(57)【要約】【課題】システム全体の簡素化が可能で、高速の乱数生成要求にも対応できる乱雑性の高い乱数を生成する。【解決手段】高速カオス光信号生成光回路は、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック信号光を光分波部ＳＰ−１により２系統に分波し、２系統のクロック信号光を位相変調制御用のクロック信号光として、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１内の２つの干渉アームに１つずつ設けられた位相変調部Ｒ１，Ｌ１に入力することにより、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から入力され２つの干渉アーム中を伝搬しているクロック信号光に位相差を生じさせる。光分波部ＳＰ−１は、外部からの電流注入に応じて初期調整時のみ設定動作波長の光を光分波部ＳＰ−１に入力することが光源を有する。【選択図】  図１
2014052951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＺ型クロック信号光を入力する第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１と、
この第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒの内のいずれか一方から出力されたＲＺ型クロック信号光を２系統に分波する第１の光分波手段ＳＰ−１と、
この第１の光分波手段ＳＰ−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光を位相変調制御用のクロック信号光として前記第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１内の第１の位相変調手段へと導く第１の光導波路とを備え、
前記第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１は、
前記ＲＺ型クロック信号光を受ける光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１と、
この光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力されたＲＺ型クロック信号光を伝送する２つの第１の干渉アームと、
この２つの第１の干渉アームの端部に設けられた前記２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒと、
前記２つの第１の干渉アームに１つずつ設けられ、前記第１の干渉アームにより伝送されるＲＺ型クロック信号光を、前記第１の光導波路から入力されるＲＺ型クロック信号光の光強度に応じて位相変調する前記第１の位相変調手段Ｒ１，Ｌ１とから構成され、
前記第１の光分波手段ＳＰ−１は、
前記第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒの内のいずれか一方から出力され一方の光入力ポートに入力されたＲＺ型クロック信号光を２系統に分波する第１のマルチモード干渉型導波手段と、
この第１のマルチモード干渉型導波手段から出力された２系統の光を合波して、合波した光を２系統に分波する第２のマルチモード干渉型導波手段と、
前記第１のマルチモード干渉型導波手段と前記第２のマルチモード干渉型導波手段との間に設けられ、前記第１のマルチモード干渉型導波手段から出力された２系統の光の内の少なくとも一方の位相を調整することが可能な第１の位相調整手段と、
外部からの電流注入に応じて初期調整時のみ設定動作波長の光を前記第１のマルチモード干渉型導波手段の他方の光入力ポートに出力することが可能な第１の光源とから構成され、
さらに、前記第１の光導波路に設けられ、前記第１の光分波手段ＳＰ−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光が前記第１の位相変調手段Ｒ１，Ｌ１に到達するまでの光伝搬遅延差に相当する遅延を、前記第１の位相変調手段Ｒ１，Ｌ１に入力される２系統のＲＺ型クロック信号光の内、前記第１の位相変調手段Ｒ１，Ｌ１に到達するまでの光伝搬遅延が長い方のＲＺ型クロック信号光に付与する第１の光伝搬遅延差付与手段Ｄ−Ｄ−１を備え、
前記第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒの内のいずれか一方から出力信号光を得ることを特徴とする高速カオス光信号生成光回路。
【請求項２】
請求項１記載の高速カオス光信号生成光回路において、
さらに、前記第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒの内のいずれか一方と前記第１の光分波手段ＳＰ−１との間に設けられ、前記２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒの内のいずれか一方から出力されたＲＺ型クロック信号光に対して初期調整時のみ所望の光損失を与えることが可能な可変光強度減衰手段ＶＡ−１を備えることを特徴とする高速カオス光信号生成光回路。
【請求項３】
請求項１または２記載の高速カオス光信号生成光回路において、
さらに、前記第１の光導波路に設けられ、前記第１の光分波手段ＳＰ−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光にそれぞれ所定の遅延を付与する光遅延手段Ｄ−Ｔ−１を備えることを特徴とする高速カオス光信号生成光回路。
【請求項４】
請求項１記載の高速カオス光信号生成光回路において、
さらに、前記ＲＺ型クロック信号光を入力する第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２と、
この第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒの内のいずれか一方から出力されたＲＺ型クロック信号光を２系統に分波する第２の光分波手段ＳＰ−２−１と、
前記第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒの内、前記第２の光分波手段ＳＰ−２−１と接続されていない方から出力されたＲＺ型クロック信号光を２系統に分波する第３の光分波手段ＳＰ−２−２と、
前記第２の光分波手段ＳＰ−２−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光を位相変調制御用のクロック信号光として前記第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２内の第２の位相変調手段へと導く第２の光導波路と、
前記第３の光分波手段ＳＰ−２−２で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光を位相変調制御用のクロック信号光として前記第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１内の第３の位相変調手段へと導く第３の光導波路とを備え、
前記第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１は、
さらに、前記第１の位相変調手段Ｒ１，Ｌ１の代わりに、前記２つの第１の干渉アームに１つずつ設けられ、前記第１の干渉アームにより伝送されるＲＺ型クロック信号光を、前記第１の光導波路から入力されるＲＺ型クロック信号光の光強度に応じて位相変調する第１の位相変調手段Ｒ１−１，Ｌ１−１と、
この第１の位相変調手段Ｒ１−１，Ｌ１−１よりも後ろの前記２つの第１の干渉アームに１つずつ設けられ、前記第１の干渉アームにより伝送されるＲＺ型クロック信号光を、前記第３の光導波路から入力されるＲＺ型クロック信号光の光強度に応じて位相変調する前記第３の位相変調手段Ｒ１−２，Ｌ１−２とを備え、
前記第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２は、
前記ＲＺ型クロック信号光を受ける光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１と、
この光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１に入力されたＲＺ型クロック信号光を伝送する２つの第２の干渉アームと、
この２つの第２の干渉アームの端部に設けられた前記２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒと、
前記２つの第２の干渉アームに１つずつ設けられ、前記第２の干渉アームにより伝送されるＲＺ型クロック信号光を、前記第２の光導波路から入力されるＲＺ型クロック信号光の光強度に応じて位相変調する前記第２の位相変調手段Ｒ２，Ｌ２とから構成され、
前記第２の光分波手段ＳＰ−２−１は、
前記第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒの内のいずれか一方から出力され一方の光入力ポートに入力されたＲＺ型クロック信号光を２系統に分波する第３のマルチモード干渉型導波手段と、
この第３のマルチモード干渉型導波手段から出力された２系統の光を合波して、合波した光を２系統に分波する第４のマルチモード干渉型導波手段と、
前記第３のマルチモード干渉型導波手段と前記第４のマルチモード干渉型導波手段との間に設けられ、前記第３のマルチモード干渉型導波手段から出力された２系統の光の内の少なくとも一方の位相を調整することが可能な第２の位相調整手段と、
外部からの電流注入に応じて初期調整時のみ設定動作波長の光を前記第３のマルチモード干渉型導波手段の他方の光入力ポートに出力することが可能な第２の光源とから構成され、
前記第３の光分波手段ＳＰ−２−２は、
前記第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒの内、前記第２の光分波手段ＳＰ−２−１と接続されていない方から出力され一方の光入力ポートに入力されたＲＺ型クロック信号光を２系統に分波する第５のマルチモード干渉型導波手段と、
この第５のマルチモード干渉型導波手段から出力された２系統の光を合波して、合波した光を２系統に分波する第６のマルチモード干渉型導波手段と、
前記第５のマルチモード干渉型導波手段と前記第６のマルチモード干渉型導波手段との間に設けられ、前記第５のマルチモード干渉型導波手段から出力された２系統の光の内の少なくとも一方の位相を調整することが可能な第３の位相調整手段と、
外部からの電流注入に応じて初期調整時のみ設定動作波長の光を前記第５のマルチモード干渉型導波手段の他方の光入力ポートに出力することが可能な第３の光源とから構成され、
前記第１の光伝搬遅延差付与手段Ｄ−Ｄ−１は、前記第１の光分波手段ＳＰ−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光が前記第１の位相変調手段Ｒ１−１，Ｌ１−１に到達するまでの光伝搬遅延差に相当する遅延を、前記第１の位相変調手段Ｒ１−１，Ｌ１−１に入力される２系統のＲＺ型クロック信号光の内、前記第１の位相変調手段Ｒ１−１，Ｌ１−１に到達するまでの光伝搬遅延が長い方のＲＺ型クロック信号光に付与し、
さらに、前記第２の光導波路に設けられ、前記第２の光分波手段ＳＰ−２−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光が前記第２の位相変調手段Ｒ２，Ｌ２に到達するまでの光伝搬遅延差に相当する遅延を、前記第２の位相変調手段Ｒ２，Ｌ２に入力される２系統のＲＺ型クロック信号光の内、前記第２の位相変調手段Ｒ２，Ｌ２に到達するまでの光伝搬遅延が長い方のＲＺ型クロック信号光に付与する第２の光伝搬遅延差付与手段Ｄ−Ｄ−２と、
前記第３の光導波路に設けられ、前記第３の光分波手段ＳＰ−２−２で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光が前記第３の位相変調手段Ｒ１−２，Ｌ１−２に到達するまでの光伝搬遅延差に相当する遅延を、前記第３の位相変調手段Ｒ１−２，Ｌ１−２に入力される２系統のＲＺ型クロック信号光の内、前記第３の位相変調手段Ｒ１−２，Ｌ１−２に到達するまでの光伝搬遅延が長い方のＲＺ型クロック信号光に付与する第３の光伝搬遅延差付与手段Ｄ−Ｄ−２−１とを備え、
前記第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒの内のいずれか一方から出力信号光を得ることを特徴とする高速カオス光信号生成光回路。
【請求項５】
請求項４記載の高速カオス光信号生成光回路において、
さらに、前記第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒの内のいずれか一方と前記第２の光分波手段ＳＰ−２−１との間に設けられ、前記２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒの内のいずれか一方から出力されたＲＺ型クロック信号光に対して初期調整時のみ所望の光損失を与えることが可能な可変光強度減衰手段ＶＡ−４を備えることを特徴とする高速カオス光信号生成光回路。
【請求項６】
請求項４または５記載の高速カオス光信号生成光回路において、
さらに、前記第１の光導波路に設けられ、前記第１の光分波手段ＳＰ−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光にそれぞれ所定の遅延時間Ｔ−１の遅延を付与する光遅延手段Ｄ−Ｔ−１と、
前記第２の光導波路に設けられ、前記第２の光分波手段ＳＰ−２−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光にそれぞれ所定の遅延時間Ｔ−２（Ｔ−１≠Ｔ−２）の遅延を付与する光遅延手段Ｄ−Ｔ−２との内の少なくとも一方を備えることを特徴とする高速カオス光信号生成光回路。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の高速カオス光信号生成光回路において、
前記可変光強度減衰手段は、半導体ＥＡ変調器であることを特徴とする高速カオス光信号生成光回路。
【請求項８】
請求項７記載の高速カオス光信号生成光回路において、
前記可変光強度減衰手段は、電界吸収活性層のＰＬ特性が設定動作波長に対して１００ｎｍ以上短波長側に設定された半導体ＥＡ変調器であることを特徴とする高速カオス光信号生成光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デバイスモデリング、金融デリバティブ計算、気象シミュレーション等の計算を行う計算器に用いられる乱数や、秘密鍵共有の暗号システムに用いられる乱数、あるいは量子暗号通信に用いられる乱数などを生成するための高速カオス光信号生成光回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、乱数を生成する方法としては、大まかに言って３つの方法が提案されている。第１の乱数生成方法は、乱数発生プログラムに基づき計算により乱数を生成するものである。第２の乱数生成方法は、電子回路に内在する物理的な雑音を基に乱数を生成するものである。
【０００３】
第３の乱数生成方法は、（１）カオス・レーザー（非特許文献１参照）や、（２）レーザー光をＥ／Ｏ（Electrical/Optical）変調器を用いて一定時間前の出力パワーに応じて強度変調するＯ／Ｅ（Optical/Electrical）変換遅延フィードバック電気回路を持つ光カオス信号源（特許文献１参照）や、（３）熱光学効果により２つの干渉アームの光路長差を制御してその光路長差に一定の関係性を持たせるように制御した複数のマッハツェンダー干渉器を用いて、それぞれのマッハツェンダー干渉器からの出力パワーにカオス写像関係性を実現する装置（特許文献２参照）などからの出力カオス信号を基に乱数を生成するものである。
【０００４】
上記の第１、第２の乱数生成方法には、実用の電子デバイスの動作周波数（非特許文献２参照）に基づく生成速度限界があり、１０Ｇｂ／ｓを超える高速信号生成には十分に対応することができない状況にある。
【０００５】
非特許文献１に開示されたカオス・レーザーによる乱数生成においては、格段に高速な乱数生成が可能であるとの報告があるが、カオス・レーザーシステムの複雑さのために再現性を確保することが難しく、また、光ファイバ部等を含むシステム構成で有るためにシステム全体を集積化、小型化することも難しい。
【０００６】
加えて、カオス・レーザーによって生成される乱数は、光共振器を用いることに起因した周期性や従来よく知られたカオス生成メカニズムに基づき生成された信号であるため、出力信号光にカオス性が認められるものの、乱雑性の上では不完全さがあり、熱雑音等と同様な「ランダムな」信号となっている訳ではない。
