(57)【要約】【課題】ＤＣドリフトを容易に検知することができないという問題を解決する位相基底符号化装置を提供する。【解決手段】制御部１５は、位相変調の値φ１およびφ２の組み合わせのそれぞれが不均一な割合で使用され、かつ、光カップラー１４で結合される２連光パルスの相対位相が４値に変調されるように、位相変調器１２および１３を制御する。【選択図】図１
2010028528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前光パルスと、前記前光パルスに後続する後光パルスと、を含む入力２連光パルスを２つに分岐する分岐手段と、
前記分岐手段が分岐した入力２連光パルスの一方の前光パルスおよび後光パルスのそれぞれに、２値の位相変調を行う第１の位相変調手段と、
前記分岐手段が分岐した入力２連光パルスの他方の前光パルスおよび後光パルスのそれぞれに、前記第１の位相変調手段が行う位相変調の値と異なる２値の位相変調を行う第２の位相変調手段と、
前記第１の位相変調手段および前記第２の位相変調手段のそれぞれで位相変調が行われた各入力２連光パルスを結合して、各入力２連光パルスの前光パルスに行われた位相変調の値の組み合わせと、各入力２連光パルスの後光パルスに行われた位相変調の値の組み合わせと、に応じた相対位相を有する前光パルスおよび後光パルスを含む出力２連光パルスを生成する結合手段と、
前記相対位相が４値に変調され、かつ、前記位相変調の値の組み合わせのそれぞれが不均一な割合で使用されるように、前記第１の位相変調手段および前記第２の位相変調手段を制御する制御手段と、を含む位相基底符号化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位相基底符号化装置において、
前記第１の位相変調手段が行う位相変調の値φ１は、θを任意の値とした場合、θまたはθ＋１８０°であり、
前記第２の位相変調手段が行う位相変調の値φ２は、θ＋９０°またはθ＋２７０°であり、
前記制御手段は、各入力２連光パルスの前光パルスおよび後光パルスの両方にφ１＝θかつφ２＝θ＋９０°の組み合わせを使用する位相変調と、各入力２連光パルスの前光パルスにφ１＝θかつφ２＝θ＋９０°の組み合わせを使用し、かつ、各入力２連光パルスの後光パルスにφ１＝θ＋１８０°かつφ２＝θ＋２７０°の組み合わせを使用する位相変調と、各入力２連光パルスの前光パルスにφ１＝θ+１８０°かつφ２＝θ＋２７０°の組み合わせを使用し、かつ、各入力２連光パルスの後光パルスにφ１＝θかつφ２＝θ＋２７０°の組み合わせを使用する位相変調と、各入力２連光パルスの前光パルスにφ１＝θ+１８０°かつφ２＝θ＋２７０°の組み合わせを使用し、かつ、各入力２連光パルスの後光パルスにφ１＝θ+１８０°かつφ２＝θ＋９０°の組み合わせを使用する位相変調と、がランダムに行われるように、前記第１の位相変調手段および第２の位相変調手段を制御する、位相基底符号化装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の位相基底符号化装置において、
前記結合手段にて結合された出力２連光パルスの強度に応じた対象値を測定する測定手段と、
前記測定手段が測定した対象値に応じて、前記第１の位相変調器および前記第２の位相変調器のそれぞれが行う位相変調の値のうち、少なくとも一方の値を調整する調整手段と、を含む位相基底符号化装置。
【請求項４】
請求項３に記載の位相基底符号化装置において、
前記結合手段にて結合された出力２連光パルスを２つに分岐する分離手段を含み、
前記測定手段は、前記分離手段が分岐した出力２連光パルスの一方の強度を、前記対象値として測定する、位相基底符号化装置。
【請求項５】
請求項３に記載の位相基底符号化装置において、
前記測定手段は、前記結合手段から放射された放射モード光の強度を、前記対象値として測定する、位相基底符号化装置。
【請求項６】
前光パルスと前記前光パルスに後続する後光パルスとを含む入力２連光パルスを２つに分岐する分岐手段と、前記分岐手段が分岐した入力２連光パルスの一方の前光パルスおよび後光パルスのそれぞれに、２値の位相変調を行う第１の位相変調手段と、前記分岐手段が分岐した入力２連光パルスの他方の前光パルスおよび後光パルスのそれぞれに、前記第１の位相変調手段が行う位相変調の値と異なる２値の位相変調を行う第２の位相変調手段と、前記第１の位相変調手段および前記第２の位相変調手段のそれぞれで位相変調が行われた各入力２連光パルスを結合して、各入力２連光パルスの前光パルスに行われた位相変調の値の組み合わせと、各入力２連光パルスの後光パルスに行われた位相変調の値の組み合わせと、に応じた相対位相を有する前光パルスおよび後光パルスを含む出力２連光パルスを生成する結合手段と、を含む位相基底符号化装置による位相基底符号化方法であって、
