部 93は、伝送すべき情報信号 Diを源符号 Kiを用いて暗号化し、出力する。光情報変調部 94は、光源 95 カゝら出力された光を、暗号化部 93から出力された暗号化情報信号によって光変調し、光伝送路 993に送出する。光強度検出部 97は、光伝送路 993を介して伝送される光変調信号を入力して、当該光強度変調成分を検出し、電気信号に変換し、出力する。復号化部 98は、源符号 Kiを用いて、光強度検出部 97からの出力信号を復号ィ匕し、情報信号 Diを再生する。

[0004] 以上のような従来の光伝送装置では、送信者と受信者との間で所定の符号を「秘密鍵」として共有する。送信側は、情報信号に対して、当該符号を用いて所定の手順の計算処理を施して暗号ィ匕する。伝送後、受信側は、同様の符号を用いて略逆手順の計算処理を施すことで復号化し、元の情報信号を再生する。これにより、「秘密鍵」を保有する正規の受信者以外の第三者による復号ィヒが不可能となり、盗聴を著しく困難とし、秘匿性の高!、データ通信を実現することが可能となる。

特許文献 1：特開平 9— 205420号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力しながら、従来のように、計算処理に基づく従来の暗号通信方式は、電子計算機の発達に伴い、いずれ数学的に解読される危険性を常に含んでおり、高い安全性を長期間保証することができないという課題を有している。即ち、盗聴者側の傍受者光受信回路 99は、光伝送路 993を伝搬する光信号の一部を分岐して取り出し、正規受信者側の光受信回路 96と同等もしくはそれに匹敵する品質の光信号を傍受者光強度検出部 992に入力して、電気信号に変換し、暗号解読部 991で、元の情報信号 Diを復元することができる。暗号解読部 991は、主に、高速の計算機等で構成され、「秘密鍵」を所持していなくても、充分な品質の信号が入力しさえすれば、計算処理によって暗号を解読することができる。

[0006] それ故に、本発明の目的は、物理的性質（自然現象）として光が備える、予測不能の雑音成分を利用して、計算機処理による解析'解読が不可能な暗号通信を実現することができる光伝送装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0007] 上記課題を解決するために本発明は以下のような特徴と有する。本発明の第 1の局面は、伝送すべき情報信号で変調された多モードの光信号を伝送するための多モード光伝送装置であって、多モード発振光を情報信号で変調し、多モード発振光における少なくとも 1つの発振モード光に対して、所定の操作を施した後、光伝送路に送出する光送信回路と、光伝送路を介して伝送される光信号を受信し、所定の操作と逆の操作を施すことによって、所定の操作を施される前の光信号を復元し、復元した光信号を電気信号に変換して、情報信号を再生する光受信回路とを備えることを特徴とする。

[0008] 本発明の第 1の局面によれば、多モード発振光における少なくとも 1つの発振モード光に対して、所定の操作を施して発振モード光成分間の光強度または光位相の相関関係を変更する。これによつて、物理的性質（自然現象)として光が備える、予測不能の雑音成分が発生することとなる。盗聴が行われる場合、傍受者光受信回路が受信する光信号は、上記予測不能の雑音成分によって、信号対雑音比が劣化しているので、光送信回路が送信した光信号を正確に再生することができない。よって、上記予測不能の雑音成分を利用して、計算機処理による解析'解読が不可能な秘匿性の高い暗号通信を実現することができる光伝送装置が提供されることとなる。

[0009] 本発明の第 2の局面において、光送信回路は、所定の操作として、多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作を施して、光伝送路に送出し、光受信回路は、光伝送路を介して伝送される光を受信し、発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作と逆の操作を施すことによって所定の操作を施される前の光信号を復元し、発振モード光の群の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、情報信号を再生するとよい。

[0010] 本発明の第 2の局面により、光送信回路は、多モード発振する光の各発振モード光に対して、所定の操作を施して発振モード光成分間の光強度または光位相の相関関係を変更する。これによつて、物理的性質（自然現象)として光が備える、予測不能の雑音成分が発生することとなる。正規の光受信回路と光送信回路とは、発振モード光成分間の光強度または光位相の変更パターンを「秘密鍵」として共有する。光受信回路は、当該秘密鍵に基づいて、光送信回路が施した所定の操作とは逆の関係にある操作を施すことによって、雑音成分を除去する。これにより、光受信回路は、光送信回路が送信した光信号に準じた光スぺ外ルを有する光信号を再生することができる。盗聴が行われる場合、傍受者光受信回路が受信する光信号は、上記予測不能の雑音成分によって、信号対雑音比が劣化しているので、光送信回路が送信した光信号を正確に再生することができない。よって、上記予測不能の雑音成分を利用して、計算機処理による解析'解読が不可能な秘匿性の高い暗号通信を実現することができる光伝送装置が提供されることとなる。

[0011] 好ましくは、光送信回路は、多モード発振する光を出力する多モード光源と、多モード光源から出力される光を情報信号で変調し、変調された光信号を出力する光情報変調部と、光情報変調部から出力される光信号を入力し、光信号の複数の発振モード光の群に対して、所定の符号に対応した第 1の操作を施し、光伝送路に送出するモード符号化部とを含み、光受信回路は、光伝送路を介して伝送される光信号を入力し、光信号の複数の発振モード光の群に対して、所定の符号に対応した第 1の操作と逆の関係にある第 2の操作を施し、出力するモード復号ィ匕部と、モード復号ィ匕部から出力される光信号の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、情報信号を再生する光強度検出部とを含むとよい。

[0012] これにより、複数モードで発振する光を構成する各成分に対して、それぞれ独立な操作を施すことで発生する雑音を利用することとなるので、送受信者間では、一意な符号化'復号化操作を共有して、高い受信信号品質を確保すると共に、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高！ヽ光伝送装置を実現できる。

[0013] たとえば、モード符号ィ匕部における第 1の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の強度変化を与える操作であり、モード復号ィ匕部における第 2の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の強度変化と逆の極性を有する強度変化を与える操作であるとょ、。

[0014] たとえば、モード符号ィ匕部における第 1の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の位相変化を与える操作であり、モード復号ィ匕部における第 2の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の位相変化と逆の極性を有する位相変化を与える操作であるとょ、。

[0015] たとえば、モード符号ィ匕部における第 1の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の偏向変化を与える操作であり、モード復号ィ匕部における第 2の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の偏向変化と逆の極性を有する偏向変化を与える操作であるとよ、。

[0016] たとえば、モード符号ィ匕部における第 1の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の周波数変化を与える操作であり、モード復号ィ匕部における第 2の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の周波数変化と逆の極性を有する周波数変化を与える操作であるとょ、。

[0017] これらにより、複数モードで発振する光を構成する各成分の物理パラメータに対して、それぞれ独立な操作を施すことで発生する雑音を利用することとなるので、送受信者間では、一意な符号化'復号ィ匕操作を共有して、高い受信信号品質を確保すると共に、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。

[0018] 好ましくは、多モード光源は、互いに光強度および光位相に相関性を有し、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の強度および Zまたは位相を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。

[0019] 好ましくは、多モード光源は、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源カゝら出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、複数光源から出力される光の位相変化を同期させる光位相同期部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の強度を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。

[0020] 好ましくは、多モード光源は、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源カゝら出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、複数光源から出力される光の強度変化を同期させる光強度同期部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の位相を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。

[0021] これらにより、当該光強度変動および光位相変動において互いに相関性を有する多モード光を生成し、当該各光成分に対して、それぞれ独立な操作を施すことで発生する雑音を利用することとなるので、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高 V、光伝送装置を実現できる。

[0022] たとえば、多モード光源は、 LED (Light Emission Diode)であったり、 FP (Fab ry- Perot)レーザであったり、 RC (Resonant Cabity)—LEDであったり、 VCSE L (Vertical Cabity Surface Emitting Laser)であったり、 SLD (Super Lu minescent Diode)であったりする。

[0023] これらにより、当該光強度変動および光位相変動において互いに相関性を有する多モード光源を使用し、当該各光成分に対して、それぞれ独立な操作を施すことで発生する雑音を利用することとなるので、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高、光伝送装置を実現できる。

[0024] 好ましくは、複数対の光送信回路と光受信回路とを有し、各光送信回路から出力される光信号成分を合成し、光伝送路に送出する光合波部と、光伝送路を介して伝送される光信号成分を分岐し、対応する光受信回路に出力する光分岐部とを備え、光送信回路と光受信回路との各対は、それぞれ、複数の発振モード光の群に対して、互いに異なる所定の符号に対応した第 1の操作および第 2の操作を施すとよい。

[0025] これより、複数モードで発振する光を構成する各成分に対して、それぞれ独立な操作を施すことで発生する雑音を利用することとなるので、複数の送受信者対の間の情報漏洩や干渉を防、で、秘匿性の高!、光伝送装置を実現できる。

[0026] たとえば、光伝送路は、光ファイバ、光導波路、または自由空間であるとよい。

[0027] 本発明の第 3の局面において、光送信回路は、所定の操作として、多モード発振光から所定の発振モード光を抽出して、光伝送路に送出し、光受信回路は、光伝送路を介して伝送される光を受信し、抽出された所定の発振モード光と同一の光もしくは所定の発振モード光に準じた光とを合成した後、自乗検波して、前記情報信号を再生するとよい。

[0028] 本発明の第 3の局面により、多モード発振する光から所定の発振モード光が除去された光が送信され、所定の発振モード光が除去されている光を検波するために、所定の発振モード光と同一の光もしくは所定の発振モード光に準じた光が必要となる。したがって、第三者が盗聴を試みて所定の発振モード光が除去された光を受信した場合、多モード発振する光力所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音 (モードパーティションノイズ)が発生することとなり、信号対雑音電力比が著しく劣化し、第三者は、正しく検波することができない。このように、本発明では、多モード発振する光力も所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音 (モードパーティションノイズ）を利用し、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を提供することができる。