【０００７】
このため、非特許文献１の例では、まず２系統のカオス的出力光信号を用意し、この２系統のカオス的出力光信号に対して１ビットＡＤ変換を施した後にＸＯＲ論理演算処理を施す、という論理演算等の後処理で信号の乱雑性を高めることが必要とされる。このため、後処理の論理演算部を含む複雑で大きなシステムとなることが避けられない。
【０００８】
特許文献１に開示された光カオス信号源による乱数生成においても、光ファイバ部や高周波電気増幅器等を含むシステム構成が必要なために、システム全体を集積化することが難しい。
特許文献２に開示された光カオス乱数発生装置においては、熱光学効果に基づく制御速度（数ｍｓ）に基づく乱数生成速度の限界があり、加えて温度制御部、デジタルデータ処理部、記憶装置等々から構成されるため、装置全体を集積化することが難しいといった課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第２９６０４０６号公報
【特許文献２】特許第３３９６８８３号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】A.Uchida，et al.，“Fast physical random bit generation with chaotic semiconductor lasers”，Nature Photonics，vol.2，p.728-732，2008
【非特許文献２】「Ｔビット／秒に入るスイッチ光技術の取り組み」，日経エレクトロニクス，No.719，p.107-113，1998.6.29
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上のように、第１、第２の乱数生成方法では、１０Ｇｂ／ｓを超える高速信号生成に対応することができないという問題点があった。
非特許文献１に開示されたカオス・レーザーによる乱数生成方法では、システムを集積化、小型化することが難しく、信号の乱雑性を高めるためにシステムが複雑になるという問題点があった。
【００１２】
特許文献１に開示された光カオス信号源による乱数生成方法では、システムを集積化、小型化することが難しいという問題点があった。
特許文献２に開示された光カオス乱数発生装置では、高速信号生成に対応することが難しく、加えてシステム全体を集積化することが難しいという問題点があった。
【００１３】
本発明の目的は、デバイスモデリング、金融デリバティブ計算、気象シミュレーション等の計算を行う計算器に用いられる乱数や、秘密鍵共有の暗号システムに用いられる乱数、あるいは量子暗号通信に用いられる乱数などを生成するための高速カオス光信号生成光回路において、システム全体の簡素化・集積化が可能で、且つ高速化に適した光カオス方式の特性を活かした超高速の光乱数生成要求にも対応することができる乱雑性の高い乱数を生成可能な高速カオス光信号生成光回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の高速カオス光信号生成光回路（第１の実施の形態）は、ＲＺ型クロック信号光を入力する第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１と、この第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒの内のいずれか一方から出力されたＲＺ型クロック信号光を２系統に分波する第１の光分波手段ＳＰ−１と、この第１の光分波手段ＳＰ−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光を位相変調制御用のクロック信号光として前記第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１内の第１の位相変調手段へと導く第１の光導波路とを備え、前記第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１は、前記ＲＺ型クロック信号光を受ける光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１と、この光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力されたＲＺ型クロック信号光を伝送する２つの第１の干渉アームと、この２つの第１の干渉アームの端部に設けられた前記２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒと、前記２つの第１の干渉アームに１つずつ設けられ、前記第１の干渉アームにより伝送されるＲＺ型クロック信号光を、前記第１の光導波路から入力されるＲＺ型クロック信号光の光強度に応じて位相変調する前記第１の位相変調手段Ｒ１，Ｌ１とから構成され、前記第１の光分波手段ＳＰ−１は、前記第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒの内のいずれか一方から出力され一方の光入力ポートに入力されたＲＺ型クロック信号光を２系統に分波する第１のマルチモード干渉型導波手段と、この第１のマルチモード干渉型導波手段から出力された２系統の光を合波して、合波した光を２系統に分波する第２のマルチモード干渉型導波手段と、前記第１のマルチモード干渉型導波手段と前記第２のマルチモード干渉型導波手段との間に設けられ、前記第１のマルチモード干渉型導波手段から出力された２系統の光の内の少なくとも一方の位相を調整することが可能な第１の位相調整手段と、外部からの電流注入に応じて初期調整時のみ設定動作波長の光を前記第１のマルチモード干渉型導波手段の他方の光入力ポートに出力することが可能な第１の光源とから構成され、さらに、前記第１の光導波路に設けられ、前記第１の光分波手段ＳＰ−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光が前記第１の位相変調手段Ｒ１，Ｌ１に到達するまでの光伝搬遅延差に相当する遅延を、前記第１の位相変調手段Ｒ１，Ｌ１に入力される２系統のＲＺ型クロック信号光の内、前記第１の位相変調手段Ｒ１，Ｌ１に到達するまでの光伝搬遅延が長い方のＲＺ型クロック信号光に付与する第１の光伝搬遅延差付与手段Ｄ−Ｄ−１を備え、前記第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒの内のいずれか一方から出力信号光を得ることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の高速カオス光信号生成光回路（第１の実施の形態）は、さらに、前記第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒの内のいずれか一方と前記第１の光分波手段ＳＰ−１との間に設けられ、前記２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒの内のいずれか一方から出力されたＲＺ型クロック信号光に対して初期調整時のみ所望の光損失を与えることが可能な可変光強度減衰手段ＶＡ−１を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の高速カオス光信号生成光回路の１構成例（第２の実施の形態）は、さらに、前記第１の光導波路に設けられ、前記第１の光分波手段ＳＰ−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光にそれぞれ所定の遅延を付与する光遅延手段Ｄ−Ｔ−１を備えることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の高速カオス光信号生成光回路の１構成例（第３の実施の形態）は、さらに、前記ＲＺ型クロック信号光を入力する第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２と、この第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒの内のいずれか一方から出力されたＲＺ型クロック信号光を２系統に分波する第２の光分波手段ＳＰ−２−１と、前記第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒの内、前記第２の光分波手段ＳＰ−２−１と接続されていない方から出力されたＲＺ型クロック信号光を２系統に分波する第３の光分波手段ＳＰ−２−２と、前記第２の光分波手段ＳＰ−２−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光を位相変調制御用のクロック信号光として前記第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２内の第２の位相変調手段へと導く第２の光導波路と、前記第３の光分波手段ＳＰ−２−２で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光を位相変調制御用のクロック信号光として前記第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１内の第３の位相変調手段へと導く第３の光導波路とを備え、前記第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１は、さらに、前記第１の位相変調手段Ｒ１，Ｌ１の代わりに、前記２つの第１の干渉アームに１つずつ設けられ、前記第１の干渉アームにより伝送されるＲＺ型クロック信号光を、前記第１の光導波路から入力されるＲＺ型クロック信号光の光強度に応じて位相変調する第１の位相変調手段Ｒ１−１，Ｌ１−１と、この第１の位相変調手段Ｒ１−１，Ｌ１−１よりも後ろの前記２つの第１の干渉アームに１つずつ設けられ、前記第１の干渉アームにより伝送されるＲＺ型クロック信号光を、前記第３の光導波路から入力されるＲＺ型クロック信号光の光強度に応じて位相変調する前記第３の位相変調手段Ｒ１−２，Ｌ１−２とを備え、前記第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２は、前記ＲＺ型クロック信号光を受ける光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１と、この光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１に入力されたＲＺ型クロック信号光を伝送する２つの第２の干渉アームと、この２つの第２の干渉アームの端部に設けられた前記２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒと、前記２つの第２の干渉アームに１つずつ設けられ、前記第２の干渉アームにより伝送されるＲＺ型クロック信号光を、前記第２の光導波路から入力されるＲＺ型クロック信号光の光強度に応じて位相変調する前記第２の位相変調手段Ｒ２，Ｌ２とから構成され、前記第２の光分波手段ＳＰ−２−１は、前記第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒの内のいずれか一方から出力され一方の光入力ポートに入力されたＲＺ型クロック信号光を２系統に分波する第３のマルチモード干渉型導波手段と、この第３のマルチモード干渉型導波手段から出力された２系統の光を合波して、合波した光を２系統に分波する第４のマルチモード干渉型導波手段と、前記第３のマルチモード干渉型導波手段と前記第４のマルチモード干渉型導波手段との間に設けられ、前記第３のマルチモード干渉型導波手段から出力された２系統の光の内の少なくとも一方の位相を調整することが可能な第２の位相調整手段と、外部からの電流注入に応じて初期調整時のみ設定動作波長の光を前記第３のマルチモード干渉型導波手段の他方の光入力ポートに出力することが可能な第２の光源とから構成され、前記第３の光分波手段ＳＰ−２−２は、前記第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒの内、前記第２の光分波手段ＳＰ−２−１と接続されていない方から出力され一方の光入力ポートに入力されたＲＺ型クロック信号光を２系統に分波する第５のマルチモード干渉型導波手段と、この第５のマルチモード干渉型導波手段から出力された２系統の光を合波して、合波した光を２系統に分波する第６のマルチモード干渉型導波手段と、前記第５のマルチモード干渉型導波手段と前記第６のマルチモード干渉型導波手段との間に設けられ、前記第５のマルチモード干渉型導波手段から出力された２系統の光の内の少なくとも一方の位相を調整することが可能な第３の位相調整手段と、外部からの電流注入に応じて初期調整時のみ設定動作波長の光を前記第５のマルチモード干渉型導波手段の他方の光入力ポートに出力することが可能な第３の光源とから構成され、前記第１の光伝搬遅延差付与手段Ｄ−Ｄ−１は、前記第１の光分波手段ＳＰ−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光が前記第１の位相変調手段Ｒ１−１，Ｌ１−１に到達するまでの光伝搬遅延差に相当する遅延を、前記第１の位相変調手段Ｒ１−１，Ｌ１−１に入力される２系統のＲＺ型クロック信号光の内、前記第１の位相変調手段Ｒ１−１，Ｌ１−１に到達するまでの光伝搬遅延が長い方のＲＺ型クロック信号光に付与し、さらに、前記第２の光導波路に設けられ、前記第２の光分波手段ＳＰ−２−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光が前記第２の位相変調手段Ｒ２，Ｌ２に到達するまでの光伝搬遅延差に相当する遅延を、前記第２の位相変調手段Ｒ２，Ｌ２に入力される２系統のＲＺ型クロック信号光の内、前記第２の位相変調手段Ｒ２，Ｌ２に到達するまでの光伝搬遅延が長い方のＲＺ型クロック信号光に付与する第２の光伝搬遅延差付与手段Ｄ−Ｄ−２と、前記第３の光導波路に設けられ、前記第３の光分波手段ＳＰ−２−２で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光が前記第３の位相変調手段Ｒ１−２，Ｌ１−２に到達するまでの光伝搬遅延差に相当する遅延を、前記第３の位相変調手段Ｒ１−２，Ｌ１−２に入力される２系統のＲＺ型クロック信号光の内、前記第３の位相変調手段Ｒ１−２，Ｌ１−２に到達するまでの光伝搬遅延が長い方のＲＺ型クロック信号光に付与する第３の光伝搬遅延差付与手段Ｄ−Ｄ−２−１とを備え、前記第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒの内のいずれか一方から出力信号光を得ることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の高速カオス光信号生成光回路の１構成例（第３の実施の形態）は、さらに、前記第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒの内のいずれか一方と前記第２の光分波手段ＳＰ−２−１との間に設けられ、前記２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒの内のいずれか一方から出力されたＲＺ型クロック信号光に対して初期調整時のみ所望の光損失を与えることが可能な可変光強度減衰手段ＶＡ−４を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の高速カオス光信号生成光回路の１構成例（第４の実施の形態）は、さらに、前記第１の光導波路に設けられ、前記第１の光分波手段ＳＰ−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光にそれぞれ所定の遅延時間Ｔ−１の遅延を付与する光遅延手段Ｄ−Ｔ−１と、前記第２の光導波路に設けられ、前記第２の光分波手段ＳＰ−２−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光にそれぞれ所定の遅延時間Ｔ−２（Ｔ−１≠Ｔ−２）の遅延を付与する光遅延手段Ｄ−Ｔ−２との内の少なくとも一方を備えることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の高速カオス光信号生成光回路の１構成例（第１〜第４の実施の形態）において、前記可変光強度減衰手段は、半導体ＥＡ変調器である。