前記相対位相が４値に変調され、かつ、前記位相変調の値の組み合わせのそれぞれが不均一な割合で使用されるように、前記第１の位相変調手段および前記第２の位相変調手段を制御する、位相基底符号化方法。
【請求項７】
請求項６に記載の位相基底符号化方法において、
前記第１の位相変調手段が行う位相変調の値φ１は、θを任意の値とした場合、θまたはθ＋１８０°であり、
前記第２の位相変調手段が行う位相変調の値φ２は、θ＋９０°またはθ＋２７０°であり、
各入力２連光パルスの前光パルスおよび後光パルスの両方にφ１＝θかつφ２＝θ＋９０°の組み合わせを使用する位相変調と、各入力２連光パルスの前光パルスにφ１＝θかつφ２＝θ＋９０°の組み合わせを使用し、かつ、各入力２連光パルスの後光パルスにφ１＝θ＋１８０°かつφ２＝θ＋２７０°の組み合わせを使用する位相変調と、各入力２連光パルスの前光パルスにφ１＝θ+１８０°かつφ２＝θ＋２７０°の組み合わせを使用し、かつ、各入力２連光パルスの後光パルスにφ１＝θかつφ２＝θ＋２７０°の組み合わせを使用する位相変調と、各入力２連光パルスの前光パルスにφ１＝θ+１８０°かつφ２＝θ＋２７０°の組み合わせを使用し、かつ、各入力２連光パルスの後光パルスにφ１＝θ+１８０°かつφ２＝θ＋９０°の組み合わせを使用する位相変調と、がランダムに行われるように、前記第１の位相変調手段および第２の位相変調手段を制御する、位相基底符号化方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の位相基底符号化方法において、
前記結合手段にて結合された出力２連光パルスの強度に応じた対象値を測定し、
前記測定された対象値に応じて、前記第１の位相変調器および前記第２の位相変調器のそれぞれが行う位相変調の値のうち、少なくとも一方の値を調整する、位相基底符号化方法。
【請求項９】
請求項８に記載の位相基底符号化方法において、
前記結合手段が結合した出力２連光パルスを２つに分岐し、
前記分岐された出力２連光パルスの一方の強度を、前記対象値として測定する、位相基底符号化方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の位相基底符号化方法において、
前記結合手段から放射された放射モード光の強度を、前記対象値として測定する、位相基底符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相基底を用いて符号化を行う位相基底符号化装置および位相基底符号化方法に関し、特には、量子鍵を配布するために、位相基底を用いて符号化を行う位相基底符号化装置および位相基底符号化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、盗聴行為に対する絶対安全性を有する暗号化通信を実現する方法として、量子鍵配付が盛んに研究され、実用化に向けた開発が進んでいる。このような量子鍵配布は、例えば、非特許文献１に記載されている。
【０００３】
量子鍵配布では、量子鍵の送受信に光パルスが用いられる。この量子鍵の送受信に用いる光パルスの符号化方式としては、互いに時間差を有する２つのパルスを含む２連光パルスの相対位相を４値に変調する位相コーディング方式が主流である。ここで、２連光パルスの相対位相とは、２連光パルスの各パルスの相対位相のことである。また、２連光パルスの各パルスは、互いにコヒーレントである。
【０００４】
位相コーディング方式では、通常、相対位相が０°または１８０°に変調された２つの状態（Ｘ基底の２状態と呼ぶ）の２連光パルスと、相対位相が９０°または２７０°に変調された２つの状態（Ｙ基底の２状態と呼ぶ）の２連光パルスと、が量子鍵の送受信に利用される。なお、Ｘ基底の２状態とＹ基底の２状態とを合わせた４つの状態は、ＢＢ８４状態と呼ばれる。
【０００５】
また、符号化方式としては、位相‐時間コーディング方式と呼ばれる方式も提案されている。位相‐時間コーディング方式では、相対位相が２値に変調された２つの状態（例えば、Ｙ基底の２状態）の２連光パルスと、２連光パルスの各パルスの一方を選択することで得られる２つの時間基底状態（Ｚ基底の２状態と呼ばれる）の２連光パルスと、が量子鍵の送受信に利用される。