[0029] 好ましくは、光送信回路は、多モード発振する光を出力する多モード光源と、多モード光源から出力される光を情報信号で変調し、光信号を出力する光情報変調部と、光情報変調部から出力される光信号を入力し、光信号における複数の発振モード光の内、所定の発振モード光を分離して副光伝送路に送出すると共に、光信号における所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路に送出する光分離部とを含み、光受信回路は、主光伝送路を介して伝送される光信号成分と、副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光とを合成し、自乗検波して、情報信号を再生する光強度検出部を含むとよい。

[0030] 好ましくは、光送信回路は、多モード発振する光を出力する多モード光源と、多モード光源から出力される光を情報信号で変調し、光信号を出力する光情報変調部と、光情報変調部から出力される光信号を入力し、光信号における複数の発振モード光の内、所定の発振モード光を分離して副光伝送路に送出すると共に、光信号における所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路に送出する光分離部とを含み、光受信回路は、副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光を入力し、所定の発振モード光に準じた光として、当該発振モード光と物理的性質を同じくする局部発振光を発生する局発光発生部と、主光伝送路を介して伝送される光信号成分と、局発光発生部力出力される局部発振光とを合成し、自乗検波して、情報信号を再生する光強度検出部とを含むとよい。

[0031] 好ましくは、光送信回路は、多モード発振する光を出力する多モード光源と、多モード光源から出力される光を情報信号で変調し、光信号を出力する光情報変調部と、光情報変調部から出力される光信号を入力し、光信号における複数の発振モード光の内、所定の発振モード光を分離すると共に、光信号における所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を光伝送路に送出する光分離部と、光分離部によって分離された所定の発振モード光を入力し、当該所定の発振モード光の物理的性質を検出し、検出信号を伝送路に送出する光検出部とを含み、光受信回路は、伝送路を介して伝送される検出信号に基づき、所定の発振モード光に準じた光として、所定の発振モード光と物理的性質を同じくする局部発振光を発生する局発光発生部と、光伝送路を介して伝送される光信号成分と、局発光発生部から出力される局部発振光とを合成し、自乗検波して、情報信号を再生する光強度検出部とを含むとよい。

[0032] これらにより、多モード発振する光力所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、正規受信者は、当該発振モード光を共有して、高い受信信号品質を確保すると共に、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。

[0033] 好ましくは、さらに、複数対の光送信回路と光受信回路と、各光送信回路から出力される所定の発振モード光以外の光信号成分を合成し、主光伝送路に送出する主光合波部と、主光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光以外の光信号成分を分岐し、対応する光受信回路に出力する主光分岐部とを備えるとよい。

[0034] 好ましくは、さらに、複数対の光送信回路と光受信回路と、各光送信回路から出力される所定の発振モード光を合成し、副光伝送路に送出する副光合波部と、副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光を分岐し、対応する光受信回路に出力する副光分岐部とを備えるとよい。

[0035] 好ましくは、さらに、複数対の光送信回路と光受信回路と、各光送信回路から出力される所定の発振モード光以外の光信号成分を合成し、主光伝送路に送出する主光合波部と、主光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光以外の光信号成分を分岐し、対応する光受信回路に出力する主光分岐部と、各光送信回路から出力される所定の発振モード光を合成し、副光伝送路に送出する副光合波部と、副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光を分岐し、対応する光受信回路に出力する副光分岐部とを備えるとよい。

[0036] 好ましくは、さらに、複数対の光送信回路と光受信回路と、各光送信回路から出力される検出信号を合成し、伝送路に送出する合成部と、伝送路を介して伝送される検出信号を分岐し、対応する光受信回路に出力する分岐部とを備えるとよい。

[0037] これらにより、多モード発振する光力所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、複数の送受信者対の間の情報漏洩や干渉を防いで、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。 [0038] 好ましくは、複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに異なる波長を有するとよい。

[0039] 好ましくは、複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する所定の発振モード光力互いに異なる波長を有するとよい。

[0040] 好ましくは、複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに同じ波長成分有し、複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する所定の発振モード光が、互いに異なる波長を有するとよい。

[0041] これらにより、多モード発振する光力所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、複数の送受信者対の間の情報漏洩や干渉を防ぎながら、光伝送路を簡略ィ匕して、秘匿性の高い光伝送装置を経済的に実現できる。

[0042] たとえば、多モード光源は、互いに光強度および光位相に相関性を有し、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の強度および Zまたは位相を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。

[0043] たとえば、多モード光源は、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源カゝら出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、複数光源から出力される光の位相変化を同期させる光位相同期部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の強度を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。

[0044] たとえば、多モード光源は、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源カゝら出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、複数光源から出力される光の強度変化を同期させる光強度同期部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の位相を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。

[0045] このように、当該光強度変動および光位相変動において互いに相関性を有する多モード光を生成し、当該所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用することで、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。 [0046] たとえば、多モード光源は、 LED (Light Emission Diode)であってもよいし、 F P (Fabry -Perot)レーザであってもよ！/、し、 RC (Resonant Cabity)—LEDであつてもょヽし、 VCSEL (Vertical Cabity Surface Emitting Laser)であってもょヽし、 SLD (Super Luminescent Diode)であってよヽ。

[0047] このように、当該光強度変動および光位相変動において互いに相関性を有する多モード光源を使用し、当該所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用することで、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。発明の効果

[0048] 以上のように、本発明によれば、多モード発振光における少なくとも 1つの発振モード光に対して、所定の操作を施して発振モード光成分間の光強度または光位相の相関関係を変更する。これによつて、物理的性質（自然現象)として光が備える、予測不能の雑音成分が発生することとなる。盗聴が行われる場合、傍受者光受信回路が受信する光信号は、上記予測不能の雑音成分によって、信号対雑音比が劣化しているので、光送信回路が送信した光信号を正確に再生することができない。よって、上記予測不能の雑音成分を利用して、計算機処理による解析'解読が不可能な秘匿性の高い暗号通信を実現することができる光伝送装置が提供されることとなる。

[0049] なお、本発明における装置および回路の用語は、規模の大小には関係なぐ場合によっては、システム等の意味に解釈してもよい。

[0050] 本発明のこれらおよび他の目的、特徴、局面、効果は、添付図面と照合して、以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。

図面の簡単な説明

[0051] [図 1]図 1は、本発明の実施形態に係る光伝送装置 1の概念的な構成を示す機能ブロックである。

[図 2]図 2は、本発明の第 1の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置 100の構成を示す図である。

[図 3A]図 3Aは、光伝送装置 100の主要部における光 (光信号)のスペクトルの一例を表す模式図である。

[図 3B]図 3Bは、光伝送装置 100の主要部における光 (光信号)のスペクトルの一例を表す模式図である。

[図 3C]図 3Cは、光伝送装置 100の主要部における光 (光信号)のスペクトルの一例を表す模式図である。

[図 3D]図 3Dは、光伝送装置 100の主要部における光 (光信号)のスペクトルの一例を表す模式図である。

[図 3E]図 3Eは、光伝送装置 100の主要部における光 (光信号)のスペクトルの一例を表す模式図である。

[図 4A]図 4Aは、光伝送装置 100または傍受者光受信回路 1003の主要部における光 (光信号)のスペクトルの一例を表す模式図である。

[図 4B]図 4Bは、光伝送装置 100または傍受者光受信回路 1003の主要部における光 (光信号)のスペクトルの一例を表す模式図である。

[図 4C]図 4Cは、光伝送装置 100または傍受者光受信回路 1003の主要部における光 (光信号)のスペクトルの一例を表す模式図である。

[図 4D]図 4Dは、光伝送装置 100または傍受者光受信回路 1003の主要部における光 (光信号)のスペクトルの一例を表す模式図である。

[図 4E]図 4Eは、光伝送装置 100または傍受者光受信回路 1003の主要部における光 (光信号)のスペクトルの一例を表す模式図である。

圆 5]図 5は、第 1の実施形態に関する第 1の変形例の構成を示す図である。

圆 6]図 6は、第 1の実施形態に関する第 2の変形例の構成を示す図である。

[図 7]図 7は、本発明の第 2の実施形態に係る光伝送装置 200の構成を示す図である

[図 8]図 8は、本発明の第 3の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置 200の構成を示す図である。

[図 9A]図 9Aは、図 8に示す光伝送装置 200の主要部における光 (光信号)のスぺクトルを表す模式図である。

[図 9B]図 9Bは、図 8に示す光伝送装置 200の主要部における光 (光信号)のスぺタトルを表す模式図である。

[図 9C]図 9Cは、図 8に示す光伝送装置 200の主要部における光 (光信号)のスぺクトルを表す模式図である。

[図 10]図 10は、第 3の実施形態に関する第 1の変形例に係る光伝送装置 200aの構成を示す図である。

[図 11]図 11は、第 3の実施形態に関する第 2の変形例に係る光伝送装置 200bの構成を示す図である。

[図 12]図 12は、第 3の実施形態の他の例に係る光伝送装置 200構成を示す図である。

[図 13]図 13は、本発明の第 4の実施形態に係る光伝送装置 500の構成を示す図である。

[図 14]図 14は、本発明の第 5の実施形態に係る光伝送装置 700の構成を示す図である。

[図 15]図 15は、本発明の第 6の実施形態に係る光伝送装置 800の構成を示す図である。

[図 16]図 16は、第 1および第 2の光信号が、互いに異なる波長帯に設定される場合に副光伝送路 205を共通化したときの光伝送装置 800aの構成を示す図である。