また、本発明の高速カオス光信号生成光回路の１構成例（第１〜第４の実施の形態）において、前記可変光強度減衰手段は、電界吸収活性層のＰＬ特性が設定動作波長に対して１００ｎｍ以上短波長側に設定された半導体ＥＡ変調器である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＲＺ型クロック信号光を第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１の光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力し、第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒの内のいずれか一方から出力されるＲＺ型クロック信号光を２系統に分波し、この２系統のＲＺ型クロック信号光を位相変調制御用のクロック信号光として、第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１内の２つの干渉アームに１つずつ設けられた位相変調手段Ｒ１，Ｌ１に入力することにより、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から入力され２つの干渉アーム中を伝搬しているＲＺ型クロック信号光に位相差を生じさせるので、位相変調制御用のクロック信号光よりも時間的に後に第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１に入力されるＲＺ型クロック信号光の出力光強度を変調することができる。その結果、本発明では、システム全体の簡素化・集積化が可能で、且つ高速化に適した光カオス方式の特性を活かした１０Ｇｂ／ｓを超える超高速の光乱数生成要求にも対応することができる乱雑性の高い乱数を生成可能となる。本発明では、従来の乱数発生プログラムまたは電子回路による乱数生成方法では実現不可能であった１０Ｇｂ／ｓを超える高速な乱数データ生成を実現することができる。また、本発明では、カオス・レーザーによる乱数生成方法のような複雑なシステム構成では困難であった、工学応用上必須となる再現性と制御性とを実現することができ、さらに高精度性とシステムの集積化を実現することができる。また、本発明では、光カオス信号源による乱数生成方法では実現不可能であったシステムの集積化を実現することができる。また、本発明では、熱光学効果により２つの干渉アームの光路長差を制御してその光路長差に一定の関係性を持たせるように制御した複数のマッハツェンダー干渉器を用いて、それぞれのマッハツェンダー干渉器からの出力パワーにカオス写像関係性を実現する装置のように、光路長差情報記憶装置や温度による光路長差制御部等を持つ必要がなくなり、システムの高速化および集積化を実現することができる。また、本発明では、光ファイバの非線形屈折率効果に基づく全光の光カオス現象を用いる装置で困難であった、工学応用上必須となる再現性と制御性とを実現することができ、さらにシステムの集積化を実現することができる。また、本発明では、第１の光分波手段ＳＰ−１を第１のマルチモード干渉型導波手段と第２のマルチモード干渉型導波手段と第１の位相調整手段と第１の光源とから構成することにより、第１の光分波手段ＳＰ−１の初期調整時において、外部の初期調整用レーザー光源から光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に光を入力したり、初期調整用レーザー光源から第１のマルチモード干渉型導波手段の第２の光入力ポートに光を入力したりする必要がなくなる。また、これらの光入力ポートと初期調整用レーザー光源とを結合させるための光結合系を用意する必要がなく、光入力ポートと初期調整用レーザー光源との光結合調整を行う必要がなくなる。
【００２０】
また、本発明では、可変光強度減衰手段ＶＡ−１を設けることにより、初期調整時に光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓまたはＰ−ＭＺ−１−ｂａｒから出力される光に十分な光損失を与えることができるので、この光が第１の光分波手段ＳＰ−１の初期調整時の測定評価に影響を与えないようにすることができる。
【００２１】
また、本発明では、第１の光分波手段ＳＰ−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光にそれぞれ所定の遅延を付与する光遅延手段Ｄ−Ｔ−１を設けることにより、更に乱雑性が増した乱数列を生成することが可能となる。
【００２２】
また、本発明では、第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒの内のいずれか一方から出力されるＲＺ型クロック信号光を位相変調制御用のクロック信号光として、第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２内の２つの干渉アームに１つずつ設けられた第２の位相変調手段Ｒ２，Ｌ２に入力することにより、光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１から入力され２つの干渉アーム中を伝搬しているＲＺ型クロック信号光に位相差を生じさせ、さらに、第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−２の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒの内のいずれか一方から出力されるＲＺ型クロック信号光を位相変調制御用のクロック信号光として、第１の位相変調手段Ｒ１−１，Ｌ１−１よりも後ろの２つの干渉アームに１つずつ設けられた第３の位相変調手段Ｒ１−２，Ｌ１−２に入力することにより、更に乱雑性が増した乱数列を生成することが可能となる。また、本発明では、第２の光分波手段ＳＰ−２−１を第３のマルチモード干渉型導波手段と第４のマルチモード干渉型導波手段と第２の位相調整手段と第２の光源とから構成し、第３の光分波手段ＳＰ−２−２を第５のマルチモード干渉型導波手段と第６のマルチモード干渉型導波手段と第３の位相調整手段と第３の光源とから構成することにより、第２の光分波手段ＳＰ−２−１、第３の光分波手段ＳＰ−２−２の初期調整時において、外部の初期調整用レーザー光源から光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１，光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１に光を入力したり、初期調整用レーザー光源から第３、第５のマルチモード干渉型導波手段の第２の光入力ポートに光を入力したりする必要がなくなる。また、これらの光入力ポートと初期調整用レーザー光源とを結合させるための光結合系を用意する必要がなく、光入力ポートと初期調整用レーザー光源との光結合調整を行う必要がなくなる。
【００２３】
また、本発明では、可変光強度減衰手段ＶＡ−４を設けることにより、初期調整時に光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓまたはＰ−ＭＺ−２−ｂａｒから出力される光に十分な光損失を与えることができるので、この光が第２の光分波手段ＳＰ−２−１の初期調整時の測定評価に影響を与えないようにすることができる。
【００２４】
また、本発明では、第１の光分波手段ＳＰ−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光にそれぞれ所定の遅延時間Ｔ−１の遅延を付与する光遅延手段Ｄ−Ｔ−１と、第２の光分波手段ＳＰ−２−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光にそれぞれ所定の遅延時間Ｔ−２の遅延を付与する光遅延手段Ｄ−Ｔ−２との内の少なくとも一方を設けることにより、更に乱雑性が増した乱数列を生成することが可能となる。
【００２５】
また、本発明では、可変光強度減衰手段として、電界吸収活性層のＰＬ特性が設定動作波長に対して１００ｎｍ以上短波長側に設定された半導体ＥＡ変調器を用いることにより、通常時にはクロック信号光に対して過剰な光損失を与えず、且つ初期調整時においてのみ光分波手段ＳＰ−１，ＳＰ−２−１への入力光に十分な光損失を与えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る高速カオス光信号生成光回路の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるクロック信号光の光パワー変化の模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における光入力ポートへの入力クロック信号光の入力タイミングおよび位相変調部への入力信号光の入力タイミングを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における光出力ポートから出力されるクロック光パルスの規格化光出力強度の例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る光分波部の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る位相変調部の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る光分波部の他の構成例を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る光分波部の他の構成例を示すブロック図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る高速カオス光信号生成光回路の構成例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における光入力ポートへの入力クロック信号光の入力タイミングおよび位相変調部への入力信号光の入力タイミングを示す図である。
【図１１】通常のカオスダイナミクスに従う光信号の時系列のリターンマップを示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る高速カオス光信号生成回路に従う光信号の時系列の力学的履歴関係を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る高速カオス光信号生成回路に従う光信号の時系列のリターンマップを示す図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る高速カオス光信号生成光回路の構成例を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態における光入力ポートへの入力クロック信号光の入力タイミングおよび位相変調部への入力信号光の入力タイミングを示す図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る高速カオス光信号生成回路に従う光信号の時系列のリターンマップを示す図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態に係る高速カオス光信号生成光回路の構成例を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態における第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調部の光入力ポートへの入力クロック信号光の入力タイミングおよび第２のマッハツェンダー干渉型光強度変調部内の位相変調部への入力信号光の入力タイミングを示す図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態に係る高速カオス光信号生成回路に従う光信号の時系列の力学的履歴関係を示す図である。
【図２０】本発明の第４の実施の形態に係る高速カオス光信号生成回路に従う光信号の時系列のリターンマップを示す図である。
【図２１】本発明の第４の実施の形態に係る高速カオス光信号生成光回路の他の構成例を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第４の実施の形態に係る高速カオス光信号生成光回路の他の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る高速カオス光信号生成光回路の構成例を示すブロック図である。
本実施の形態の高速カオス光信号生成光回路は、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１と、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の後述する光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されたＲＺ（Return to Zero）型クロック信号光に対して初期調整時のみ所望の光損失を与えることが可能な可変光強度減衰部ＶＡ−１と、可変光強度減衰部ＶＡ−１から出力されたＲＺ型クロック信号光を２系統に分波する光分波部ＳＰ−１と、光分波部ＳＰ−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光がマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１内の後述する位相変調部Ｒ１，Ｌ１に到達するまでの光伝搬遅延差に相当する遅延を、位相変調部Ｒ１，Ｌ１に入力される２系統のＲＺ型クロック信号光の内、位相変調部Ｒ１，Ｌ１に到達するまでの光伝搬遅延が長い方のＲＺ型クロック信号光に付与する光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１とから構成される。
【００２８】
マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１は、図示しないクロック信号光源から出力される、ピーク光パワーが一定のＲＺ型のクロック信号光を受ける光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１と、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力されたＲＺ型クロック信号光を伝送する２つの干渉アームと、この２つの干渉アームの端部に設けられた２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒと、光分波部ＳＰ−１で分波された２つの光信号をマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の２つの干渉アーム内の後述する位相変調部Ｒ１，Ｌ１へ入力するための位相変調制御用の光入力ポートＰ−Ｒ１，Ｐ−Ｌ１と、２つの干渉アームに１つずつ設けられ、干渉アームにより伝送されるＲＺ型クロック信号光を、光入力ポートＰ−Ｒ１，Ｐ−Ｌ１から入力されるＲＺ型クロック信号光の光強度に応じて位相変調する位相変調部Ｒ１，Ｌ１とから構成される。
【００２９】
図１における１００は一端が光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に接続され他端が位相変調部Ｌ１の入力に接続された光導波路、１０１は一端が光導波路１００に近接して配置され他端が位相変調部Ｒ１の入力に接続された光導波路、１０２は一端が位相変調部Ｌ１の出力に接続され他端が光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒに接続された光導波路、１０３は一端が位相変調部Ｒ１の出力に接続され他端が光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓに接続され、一部が光導波路１０２と近接して配置された光導波路である。
【００３０】
光導波路１００，１０２がマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の一方の干渉アームを構成し、光導波路１０１，１０３がマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の他方の干渉アームを構成している。光導波路１００と光導波路１０１との間では、光信号の漏洩が発生し、光導波路１００に入力された光信号は光導波路１０１にも入力される。光導波路１０２と光導波路１０３との間では、相互に光信号の漏洩が発生する。
【００３１】
また、１０４は一端が光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓに接続され他端が可変光強度減衰部ＶＡ−１の入力に接続された光導波路、１０５は一端が可変光強度減衰部ＶＡ−１の出力に接続され他端が光分波部ＳＰ−１の入力に接続された光導波路、１０６は一端が光分波部ＳＰ−１の第１の出力に接続され他端が光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１の入力に接続された光導波路、１０７は一端が光分波部ＳＰ−１の第２の出力に接続され他端が光入力ポートＰ−Ｒ１に接続された光導波路、１０８は一端が光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１の出力に接続され他端が光入力ポートＰ−Ｌ１に接続された光導波路である。