【０００６】
非特許文献２には、これらの２種類の符号化方式の両方を実現できる送信機が記載されている。
【０００７】
図３は、非特許文献２に記載の送信機を示した模式図である。図３において、送信機２０１は、レーザー光源２０２と、非対称マッハツェンダー干渉計２０３と、２電極マッハツェンダー変調器２０４とを含む。
【０００８】
非対称マッハツェンダー干渉計２０３は、レーザー光源２０２から出力された光パルス２０５を２連光パルス２０６に変換する。
【０００９】
２電極マッハツェンダー変調器２０４は、２連光パルス２０６を２つに分岐する。また、２電極マッハツェンダー変調器２０４では、２つの位相変調器が互いに並列に接続される。
【００１０】
各位相変調器が互いに独立して、その分岐された２連光パルスのそれぞれに位相変調を行う。具体的には、２電極マッハツェンダー変調器２０４の一方の位相変調器が２連光パルスの各パルスに０°または１８０°の２値の位相変調を行い、他方の位相変調器が２連光パルスの各パルスに９０°または２７０°の２値の位相変調を行う。そして、２電極マッハツェンダー変調器２０４は、位相変調器のそれぞれで位相変調された２連光パルスを結合する。
【００１１】
その結合された２連光パルスの各光パルスの位相は、各位相変調器がその光パルスに行った位相変調の値の組み合わせに応じて、４５°、１３５°、２２５°および３１５°のいずれかを示す。したがって、２電極マッハツェンダー変調器２０４を用いることで、位相が４５°、１３５°、２２５°および３１５°のいずれかを示す４種類の光パルスを生成することができる。なお、この４種類の光パルスのそれぞれの強度は、互いに等しい。
【００１２】
２連光パルスの各パルスに行う位相変調の値の組み合わせに応じて、ＢＢ８４状態に含まれる４つの状態の２連光パルスを生成することができる。
【００１３】
具体的には、２連光パルスの各パルスに４５°の位相変調を行うことで、相対位相が０°のＸ基底状態の２連光パルスを生成することができる。また、２連光パルスの前光パルスを１３５°の位相変調を行い、後光パルスに３１５°の位相変調を行うことで、相対位相が１８０°のＸ基底状態の２連光パルスを生成することができる。
【００１４】
また、２連光パルスの前光パルスに２２５°の位相変調を行い、後光パルスに３１５°の位相変調を行うことで、相対位相が９０°のＹ基底状態の２連光パルスを生成することができる。さらに、２連光パルスの前光パルスに３１５°の位相変調を行い、後光パルスに２２５°の位相変調を行うことで、相対位相が２７０°のＹ基底状態の２連光パルスを生成することができる。
【００１５】
これにより、ＢＢ８４状態に含まれる４つの状態の２連光パルスを生成することができる。したがって、位相コーディング方式での量子鍵配布を実現することができる。また、ＢＢ８４状態のうちＸ基底状態またはＹ基底状態を用いることで、位相‐時間コーディング方式での量子鍵配布を実現することができる。
【００１６】
また、光パルスの符号化方式として、２連光パルスに対して、位相変調に加えてさらに強度変調を行うデコイ方式がある。このようなデコイ方式を用いて安定した光パルスを生成する技術には、特許文献１に記載の光通信装置がある。
【００１７】
これらの符号化方式では、４つの状態の２連光パルスのそれぞれが、ランダムに送信されることで、量子鍵の安全性を保つことができる。
【非特許文献１】ベネット（Ｂｅｎｎｅｔｔ）、ブラサール（Ｂｒａｓｓａｒｄ）著  ＩＥＥＥコンピュータ、システム、信号処理国際会議（ＩＥＥＥ  Ｉｎｔ．  Ｃｏｎｆ．  ｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，  Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，  Ｂａｎｇａｌｏｒｅ，  Ｉｎｄｉａ，  ｐ．１７５，１９８４）
【非特許文献２】吉野他、“Ｄｕａｌ−ｍｏｄｅ  Ｔｉｍｅ−ｂｉｎ  Ｃｏｄｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｋｅｙ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｄｕａｌ−ｄｒｉｖｅ  Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ”、３３ｒｄ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、Ｖｏｌ．４、ｐ．７１、２００７