[図 17]図 17は、本発明の第 7の実施形態に係る光伝送装置 800cの構成を示す図である。

[図 18]図 18は、本発明の第 8の実施形態に係る光伝送装置 800bの構成を示す図である。

[図 19]図 19は、暗号通信に対応する従来の光伝送装置 91の構成を示す図である。符号の説明

1, 100, 100a, 100b, 200, 200a, 500, 700, 800, 800a, 800b, 800c 光伝送装置

3. 101, 101a, 101b, 201, 201a, 201b 多モード光源

4. 102, 202 光情報変調部

5 スペクトル処理部

6 スペクトル復元部

7 光電気変換部 103 モード符号化部

9, 104 光伝送路

105 モード復号化部

106 光強度検出部

1052 傍受者モード復号化部

1062, 2062 傍受者光強度検出部

2. 1001, 1001a, 1001b, 2001, 2001a, 2001b, 8001 光送信回路

8. 1002, 2002, 7002, 8002 光受信回路

1003, 2003 傍受者光受信回路

4011 第 1の光源

4012 第 2の光源

4013 第 3の光源

402 光モード合成部

403 符号発生部

5001, 6001 第 1の符号発生部

5002, 6002 第 2の符号発生部

5011, 6011 第 1の光位相変調部

5012, 6012 第 2の光位相変調部

5013, 6013 第 3の光位相変調部

609 光合波部

610 光分岐部

203 光分離部

204 主光伝送路

205 副光伝送路

206 光強度検出部

507 符号発生部

705 副伝送路

707 局発光発生部 708 光検出部

709 主光合成部

710 主光分岐部

809 副光合成部

810 副光分岐部

発明を実施するための最良の形態

[0053] 図 1は、本発明の実施形態に係る光伝送装置 1の概念的な構成を示す機能ブロック図である。図 1において、光伝送装置 1は、光送信回路 2と、光受信回路 8とを備える。光送信回路 2は、多モード光源 3と、光情報変調部 4と、スペクトル処理部 5とを含む。光受信回路 8は、スペクトル復元部 6と、光電気変換部 7とを含む。

[0054] 多モード光源 3は、多モード発振光を出力する。光情報変調部 4は、伝送すべき情報信号 Diで、多モード光源 3から出力された多モード発振光を変調して、光信号として出力する。スペクトル処理部 5は、光情報変調部 4から出力される光信号に対して、多モード発振光における少なくとも 1つの発振モード光に対して、入力される鍵情報 Kiに基づき、所定の操作を施して、光伝送路 9に送出する。当該所定の操作としては、以下の実施形態で開示する様々なスペクトル処理が考え得る。

[0055] スペクトル復元部 6は、光伝送路 9を介して伝送される光信号を受信し、入力される鍵情報 Kiに基づき、光送信回路での所定の操作と逆の操作を施すことによって、当該所定の操作を施される前の光信号を復元する。スペクトル復元部 6における当該逆の操作としては、以下の実施形態で開示する様々な処理が考え得る。光電気変換部 7は、スペクトル復元部 6によって復元された光信号を電気信号に変換して、情報信号 Diを再生する。

[0056] 以下、図 1に示す光伝送装置 1を実現するための実施形態について、図面を参照しながら、具体的に説明する。

[0057] (第 1の実施形態）

図 2は、本発明の第 1の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置 100の構成を示す図である。図 3A〜3Eは、光伝送装置 100の主要部における光 (光信号)のスぺタトルの一例を表す模式図である。図 4A〜4Eは、光伝送装置 100または傍受者光受信回路 1003の主要部における光 (光信号)のスペクトルの一例を表す模式図である。

[0058] 図 1において、本実施形態の光伝送装置 100は、多モード光源 101と、光情報変調部 102と、モード符号ィ匕部 103と、光伝送路 104と、モード復号ィ匕部 105と、光強度検出部 106とを備える。多モード光源 101と、光情報変調部 102と、モード符号ィ匕部 103とによって、光送信回路 1001が構成される。モード復号ィ匕部 105と、光強度検出部 106とによって、光受信回路 1002が構成される。なお、本実施形態の動作説明のため、図 1には、傍受者モード復号ィ匕部 1052と、傍受者光強度検出部 1062とを構成要素とする傍受者光受信回路 1003が、併せて図示されている。なお、光送信回路 1001と光受信回路 1002とを接続する光伝送路 104は、光ファイバであってもよいし、光導波路であってもよし、自由空間であってもよい。

[0059] 次に、図 1に示す本実施形態の動作を説明する。光送信回路 1001において、多モード光源 101は、図 3Aに示すような複数のモード（図 3Aでは 8つの波長 ml〜m8 を複数のモードとしてヽる）で発振する光源で構成され、複数のモードを有する光を出力する。このような多モード発振光源の具体例は、 LED (Light Emission Diod e)や、 FP (Fabry -Perot)レーザ、 RC (Resonant Cabity)—LEDゝ VCSEL (V ertical Cabity Surface Emitting Laser)、 SLD (Super Luminescent Di ode)、あるいは面発光レーザである。これらの出力光スペクトルにおける個々の発振モード光は、光強度、光位相等のパラメータが高速に変動する。これらの光源において、個々の発振モード光における光強度変動成分および光位相変動成分は、他の発振モード光における光強度変動成分および光位相変動成分と相関しながらも、多モード光源 101から出力される光の総光強度は、略一定値を示す性質を有している

[0060] 光情報変調部 102は、伝送すべき情報信号 Diで、多モード光源 101から出力される光を変調して、光信号として出力する。

[0061] モード符号ィ匕部 103は、光情報変調部 102から出力される光信号を入力し、光受信回路 1002内のモード復号ィ匕部 105との間で予め共有している所定の源符号 Kiに基づいて、スペクトル処理として、当該発振モード光のそれぞれに対して一意な所定の符号化操作を施した後、光伝送路 104に出力する。すなわち、モード符号化部 10 3は、複数の発振モード光の群に対して、所定の符号に対応した所定の操作 (第 1の操作)を施した光を出力する。具体的には、例えば図 3Bに示すように、モード符号化部 103は、各発振モード光に対して、源符号 Kiによって定まる所定のパターンの光強度透過率を定義しておく。そして、モード符号ィ匕部 103は、第 1の操作として、複数の発振モード光のそれぞれに対して所定量の強度変化を与える操作を施して、第 1 の操作を施した光を光伝送路 104に送出する。これにより、物理的性質（自然現象）として光が備える、予測不能の雑音成分 (モードパーティションノイズ)が発生することとなり、モード符号ィ匕部 103は、入力される光信号（図 3A)とは異なる光スペクトルを有する光信号（図 3C)を作成し、出力することとなる。

[0062] 光受信回路 1002において、モード復号ィ匕部 105は、光伝送路 104を介して伝送される光信号を入力し、光送信回路 1001内のモード符号ィ匕部 103との間で予め共有している所定の源符号 Kiに基づいて、当該発振モード光のそれぞれに対して一意であり、かつ上記所定の符号化操作と逆の関係 (相補的な関係）にある復号化操作を施した後、出力する。すなわち、モード復号ィ匕部 105は、複数の発振モード光の群に対して、所定の符号に対応した所定の操作 (第 1の操作)と逆の操作である第 2の操作を施した光を出力する。具体的には、例えば図 3Dに示すように、モード復号化部 105は、各発振モード光に対して、図 3Bに示す所定のパターンと逆の関係 (相補的な関係）にある逆パターンの光強度透過率を源符号 Kiに基づいて定義しておく。そして、モード復号ィ匕部 105は、複数の発振モード光のそれぞれに対して、上記所定量の強度変化と逆の極性を有する強度変化を与える操作を第 2の操作として施して、第 2の操作を施した光を光強度検出部 106に入力する。これにより、上記モードパーテイシヨンノイズが除去されることとなり、モード復号ィ匕部 105は、光伝送路 104を介して伝送された光信号 (図 3C)を、光情報変調部 102から出力された光信号 (図 3A) に準じた光スペクトルを有する光信号（図 3E)に変換して、出力することとなる。

[0063] 光強度検出部 106は、モード復号ィ匕部 105から出力される光信号を自乗検波して、総光強度の変化を検出することによって変調成分を検出し、元の情報信号 Diを再生する。 [0064] 次に、本実施形態において、第三者 (傍受者光受信回路 1003)による盗聴が行われる場合について図 4A〜4Eを用いて説明する。図 4Aは、光情報変調部 102から出力される光信号の光スペクトルを表しており図 3Aと同様である。図 4Bは、モード符号ィ匕部 103における所定のパターンの光強度透過率を表しており図 3Bと同様である。図 4Cは、モード符号ィ匕部 103から出力される光信号の光スペクトルを表しており図 3Cと同様である。図 4Dは、傍受者モード復号ィ匕部 1052における光強度透過率を表している。図 4Eは、傍受者モード復号ィ匕部 1052から出力される光信号の光スぺクトルを表している。

[0065] 盗聴が行われる場合、傍受者光受信回路 1003は、光伝送路 104を伝搬する光信号の一部を分岐して、傍受者モード復号ィ匕部 1052に入力する。傍受者モード復号化部 1052は、モード符号ィ匕部 103と源符号 Kiを共有していないため、源符号 Kiとは異なる符号 Kjに基づいて、入力光信号の発振モード光のそれぞれに対して一意な所定の操作を施した後、出力する。具体的には、例えば図 4Dに示すように、傍受者モード復号ィ匕部 1052は、モード復号ィ匕部 105が各発振モード光に対して与える光強度透過率（図 3D)とは異なるパターンの光強度透過率を与え、光信号を出力する。この光信号は、図 4Eに示すように、光情報変調部 102が出力する光信号（図 4A )と異なる光スペクトルである。そのため、傍受者モード復号ィ匕部 1052から出力される光信号は、コヒーレント性が変質しており、過剰な雑音を含んでいる。よって、傍受者光強度検出部 1062は、情報信号 Diを再生することができない。このように、傍受者光受信回路 1003における受信信号品質 (SNR:信号対雑音比）は、正規受信者 (光受信回路 1002)に比較して劣化しているので、光伝送装置 100は、高い秘匿性を確保することができる。