【００３２】
次に、本実施の形態の高速カオス光信号生成光回路の動作について説明する。通常時における可変光強度減衰部ＶＡ−１の光損失量は、初期調整時の光損失量よりも小さく、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるＲＺ型クロック信号光に過剰な光損失を与えないように極力小さな値に設定される。以下、通常時の動作とその効果について説明し、初期調整時の動作については後述する。
【００３３】
光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力されるクロック信号光の光パワー変化を図２に示す。このように、図示しないクロック信号光源から光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力されるクロック信号光は、ピーク光パワーが一定のＲＺ型の信号光である。
【００３４】
標準的なマッハツェンダー干渉型光強度変調部においては、干渉器を構成する２つの干渉アームを光が伝搬する際に位相差が生じない状態が変調駆動が行われていない状態であり、このとき入力側の干渉アームに対して異なる側の干渉アームの光出力ポートから光信号が１００％出力される。また、２つの干渉アームを光が伝搬する際に位相差がπとなる状態においては、光入力ポートと同じ側の干渉アームの光出力ポートから光信号が１００％出力される。
【００３５】
したがって、図１に示した高速カオス光信号生成光回路にクロック信号光が光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から入力される場合、最初のクロック光パルスｐ０は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１と異なる側の干渉アームの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから１００％出力され、光分波部ＳＰ−１によりクロック光パルスｐ０−１，ｐ０−２の２つに分波され、引き続き光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１により遅延を付与された後、それぞれ光入力ポートＰ−Ｒ１，Ｐ−Ｌ１から位相変調部Ｒ１，Ｌ１へと入力される。
【００３６】
図３（Ａ）は光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１への入力クロック信号光の入力タイミングを示す図、図３（Ｂ）は位相変調部Ｒ１への入力信号光の入力タイミングを示す図、図３（Ｃ）は位相変調部Ｌ１への入力信号光の入力タイミングを示す図である。
図３（Ｂ）に示すように、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力されたクロック光パルスｐ０と次の時間ステップのクロック光パルスｐ１との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１による光伝搬遅延が付与されていない方のクロック光パルスｐ０−１が位相変調部Ｒ１に入力される。一方、図３（Ｃ）に示すように、クロック光パルスｐ１と次の時間ステップのクロック光パルスｐ２との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１による光伝搬遅延が付与された方のクロック光パルスｐ０−２が位相変調部Ｌ１に入力される。
【００３７】
位相変調部Ｒ１においては、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から光導波路１００，１０１を介してクロック光パルスｐ１が入力される直前に、光入力ポートＰ−Ｒ１からクロック光パルスｐ０−１が入力されると、このクロック光パルスｐ０−１の光強度に応じて屈折率が変化する。こうして、位相変調部Ｒ１は、クロック光パルスｐ０−１の光強度に応じて、クロック光パルスｐ１の位相を変調する（相互位相変調）。
【００３８】
一方、位相変調部Ｌ１においては、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から光導波路１００を介してクロック光パルスｐ１が入力された直後に、光入力ポートＰ−Ｌ１からクロック光パルスｐ０−２が入力されると、このクロック光パルスｐ０−２の光強度に応じて屈折率が変化する。こうして、位相変調部Ｌ１は、クロック光パルスｐ０−２の光強度に応じて、クロック光パルスｐ２の位相を変調する（相互位相変調）。
【００３９】
結果として、クロック光パルスｐ０−１が位相変調部Ｒ１に入力されてから、クロック光パルスｐ０−２が位相変調部Ｌ１に入力されるまでの間、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の２つの干渉アームで位相差が生じることとなり、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐ１の光出力強度が変調されることとなる。
【００４０】
同様に、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力されたクロック光パルスｐ１と次の時間ステップのクロック光パルスｐ２との間のタイミングで、光分波部ＳＰ−１によって分波されたクロック光パルスｐ１−１，ｐ１−２のうち光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１による光伝搬遅延が付与されていない方のクロック光パルスｐ１−１が位相変調部Ｒ１に入力される。一方、クロック光パルスｐ２と次の時間ステップのクロック光パルスｐ３との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１による光伝搬遅延が付与された方のクロック光パルスｐ１−２が位相変調部Ｌ１に入力される。
【００４１】
位相変調部Ｒ１は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から光導波路１００，１０１を介してクロック光パルスｐ２が入力される直前に、クロック光パルスｐ１の分波光であるクロック光パルスｐ１−１が光入力ポートＰ−Ｒ１から入力されると、このクロック光パルスｐ１−１の光強度に応じて、クロック光パルスｐ２の位相を変調する。
【００４２】
位相変調部Ｌ１は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から光導波路１００を介してクロック光パルスｐ２が入力された直後に、クロック光パルスｐ１の分波光であるクロック光パルスｐ１−２が光入力ポートＰ−Ｌ１から入力されると、このクロック光パルスｐ１−２の光強度に応じて、クロック光パルスｐ３の位相を変調する。結果として、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐ２の光出力強度が変調されることとなる。
【００４３】
以上のようにして、クロック光パルスｐ（ｔ）（ｔ＝０，１，２，３，・・・・）と次の時間ステップのクロック光パルスｐ（ｔ＋１）との間のタイミングで、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力され光分波部ＳＰ−１によって分波された一方のクロック光パルスｐ（ｔ）が位相変調部Ｒ１に入力され、クロック光パルスｐ（ｔ＋１）と次の時間ステップのクロック光パルスｐ（ｔ＋２）との間のタイミングで、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力され光分波部ＳＰ−１によって分波された他方のクロック光パルスｐ（ｔ）が位相変調部Ｌ１に入力される。その結果、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐ（ｔ＋１）の光出力強度が変調される。こうして、クロック光パルスｐ１，ｐ２，ｐ３，・・・・の変調が連続して行われる。
【００４４】
図４はマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスの光強度を規格化した規格化光出力強度を示す図であり、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されたクロック光パルスが次の時間ステップのクロック光パルスに生じさせる位相変調の量が１．８２６１πである場合を示している。
【００４５】
マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから１００％出力される状態にある条件下で、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されたクロック光パルスが次の時間ステップのクロック光パルスに生じさせる位相変調の量が十分且つ適当な大きさとなるように位相変調部Ｒ１，Ｌ１を設定することにより、例えば図４に示した場合のように光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスの強度が時系列でカオス状態となり、同時に、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒから出力されるクロック光パルスの強度も時系列でカオス状態となる。
【００４６】
マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒから出力されるクロック光パルスの強度も時系列でカオス状態となる理由は、クロック光パルスの全光強度から、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力される同じクロック光パルスの光強度を引いた残りの光強度のクロック光パルスが光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒから出力されるからである。
【００４７】
こうして、本実施の形態では、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力される出力クロック信号光の光出力強度の振る舞いを乱雑なものとすることができる。１００％出力時の光強度を１として、閾値を０．５として設定し、光強度が時系列でカオス状態となっている出力クロック信号光の光強度が閾値よりも大きい場合は２値化信号の値を１とし、出力クロック信号光の光強度が閾値以下であれば２値化信号の値を０とする２値化処理を行うと、２値の乱数列が得られる。
【００４８】
本実施の形態では、従来の乱数発生プログラムまたは電子回路による乱数生成方法では実現不可能であった１０Ｇｂ／ｓを超える高速な乱数データ生成を実現することができる。また、本実施の形態では、非特許文献１に開示されたカオス・レーザーによる乱数生成方法のような複雑なシステム構成では困難であった、工学応用上必須となる再現性と制御性とを実現することができ、さらに高精度性とシステムの集積化とを実現することができる。
【００４９】
また、本実施の形態では、特許文献１に開示された光カオス信号源による乱数生成方法では実現不可能であったシステムの集積化を実現することができる。また、本実施の形態では、熱光学効果により２つの干渉アームの光路長差を制御してその光路長差に一定の関係性を持たせるように制御した複数のマッハツェンダー干渉器を用いて、それぞれのマッハツェンダー干渉器からの出力パワーにカオス写像関係性を実現する装置のように、光路長差情報記憶装置や温度による光路長差制御部等を持つ必要がなくなり、システムの高速化および集積化を実現することができる。
【００５０】
また、本実施の形態では、光ファイバの非線形屈折率効果に基づく全光の光カオス現象を用いる装置で困難であった、工学応用上必須となる再現性と制御性とを実現することができ、さらにシステムの集積化を実現することができる。
【００５１】
次に、本実施の形態の光分波部ＳＰ−１と位相変調部Ｒ１，Ｌ１についてより詳細に説明する。図５は光分波部ＳＰ−１の構成例を示すブロック図、図６は位相変調部Ｒ１の構成例を示すブロック図である。
光分波部ＳＰ−１は、光入力ポート１００４から入力された光を５０％ずつの光パワーの割合で分波して出力するマルチモード干渉型導波路部ｂｓ１と、マルチモード干渉型導波路部ｂｓ１の第１の光出力ポートから出力された光の位相を調整することが可能な位相調整部ｄｓ１と、マルチモード干渉型導波路部ｂｓ１の第２の光出力ポートから出力された光の位相を調整することが可能な位相調整部ｄｓ２と、位相調整部ｄｓ１と位相調整部ｄｓ２から出力された光を合波して、合波した光を５０％ずつの光パワーの割合で分波して出力するマルチモード干渉型導波路部ｂｓ２と、外部からの電流注入に応じて初期調整時のみ高速カオス光信号生成光回路の設定動作波長の光をマルチモード干渉型導波路部ｂｓ１の第２の光入力ポートに出力することが可能な光源ｅｓ１とから構成される。
【００５２】
図５における１００７は一端が光分波部ＳＰ−１の光入力ポート１００４に接続され他端がマルチモード干渉型導波路部ｂｓ１の第１の光入力ポートに接続された光導波路、１００８は一端が光源ｅｓ１の出力に接続され他端がマルチモード干渉型導波路部ｂｓ１の第２の光入力ポートに接続された光導波路、１００９は一端がマルチモード干渉型導波路部ｂｓ１の第１の光出力ポートに接続され他端が位相調整部ｄｓ１の光入力ポートに接続された光導波路、１０１０は一端がマルチモード干渉型導波路部ｂｓ１の第２の光出力ポートに接続され他端が位相調整部ｄｓ２の光入力ポートに接続された光導波路、１０１１は一端が位相調整部ｄｓ１の光出力ポートに接続され他端がマルチモード干渉型導波路部ｂｓ２の第１の光入力ポートに接続された光導波路、１０１２は一端が位相調整部ｄｓ２の光出力ポートに接続され他端がマルチモード干渉型導波路部ｂｓ２の第２の光入力ポートに接続された光導波路、１０１３は一端がマルチモード干渉型導波路部ｂｓ２の第１の光出力ポートに接続され他端が光分波部ＳＰ−１の第１の光出力ポート１００５に接続された光導波路、１０１４は一端がマルチモード干渉型導波路部ｂｓ２の第２の光出力ポートに接続され他端が光分波部ＳＰ−１の第２の光出力ポート１００６に接続された光導波路である。
【００５３】
光分波部ＳＰ−１の光入力ポート１００４は、光導波路１０４を介してマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓに接続される。光分波部ＳＰ−１の光出力ポート１００５は、光導波路１０６を介して光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１の光入力ポートに接続され、光出力ポート１００６は、光導波路１０７を介して位相変調部Ｒ１の光入力ポートＰ−Ｒ１に接続される。
【００５４】
通常時、マルチモード干渉型導波路部ｂｓ１は、光入力ポート１００４から入力された光を５０％ずつの光パワーの割合で分波して出力する。
位相調整部ｄｓ１は、マルチモード干渉型導波路部ｂｓ１によって分波された一方の光の位相を、外部から注入される電流の量に応じて調整することが可能である。同様に、位相調整部ｄｓ２は、マルチモード干渉型導波路部ｂｓ１によって分波された他方の光の位相を、外部から注入される電流の量に応じて調整することが可能である。
【００５５】
マルチモード干渉型導波路部ｂｓ２は、位相調整部ｄｓ１と位相調整部ｄｓ２から出力された光を合波して、合波した光を５０％ずつの光パワーの割合で分波して光出力ポート１００５，１００６に出力する。
こうして、光分波部ＳＰ−１は、通常時に光入力ポート１００４から入力された光を２系統に分波することができる。
【００５６】
図６に示すように、位相変調部Ｒ１は、マッハツェンダー干渉回路であり、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の干渉アームにより伝送され光入力ポート２００７に入力されたＲＺ型クロック信号光（以下、被位相変調信号光とする）と光分波部ＳＰ−１で分波され光入力ポート２００８（図１のＰ−Ｒ１）に入力されたＲＺ型クロック信号光（以下、位相変調制御信号光とする）とを合波して、合波した信号光を２系統に分波する光干渉型合分岐手段であるマルチモード干渉カプラ（ＭＭＩ）ｂ１と、マルチモード干渉カプラｂ１から出力される２つの信号光を伝送する２つの光導波路アームと、２つの光導波路アームにより伝送される２つの信号光を合波して、合波した信号光を２系統に分波する光干渉型合分岐手段であるマルチモード干渉カプラｂ２と、２つの光導波路アームに１つずつ設けられ、被位相変調信号光を位相変調制御信号光の光強度に応じて位相変調する光位相変調制御部ｃ１，ｃ２と、２つの光導波路アームに１つずつ設けられ、外部から供給される注入電流量に応じて、信号光の位相を調整することが可能な位相調整部ｄ１，ｄ２と、マルチモード干渉カプラｂ２の一方の光出力ポートに接続された受光部ｅ１とから構成される。