【特許文献１】２００７−２８６５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
デコイ方式の強度変調のように変調のために光パルスの強度を変えるのではなく、送信機の状態に応じて光パルスの強度が変わってしまうことがある。例えば、ＤＣドリフトが発生した場合、２電極マッハツェンダー変調器が生成することができる４種類の光パルスのそれぞれの強度が変化する。具体的には、４種類の光パルスでは、光パルスに行われた位相変調の値に応じて、強度が増加する光パルスと、強度が減少する光パルスとが発生する。なお、ＤＣドリフトは、周囲温度の変動などのために、２電極マッハツェンダー変調器の各位相変調器が挿入された２つの光路の光路差が変化する現象である。
【００１９】
このようにＤＣドリフトが発生して光パルスの強度が変わると、データの誤り率が高くなる。このため、ＤＣドリフトによる光パルスの影響を補償することが望ましい。
【００２０】
しかしながら、非特許文献２に記載の送信機では、４種類の光パルスのそれぞれを互いに等しい割合で使用して、ＢＢ８４状態に含まれる４つの状態の２連光パルスを生成している。このため、ＤＣドリフトが発生しても、送信機から出力される２連光パルスでは、強度が増加する光パルスと、強度が減少する光パルスとが等しい割合で使用されることになり、光パルスの強度の変化が相殺される。したがって、その出力される２連光パルスの平均強度には変化が生じない。このため、ＤＣドリフトを容易に検知することができないという問題があった。
【００２１】
このような状況では、送受信されたデータの誤り率からＤＣドリフトを推定する必要がある。しかしながら、誤り率に影響を与える現象は、ＤＣドリフト以外にも多数存在する。このため、データの誤り率からＤＣドリフトを推定する方法では、正確にＤＣドリフトを検知することができない。
【００２２】
なお、非特許文献１および特許文献１には、ＤＣドリフトによる光パルスの強度変化に関する記載はなく、上記の課題を解決することができない。
【００２３】
本発明の目的は、上記の課題である、ＤＣドリフトを容易に検知することができないという問題を解決する位相基底符号化装置および位相基底符号化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明による位相基底符号化装置は、前光パルスと、前記前光パルスに後続する後光パルスと、を含む入力２連光パルスを２つに分岐する分岐手段と、前記分岐手段が分岐した入力２連光パルスの一方の前光パルスおよび後光パルスのそれぞれに、２値の位相変調を行う第１の位相変調手段と、前記分岐手段が分岐した入力２連光パルスの他方の前光パルスおよび後光パルスのそれぞれに、前記第１の位相変調手段が行う位相変調の値と異なる２値の位相変調を行う第２の位相変調手段と、前記第１の位相変調手段および前記第２の位相変調手段のそれぞれで位相変調が行われた各入力２連光パルスを結合して、各入力２連光パルスの前光パルスに行われた位相変調の値の組み合わせと、各入力２連光パルスの後光パルスに行われた位相変調の値の組み合わせと、に応じた相対位相を有する前光パルスおよび後光パルスを含む出力２連光パルスを生成する結合手段と、前記相対位相が４値に変調され、かつ、前記位相変調の値の組み合わせのそれぞれが不均一な割合で使用されるように、前記第１の位相変調手段および前記第２の位相変調手段を制御する制御手段と、を含む。
【００２５】
また、本発明による位相基底符号化方法は、前光パルスと前記前光パルスに後続する後光パルスとを含む入力２連光パルスを２つに分岐する分岐手段と、前記分岐手段が分岐した入力２連光パルスの一方の前光パルスおよび後光パルスのそれぞれに、２値の位相変調を行う第１の位相変調手段と、前記分岐手段が分岐した入力２連光パルスの他方の前光パルスおよび後光パルスのそれぞれに、前記第１の位相変調手段が行う位相変調の値と異なる２値の位相変調を行う第２の位相変調手段と、前記第１の位相変調手段および前記第２の位相変調手段のそれぞれで位相変調が行われた各入力２連光パルスを結合して、各入力２連光パルスの前光パルスに行われた位相変調の値の組み合わせと、各入力２連光パルスの後光パルスに行われた位相変調の値の組み合わせと、に応じた相対位相を有する前光パルスおよび後光パルスを含む出力２連光パルスを生成する結合手段と、を含む位相基底符号化装置による位相基底符号化方法であって、前記相対位相が４値に変調され、かつ、前記位相変調の値の組み合わせのそれぞれが不均一な割合で使用されるように、前記第１の位相変調手段および前記第２の位相変調手段を制御する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＤＣドリフトを容易に検知することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は、本発明の第１の実施形態の変調器を示したブロック図である。図１において、変調器１は、光カップラー１１と、位相変調器１２および１３と、光カップラー１４と、制御部１５とを含む。なお、変調器１は、位相基底符号化装置の一例である。