[0066] なお、本実施形態では、多モード光源 101は、 8つのモードで発振する光を出力し、モード符号ィ匕部 103は、当該 8つの発振モード光に対して所定パターンの光強度透過率を与えることとした力当該モード数は、 8以外のいずれの複数であってもよい。この場合、多モード光源 101は、 8以外のいずれの複数のモードで発振すればよい。また、モード符号ィ匕部 103は、多モード光源 101が発振するモードの数に応じた所定パターンの光強度透過率を有して、ればよ、。 [0067] なお、本実施形態では、モード符号ィ匕部 103およびモード復号ィ匕部 105は、各発振モード光に対して、所定パターンの光強度透過率を与える構成としたが、所定バターンの光位相変動を与える構成としても、ほぼ同様の効果を得ることができる。この場合、具体的には、モード符号ィ匕部 103は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量分の位相変化を第 1の操作として施す。モード復号ィ匕部 105は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、上記所定の符号に対応した上記所定量分の位相変化とは逆の極性を有する位相変化を第 2の操作として施す。

[0068] また、モード符号ィ匕部 103およびモード復号ィ匕部 105が、各発振モード光に対して、所定パターンの偏向変化を与えても、ほぼ同様の効果が得られる。この場合、具体的には、モード符号ィ匕部 103は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量分の偏向変化を第 1の操作として施す。モード復号ィ匕部 105は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、上記所定の符号に対応した上記所定量分の偏向変化とは逆の極性を有する偏向変化を第 2の操作として施す。

[0069] また、モード符号ィ匕部 103およびモード復号ィ匕部 105が、各発振モード光に対して、所定パターンの周波数変化を与えても、ほぼ同様の効果が得られる。この場合、具体的には、モード符号ィ匕部 103は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量分の周波数変化を第 1の操作として施す。モード復号ィ匕部 105は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、上記所定の符号に対応した上記所定量分の周波数変化とは逆の極性を有する周波数変化を第 2の操作として施す。

[0070] また、モード符号ィ匕部 103およびモード復号ィ匕部 105が、各発振モード光に対して、所定パターンの遅延時間を与えても、ほぼ同様の効果が得られる。この場合、具体的には、モード符号ィ匕部 103は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、第 1の操作として、所定の符号に対応した所定量分の遅延時間を与える。モード復号ィ匕部 105は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、第 2の操作として、上記所定の符号に対応した上記所定量分の遅延時間とは逆の極性を有する遅延時間を与える。

[0071] (第 1の変形例）

次に、第 1の実施形態に関する第 1の変形例について説明する。図 5は、第 1の実施形態に関する第 1の変形例の構成を示す図である。図 5において、光伝送装置 10 Oaの光送信回路 1001aは、図 1に示す光送信回路 1001の多モード光源 101を多モード光源 101aに置き換えたものである。

[0072] 多モード光源 101aは、第 1の光源 4011と、第 2の光源 4012と、第 3の光源 4013と、光モード合成部 402と、符号発生部 403とを含む。本構成において、第 1〜第 3の光源 4011〜4013は、それぞれ異なる波長を有し、かつ所定の関係で互いに位相同期された単一モード光を発振し、出力する。光モード合成部 402は、第 1〜第 3の光源 4011〜4013からの出力光を合成し、出力する。符号発生部 403は、第 1〜第 3の光源 4011〜4013に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列 C 1〜C3を変調信号として発生し、光モード合成部 402から出力される総光強度が一定となるように、第 1〜第 3の光源 4011〜4013の光強度を略ランダムに変調する。これにより、多モード光源 101aは、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モード光を人為的に作成し、図 2の多モード光源 101から出力される光に準じた光を出力することができる。

[0073] また、第 1の変形例では、位相同期された単一モード光を複数作成し、それぞれ独立に光強度変調する構成としたが、光強度変動を同期させ、あるいは光強度を一定値に安定化させ、それぞれ独立に略ランダムな光位相変調を施す構成としても、ほぼ同様の効果を有する。この場合、具体的には、第 1〜第 3の光源 4011〜4013として、それぞれ異なる波長を有し、かつ所定の関係で互いに光強度が同期された単一モード光が光位相変調された状態で発振し出力する光源を用いる。符号発生部 403 は、第 1〜第 3の光源 4011〜4013に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列 C1〜C3を変調信号として発生し、光モード合成部 402から出力される総光強度が一定となるように、第 1〜第 3の光源 4011〜4013の光位相を略ランダムに変調する。これにより、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モ一ド光を人為的に作成し、図 1の多モード光源 101から出力される光に準じた光を出力することができる。

[0074] なお、第 1の変形例において、三つの光源を用いることとした力二つまたは四つ以上の光源を用いてもよい。この場合も、符号発生部 403は、各光源に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、光モード合成部 402から出力される総光強度が一定となるように、各光源の光強度を略ランダムに変調すればよい。これにより、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した際に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。

[0075] (第 2の変形例）

次に、第 1の実施形態に関する第 2の変形例について説明する。図 6は、第 1の実施形態に関する第 2の変形例の構成を示す図である。図 6において、光伝送装置 10 Obの光送信回路 1001bは、図 2に示す光送信回路 1001の多モード光源 101を多モード光源 101bに置き換えたものである。

[0076] 多モード光源 101bは、第 1の光源 4011と、第 2の光源 4012と、第 3の光源 4013 と、光モード合成部 402と、第 1の符号発生部 5001と、第 2の符号発生部 5002と、第 1の光位相変調部 5011と、第 2の光位相変調部 5012と、第 3の光位相変調部 50 13とを含む。本構成において、第 1〜第 3の光源 4011〜4013は、それぞれ互いに異なる波長の単一モード光を発振し、出力する。第 1〜第 3の光位相変調部 5011〜 5013は、第 1〜第 3の光源 4011〜4013に対応して設けられ、第 1〜第 3の光源 40 11〜4013からの出力光の位相をそれぞれ変調し、出力する。光モード合成部 402 は、第 1〜第 3の光位相変調部 5011〜5013から出力された光信号を合成し、出力する。第 1の符号発生部 5001は、第 1〜第 3の光源 4011〜4013に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列 C1〜C3を変調信号として発生し、当該符号列に基づいて第 1〜第 3の光源 4011〜4013からの出力光強度を略ランダムとなるように変調する。第 2の符号発生部 5002は、第 1〜第 3の光位相変調部 5011〜5 013に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列 D1〜D3を発生し、当該符号列に基づいて第 1〜第 3の光位相変調部 5011〜5012からの出力光の位相を位相変化が同期するように変調し、かつ光モード合成部 402からの総出力光強度が一定となるようにする。第 1〜第 3の光位相変調部 5011〜5013および第 2の符号発生部 5002は、第 1〜第 3の光源 4011〜4013から出力される光の位相変化を同期させる光位相同期部といえる。また、第 1の符号発生部 5001は、光モード合成部 402から出力される光の総強度を一定とし、かつ第 1〜第 3の光源 4011〜4013 力出力される光の強度を略ランダムに変調するための変調信号である符号を各光源に供給する符号発生部であるといえる。このように、第 2の変形例において、光変動にお、て互ヽに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、図 2の多モード光源 101から出力される光に準じた光を出力することができる。

[0077] なお、本実施形態では、複数の単一モード光を光強度変調した後、光位相変調する構成としたが、光位相変調後、光強度変調する構成としても、ほぼ同様の効果を有する。この場合、具体的には、多モード光源は、互いに異なる波長の光を位相変調して出力する複数の光源と、複数の光源力出力される光を強度変調する複数の光強度変調部と、複数の光強度変調部から出力される光信号を合成する光モード合成部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の位相を略ランダムに変調するための変調信号である符号を各光源に入力する第 1の符号発生部と、複数の光強度変調部からの出力光の強度変化を同期させるための符号を各光強度変調部に入力する第 2の符号発生部とを備えるとよい。これにより、光強度変調部と第 2の符号発生部とが、複数の光源力出力される光の強度変化を同期させるための光強度同期部として機能することとなる。このような構成によつて、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、図 2の多モード光源 101から出力される光に準じた光を出力することができる。

[0078] なお、第 2の変形例において、三つの光源を用いることとした力二つまたは四つ以上の光源を用いてもよい。この場合、光源の数に応じて、光位相変調部が設けられなければならない。また、第 1の符号発生部 5001は、各光源に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、当該符号列に基づいて各光源らの出力光強度を変調する。第 2の符号発生部 5002は、各光位相変調部に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、当該符号列に基づいて各光位相変調部からの出力光の位相を変調し、かつ光モード合成部 402からの総出力光強度が一定となるようにする。これにより、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、図 2の多モード光源 101から出力される光に準じた光を出力することができる。

[0079] 以上説明したように、第 1の実施形態によれば、多モード発振する光において、発振モード光成分間の光強度または光位相の相関関係を変更した際に生じる雑音を利用し、当該発振モード光成分間の光強度または光位相の変更パターンを「秘密鍵」として、送信者と正規受信者との間で共有することにより、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高!、光伝送装置を提供することができる。

[0080] (第 2の実施形態）

図 7は、本発明の第 2の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置 200の構成を示す図である。図 7において、本実施形態の光伝送装置 200は、図 2中の光送信回路 1001および光受信回路 1002を、複数組 (図 7では 2組)備えた構成に相当する。光伝送装置 200は、第 1および第 2の多モード光源 101と、第 1および第 2の光情報変調部 102と、第 1および第 2のモード符号化部 103と、光合波部 609と、光伝送路 1 04と、光分岐部 610と、第 1および第 2のモード復号化部 105と、第 1および第 2の光強度検出部 106とを備える。なお、第 1 (第 2)の多モード光源 101と、第 1 (第 2)の光情報変調部 102と、第 1 (第 2)のモード符号ィ匕部 103とによって、第 1 (第 2)の光送信回路 1001が構成される。第 1 (第 2)のモード復号化部 105と、第 1 (第 2)の光強度検出部 106とによって、第 1 (第 2)の光受信回路 1002が構成される。