【００５７】
図６における２０１０は一端が位相変調部Ｒ１の光入力ポート２００７に接続され他端がマルチモード干渉カプラｂ１の第１の光入力ポートに接続された光導波路、２０１１は一端が位相変調部Ｒ１の光入力ポート２００８に接続され他端がマルチモード干渉カプラｂ１の第２の光入力ポートに接続された光導波路、２０１２は一端がマルチモード干渉カプラｂ１の第１の光出力ポートに接続され他端が光位相変調制御部ｃ１の光入力ポートに接続された光導波路、２０１３は一端がマルチモード干渉カプラｂ１の第２の光出力ポートに接続され他端が光位相変調制御部ｃ２の光入力ポートに接続された光導波路、２０１４は一端が光位相変調制御部ｃ１の光出力ポートに接続され他端が位相調整部ｄ１の光入力ポートに接続された光導波路、２０１５は一端が光位相変調制御部ｃ２の光出力ポートに接続され他端が位相調整部ｄ２の光入力ポートに接続された光導波路、２０１６は一端が位相調整部ｄ１の光出力ポートに接続され他端がマルチモード干渉カプラｂ２の第１の光入力ポートに接続された光導波路、２０１７は一端が位相調整部ｄ２の光出力ポートに接続され他端がマルチモード干渉カプラｂ２の第２の光入力ポートに接続された光導波路、２０１８は一端がマルチモード干渉カプラｂ２の第１の光出力ポートに接続され他端が受光部ｅ１の光入力ポートに接続された光導波路、２０１９は一端がマルチモード干渉カプラｂ２の第２の光出力ポートに接続され他端が位相変調部Ｒ１の光出力ポート２００９に接続された光導波路である。
【００５８】
光導波路２０１２，２０１４，２０１６が位相変調部Ｒ１の一方の光導波路アームを構成し、光導波路２０１３，２０１５，２０１７が位相変調部Ｒ１の他方の光導波路アームを構成している。
位相変調部Ｌ１の構成も位相変調部Ｒ１と同じである。位相変調部Ｒ１の場合、光入力ポート２００７は図１の光導波路１０１に接続され、光入力ポート２００８（図１のＰ−Ｒ１）は光導波路１０７に接続され、光出力ポート２００９は光導波路１０３に接続される。位相変調部Ｌ１の場合、光入力ポート２００７は図１の光導波路１００に接続され、光入力ポート２００８（図１のＰ−Ｌ１）は光導波路１０８に接続され、光出力ポート２００９は光導波路１０２に接続される。
【００５９】
次に、図６に示した位相変調部Ｒ１，Ｌ１の通常時の動作を説明する。マルチモード干渉カプラｂ１は、光入力ポート２００７に入力された被位相変調信号光と光入力ポート２００８に入力された位相変調制御信号光とを合波して、合波した信号光を２系統に分波する。
【００６０】
光位相変調制御部ｃ１は、マルチモード干渉カプラｂ１から出力された被位相変調信号光と位相変調制御信号光との合波信号光の一方を入力とし、被位相変調信号光を位相変調制御信号光の光強度に応じて位相変調する。被位相変調信号光のパルスが入力される直前に、位相変調制御信号光のパルスが入力されると、この位相変調制御信号光の光強度に応じて光位相変調制御部ｃ１の屈折率が変化する。こうして、光位相変調制御部ｃ１は、位相変調制御信号光の光強度に応じて、被位相変調信号光の位相を変調する（相互位相変調）。
【００６１】
同様に、光位相変調制御部ｃ２は、マルチモード干渉カプラｂ１から出力された被位相変調信号光と位相変調制御信号光との合波信号光の他方を入力とし、被位相変調信号光を位相変調制御信号光の光強度に応じて位相変調する。
以上のような位相変調を行う光位相変調制御部ｃ１，ｃ２としては、光導波路構造の半導体光増幅器（ＳＯＡ）がある。また、量子ドット層を含む光導波路構造を光位相変調制御部ｃ１，ｃ２として用いてもよいし、定電圧駆動状態の半導体ＥＡ（Electro-Absorption）光変調器を光位相変調制御部ｃ１，ｃ２として用いてもよい。
【００６２】
次に、マルチモード干渉カプラｂ２は、光位相変調制御部ｃ１，ｃ２から出力された２つの信号光を合波して、合波した信号光を２系統に分波する。
このとき、位相調整部ｄ１，ｄ２は、被位相変調信号光がマルチモード干渉カプラｂ２の第２の光出力ポート（光出力ポート２００９）から選択的に出力され、位相変調制御信号光がマルチモード干渉カプラｂ２の第１の光出力ポートから選択的に出力されるように調整されている。したがって、被位相変調信号光は光出力ポート２００９に出力され、位相変調制御信号光は受光部ｅ１に出力される。
【００６３】
本実施の形態の高速カオス光信号生成光回路において、位相変調部Ｒ１，Ｌ１から位相変調制御信号光が十分に除去されること無く被位相変調信号光と共に出力されると、位相変調制御信号光が時系列的に後の位相変調における雑音として働き、十分な位相変調を行うことが困難になるという問題がある。
【００６４】
そこで、本実施の形態では、マルチモード干渉カプラｂ１とマルチモード干渉カプラｂ２とを結ぶ２つの光導波路アームに位相調整部ｄ１，ｄ２を設けている。位相調整部ｄ１，ｄ２は、外部から供給される注入電流量に応じて、信号光の位相を調整することが可能である。光位相変調制御部ｃ１から出力された信号光の位相を位相調整部ｄ１で調整し、光位相変調制御部ｃ２から出力された信号光の位相を位相調整部ｄ２で調整することにより、被位相変調信号光がマルチモード干渉カプラｂ２の第２の光出力ポートから選択的に出力され、位相変調制御信号光がマルチモード干渉カプラｂ２の第１の光出力ポートから選択的に出力されるように、２つの光導波路アーム間の位相差を製造後に調整することができる。その結果、本実施の形態では、持続的に位相変調部Ｒ１，Ｌ１における十分な光位相変調を実現することができる。
【００６５】
次に、初期調整時の動作について説明する。本実施の形態では、光分波部ＳＰ−１の位相調整部ｄｓ１，ｄｓ２の両方または何れか一方に注入する電流量を調整することにより、光出力ポート１００５，１００６への光出力パワーの分岐比を調整することができる。
本実施の形態の高速カオス光信号生成光回路においては、光分波部ＳＰ−１の分波比率が５０％対５０％（１対１）であることが望ましい。しかしながら、マルチモード干渉型導波路部の分波比率が製造誤差等により設計と異なる特性となってしまう場合があり、光分波部ＳＰ−１の分波比率を正確に５０％対５０％にすることは困難であった。
【００６６】
そこで、本実施の形態では、マルチモード干渉型導波路部ｂｓ１とマルチモード干渉型導波路部ｂｓ２との間に位相調整部ｄｓ１，ｄｓ２を設けることにより、マルチモード干渉型導波路部ｂｓ１とマルチモード干渉型導波路部ｂｓ２との間のアーム導波路の等価光路長を調整することができるので、マルチモード干渉型導波路部ｂｓ１，ｂｓ２の分波比率が製造誤差等により設計と異なる特性となってしまった場合においても、光出力ポート１００５，１００６から所望の分波比の光出力を得ることができるようになる。その結果、本実施の形態では、高速カオス光信号生成光回路におけるマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１において所望の光強度変調特性を実現することができる。
【００６７】
ただし、光分波部ＳＰ−１の分波比率を調整する初期調整時においては、光分波部ＳＰ−１に光を入力する必要があり、位相変調部Ｒ１，Ｌ１を駆動し、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に光を入力するか、あるいは光分波部ＳＰ−１の空いている光入力ポートを光回路の外部光入力ポートとして利用できるように予め製作した上で当該外部光入力ポートに光を入力する必要がある。いずれの方法においても、光分波部ＳＰ−１の初期調整のためだけに初期調整用のレーザー光源と、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１または外部光入力ポートと初期調整用レーザー光源とを結合させるための光結合系を用意し、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１または外部光入力ポートと初期調整用レーザー光源との光結合調整を行わなければならないという問題がある。
【００６８】
そこで、本実施の形態では、マルチモード干渉型導波路部ｂｓ１の空いている第２の光入力ポートに半導体レーザーである光源ｅｓ１を接続するようにした。これにより、本実施の形態では、初期調整時において光源ｅｓ１に電流を注入するだけで、光源ｅｓ１から高速カオス光信号生成光回路の設定動作波長の光を出力させ、光分波部ＳＰ−１に光を入力することが可能となる。初期調整時において、マルチモード干渉型導波路部ｂｓ１は、光源ｅｓ１から入力された光を５０％ずつの光パワーの割合で分波して出力する。
【００６９】
こうして、本実施の形態では、光分波部ＳＰ−１の初期調整時において、外部の初期調整用レーザー光源から光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に光を入力したり、初期調整用レーザー光源からマルチモード干渉型導波路部ｂｓ１の第２の光入力ポートに光を入力したりする必要がなくなる。また、これらの光入力ポートと初期調整用レーザー光源とを結合させるための光結合系を用意する必要がなく、光入力ポートと初期調整用レーザー光源との光結合調整を行う必要がなくなる。
【００７０】
また、本実施の形態では、位相変調部Ｒ１，Ｌ１にそれぞれ受光部ｅ１を設けている。初期調整時には光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１には光が入力されないので、光源ｅｓ１から出力され光分波部ＳＰ−１によって分波された光が位相変調部Ｒ１，Ｌ１に入力され、位相変調部Ｒ１，Ｌ１の受光部ｅ１において受光されるので、受光部ｅ１において受光された光のパワーを評価することにより、光分波部ＳＰ−１の分波比率を調整する初期調整を行うことができる。
【００７１】
また、初期調整時に光源ｅｓ１から出力された光が位相変調部Ｒ１，Ｌ１に入力され、位相変調部Ｒ１，Ｌ１に入力された光が光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから光分波部ＳＰ−１の光入力ポート１００４に入力されると、初期調整時の測定評価に影響を与えてしまう。そこで、本実施の形態では、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓと光分波部ＳＰ−１との間の光導波路上に、初期調整時のみ所望の光損失を与えることが可能な可変光強度減衰部ＶＡ−１を設けることにより、初期調整時に光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力される光に十分な光損失を与えることができるので、この光が初期調整時の測定評価に影響を与えないようにすることができる。
【００７２】
また、本実施の形態では、可変光強度減衰部ＶＡ−１として、電界吸収活性層のＰＬ（Photoluminescence）特性が高速カオス光信号生成光回路の設定動作波長に対して１００ｎｍ以上短波長側に設定された定電圧駆動状態の半導体ＥＡ変調器を用いることにより、通常時にはクロック信号光に対して過剰な光損失を与えず、且つ初期調整時においてのみ光分波部ＳＰ−１への入力光に十分な光損失を与えることが可能となる。可変光強度減衰部ＶＡ−１として半導体ＥＡ変調器を使用すれば、外部から供給する電圧により、可変光強度減衰部ＶＡ−１の光損失量を調整することができる。
【００７３】
なお、本実施の形態では、光分波部ＳＰ−１に位相調整部ｄｓ１，ｄｓ２の両方を設ける場合について説明しているが、位相調整部ｄｓ１とｄｓ２のうちどちらか一方だけを設けるようにしてもよい。位相調整部ｄｓ２を無くし位相調整部ｄｓ１だけを設けた場合の光分波部ＳＰ−１の構成を図７に示す。図７の構成の場合、光導波路１０１０の他端をマルチモード干渉型導波路部ｂｓ２の第２の光入力ポートに接続すればよい。位相調整部ｄｓ１を無くし位相調整部ｄｓ２だけを設けた場合の光分波部ＳＰ−１の構成を図８に示す。図８の構成の場合、光導波路１００９の他端をマルチモード干渉型導波路部ｂｓ２の第１の光入力ポートに接続すればよい。
【００７４】
また、本実施の形態では、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓと光分波部ＳＰ−１の入力とを接続し、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓと光分波部ＳＰ−１との間に可変光強度減衰部ＶＡ−１を挿入しているが、これに限るものではなく、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒと光分波部ＳＰ−１の入力とを接続し、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒと光分波部ＳＰ−１との間に可変光強度減衰部ＶＡ−１を挿入するようにしてもよい。
本実施の形態において、高速カオス光信号生成光回路の出力信号光は、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒ，Ｐ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓの内のいずれか一方から得るようにすればよい。
【００７５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図９は本発明の第２の実施の形態に係る高速カオス光信号生成光回路の構成例を示すブロック図である。
本実施の形態の高速カオス光信号生成光回路は、第１の実施の形態の高速カオス光信号生成光回路に対して、光分波部ＳＰ−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光にそれぞれ所定の遅延を付与する光遅延部Ｄ−Ｔ−１を追加したものである。
【００７６】
本実施の形態では、光導波路１０６の他端を光遅延部Ｄ−Ｔ−１の第１の光入力ポートに接続し、光導波路１０７の他端を光遅延部Ｄ−Ｔ−１の第２の光入力ポートに接続すればよい。図９における１１１は一端が光遅延部Ｄ−Ｔ−１の第１の光出力ポートに接続され他端が光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１の入力に接続された光導波路、１１２は一端が光遅延部Ｄ−Ｔ−１の第２の光出力ポートに接続され他端が光入力ポートＰ−Ｒ１に接続された光導波路である。
【００７７】
次に、本実施の形態の高速カオス光信号生成光回路の通常時の動作について説明する。本実施の形態の高速カオス光信号生成光回路にクロック信号光が光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から入力される場合、最初のクロック光パルスｐ０は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１と異なる側の干渉アームの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから１００％出力され、光分波部ＳＰ−１によりクロック光パルスｐ０−１，ｐ０−２の２つに分波され、引き続き光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１により遅延を付与された後、それぞれ光入力ポートＰ−Ｒ１，Ｐ−Ｌ１から位相変調部Ｒ１，Ｌ１へと入力される。
【００７８】
図１０（Ａ）は光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１への入力クロック信号光の入力タイミングを示す図、図１０（Ｂ）は位相変調部Ｒ１への入力信号光の入力タイミングを示す図、図１０（Ｃ）は位相変調部Ｌ１への入力信号光の入力タイミングを示す図である。
図１０（Ｂ）に示すように、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力されたクロック光パルスｐ０から時系列的にある一定の遅延ステップ時間Ｔ−１後のクロック光パルスｐＭ１と次の時間ステップのクロック光パルスｐＭ２との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１による光伝搬遅延が付与されていない方のクロック光パルスｐ０−１が位相変調部Ｒ１に入力される。一方、図１０（Ｃ）に示すように、クロック光パルスｐＭ２と次の時間ステップのクロック光パルスｐＭ３との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１による光伝搬遅延が付与された方のクロック光パルスｐ０−２が位相変調部Ｌ１に入力される。