【００２９】
光カップラー１１は、分岐手段の一例である。光カップラー１１には、２連光パルスが入力される。
【００３０】
２連光パルスは、互いに時間差を有する２つ光パルスを含む。また、２連光パルスの各光パルスのうち、先行する光パルスを前光パルスと呼び、その前光パルスに後続する光パルスを後光パルスと呼ぶ。なお、２連光パルスの前光パルスおよび後光パルスは、互いにコヒーレントである。
【００３１】
光カップラー１１は、その入力された２連光パルスの各光パルスを２つに分岐する。なお、光カップラー１１は、例えば、光パルスを、強度が互いに等しい２つの光パルスに分岐する５０／５０光カップラーである。
【００３２】
位相変調器１２は、光カップラー１１が分岐した２連光パルスの一方の各パルスに、２値の位相変調を行う。位相変調器１３は、光カップラー１１が分岐した２連光パルスの他方の各パルスに、位相変調器１２が行う位相変調の値と異なる２値の位相変調を行う。なお、位相変調器１２は、第１の位相変調手段の一例であり、位相変調器１３は、第２の位相変調手段の一例である。
【００３３】
光カップラー１４は、位相変調器１２および１３で位相変調が行われた２連光パルスを結合し、その結合した２連光パルスを出力する。
【００３４】
制御部１５は、光カップラー１４から出力される２連光パルスの各パルスの相対位相が４値に変調されるように、位相変調器１２および１３を制御する。以下、２連光パルスの各パルスの相対位相を、単に２連光パルスの相対位相と呼ぶ。
【００３５】
以下、制御部１５の具体的な機能について説明する。
【００３６】
変調器１の入出力特性は、式（１）で表すことができる。
【００３７】
【数１】
2010028528.tif 000003
【００３８】
ここで、Ｅｉｎは、変調器１に入力される光パルスの複素電場振幅を示し、Ｅｏｕｔは、変調器１から出力される光パルスの複素電場振幅を示す。また、φ１は、位相変調器１２が行う位相変調の値を示し、φ２は、位相変調器１３が行う位相変調の値を示す。
【００３９】
式（１）から分かるように、変調器１から出力される光パルスは、φ１およびφ２の組み合わせに応じて、位相および強度が変化する。φ１およびφ２のそれぞれは、２値をとりうるので、変調器１から出力される光パルスは、φ１およびφ２の組み合わせに応じて、４種類に分けられる。
【００４０】
本実施形態では、φ１は、θまたはθ＋１８０°であり、φ２は、θ＋９０°またはθ＋２７０°であるとする。なお、θは、任意の値である。このとき、φ１およびφ２の組み合わせと、変調器１から出力される光パルスの強度および位相との関係は、表１のようになる。なお、表１では、ＤＣドリフトは発生していないものとしている。
【００４１】
【表１】
2010028528.tif 000004
【００４２】
ここで、２連光パルスの相対位相は、その２連光パルスの各パルスの種類の組み合わせに応じて決定される。各パルスの種類は、上述のようにφ１およびφ２の組み合わせに応じて決定されるので、２連光パルスの相対位相は、φ１およびφ２の組み合わせに応じて決定されることになる。
【００４３】
２連光パルスの相対位相が４値に変調されれば、２連光パルスは、その４値によって、４つの状態に分けることができる。この２連光パルスの４つの状態は、量子鍵配布に必要なＢＢ８４状態となる。
【００４４】
次に、ＤＣドリフトが発生した場合について考察する。
【００４５】
ＤＣドリフトが発生した場合、位相変調器１２および１３が設けられた光路に光路差が変化するため、それらの光路を伝送する光パルスの位相の間にずれが生じる。このずれは、位相変調器１２または１３が行う位相変調の値がずれたとみなすことができる。以下は、ＤＣドリフトによって、位相変調器１３が行う位相変調の値φ２がφ２＋δと変化したとみなす。
【００４６】
この場合、光パルスの種類（φ１およびφ２の組み合わせ）と、変調器１から出力される光パルスの強度との関係は、表２のようになる。