[0081] 次に、図 7に示す本実施形態の動作を説明する。本実施形態の構成は、前述の第 1の実施形態（図 2)に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、その説明を省略し、相違点のみを以下に説明する。その構成において、本実施形態の光伝送装置 200は、光送信回路 1001および光受信回路 1002を 2組備える。第 1および第 2の光情報変調部 102は、第 1および第 2の情報信号 (D1および D2)で、対応する第 1および第 2の多モード光源 101から出力される光を変調して、第 1および第 2の光信号としてそれぞれ出力する。第 1および第 2のモード符号化部 103は、互いに異なる源符号 K1および K2に基づいて、対応する第 1および第 2の光信号に対して、所定パターンの符号化操作 (第 1の操作)を施す。光合波部 609は、第 1および第 2の光送信回路 1001から出力される各光信号成分を合成し、光伝送路 104に送出する。光分岐部 610は、光伝送路 104を介して伝送される光信号成分を分岐し、対応する光受信回路 1002に出力する。第 1および第 2のモード復号化部 105は、光分岐部 610から出力される光信号を入力し、対応する第 1および第 2のモード符号ィ匕部 103とそれぞれ共有する源符号 K1および K2に基づいて、所定パターンの復号ィ匕操作 (第 2の操作)を施し、出力する。第 1および第 2の光強度検出部 10 6は、対応する第 1および第 2のモード復号ィ匕部 105から出力される光信号を自乗検波して、第 1および第 2の情報信号 (D1および D2)をそれぞれ再生する。

[0082] なお、第 1および第 2の光信号は、互いに異なる波長帯に設定されても、その光スベクトルの全部または一部が同じ波長帯に設定されてもよい。

[0083] また、本実施形態では、第 1および第 2の光信号を多重伝送する構成としたが、当該多重数は、 2以外のいずれの複数であってもよい。

[0084] さらに、第 2の実施形態で用いる多モード光源は、図 5または図 6に示すような多モード光源であってもよい。

[0085] 以上説明したように、第 2の実施形態によれば、複数の送受信回路対のそれぞれにおいて、発振モード光成分間の光強度または光位相の相関関係を変更した際に生じる雑音を利用し、当該発振モード光成分間の光強度または光位相の変更パターンを「秘密鍵」として、送信者と正規受信者との間で共有する。これにより、互いの干渉、情報漏洩を著しく抑圧し、秘匿性の高い光伝送装置を容易に提供することができる。

[0086] (第 3の実施形態）

図 8は、本発明の第 3の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置 200の構成を示す図である。図 9A〜9Cは、図 8に示す光伝送装置 200の主要部における光（光信号)のスペクトルを表す模式図である。

[0087] 図 8において、本実施形態の光伝送装置 200は、多モード光源 201と、光情報変調部 202と、光分離部 203と、主光伝送路 204と、副光伝送路 205と、光強度検出部 206とを備える。多モード光源 201と、光情報変調部 202と、光分離部 203とによって、光送信回路 2001が構成される。光強度検出部 206によって、光受信回路 2002が構成される。なお、図 8では、本実施形態の動作説明のため、傍受者光強度検出部 2062を構成要素とする傍受者光受信回路 2003が併せて図示されている。

[0088] 次に、図 8に示す本実施形態の動作を説明する。多モード光源 201は、図 9Aに示すような所定の波長帯域に亘り複数の（縦)モード（図 9Aでは 8つ: ml〜m8)で発振する光源で構成され、このような光を出力する。このような多モード発振光源の具体例は、 LED (Light Emission Diode)や、 FP (Fabry -Perot)レーザ、 RC (Res onant Cabity)— LED^ VCSEL (Vertical Cabity Surface Emitting Lase r) , SLD (Super Luminescent Diode)である。これらの出力光スペクトルにおいて、個々の発振モード光における光強度および光位相の両パラメータは、高速に変動している。これらの光源において、個々の発振モード光における光強度変動成分および光位相変動成分は、他の発振モード光における光強度変動成分および光位相変動成分と相関しながらも、多モード光源 201から出力される光の総光強度は、略一定値を示す性質を有して、る。

[0089] 光情報変調部 202は、伝送すべき情報信号 Diで、多モード光源 201から出力される光を変調して、光信号として出力する。

[0090] 光分離部 203は、光情報変調部 202から出力される光信号を入力し、複数の発振モード光の内、所定のモード光のみを抽出して分離し、副光伝送路 205に送出すると共に、残りの光信号成分を主光伝送路 204に送出する。例えば、図 9Bに示すように、光分離部 203は、 6番目の発振モード光 (m6)を抽出して分離し副光伝送路 20 5に送出する。さらに、図 9Cに示すように、光分離部 203は、残りの光信号成分 (ml 〜m5、 m7、 m8)を抽出して分離し主光伝送路 204に送出する。

[0091] 光強度検出部 206は、主光伝送路 204を介して伝送される光信号成分と、副光伝送路 205を介して伝送される所定の発振モード光とを合成した後、自乗検波して、総光強度の変調成分を検出し、元の情報信号 Diを再生する。

[0092] 次に、本実施形態において、第三者 (傍受者光受信回路 2003)による盗聴が不可能である根拠にっ、て説明する。

[0093] ここで、傍受者光受信回路 2003は、副光伝送路 205を介して伝搬される所定の発振モード光を受信することなぐ主光伝送路 204を伝搬する光信号の一部を分岐して、傍受者光強度検出部 2062に入力したと想定する。傍受者光強度検出部 2062は、入力光信号を電気信号に変換し、出力する。傍受者光強度検出部 2062は、副光伝送路 205を介して別途伝搬される所定の発振モード光を受信しな、として、るので、当該発振モード光を除いた残りの光信号成分（図 9C)のみを自乗検波することとなる。即ち、傍受者光強度検出部 2062は、光強度変動成分および光位相変動成分が互!、に相関性を有しながら発振する多モード光の内、一部の発振モード光を欠如した状態で、総光強度の変調成分を検出することとなる。したがって、各発振モード光の変動成分が検出信号に現れることとなり、モードパーティションノイズが発生する。よって、盗聴者の受信信号品質 (SNR:信号対雑音電力比）は、正規受信者 (光受信回路 2002)に比較して、劣化することとなる。ゆえに、高い秘匿性を確保することができる。

[0094] なお、上記第 3の実施形態では、六つのモードが利用されることとした力最低限二つ以上のモードが利用されればよい。

[0095] なお、上記第 1の実施形態では、光分離部 203で一つの発振モード光（図 9Bでは、 m6)が分離、抽出されることとしたが、二つ以上の発振モード光が分離、抽出されてもよい。

[0096] (第 1の変形例）

次に、第 3の実施形態に係る第 1の変形例について説明する。図 10は、第 3の実施形態に関する第 1の変形例に係る光伝送装置 200aの構成を示す図である。図 10において、光伝送装置 200aの光送信回路 2001aは、図 8に示す多モード光源 201を、多モード光源 201aに置き換えた構成を有する。光伝送装置 200aにおけるそれ以外の構成は、図 1の場合と同様である。多モード光源 201aは、第 1の光源 3011と、第 2の光源 3012と、第 3の光源 3013と、光モード合成部 302と、符号発生部 303とを含む。

[0097] 本構成において、第 1〜第 3の光源 3011〜3013は、それぞれ異なる波長を有し、かつ所定の関係で互いに位相同期された単一モード光を発振し、出力する。光モード合成部 302は、第 1〜第 3の光源 3011〜3013からの出力光を合成し、出力する。符号発生部 303は、第 1〜第 3の光源 3011〜3013に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列 C1〜C3を発生し、光モード合成部 302から出力される総光強度が一定となるように、第 1〜第 3の光源 3011〜3013の光強度を略ランダムに変調する。これにより、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モ一ド光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した際に、上記モードパーテイシヨンノイズに準じた雑音を発生させることができる。

[0098] また、第 1の変形例では、位相同期された単一モード光を複数作成し、それぞれ独立に光強度変調する構成としたが、光強度変動を同期させ、あるいは光強度を一定値に安定化させ、それぞれ独立に略ランダムな光位相変調を施す構成としても、ほぼ同様の効果を有する。この場合、具体的には、第 1〜第 3の光源 3011〜3013として、それぞれ異なる波長を有し、かつ所定の関係で互いに光強度が同期された単一モード光が光位相変調された状態で発振し出力する光源を用いる。符号発生部 303 は、第 1〜第 3の光源 3011〜3013に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列 C1〜C3を発生し、光モード合成部 302から出力される総光強度が一定となるように、第 1〜第 3の光源 3011〜3013の光位相を略ランダムに変調する。これにより、光変動成分にぉ、ても互、に所定の同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した際に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。

[0099] なお、第 1の変形例において、三つの光源を用いることとした力二つまたは四つ以上の光源を用いてもよい。この場合も、符号発生部 303は、各光源に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、光モード合成部 302から出力される総光強度が一定となるように、各光源の光強度を略ランダムに変調すればよい。これにより、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した際に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。

[0100] (第 2の変形例）

次に、第 1の実施形態に係る第 2の変形例について説明する。図 11は、第 3の実施形態に関する第 2の変形例に係る光伝送装置 200bの構成を示す図である。図 11において、光伝送装置 200bの光送信回路 2001bは、図 8に示す多モード光源 201を、多モード光源 20 lbに置き換えた構成を有する。光伝送装置 200bにおけるそれ以外の構成は、図 8の場合と同様である。多モード光源 201bは、第 1の光源 3011と、第 2の光源 3012と、第 3の光源 3013と、光モード合成部 302と、第 1の符号発生部 6 001と、第 2の符号発生部 6002と、第 1の光位相変調部 6011と、第 2の光位相変調部 6012と、第 3の光位相変調部 6013とを含む。