【００７９】
遅延ステップ時間Ｔ−１は、光遅延部Ｄ−Ｔ−１によってクロック信号光に付与される遅延時間である。すなわち、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されたクロック信号光は、光分波部ＳＰ−１により２つに分波され光遅延部Ｄ−Ｔ−１によって遅延ステップ時間Ｔ−１に相当する遅延が付与された後、一方のクロック信号光はそのまま光入力ポートＰ−Ｒ１に入力され、他方のクロック信号光は光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１により更に遅延が付与された後に光入力ポートＰ−Ｌ１に入力される。
【００８０】
位相変調部Ｒ１は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から光導波路１００，１０１を介してクロック光パルスｐＭ２が入力される直前に、光入力ポートＰ−Ｒ１から入力されるクロック光パルスｐ０−１の光強度に応じて、クロック光パルスｐＭ２の位相を変調する。
一方、位相変調部Ｌ１は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から光導波路１００を介してクロック光パルスｐＭ２が入力された直後に、光入力ポートＰ−Ｌ１から入力されるクロック光パルスｐ０−２の光強度に応じて、クロック光パルスｐＭ３の位相を変調する。
【００８１】
結果として、クロック光パルスｐ０−１が位相変調部Ｒ１に入力されてから、クロック光パルスｐ０−２が位相変調部Ｌ１に入力されるまでの間、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の２つの干渉アームで位相差が生じることとなり、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐＭ２の光出力強度が変調されることとなる。
【００８２】
同様に、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力されたクロック光パルスｐ１から遅延ステップ時間Ｔ−１後のクロック光パルスｐＭ２と次の時間ステップのクロック光パルスｐＭ３との間のタイミングで、光分波部ＳＰ−１によって分波されたクロック光パルスｐ１−１，ｐ１−２のうち光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１による光伝搬遅延が付与されていない方のクロック光パルスｐ１−１が位相変調部Ｒ１に入力される。一方、クロック光パルスｐＭ３と次の時間ステップのクロック光パルスｐＭ４との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１による光伝搬遅延が付与された方のクロック光パルスｐ１−２が位相変調部Ｌ１に入力される。
【００８３】
位相変調部Ｒ１は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から光導波路１００，１０１を介してクロック光パルスｐＭ３が入力される直前に、クロック光パルスｐ１の分波光であるクロック光パルスｐ１−１が光入力ポートＰ−Ｒ１から入力されると、このクロック光パルスｐ１−１の光強度に応じて、クロック光パルスｐＭ３の位相を変調する。
位相変調部Ｌ１は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から光導波路１００を介してクロック光パルスｐＭ３が入力された直後に、クロック光パルスｐ１の分波光であるクロック光パルスｐ１−２が光入力ポートＰ−Ｌ１から入力されると、このクロック光パルスｐ１−２の光強度に応じて、クロック光パルスｐＭ４の位相を変調する。結果として、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐＭ３の光出力強度が変調されることとなる。
【００８４】
以上のようにして、クロック光パルスｐ（ｉ＋Ｎｓ）（Ｎｓは１以上の整数）と次の時間ステップのクロック光パルスｐ（ｉ＋Ｎｓ＋１）との間のタイミングで、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力され光分波部ＳＰ−１によって分波された一方のクロック光パルスｐ（ｉ）が位相変調部Ｒ１に入力され、クロック光パルスｐ（ｉ＋Ｎｓ＋１）と次の時間ステップのクロック光パルスｐ（ｉ＋Ｎｓ＋２）との間のタイミングで、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力され光分波部ＳＰ−１によって分波された他方のクロック光パルスｐ（ｉ）が位相変調部Ｌ１に入力される。その結果、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐ（ｉ＋Ｎｓ＋１）の光出力強度が変調される。こうして、クロック光パルスｐＭ２，ｐＭ３，ｐＭ４，・・・・の変調が連続して行われる。
【００８５】
マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから１００％出力される状態にある条件下で、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されたクロック光パルスがこのパルスよりも時間軸上で後ろに位置するクロック光パルスに生じさせる位相変調の量が十分且つ適当な大きさとなるように位相変調部Ｒ１，Ｌ１を設定することにより、例えば図４に示した場合のように光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスの強度が時系列でカオス状態となり、同時に、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒから出力されるクロック光パルスの強度も時系列でカオス状態となる。
【００８６】
上記の光遅延部Ｄ−Ｔ−１を設けない場合、即ちＴ−１＝０の場合、時間ステップｉのクロック光パルスの光強度変調のために、直前の時間ステップｉ−１のクロック光パルスが用いられることとなる。このとき、１００％出力時の光強度を１として、閾値を０．５として設定し、光強度が時系列でカオス状態となっている出力クロック信号光の光強度が閾値よりも大きい場合は２値化信号の値を１とし、出力クロック信号光の光強度が閾値以下であれば２値化信号の値を０とする２値化処理を行うと、２値の乱数列が得られる。
【００８７】
しかしながら、光遅延部Ｄ−Ｔ−１を設けない場合、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓまたはＰ−ＭＺ−１−ｂａｒから得られる出力クロック信号光は、物理乱数源として用いられる物理雑音のように完全に乱雑な特性を有していることを求められる応用分野には適さない。その理由は、一般的にカオス的な振る舞いをする力学系に従っている系は長期的には予測不能で乱雑な振る舞いをするが、時間ステップ上で隣接するパルス間の光強度には、例えば図１１のリターンマップで示されるような明確な関係性・相関があり、ある時間ステップの光強度から次の時間ステップの光強度を予測することが容易となってしまうため、即ち、短期的にみて乱雑な振る舞いとなっていないためである。図１１の例では、時間ステップｉでの規格化光出力強度と次の時間ステップｉ＋１での規格化光出力強度との間に相関性があることが示されている。
【００８８】
このような事情から、非特許文献１に開示されたカオス・レーザーによる乱数生成方法においては、２つのカオスレーザーから２つのカオス的出力光信号を得た後に、この２つの独立したカオス的出力光信号に対して論理的な演算処理を施すことにより、短期的にみても乱雑性の高い乱数列を得るようにしている。
【００８９】
これに対して、本実施の形態の高速カオス光信号生成光回路においては、出力クロック信号光が時系列で短期的にみて乱雑でないという問題を、複数のカオス光源を用意することなく、かつ付加的な論理演算処理を施すことなく実現している。即ち、本実施の形態では、上記の遅延ステップ時間Ｔ−１が１ステップ時間（クロック光パルスの周期）以上の任意の値となるように光遅延部Ｄ−Ｔ−１を設けることにより問題を解決する。ここで、遅延ステップ時間Ｔ−１は、例えばクロック光パルスの周期の整数倍の時間である。
【００９０】
遅延ステップ時間Ｔ−１が１ステップ時間以上の任意の値となるように光遅延部Ｄ−Ｔ−１を設けた場合、出力クロック信号光のパルス列は、ｐ（ｉ），ｐ（ｉ＋１），ｐ（ｉ＋２），・・・・，ｐ（ｉ＋Ｎｓ−１）のＮｓ個のカオス状態のパルス列とｐ（ｉ＋Ｎｓ），ｐ（ｉ＋Ｎｓ＋１），ｐ（ｉ＋Ｎｓ＋２），・・・・，ｐ（ｉ＋２Ｎｓ−１）のＮｓ個のカオス状態のパルス列とが組み合わされ、ｐ（ｉ＋Ｎｓ），ｐ（ｉ＋Ｎｓ＋１），ｐ（ｉ＋Ｎｓ＋２），・・・・，ｐ（ｉ＋２Ｎｓ−１）のＮｓ個のカオス状態のパルス列とｐ（ｉ＋２Ｎｓ），ｐ（ｉ＋２Ｎｓ＋１），ｐ（ｉ＋２Ｎｓ＋２），・・・・，ｐ（ｉ＋３Ｎｓ−１）のＮｓ個のカオス状態のパルス列とが組み合わされるといったように、独立したＮｓ個のカオス状態のパルス列が図１２のように組み合わされたものとなる。なお、Ｎｓは、遅延ステップ時間Ｔ−１中のクロック光パルスの数であり、１以上の整数値である。
【００９１】
このようなパルスの組み合わせにより、現実世界では僅かな揺らぎによる初期値の差が物理的に避けがたいがために上記Ｎｓ個のカオス状態のパルス列は長期的に見ると予測不能で乱雑な振る舞いをすることとなり、加えてＮｓ個のカオス状態のパルス列と別のＮｓ個のカオス状態のパルス列との間の関係性も予測不能となる。したがって、本実施の形態では、Ｔ−１＝０の場合に時系列上で隣接する任意の時間ステップｉのパルスの光強度と時間ステップｉ＋１のパルスの光強度との間に見られた明確な関係性・規則性を、図１３に示すように失わせることができ、乱雑性が増した乱数列を生成することが可能となる。以上のように、本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して更に乱雑性が増した乱数列を生成することが可能となる。
初期調整時の動作は第１の実施の形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００９２】
なお、本実施の形態では、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓと光分波部ＳＰ−１の入力とを接続し、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓと光分波部ＳＰ−１との間に可変光強度減衰部ＶＡ−１を挿入しているが、これに限るものではなく、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒと光分波部ＳＰ−１の入力とを接続し、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒと光分波部ＳＰ−１との間に可変光強度減衰部ＶＡ−１を挿入するようにしてもよい。
また、本実施の形態において、高速カオス光信号生成光回路の出力信号光は、第１のマッハツェンダー干渉型光強度変調手段ＭＺ−１の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒの内のいずれか一方から得るようにすればよい。
【００９３】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１４は本発明の第３の実施の形態に係る高速カオス光信号生成光回路の構成例を示すブロック図である。
本実施の形態の高速カオス光信号生成光回路は、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１，ＭＺ−２と、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されたＲＺ型クロック信号光に対して初期調整時のみ所望の光損失を与えることが可能な可変光強度減衰部ＶＡ−１と、可変光強度減衰部ＶＡ−１から出力されたＲＺ型クロック信号光を２系統に分波する光分波部ＳＰ−１と、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力された信号光に対して初期調整時のみ所望の光損失を与えることが可能な可変光強度減衰部ＶＡ−４と、可変光強度減衰部ＶＡ−４から出力された信号光を２系統に分波する光分波部ＳＰ−２−１と、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｂａｒから出力される光信号を２系統に分波する光分波部ＳＰ−２−２と、光分波部ＳＰ−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光がマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１内の後述する位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１に到達するまでの光伝搬遅延差に相当する遅延を、位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１に入力される２系統のＲＺ型クロック信号光の内、位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１に到達するまでの光伝搬遅延が長い方のＲＺ型クロック信号光に付与する光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１と、光分波部ＳＰ−２−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光がマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２内の後述する位相変調部Ｒ２，Ｌ２に到達するまでの光伝搬遅延差に相当する遅延を、位相変調部Ｒ２，Ｌ２に入力される２系統のＲＺ型クロック信号光の内、位相変調部Ｒ２，Ｌ２に到達するまでの光伝搬遅延が長い方のＲＺ型クロック信号光に付与する光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２と、光分波部ＳＰ−２−２で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光がマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１内の後述する位相変調部Ｒ１−２，Ｌ１−２に到達するまでの光伝搬遅延差に相当する遅延を、位相変調部Ｒ１−２，Ｌ１−２に入力される２系統のＲＺ型クロック信号光の内、位相変調部Ｒ１−２，Ｌ１−２に到達するまでの光伝搬遅延が長い方のＲＺ型クロック信号光に付与する光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２−１とから構成される。
【００９４】
本実施の形態のマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１は、図示しないクロック信号光源から出力される、ピーク光パワーが一定のＲＺ型のクロック信号光を受ける光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１と、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力されたＲＺ型クロック信号光を伝送する２つの干渉アームと、この２つの干渉アームの端部に設けられた２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒと、光分波部ＳＰ−１で分波された２つの光信号をマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の２つの干渉アーム内の後述する位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１へ入力するための位相変調制御用の光入力ポートＰ−Ｒ１−１，Ｐ−Ｌ１−１と、光分波部ＳＰ−２−２で分波された２つの光信号をマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の２つの干渉アーム内の後述する位相変調部Ｒ１−２，Ｌ１−２へ入力するための位相変調制御用の光入力ポートＰ−Ｒ１−２，Ｐ−Ｌ１−２と、２つの干渉アームに１つずつ設けられ、干渉アームにより伝送されるＲＺ型クロック信号光を、光入力ポートＰ−Ｒ１−１，Ｐ−Ｌ１−１から入力されるＲＺ型クロック信号光の光強度に応じて位相変調する位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１と、位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１よりも後ろの２つの干渉アームに１つずつ設けられ、干渉アームにより伝送されるＲＺ型クロック信号光を、光入力ポートＰ−Ｒ１−２，Ｐ−Ｌ１−２から入力されるＲＺ型クロック信号光の光強度に応じて位相変調する位相変調部Ｒ１−２，Ｌ１−２とから構成される。