【００４７】
【表２】
2010028528.tif 000005
【００４８】
なお、表２において、ＤＣドリフトがない場合（δ＝０の場合）には、光パルスの強度が全て１／２となり、光パルスの種類と強度との関係は、表１で示した関係と一致する。また、ＤＣドリフトによる影響が大きくなるに従い、δが大きくなるので、光パルスの強度の変化も大きくなる。
【００４９】
表２から分かるように、強度がｓｉｎδ／２だけ増加する光パルスは、２種類あり、強度がｓｉｎδ／２だけ減少する光パルスは、２種類ある。したがって、背景技術のように４種類の光パルスが互いに等しい割合で使用されて、ＢＢ８４状態の２連光パルスが生成されると、強度がｓｉｎδ／２だけ増加する光パルスと、強度がｓｉｎδ／２だけ減少する光パルスとが等しい割合で使用されることになる。このため、変調器１から出力される光パルスの強度の変化が相殺される。よって、変調器１から出力される光パルスの平均強度が変化しないので、ＤＣドリフトを容易に検知することができない。
【００５０】
本実施形態では、制御部１５は、光カップラー１４で結合される２連光パルスの各光パルスの種類（つまり、φ１およびφ２の組み合わせ）のそれぞれが不均一な割合で使用され、かつ、光カップラー１４で結合される２連光パルスの相対位相が４値に変調されるように、位相変調器１２および１３を制御する。
【００５１】
例えば、制御部１５は、以下の第１ないし第４の位相変調がランダムに行われるように位相変調器１２および１３を制御する。
【００５２】
第１の位相変調では、２連光パルスの各光パルスにφ１＝θかつφ２＝θ＋９０°の組み合わせが使用される。この場合、互いに強度が等しく、相対位相が０°の２連光パルスが生成される。以下、この２連パルスの状態を、第１の状態と呼ぶ。
【００５３】
第２の位相変調では、２連光パルスの前光パルスにφ１＝θかつφ２＝θ＋９０°の組み合わせが使用され、後光パルスにφ１＝θ＋１８０°かつφ２＝θ＋２７０°の組み合わせが使用される。この場合、互いに強度が等しく、相対位相が１８０°の２連光パルスが生成される。以下、この２連パルスの状態を、第２の状態と呼ぶ。
【００５４】
第３の位相変調では、２連光パルスの前光パルスにφ１＝θ+１８０°かつφ２＝θ＋２７０°の組み合わせが使用され、後光パルスにφ１＝θかつφ２＝θ＋２７０°の位相変調が使用される。この場合、互いに強度が等しく、相対位相が９０°の２連光パルスが生成される。以下、この２連パルスの状態を、第３の状態と呼ぶ。
【００５５】
第４の位相変調は、２連光パルスの前光パルスにφ１＝θ+１８０°かつφ２＝θ＋２７０°の組み合わせが使用され、後光パルスにφ１＝θ＋１８０°かつφ２＝θ＋９０°の組み合わせが使用される。この場合、互いに強度が等しく、相対位相が２７０°の２連光パルスが生成される。以下、この２連パルスの状態を、第４の状態と呼ぶ。
【００５６】
このような第１ないし第４の位相変調が行われることで、光カップラー１４で結合される２連光パルスの相対位相が４値に変調されることになる。また、第１の状態および第２の状態は、Ｘ基底に属する２つの状態を構成し、第３の状態および第４の状態は、Ｙ基底に属する２つの状態を構成する。また、Ｘ基底に属する２つの状態と、Ｙ基底に属する２つの状態とは、位相基底を用いた量子鍵配付に必要な４つの状態（ＢＢ８４状態）を生成することができる。
【００５７】
次に効果を説明する。
【００５８】
本実施形態では、制御部１５は、位相変調の値φ１およびφ２の組み合わせのそれぞれが不均一な割合で使用され、かつ、光カップラー１４で結合される２連光パルスの相対位相が４値に変調されるように、位相変調器１２および１３を制御する。
【００５９】
これにより、強度が増加する光パルスと、強度が減少する光パルスとが不均一な割合で使用されるので、２連光パルスの各パルスの平均強度は、ＤＣドリフトに応じて変化することになる。したがって、平均強度の変化に基づいて、ＤＣドリフトを検知することが可能になるので、ＤＣドリフトを容易に検知することが可能になる。
【００６０】
また、本実施形態では、制御部１５は、以下の第１ないし第４の位相変調がランダムに行われるように位相変調器１２および１３を制御する。第１の位相変調では、２連光パルスの各光パルスにφ１＝θかつφ２＝θ＋９０°の組み合わせが使用される。第２の位相変調では、２連光パルスの前光パルスにφ１＝θかつφ２＝θ＋９０°の組み合わせが使用され、後光パルスにφ１＝θ＋１８０°かつφ２＝θ＋２７０°の組み合わせが使用される。第３の位相変調では、２連光パルスの前光パルスにφ１＝θ+１８０°かつφ２＝θ＋２７０°の組み合わせが使用され、後光パルスにφ１＝θかつφ２＝θ＋２７０°の位相変調が使用される。第４の位相変調は、２連光パルスの前光パルスにφ１＝θ+１８０°かつφ２＝θ＋２７０°の組み合わせが使用され、後光パルスにφ１＝θ＋１８０°かつφ２＝θ＋９０°の組み合わせが使用される。