[0101] 本構成において、第 1〜第 3の光源 3011〜3013は、それぞれ互いに異なる波長の単一モード光を発振し、出力する。第 1〜第 3の光位相変調部 6011〜6013は、第 1〜第 3の光源 3011〜3013に対応して設けられ、第 1〜第 3の光源 3011〜301 3からの出力光の位相をそれぞれ変調し、出力する。光モード合成部 302は、第 1〜第 3の光位相変調部 6011〜6013から出力された光信号を合成し、出力する。第 1 の符号発生部 6001は、第 1〜第 3の光源 3011〜3013に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列 C1〜C3を発生し、当該符号列に基づいて第 1〜第 3の光源 3011〜3013からの出力光強度を略ランダムとなるように変調する。第 2の符号発生部 6002は、第 1〜第 3の光位相変調部 6011〜6013に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列 D 1〜D3を発生し、当該符号列に基づ!/、て第 1〜第 3の光位相変調部 6011〜6012からの出力光の位相を位相変化が同期するように変調し、かつ光モード合成部 302からの総出力光強度が一定となるようにする。第 1〜第 3の光位相変調部 6011〜6013および第 2の符号発生部は、第 1〜第 3 の光源 3011〜3013から出力される光の位相変化を同期させる光位相同期部といえる。また、第 1の符号発生部 6001は、光モード合成部 302から出力される光の総強度を一定とし、かつ第 1〜第 3の光源 3011〜3013から出力される光の強度を略ランダムに変調するための変調信号である符号を各光源に供給する符号発生部であるといえる。このように、第 2の変形例において、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した場合に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。

[0102] また、本実施形態では、複数の単一モード光を光強度変調した後、光位相変調する構成としたが、光位相変調後、光強度変調する構成としても、ほぼ同様の効果を有する。この場合、具体的には、光伝送装置は、互いに異なる波長の光を位相変調して出力する複数の光源と、複数の光源力出力される光を強度変調する複数の光強度変調部と、複数の光強度変調部から出力される光信号を合成する光モード合成部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の位相を略ランダムに変調するための変調信号である符号を各光源に入力する第 1の符号発生部と、複数の光強度変調部からの出力光の強度変化を同期させるための符号を各光強度変調部に入力する第 2の符号発生部とを備えるとよい。これにより、光強度変調部と第 2の符号発生部とが、複数の光源力出力される光の強度変化を同期させるための光強度同期部として機能することとなる。このような構成によつて、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した場合に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。

[0103] なお、第 2の変形例において、三つの光源を用いることとした力二つまたは四つ以上の光源を用いてもよい。この場合、光源の数に応じて、光位相変調部が設けられなければならない。また、第 1の符号発生部 6001は、各光源に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、当該符号列に基づいて各光源らの出力光強度を変調する。第 2の符号発生部 6002は、各光位相変調部に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、当該符号列に基づいて各光位相変調部からの出力光の位相を変調し、かつ光モード合成部 302からの総出力光強度が一定となるようにする。これにより、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した場合に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。

[0104] 以上説明したように、第 1の実施形態によれば、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、当該所定の発振モード光を「秘密鍵」として、送信者と正規受信者との間で共有することにより、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高!、光伝送装置を提供することができる。

[0105] なお、ここでは、図 9Bに示すように、ある発振モード光の全電力を抽出することとしたが、ある発振モード光の一部電力のみが抽出されて、残りの光信号成分が光受信回路に送信されても良い。 [0106] なお、図 12に示すように、光分離部 203で抽出された発振モード光に準じた光が、何らかの手段によって、副光伝送路 205を介することなく光強度検出部 206に入力されてもよい。

[0107] (第 4の実施形態）

図 13は、本発明の第 4の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置 500の構成を示す図である。図 13において、本実施形態の光伝送装置 500は、多モード光源 2 01と、光情報変調部 202と、光分離部 203と、主光伝送路 204と、副光伝送路 205と、光強度検出部 206と、局発光発生部 507とを備える。第 2の実施形態に係る光伝送装置 500は、図 8の構成に対して、局発光発生部 507を新たに備える点と、接続関係とが異なる。多モード光源 201と、光情報変調部 202と、光分離部 203とによつて、光送信回路 2001が構成される。光強度検出部 206と、局発光発生部 507とによつて、光受信回路 7002が構成される。また、図 13では、図 8と同様に、本実施形態の動作説明のため、傍受者光強度検出部 2062を構成要素とする傍受者光受信回路 2003力併せて図示されている。

[0108] 次に、図 13に示す本実施形態の動作を説明する。本実施形態の構成は、前述の第 1の実施形態（図 8)に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、その説明を省略し、相違点のみを以下に説明する。

[0109] 本実施形態の光伝送装置 500において、局発光発生部 507は、副光伝送路 205を介して伝送される所定の発振モード光を入力し、光強度変動情報および光位相変動情報に関して同一の情報を有する局発光を生成し、出力する。具体的には、局発光発生部 507は、半導体レーザに所定の発振モード光を注入する光注入同期の構成によって、所定の発振モード光と同じ物理的性質を有する局発光 (所定の発振モード光に準じた光という）を生成する。光強度検出部 206は、主光伝送路 204を介して伝送される光信号成分と、局発光発生部 507から出力される局発光を合成後、自乗検波することで、総光強度の変調成分を検出し、元の情報信号 Diを再生する。

[0110] 本実施形態において、傍受者光受信回路 2003を用いた盗聴を行った場合、図 8と同様、傍受者光強度検出部 2062には、所定の発振モード光を除いた残りの光信号成分のみが入力されるため、モードパーティションノイズが発生し、当該受信信号品質は、光受信回路 7002に比べて劣化し、高い秘匿性を確保することが可能である。

[0111] 以上説明したように、第 4の実施形態によれば、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、当該所定の発振モード光と物理的性質を同じくする光を「秘密鍵」として、送信者と正規受信者の間で共有することにより、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を容易に提供することができる。

[0112] なお、第 4の実施形態において、多モード光源 201は、第 1の変形例で示したように、複数の単一モードの光源力もなる多モード光源 201a (図 10参照）に置き換えられてもよ、し、複数の単一モードの光源および光位相変調部力もなる多モード光源 20 lb (図 11参照）に置き換えられてもよ!/、。

[0113] (第 5の実施形態）

図 14は、本発明の第 5の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置 700の構成を示す図である。図 14において、本実施形態の光伝送装置 700は、多モード光源 2 01と、光情報変調部 202と、光分離部 203と、主光伝送路 204と、光強度検出部 20 6と、副伝送路 705と、局発光発生部 707と、光検出部 708とを備える。第 5の実施形態に係る光伝送装置 700は、図 8の構成に対して、副光伝送路 205に代えて、副伝送路 705を備える点、局発光発生部 707と光検出部 708とを新たに備える点、および接続関係が異なる。多モード光源 201と、光情報変調部 202と、光分離部 203と、光検出部 708とによって、光送信回路 8001が構成される。光強度検出部 206と、局発光発生部 707とによって、光受信回路 8002が構成される。また、図 14では、図 8と同様に、本実施形態の動作説明のため、傍受者光強度検出部 2062を構成要素とする傍受者光受信回路 2003が、併せて図示されている。

[0114] 次に、図 14に示す本実施形態の動作を説明する。本実施形態の構成は、前述の第 1の実施形態（図 8)に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、その説明を省略し、相違点のみを以下に説明する。

[0115] 本実施形態の光伝送装置 700において、光検出部 708は、光分離部 203によって分離、抽出された所定の発振モード光を検波し、当該光強度変動情報および光位相変動情報を検出し、副伝送路 705に送出する。局発光発生部 707は、副伝送路 7 05を介して伝送される光強度変動情報および光位相変動情報に基づ、て、当該情報を備えた局発光 (所定の発振モード光に準じた光)を生成し、出力する。光強度検出部 206は、主光伝送路 204を介して伝送される光信号成分と、局発光発生部 707 力出力される局発光を合成後、自乗検波することで、総光強度の変調成分を検出し、元の情報信号 Diを再生する。

[0116] 本実施形態において、傍受者光受信回路 2003を用いた盗聴を行った場合、図 8と同様、傍受者光強度検出部 2062には、所定の発振モード光を除いた残りの光信号成分のみが入力されるため、モードパーティションノイズが発生し、当該受信信号品質は、光受信回路 8002に比べて劣化し、高い秘匿性を確保することが可能である。

[0117] 以上説明したように、第 5の実施形態によれば、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、当該所定の発振モード光と物理的性質を同じくする光を「秘密鍵」として、送信者と正規受信者の間で共有することにより、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を容易に提供することができる。

[0118] なお、第 5の実施形態において、多モード光源 201は、第 1の変形例で示したように、複数の単一モードの光源力もなる多モード光源 201a (図 10参照）に置き換えられてもよ、し、複数の単一モードの光源および光位相変調部力もなる多モード光源 20 lb (図 11参照）に置き換えられてもよ!/、。

[0119] (第 6の実施形態）

図 15は、本発明の第 6の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置 800の構成を示す図である。図 15において、本実施形態の光伝送装置 800は、図 13中の光送信回路 2001および光受信回路 7002を、複数組（図 15では 2組)備えた構成である。光伝送装置 800は、第 1および第 2の多モード光源 201と、第 1および第 2の光情報変調部 202と、第 1および第 2の光分離部 203と、主光伝送路 204と、第 1および第 2の副光伝送路 205と、第 1および第 2の光強度検出部 206と、第 1および第 2の局発光発生部 507と、主光合成部 709と、主光分岐部 710とを備える。主光合成部 7 09と、主光分岐部 710とを新たに備える点が図 13の構成と異なる。なお、第 1 (第 2) の多モード光源 201と、第 1 (第 2)の光情報変調部 202と、第 1 (第 2)の光分離部 20 3とによって、第 1 (第 2)の光送信回路 2001が構成される。第 1 (第 2)の光強度検出部 206と、第 1 (第 2)の局発光発生部 507とによって、第 1 (第 2)の光受信回路 7002 が構成される。

[0120] 次に、図 15に示す本実施形態の動作を説明する。本実施形態の構成は、前述の第 4の実施形態（図 13)に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、その説明を省略し、相違点のみを以下に説明する。