【００９５】
マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２は、図示しないクロック信号光源から出力される、ピーク光パワーが一定のＲＺ型のクロック信号光を受ける光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１と、この光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１に入力されたＲＺ型クロック信号光を伝送する２つの干渉アームと、この２つの干渉アームの端部に設けられた２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒと、光分波部ＳＰ−２−１で分波された２つの光信号をマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の２つの干渉アーム内の後述する位相変調部Ｒ２，Ｌ２へ入力するための位相変調制御用の光入力ポートＰ−Ｒ２，Ｐ−Ｌ２と、２つの干渉アームに１つずつ設けられ、干渉アームにより伝送されるＲＺ型クロック信号光を、光入力ポートＰ−Ｒ２，Ｐ−Ｌ２から入力されるＲＺ型クロック信号光の光強度に応じて位相変調する位相変調部Ｒ２，Ｌ２とから構成される。
【００９６】
図１４における２００は一端が光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に接続され他端が位相変調部Ｌ１−１の入力に接続された光導波路、２０１は一端が光導波路２００に近接して配置され他端が位相変調部Ｒ１−１の入力に接続された光導波路、２０２は一端が位相変調部Ｌ１−１の出力に接続され他端が位相変調部Ｌ１−２の入力に接続された光導波路、２０３は一端が位相変調部Ｒ１−１の出力に接続され他端が位相変調部Ｒ１−２の入力に接続された光導波路、２０４は一端が位相変調部Ｌ１−２の出力に接続され他端が光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒに接続された光導波路、２０５は一端が位相変調部Ｒ１−２の出力に接続され他端が光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓに接続され、一部が光導波路２０４と近接して配置された光導波路である。
【００９７】
光導波路２００，２０２，２０４がマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の一方の干渉アームを構成し、光導波路２０１，２０３，２０５がマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の他方の干渉アームを構成している。光導波路２００と光導波路２０１との間では、光信号の漏洩が発生し、光導波路２００に入力された光信号は光導波路２０１にも入力される。光導波路２０４と光導波路２０５との間では、相互に光信号の漏洩が発生する。
【００９８】
また、２０６は一端が光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１に接続され他端が位相変調部Ｌ２の入力に接続された光導波路、２０７は一端が光導波路２０６に近接して配置され他端が位相変調部Ｒ２の入力に接続された光導波路、２０８は一端が位相変調部Ｌ２の出力に接続され他端が光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｂａｒに接続された光導波路、２０９は一端が位相変調部Ｒ２の出力に接続され他端が光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓに接続され、一部が光導波路２０８と近接して配置された光導波路である。
【００９９】
光導波路２０６，２０８がマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の一方の干渉アームを構成し、光導波路２０７，２０９がマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の他方の干渉アームを構成している。光導波路２０６と光導波路２０７との間では、光信号の漏洩が発生し、光導波路２０６に入力された光信号は光導波路２０７にも入力される。光導波路２０８と光導波路２０９との間では、相互に光信号の漏洩が発生する。
【０１００】
また、２１０は一端が光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓに接続され他端が可変光強度減衰部ＶＡ−１の入力に接続された光導波路、２１１は一端が可変光強度減衰部ＶＡ−１の出力に接続され他端が光分波部ＳＰ−１の入力に接続された光導波路、２１２は一端が光分波部ＳＰ−１の第１の出力に接続され他端が光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１の入力に接続された光導波路、２１３は一端が光分波部ＳＰ−１の第２の出力に接続され他端が光入力ポートＰ−Ｒ１−１に接続された光導波路、２１４は一端が光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１の出力に接続され他端が光入力ポートＰ−Ｌ１−１に接続された光導波路である。
【０１０１】
また、２１５は一端が光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓに接続され他端が可変光強度減衰部ＶＡ−４の入力に接続された光導波路、２１６は一端が可変光強度減衰部ＶＡ−４の出力に接続され他端が光分波部ＳＰ−２−１の入力に接続された光導波路、２１７は一端が光分波部ＳＰ−２−１の第１の出力に接続され他端が光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２の入力に接続された光導波路、２１８は一端が光分波部ＳＰ−２−１の第２の出力に接続され他端が光入力ポートＰ−Ｒ２に接続された光導波路、２１９は一端が光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２の出力に接続され他端が光入力ポートＰ−Ｌ２に接続された光導波路、２２０は一端が光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｂａｒに接続され他端が光分波部ＳＰ−２−２の入力に接続された光導波路、２２１は一端が光分波部ＳＰ−２−２の第１の出力に接続され他端が光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２−１の入力に接続された光導波路、２２２は一端が光分波部ＳＰ−２−２の第２の出力に接続され他端が光入力ポートＰ−Ｌ１−２に接続された光導波路、２２３は一端が光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２−１の出力に接続され他端が光入力ポートＰ−Ｒ１−２に接続された光導波路である。
【０１０２】
光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１，Ｐ−ＭＺ−２−１に入力されるクロック信号光の光パワー変化は図２に示したとおりである。図示しないクロック信号光源から光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１，Ｐ−ＭＺ−２−１に入力されるクロック信号光は、ピーク光パワーが一定のＲＺ型の信号光である。
光分波部ＳＰ−１の構成は図５、図７、図８に示したとおりである。また、光分波部ＳＰ−２−１，ＳＰ−２−２についても図５、図７、図８に示した構成を用いることができる。
【０１０３】
位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１，Ｒ１−２，Ｌ１−２，Ｒ２，Ｌ２としては、第１の実施の形態の図６の構成を用いることができる。位相変調部Ｒ１−１の場合、光入力ポート２００７は光導波路２０１に接続され、光入力ポート２００８（図１４のＰ−Ｒ１−１）は光導波路２１３に接続され、光出力ポート２００９は光導波路２０３に接続される。位相変調部Ｌ１−１の場合、光入力ポート２００７は光導波路２００に接続され、光入力ポート２００８（図１４のＰ−Ｌ１−１）は光導波路２１４に接続され、光出力ポート２００９は光導波路２０２に接続される。
【０１０４】
位相変調部Ｒ２の場合、光入力ポート２００７は光導波路２０７に接続され、光入力ポート２００８（図１４のＰ−Ｒ２）は光導波路２１８に接続され、光出力ポート２００９は光導波路２０９に接続される。位相変調部Ｌ２の場合、光入力ポート２００７は光導波路２０６に接続され、光入力ポート２００８（図１４のＰ−Ｌ２）は光導波路２１９に接続され、光出力ポート２００９は光導波路２０８に接続される。
【０１０５】
一方、位相変調部Ｒ１−２，位相変調部Ｌ１−２については、ポート接続および内部回路の動作が位相変調部Ｒ１，Ｌ１，Ｒ１−１，Ｌ１−１，Ｒ２，Ｌ２とは異なる。すなわち、位相変調部Ｒ１−２，位相変調部Ｌ１−２の場合、２００８，２００９が光入力ポートとなり、２００７が光出力ポートとなる。位相変調部Ｒ１−２の場合、光入力ポート２００９は光導波路２０３に接続され、光入力ポート２００８（図１４のＰ−Ｒ１−２）は光導波路２２３に接続され、光出力ポート２００７は光導波路２０５に接続される。位相変調部Ｌ１−２の場合、光入力ポート２００９は光導波路２０２に接続され、光入力ポート２００８（図１４のＰ−Ｌ１−２）は光導波路２２２に接続され、光出力ポート２００７は光導波路２０４に接続される。
【０１０６】
位相変調部Ｒ１−２，位相変調部Ｌ１−２のマルチモード干渉カプラｂ２は、光入力ポート２００９に入力された被位相変調信号光と位相調整部ｄ２からの信号光とを合波して、合波した信号光を２系統に分波し、一方の信号光を受光部ｅ１と接続される第１の光出力ポートに出力し、他方の信号光を位相調整部ｄ１と接続される第２の光出力ポートに出力する。
【０１０７】
位相変調部Ｒ１−２，位相変調部Ｌ１−２の光位相変調制御部ｃ１は、マルチモード干渉カプラｂ２から出力された信号光を入力とし、被位相変調信号光を位相変調制御信号光の光強度に応じて位相変調する。
位相変調部Ｒ１−２，位相変調部Ｌ１−２のマルチモード干渉カプラｂ１は、光入力ポート２００８に入力された位相変調制御信号光と光位相変調制御部ｃ１からの信号光とを合波して、合波した信号光を２系統に分波し、一方の信号光を光位相変調制御部ｃ２と接続される第１の光出力ポートに出力し、他方の信号光をポート２００７と接続される第２の光出力ポートに出力する。
【０１０８】
位相変調部Ｒ１−２，位相変調部Ｌ１−２の光位相変調制御部ｃ２は、マルチモード干渉カプラｂ１から出力された信号光を入力とし、被位相変調信号光を位相変調制御信号光の光強度に応じて位相変調する。
そして、位相変調部Ｒ１−２，位相変調部Ｌ１−２の位相調整部ｄ１，ｄ２を、被位相変調信号光がマルチモード干渉カプラｂ１の第２の光出力ポート（光出力ポート２００７）から選択的に出力され、位相変調制御信号光が受光部ｅ１と接続されるマルチモード干渉カプラｂ２の第１の光出力ポートから選択的に出力されるように調整すればよい。
【０１０９】
こうして、ポート接続は異なるが、位相変調部Ｒ１−２，位相変調部Ｌ１−２においても、位相変調部Ｒ１，Ｌ１，Ｒ１−１，Ｌ１−１，Ｒ２，Ｌ２と同様の動作を実現することができる。
【０１１０】
次に、本実施の形態の高速カオス光信号生成光回路の動作について説明する。通常時における可変光強度減衰部ＶＡ−１の光損失量は、初期調整時の光損失量よりも小さく、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるＲＺ型クロック信号光に過剰な光損失を与えないように極力小さな値に設定される。同様に、通常時における可変光強度減衰部ＶＡ−４の光損失量は、初期調整時の光損失量よりも小さく、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力されるＲＺ型クロック信号光に過剰な光損失を与えないように極力小さな値に設定される。
【０１１１】
本実施の形態の高速カオス光信号生成光回路にクロック信号光が光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から入力される場合、最初のクロック光パルスｐ０は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１と異なる側の干渉アームの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから１００％出力され、光分波部ＳＰ−１によりクロック光パルスｐ０−１，ｐ０−２の２つに分波され、引き続き光伝搬遅延差付与手段Ｄ−Ｄ−１により遅延差を付与された後、それぞれ光入力ポートＰ−Ｒ１−１，Ｐ−Ｌ１−１から位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１へと入力される。
【０１１２】
図１５（Ａ）は光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１への入力クロック信号光の入力タイミングを示す図、図１５（Ｂ）は位相変調部Ｒ１−１への入力信号光の入力タイミングを示す図、図１５（Ｃ）は位相変調部Ｌ１−１への入力信号光の入力タイミングを示す図である。図１５（Ｂ）に示すように、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力されたクロック光パルスｐ０と次の時間ステップのクロック光パルスｐ１との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１による光伝搬遅延が付与されていない方のクロック光パルスｐ０−１が位相変調部Ｒ１−１に入力される。一方、図１５（Ｃ）に示すように、クロック光パルスｐ１と次の時間ステップのクロック光パルスｐ２との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１による光伝搬遅延が付与された方のクロック光パルスｐ０−２が位相変調部Ｌ１−１に入力される。
【０１１３】
位相変調部Ｒ１−１は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から光導波路２００，２０１を介してクロック光パルスｐ１が入力される直前に、光入力ポートＰ−Ｒ１−１から入力されるクロック光パルスｐ０−１の光強度に応じて、クロック光パルスｐ１の位相を変調する。
【０１１４】
一方、位相変調部Ｌ１−１は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から光導波路２００を介してクロック光パルスｐ１が入力された直後に、光入力ポートＰ−Ｌ１−１から入力されるクロック光パルスｐ０−２の光強度に応じて、クロック光パルスｐ１の位相を変調する。
【０１１５】
結果として、クロック光パルスｐ０−１が位相変調部Ｒ１−１に入力されてから、クロック光パルスｐ０−２が位相変調部Ｌ１−１に入力されるまでの間、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の２つの干渉アームで位相差が生じることとなり、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐ１の光出力強度が変調されることとなる。
【０１１６】
同様に、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力されたクロック光パルスｐ１と次の時間ステップのクロック光パルスｐ２との間のタイミングで、光分波部ＳＰ−１によって分波されたクロック光パルスｐ１−１，ｐ１−２のうち光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１による光伝搬遅延が付与されていない方のクロック光パルスｐ１−１が位相変調部Ｒ１−１に入力される。一方、クロック光パルスｐ２と次の時間ステップのクロック光パルスｐ３との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１による光伝搬遅延が付与された方のクロック光パルスｐ１−２が位相変調部Ｌ１−１に入力される。