【００６１】
この場合、位相変調器１２および１３のそれぞれが位相変調を行った光パルスのマーク率が５０％になる。つまり、φ１では、θおよびθ＋１８０°が互いに等しい割合で使用され、φ２では、θ＋９０°およびθ＋２７０°が互いに等しい割合で使用される。高周波向けの変調器のドライバＩＣの多くは、マーク率が５０％の状態で最も良い性能となるように設計されているため、ドライバＩＣの設計を変更しなくても、性能の良い変調器を作ることが可能になる。
【００６２】
次に第２の実施形態について説明する。
【００６３】
図２は、本発明の第２の本実施形態の送信機を示した模式図である。図２において、送信機１０１は、レーザー光源（ＬＤ）１０２と、光回路１０３と、変調器１０４と、光カップラー１０５と、パワーメーター１０６と、制御用アンプ１０７とを含む。なお、本実施形態では、送信機１０１が位相基底符号化装置の一例である。
【００６４】
レーザー光源１０２は、光パルス１０９を出力する。
【００６５】
光回路１０３は、例えば、非対称マッハツェンダー干渉計である。光回路１０３は、レーザー光源１０２から出力された光パルスから、２連光パルス１１０を生成する。
【００６６】
変調器１０４は、図１で示した変調器１と同じ構成および機能を有する。したがって、変調器１０４の構成および機能の詳細な説明は、省略する。
【００６７】
光カップラー１０５は、分離手段の一例である。光カップラー１０５は、変調器１０４で相対位相が４値に変調された２連光パルスを２つに分岐する。
【００６８】
パワーメーター１０６は、測定手段の一例である。パワーメーター１０６は、変調器１０４の光カップラー１４にて結合された２連光パルスの強度に応じた対象値を測定する。具体的には、パワーメーター１０６は、光カップラー１０５が分岐した２連光パルスの一方の強度を、対象値として測定する。
【００６９】
また、パワーメーター１０６は、光カップラー１４から放射される放射モード光の強度を、対象値として測定してもよい。この場合、光カップラー１０５は不必要となる。
【００７０】
制御用アンプ１０７は、調整手段の一例である。制御用アンプ１０７は、パワーメーター１０６が測定した対象値に応じて、変調器１０４の位相変調器１２および１３のそれぞれが行う位相変調の値のうち、少なくとも一方の値を調整する。
【００７１】
次に動作を説明する。
【００７２】
レーザー光源１０２は、光パルス１０９を光回路１０３に入力する。
【００７３】
光回路１０３は、その入力された光パルス１０９から、２連光パルス１１０を生成する。具体的には、光回路１０３では、光パルス１０９が互いに光路長の異なる２つの光路に分岐され、それらの光路を通過した各光パルスが結合される。これにより、２連光パルスが生成される。
【００７４】
光回路１０３は、その生成した２連光パルス１１０を、変調器１０４の光カップラー１１に入力する。光カップラー１１は、その２連光パルスを２つに分岐し、その分岐した２連光パルスの一方を位相変調器１２に入力し、その分岐した２連光パルスの他方を位相変調器１３に入力する。
【００７５】
また、制御部１５は、第１ないし第４の位相変調のいずれかを定期的にランダムに選択し、その選択した位相変調を示す制御信号を、位相変調器１２および１３のそれぞれに出力する。
【００７６】
位相変調器１２および１３は、光カップラー１１から２連光パルスが入力されると、その２連光パルスに、そのときに入力されている制御信号が示す位相変調を行う。位相変調器１２および１３は、その位相変調を行った２連光パルスを光カップラー１４に出力する。
【００７７】
光カップラー１４は、位相変調器１２および１３のそれぞれが出力した２連光パルスを結合する。
【００７８】
この結合された２連光パルスは、位相変調器１２および１３が行う位相変調の値に応じて、互いに相対位相が異なる４つの状態１１１（｛｜０＞＋｜１＞｝、｜０＞−｜１＞｝、｛｜０＞＋ｉ｜１＞｝および｛｜０＞−ｉ｜１＞｝）のうちのいずれかの状態を示す。
【００７９】