[0121] 本実施形態の光伝送装置 800は、光送信回路 2001および光受信回路 7002を 2 組備える。第 1および第 2の光情報変調部 202は、第 1および第 2の情報信号 (D1および D2)で、対応する第 1および第 2の多モード光源 201から出力される光を変調して、第 1および第 2の光信号としてそれぞれ出力する。第 1および第 2の光分離部 20 3は、対応する第 1および第 2の光情報変調部 202から出力される第 1および第 2の光信号を入力し、当該複数の発振モード光の内、それぞれ所定のモード光を分離、抽出して、第 1および第 2の副光伝送路 205に送出すると共に、残りの光信号成分を主光合成部 709に出力する。主光合成部 709は、第 1および第 2の光分離部 203から出力される光信号成分を合成して、主光伝送路 204に送出する。主光分岐部 710 は、主光伝送路 204を介して伝送される光信号成分を分岐して、第 1および第 2の光強度検出部 206にそれぞれ入力する。第 1および第 2の光強度検出部 206は、主光分岐部 710から出力される光信号成分と、対応する第 1および第 2の局発光発生部 5 07から出力される所定の発振モード光を合成後、自乗検波して、総光強度の変調成分を検出し、第 1および第 2の情報信号 (D1および D2)をそれぞれ再生する。

[0122] さらに、第 1および第 2の光情報変調部 202から出力される第 1および第 2の光信号、ならびに第 1および第 2の光分離部 203によって抽出される所定の発振モード光の各波長設定について説明する。第 1および第 2の光信号は、互いに異なる波長帯に設定されていてもよいし、その光スペクトルの全部または一部が同じ波長帯に設定されていてもよい。

[0123] 第 1および第 2の光信号が、互いに異なる波長帯に設定される場合、第 1および第 2の光分離部 203によって抽出される所定の発振モード光は、複数のモードの内、いずれのモードであってもよい。第 1および第 2の光信号が、互いに異なる波長帯に設定される場合、副光伝送路 205を共通化することができる。図 16は、第 1および第 2 の光信号が、互いに異なる波長帯に設定される場合に副光伝送路 205を共通化したときの光伝送装置 800aの構成を示す図である。図 16に示すように、光伝送装置 8 OOaは、副光合成部 809および副光分岐部 810を用いて、所定の発振モード光を波長多重 Z分離することで、一つの副光伝送路 205で所定の発振モード光を伝送することができる。

[0124] また、第 1および第 2の光信号の光スペクトルの全部または一部が同じ波長帯に設定される場合で、かつ第 1および第 2の光信号のそれぞれから抽出される所定の発振モード光が同じ波長帯である場合には、光伝送装置は、別々の副光伝送路 205を介して所定の発振モード光をそれぞれ伝送する。一方、第 1および第 2の光信号の光スペクトルの全部または一部が同じ波長帯に設定される場合で、かつ第 1および第 2の光信号のそれぞれから抽出される所定の発振モード光が互いに異なる波長帯である場合には、光伝送装置は、別々の副光伝送路 205を介して伝送する力、もしくは、図 16に示すように、一つの副光伝送路 205を介して伝送する。

[0125] 以上説明したように、第 6の実施形態によれば、複数の送受信回路対において、それぞれ、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、当該所定の発振モード光と物理的性質を同じくする光を「秘密鍵」として、送信者と正規受信者の間で共有することにより、互いの干渉、情報漏洩を著しく抑圧し、秘匿性の高!ヽ光伝送装置を容易に提供することができる。

[0126] なお、図 8に示す構成においても、複数対の光送信回路と光受信回路とを備えるようにして、各所定の発振モード光および Zまたは各所定の発振モード光を抽出した残りの光信号を合成 Z分岐して伝送するようにしてもよい。また、図 14に示す構成においても、複数対の光送信回路と光受信回路とを備えるようにして、各光検出部が出力する検出信号を合成 z分岐して伝送するようにしてもょヽ。

[0127] なお、第 6の実施形態において、第 1および/または第 2の多モード光源 201は、第 1の変形例で示したように、複数の単一モードの光源力もなる多モード光源 201a ( 図 10参照）に置き換えられてもよいし、複数の単一モードの光源および光位相変調部からなる多モード光源 201b (図 10参照）に置き換えられてもよい。 [0128] (第 7の実施形態）

図 17は、本発明の第 7の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置 800cの構成を示す図である。図 17において、図 1に示す第 1の実施形態と同様の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、説明を省略する。また、図 8に示す第 3の実施形態と同様の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、説明を省略する。図 17において、光伝送装置 800cは、光送信回路 9001と、光受信回路 9002 とを備える。光送信回路 9001は、多モード光源 101と、光情報変調部 102と、モード符号化部 103と、光分離部 203とを含む。光受信回路 9002と、モード復号化部 900 3と、光強度検出部 9004とを含む。

[0129] モード符号ィ匕部 103からは、発振モード光のそれぞれに対して、一意な所定の符号化操作が施された光信号が出力される。光分離部は、モード符号化部 103から出力される光信号の内、すくとも 1つの発振モード光を抽出して、副光伝送路 205に送出すると共に、残りの光信号成分を主光伝送路 204に送出する。モード復号化部 90 03は、主光伝送路 204からの光信号と副光伝送路 205からの光信号とを合成して、モード符号ィ匕部 103での第 1の操作と逆の関係にある復号ィ匕操作 (第 2の操作)を施した光を出力する。光強度検出部 9004は、モード復号ィ匕部 9003から出力される光信号を自乗検波して、総光強度の変化を検出することによって変調成分を検出し、元の情報信号 Diを再生する。

[0130] このように、第 7の実施形態では、光送信回路 9001は、所定の操作として、多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作をモード符号化部 103によって施し、所定の発振モード光を光分離部 203によって分離して副光伝送路 205に送出すると共に、所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路 204に送出する。光受信回路 9002は、主光伝送路 204を介して伝送される光信号成分と、副光伝送路 205を介して伝送される所定の発振モード光とをモード復号化部 9003によって合成し、当該発振モード光の群に対して当該所定の符号に対応した操作と逆の操作をモード復号化部 9003によって施して、当該所定の操作を施される前の光信号を復元する。このように、第 1の実施形態と第 3の実施形態とを組み合わせることによつても、秘匿性に優れた光通信装置を実現することができる。

[0131] なお、第 7の実施形態においても、上述したあらゆる変形例を適用することができることは言うまでもない。

[0132] (第 8の実施形態）

図 18は、本発明の第 8の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置 800bの構成を示す図である。図 18において、図 1に示す第 1の実施形態と同様の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、説明を省略する。また、図 8に示す第 3の実施形態と同様の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、説明を省略する。図 18において、光伝送装置 800bは、光送信回路 9005と、光受信回路 9006 とを備える。光送信回路 9005は、多モード光源 101と、光情報変調部 102fと、第 1 のモード符号ィ匕部 103fと、第 2のモード符号ィ匕部 103gとを含む。光受信回路 9006 は、光強度検出部 9007を含む。

[0133] 光情報変調部 102fは、伝送すべき情報信号 Diで、多モード光源 101から出力される光を変調して、 2分岐して出力する。

[0134] 光情報変調部 102fからの一方の光信号は、第 1のモード符号ィ匕部 103fに入力される。第 1のモード符号ィ匕部 103fは、光情報変調部 102から出力される光信号を入力し、所定の源符号 Kiに基づいて、スペクトル処理として、当該発振モード光のそれぞれに対して一意な所定の符号ィ匕操作を施した後、主光伝送路 204に出力する。

[0135] 光情報変調部 102fからの他方の光信号は、第 2のモード符号ィ匕部 103gに入力される。第 2のモード符号ィ匕部 103fは、所定の源符号 Kiに基づいて、スペクトル処理として、当該発振モード光のそれぞれに対して一意であり、かつ第 1のモード符号ィ匕部 103fで施された所定の符号化操作と逆の関係 (相補的な関係）にある符号化操作を施した後、副光伝送路 205に出力する。

[0136] 光強度検出部 9007は、主光伝送路 204を伝送された光信号と副光伝送路 205を伝送された光信号とを合成して、自乗検波して、総光強度の変調成分を検出し、元の情報信号 Diを再生する。

[0137] このように、第 8の実施形態において、光送信回路 9005は、所定の操作として、多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作を第 1のモード符号ィ匕部 103fによって施し主光伝送路 204に送出する。一方、第 2のモード符号ィ匕部 103gは、多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して当該所定の符号に対応した操作と逆の操作を施して副光伝送路 205に送出する。光受信回路 9006は、主光伝送路 204を介して伝送される光信号と副光伝送路 205を介して伝送される光信号とを合成することによって、所定の操作を施される前の光信号を復元する。このように、互いに逆の関係にある発振モード光を伝送して、合成することによつても、秘匿性の優れた光通信装置を実現することができる。

[0138] なお、第 8の実施形態においても、上述したあらゆる変形例を適用することができることは言うまでもない。

[0139] 以上、本発明を詳細に説明してきたが、前述の説明はあらゆる点において本発明の例示にすぎず、その範囲を限定しょうとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもな、。

産業上の利用可能性

[0140] 本発明に係る光伝送装置は、物理的性質（自然現象)として光が備えて!/ヽる予測不能の雑音成分を利用して、計算機処理による解析'解読が不可能な暗号通信を実現することができ、通信分野等に有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 伝送すべき情報信号で変調された多モードの光信号を伝送するための多モード光伝送装置であって、

多モード発振光を前記情報信号で変調し、前記多モード発振光における少なくとも

1つの発振モード光に対して、所定の操作を施した後、光伝送路に送出する光送信回路と、

前記光伝送路を介して伝送される光信号を受信し、前記所定の操作と逆の操作を施すことによって、前記所定の操作を施される前の光信号を復元し、復元した光信号を電気信号に変換して、前記情報信号を再生する光受信回路とを備えることを特徴とする、多モード光伝送装置。

[2] 前記光送信回路は、前記所定の操作として、前記多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作を施して、前記光伝送路に送出し、

前記光受信回路は、前記光伝送路を介して伝送される光を受信し、前記発振モード光の群に対して前記所定の符号に対応した操作と逆の操作を施すことによって前記所定の操作を施される前の光信号を復元し、前記発振モード光の群の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、前記情報信号を再生することを特徴とする、請求項 1に記載の多モード光伝送装置。

[3] 前記光送信回路は、前記所定の操作として、前記多モード発振光から所定の発振モード光を抽出して、前記光伝送路に送出し、

前記光受信回路は、前記光伝送路を介して伝送される光を受信し、抽出された前記所定の発振モード光と同一の光もしくは前記所定の発振モード光に準じた光とを合成した後、自乗検波して、前記情報信号を再生することを特徴とする、請求項 1〖こ記載の光伝送装置。

[4] 前記光送信回路は、

多モード発振する光を出力する多モード光源と、

前記多モード光源から出力される光を情報信号で変調し、変調された光信号を出力する光情報変調部と、前記光情報変調部から出力される前記光信号を入力し、前記光信号の複数の発振モード光の群に対して、前記所定の符号に対応した第 1の操作を施し、前記光伝送路に送出するモード符号ィ匕部とを含み、

前記光受信回路は、

前記光伝送路を介して伝送される光信号を入力し、前記光信号の複数の発振モード光の群に対して、前記所定の符号に対応した前記第 1の操作と逆の関係にある第 2の操作を施し、出力するモード復号化部と、

前記モード復号化部から出力される光信号の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、前記情報信号を再生する光強度検出部とを含む、請求項 2に記載の多モード光伝送装置。

[5] 前記モード符号化部における前記第 1の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した所定量の強度変化を与える操作であり、

前記モード復号化部における前記第 2の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した前記所定量の強度変化と逆の極性を有する強度変化を与える操作であることを特徴とする、請求項 4に記載の多モード光伝送装置。

[6] 前記モード符号化部における前記第 1の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した所定量の位相変化を与える操作であり、

前記モード復号化部における前記第 2の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した前記所定量の位相変化と逆の極性を有する位相変化を与える操作であることを特徴とする、請求項 4に記載の多モード光伝送装置。

[7] 前記モード符号化部における前記第 1の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した所定量の偏向変化を与える操作であり、

前記モード復号化部における前記第 2の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した前記所定量の偏向変化と逆の極性を有する偏向変化を与える操作であることを特徴とする、請求項 4に記載の多モード光伝送装置。

[8] 前記モード符号化部における前記第 1の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した所定量の周波数変化を与える操作であり、

前記モード復号化部における前記第 2の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した前記所定量の周波数変化と逆の極性を有する周波数変化を与える操作であることを特徴とする、請求項 4に記載の多モード光伝送装置。

[9] 複数対の前記光送信回路と前記光受信回路とを有し、

各前記光送信回路から出力される光信号成分を合成し、前記光伝送路に送出する光合波部と、

前記光伝送路を介して伝送される光信号成分を分岐し、対応する前記光受信回路に出力する光分岐部とを備え、

前記光送信回路と前記光受信回路との各対は、それぞれ、複数の発振モード光の群に対して、互いに異なる所定の符号に対応した第 1の操作および第 2の操作を施すことを特徴とする、請求項 4に記載の多モード光伝送装置。

[10] 前記光送信回路は、

多モード発振する光を出力する多モード光源と、

前記多モード光源から出力される光を前記情報信号で変調し、光信号を出力する光情報変調部と、

前記光情報変調部から出力される前記光信号を入力し、前記光信号における複数の発振モード光の内、前記所定の発振モード光を分離して副光伝送路に送出すると共に、前記光信号における前記所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路に送出する光分離部とを含み、

前記光受信回路は、

前記主光伝送路を介して伝送される前記光信号成分と、前記副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光とを合成し、自乗検波して、前記情報信号を再生する光強度検出部を含む、請求項 3に記載の光伝送装置。

[11] さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、

各前記光送信回路から出力される前記所定の発振モード光を合成し、前記副光伝送路に送出する副光合波部と、

前記副光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光を分岐し、対応する光受信回路に出力する副光分岐部とを備える、請求項 10に記載の光伝送装置。

[12] 前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光力互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項 11に記載の光伝送装置。

[13] さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、

各前記光送信回路から出力される前記所定の発振モード光以外の光信号成分を合成し、前記主光伝送路に送出する主光合波部と、

前記主光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光以外の光信号成分を分岐し、対応する前記光受信回路に出力する主光分岐部と、

[14] 前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに同じ波長成分有し、

前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光力互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項 13に記載の光伝送装置。

[15] 前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項 13に記載の光伝送装置。

[16] 前記光送信回路は、

多モード発振する光を出力する多モード光源と、

前記光受信回路は、

前記副光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光を入力し、前記所定の発振モード光に準じた光として、当該発振モード光と物理的性質を同じくする局部発振光を発生する局発光発生部と、

前記主光伝送路を介して伝送される前記光信号成分と、前記局発光発生部から出力される前記局部発振光とを合成し、自乗検波して、前記情報信号を再生する光強度検出部とを含む、請求項 3に記載の光伝送装置。

[17] さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、

前記副光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光を分岐し、対応する光受信回路に出力する副光分岐部とを備える、請求項 16に記載の光伝送装置。

[18] 前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光力互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項 17に記載の光伝送装置。

[19] さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、

[20] 前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに同じ波長成分有し、

前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光力互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項 19に記載の光伝送装置。

[21] 前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項 19に記載の光伝送装置。

[22] 前記光送信回路は、

多モード発振する光を出力する多モード光源と、

前記光情報変調部から出力される前記光信号を入力し、前記光信号における複数の発振モード光の内、前記所定の発振モード光を分離すると共に、前記光信号における前記所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を光伝送路に送出する光分離部と、

前記光分離部によって分離された前記所定の発振モード光を入力し、当該所定の発振モード光の物理的性質を検出し、検出信号を伝送路に送出する光検出部とを含み、

前記光受信回路は、

前記伝送路を介して伝送される検出信号に基づき、前記所定の発振モード光に準じた光として、前記所定の発振モード光と物理的性質を同じくする局部発振光を発生する局発光発生部と、

前記光伝送路を介して伝送される光信号成分と、前記局発光発生部から出力される局部発振光とを合成し、自乗検波して、前記情報信号を再生する光強度検出部とを含む、請求項 3に記載の光伝送装置。

[23] さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、

各前記光送信回路から出力される検出信号を合成し、前記伝送路に送出する合成部と、前記伝送路を介して伝送される検出信号を分岐し、対応する前記光受信回路に出力する分岐部とを備える、請求項 22に記載の光伝送装置。

[24] さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、

前記主光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光以外の光信号成分を分岐し、対応する前記光受信回路に出力する主光分岐部とを備える、請求項 3に記載の光伝送装置。

[25] 前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項 24に記載の光伝送装置。

[26] 前記光送信回路は、前記所定の操作として、前記多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作を施し、所定の発振モード光を分離して副光伝送路に送出すると共に、前記所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路に送出し、

前記光受信回路は、前記主光伝送路を介して伝送される前記光信号成分と、前記副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光とを合成し、前記発振モード光の群に対して前記所定の符号に対応した操作と逆の操作を施すことによって前記所定の操作を施される前の光信号を復元し、前記発振モード光の群の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、前記情報信号を再生することを特徴とする、請求項 1に記載の多モード光伝送装置。

[27] 前記光送信回路は、前記所定の操作として、前記多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作を施して主光伝送路に送出し、前記多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して前記所定の符号に対応した操作と逆の操作を施して副光伝送路に送出し、

前記光受信回路は、前記主光伝送路を介して伝送される光と前記副光伝送路を介して伝送される光とを合成することによって、前記所定の操作を施される前の光信号を復元し、前記発振モード光の群の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、前記情報信号を再生することを特徴とする、請求項 1に記載の光伝送装置。

[28] 前記光送信回路で用いられる多モード光源は、

互いに光強度および光位相に相関性を有し、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、

前記複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、前記光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ前記複数の光源から出力される光の強度および Zまたは位相を略ランダムに変調するような変調信号を各前記光源に供給する符号発生部とからなることを特徴とする、請求項 1に記載の多モード光伝送装置。

[29] 前記送信回路で用いられる多モード光源は、

互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、

前記複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、前記複数光源力出力される光の位相変化を同期させる光位相同期部と、前記光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ前記複数の光源から出力される光の強度を略ランダムに変調するような変調信号を各前記光源に供給する符号発生部とからなることを特徴とする、請求項 1に記載の多モード光伝送装置。

[30] 前記送信回路で用いられる多モード光源は、

互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、

前記複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、前記複数光源力出力される光の強度変化を同期させる光強度同期部と、前記光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ前記複数の光源から出力される光の位相を略ランダムに変調するような変調信号を各前記光源に供給する符号発生部とからなることを特徴とする、請求項 1に記載の多モード光伝送装置。

[31] 前記送信回路で用いられる多モード光源は、 LED (Light Emission Diode)であることを特徴とする、請求項 1に記載の光伝送装置。

[32] 前記多モード光源は、 FP (Fabry -Perot)レーザであることを特徴とする、請求項 1に記載の光伝送装置。

[33] 前記多モード光源は、 RC (Resonant Cabity)— LEDであることを特徴とする、請求項 1に記載の光伝送装置。

[34] 前記多モード光源は、 VCSEL (Vertical Cabity Surface Emitting Laser) であることを特徴とする、請求項 1に記載の光伝送装置。

[35] 前記多モード光源は、 SLD (Super Luminescent Diode)であることを特徴とする、請求項 1に記載の光伝送装置。

[36] 前記光伝送路は、光ファイバ、光導波路、または自由空間であることを特徴とする、請求項 1に記載の多モード光伝送装置。