ここで、４つの状態のうち、状態｛｜０＞＋｜１＞｝は相対位相が０°の２連光パルス（第１の状態）に対応し、状態｛｜０＞−｜１＞｝は相対位相が１８０°の２連光パルス（第２の状態）に対応し、状態｛｜０＞＋ｉ｜１＞｝は相対位相が９０°の２連光パルス（第３の状態）に対応し、状態｛｜０＞−ｉ｜１＞｝は相対位相が２７０°の２連光パルス（第４の状態）に対応する。
【００８０】
光カップラー１４は、その結合した２連光パルスを変調器１０４から出力する。
【００８１】
光カップラー１０５には、変調器１０４から出力された２連光パルスが入力される。光カップラー１０５は、その入力された２連光パルスを２つに分岐し、その分岐した２連光パルスの一方を、光ファイバー１０８を介して受信器（不図示）に出力する。また、光カップラー１０５は、その分岐した２連光パルスの他方をパワーメーター１０６に入力する。
【００８２】
パワーメーター１０６は、光カップラー１０５から入力された２連光パルスの平均強度を測定し、その測定結果に比例した電流信号を制御用アンプ１０７に入力する。なお、２連光パルスの平均強度がＤＣドリフトに依存するので、この電流信号は、ＤＣドリフトによる位相変調器１２および１３が行う位相変調の値のずれを反映する。
【００８３】
制御用アンプ１０７は、パワーメーター１０６から入力された電流信号の値が位相変調の値のずれを表すように、適当な信号処理（例えば、所定量の増幅）を行い。制御用アンプ１０７は、その信号処理を行った電流信号を位相変調器１２および１３の少なくともどちらか一方に出力する。本実施形態では、制御用アンプ１０７は、位相変調器１３に電流信号を出力するものとする。
【００８４】
位相変調器１３は、制御用アンプ１０７から入力された電流信号の値に応じて、位相変調値の値を変える。例えば、位相変調器１３は、位相変調の値θ＋９０°およびθ＋１８０°をθ＋９０°−δおよびθ＋１８０°―δに変える。なお、δの値は、電流信号の値に応じて変化する。これにより、ＤＣドリフトによる位相変調の値のずれを補正することができる。
【００８５】
次に効果を説明する。
【００８６】
本実施形態では、パワーメーター１０６は、光カップラー１４にて結合された２連光パルスの強度に応じた対象値を測定する。制御用アンプ１０７は、パワーメーター１０６が測定した対象値に応じて、位相変調器１２および１３のそれぞれが行う位相変調の値のうち、少なくとも一方の値を調整する。
【００８７】
この場合、対象値は、ＤＣドリフトによる位相変調の値のずれを反映するので、そのＤＣドリフトによる位相変調の値のずれを補償することが可能になる。
【００８８】
また、本実施形態では、パワーメーター１０６は、光カップラー１０５にて分岐された２連光パルスの一方の強度を対象値として測定してもよいし、光カップラー１４から放射された放射モード光の強度を対象値として測定してもよい。
【００８９】
これらの場合では、対象値を容易に測定することが可能になる。
【００９０】
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。つまり、本明細書および本請求の範囲による開示内において、その基本的技術思想に基づいて、実施形態の変更および調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の組み合わせおよび選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む明細書の全開示および技術的思想にしたがって当業者であればなし得る各種変形および修正を含む。なお、非特許文献１および２と、特許文献１における各開示を、引用を持って本書に繰り込むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第一の実施形態の変調器を示したブロック図である。
【図２】本発明の第二の実施形態の送信機を示した模式図である。
【図３】関連技術の送信機を示した模式図である。
【符号の説明】
【００９２】
１、１０４    変調器
１１、１４、１０５      光カップラー
１２、１３    位相変調器
１５    制御部
１０１  送信機
１０２  レーザー光源
１０３  光回路
１０６  パワーメーター
１０７  制御用アンプ
１０８  光ファイバー
１０９  光パルス
１１０  ２連光パルス
１１１  ２連光パルスの状態
【図１】
2010028528.tif 000006
【図２】
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【図３】
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