【０１１７】
位相変調部Ｒ１−１は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から光導波路２００，２０１を介してクロック光パルスｐ２が入力される直前に、クロック光パルスｐ１の分波光であるクロック光パルスｐ１−１が光入力ポートＰ−Ｒ１−１から入力されると、このクロック光パルスｐ１−１の光強度に応じて、クロック光パルスｐ２の位相を変調する。
【０１１８】
位相変調部Ｌ１−１は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から光導波路２００を介してクロック光パルスｐ２が入力された直後に、クロック光パルスｐ１の分波光であるクロック光パルスｐ１−２が光入力ポートＰ−Ｌ１−１から入力されると、このクロック光パルスｐ１−２の光強度に応じて、クロック光パルスｐ２の位相を変調する。結果として、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐ２の光出力強度が変調されることとなる。
【０１１９】
以上のようにして、クロック光パルスｐ（ｔ）（ｔ＝０，１，２，３，・・・・）と次の時間ステップのクロック光パルスｐ（ｔ＋１）との間のタイミングで、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力され光分波部ＳＰ−１によって分波された一方のクロック光パルスｐ（ｔ）が位相変調部Ｒ１−１に入力され、クロック光パルスｐ（ｔ＋１）と次の時間ステップのクロック光パルスｐ（ｔ＋２）との間のタイミングで、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力され光分波部ＳＰ−１によって分波された他方のクロック光パルスｐ（ｔ）が位相変調部Ｌ１−１に入力される。その結果、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐ（ｔ＋１）の光出力強度が変調される。こうして、クロック光パルスｐ１，ｐ２，ｐ３，・・・・の変調が連続して行われる。
【０１２０】
マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから１００％出力される状態にある条件下で、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されたクロック光パルスが次の時間ステップのクロック光パルスに生じさせる位相変調の量が十分且つ適当な大きさとなるように位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１を設定することにより、例えば図４に示した場合のように光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスの強度が時系列でカオス状態となり、同時に、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒから出力されるクロック光パルスの強度も時系列でカオス状態となる。
【０１２１】
但し、このように光出力強度が時系列でカオス状態となっている出力クロック信号光は、物理乱数源として用いられる物理雑音のように完全に乱雑な特性を有していることを求められる応用分野には適さない。その理由は、前記の図１１で説明したとおりである。
【０１２２】
そこで、本実施の形態においては、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の出力クロック信号光パルス列が時系列で短期的に見ると乱雑でないという問題を、付加的な論理演算処理を施すことなく解決している。本実施の形態では、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１とは別にマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２を設け、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから１００％出力される状態にある条件下で、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力されたクロック光パルスが位相変調部Ｒ２，Ｌ２において次の時間ステップのクロック光パルスに生じさせる位相変調の量が十分且つ適当な大きさとなるように設定し、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力されるクロック信号光と同期のとれたクロック信号光を光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１にも入力させる。
【０１２３】
マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１と同様に、クロック信号光がマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１から入力される場合、最初のクロック光パルスｐ０は、光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１と異なる側の干渉アームの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから１００％出力され、光分波部ＳＰ−２−１によりクロック光パルスｐ０−１，ｐ０−２の２つに分波され、引き続き光伝搬遅延差付与手段Ｄ−Ｄ−２により遅延差を付与された後、それぞれ光入力ポートＰ−Ｒ２，Ｐ−Ｌ２から位相変調部Ｒ２，Ｌ２へと入力される。
【０１２４】
そして、光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１に入力されたクロック光パルスｐ０と次の時間ステップのクロック光パルスｐ１との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２による光伝搬遅延が付与されていない方のクロック光パルスｐ０−１が位相変調部Ｒ２に入力される。一方、クロック光パルスｐ１と次の時間ステップのクロック光パルスｐ２との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２による光伝搬遅延が付与された方のクロック光パルスｐ０−２が位相変調部Ｌ２に入力される。
【０１２５】
位相変調部Ｒ２は、光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１から光導波路２０６，２０７を介してクロック光パルスｐ１が入力される直前に、光入力ポートＰ−Ｒ２から入力されるクロック光パルスｐ０−１の光強度に応じて、クロック光パルスｐ１の位相を変調する。位相変調部Ｌ２は、光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１から光導波路２０６を介してクロック光パルスｐ１が入力された直後に、光入力ポートＰ−Ｌ２から入力されるクロック光パルスｐ０−２の光強度に応じて、クロック光パルスｐ１の位相を変調する。
【０１２６】
結果として、クロック光パルスｐ０−１が位相変調部Ｒ２に入力されてから、クロック光パルスｐ０−２が位相変調部Ｌ２に入力されるまでの間、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の２つの干渉アームで位相差が生じることとなり、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐ１の光出力強度が変調されることとなる。
【０１２７】
以上のようにして、クロック光パルスｐ（ｔ）（ｔ＝０，１，２，３，・・・・）と次の時間ステップのクロック光パルスｐ（ｔ＋１）との間のタイミングで、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力され光分波部ＳＰ−２−１によって分波された一方のクロック光パルスｐ（ｔ）が位相変調部Ｒ２に入力され、クロック光パルスｐ（ｔ＋１）と次の時間ステップのクロック光パルスｐ（ｔ＋２）との間のタイミングで、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力され光分波部ＳＰ−２−１によって分波された他方のクロック光パルスｐ（ｔ）が位相変調部Ｌ２に入力される。その結果、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐ（ｔ＋１）の光出力強度が変調される。こうして、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１と同様に、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２においても、クロック光パルスｐ１，ｐ２，ｐ３，・・・・の変調が連続して行われる。
【０１２８】
マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力される出力クロック信号光のパルス列は、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力される出力クロック信号光のパルス列とクロック・タイミングが合い、且つ光出力強度が時系列でカオス状態となる。加えて、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力される出力クロック信号光のパルス列に生じているカオス状態は、カオス力学的な観点で、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光のパルス列には全く影響を受けていない。
【０１２９】
このため、カオスの特徴の１つであるバタフライ効果により、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光パルス列に含まれる、ある時間ステップｉでのパルスの光出力強度を、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光パルス列に含まれる、時間ステップｉの直前の時間ステップｉ−１でのパルスの光出力強度に基づいて予測することができない状態、即ち光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光と光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光とが互いに乱雑な状態となっている。
【０１３０】
次に、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｂａｒから出力され光分波部ＳＰ−２−２によって分波された２つの出力クロック信号光に対して光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２−１により伝搬遅延差を付与し、伝搬遅延差を付与した２つの出力クロック信号光をマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光入力ポートＰ−Ｒ１−２，Ｐ−Ｌ１−２から位相変調部Ｒ１−２，Ｌ１−２へと入力する。
【０１３１】
位相変調部Ｒ１−２，Ｌ１−２は、位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１とは独立に設けられ、位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１から光導波路２０３，２０２を介して入力される入力クロック信号光の強度の最大値に対する位相変調量が十分且つ適当な大きさとなるように設定されている。このため、位相変調部Ｒ１−２，Ｌ１−２により、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の２つの干渉アームで位相差が生じることとなる。
【０１３２】
こうして、本実施の形態では、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｂａｒからの出力クロック信号光パルス列に生じているカオス状態を、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光パルス列に生じているカオス状態に対して畳み込むことにより、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光の光出力強度の振る舞いを乱雑なものとすることができる。本実施の形態では、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１と光分波部ＳＰ−１と光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１とからなる光回路部を単独で駆動させた場合に見られた、時間ステップ上で隣接するパルス間の光強度の関係性を、図１６に示すように失わせることができ、乱雑性が増した乱数列を生成することが可能となる。以上のように、本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して更に乱雑性が増した乱数列を生成することが可能となる。
【０１３３】
また、本実施の形態では、位相変調部Ｌ１−１とＲ１−１の組に入力される光パルスの強度は、遅れて入力されるＬ−１−１の方が、先に入力されるＲ−１−１の方に比べ  光遅延量に応じて弱くなるように調整される必要がある。また、位相変調部Ｌ１−２とＲ１−２の組に入力される光パルスの強度は、遅れて入力されるＲ１−２の方が、先に入力されるＬ１−２の方に比べ、光遅延量に応じて弱くなるように調整される必要がある。同様に、位相変調部Ｌ２とＲ２の組に入力される光パルスの強度は、遅れて入力されるＬ２の方が、先に入力されるＲ２の方に比べ  光遅延量に応じて弱くなるように調整される必要がある。以上のような光強度のバランスが崩れると、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１，ＭＺ−２において所望の光強度変調動作を実現させることができない。
【０１３４】
これに対して、本実施の形態では、光分波部ＳＰ−１，ＳＰ−２−１，ＳＰ−２−２として図５、図７、図８のいずれかの構成を用いることにより、光分波部ＳＰ−１，ＳＰ−２−１，ＳＰ−２−２の分波比率を調整することができるので、上記のような光強度のバランスを実現することができ、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１，ＭＺ−２において所望の光強度変調特性を実現することができる。
【０１３５】
ただし、光分波部ＳＰ−１，ＳＰ−２−１，ＳＰ−２−２の分波比率を調整する初期調整時においては、第１の実施の形態で説明したように、光分波部ＳＰ−１，ＳＰ−２−１，ＳＰ−２−２に光を入力する必要があり、初期調整用のレーザー光源を用意する必要がある。本実施の形態では、光分波部ＳＰ−１，ＳＰ−２−１，ＳＰ−２−２の各々のマルチモード干渉型導波路部ｂｓ１の空いている第２の光入力ポートに光源ｅｓ１を接続するようにしたので、光分波部ＳＰ−１，ＳＰ−２−１，ＳＰ−２−２の初期調整時において、外部の初期調整用レーザー光源から光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１，Ｐ−ＭＺ−２−１に光を入力したり、初期調整用レーザー光源からマルチモード干渉型導波路部ｂｓ１の第２の光入力ポートに光を入力したりする必要がなくなる。また、これらの光入力ポートと初期調整用レーザー光源とを結合させるための光結合系を用意する必要がなく、光入力ポートと初期調整用レーザー光源との光結合調整を行う必要がなくなる。
【０１３６】
また、本実施の形態では、位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１にそれぞれ受光部ｅ１を設けている。初期調整時には光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１には光が入力されないので、光分波部ＳＰ−１の光源ｅｓ１から出力され光分波部ＳＰ−１によって分波された光が位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１に入力され、位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１の受光部ｅ１において受光されるので、受光部ｅ１において受光された光のパワーを評価することにより、光分波部ＳＰ−１の分波比率を調整する初期調整を行うことができる。
【０１３７】
同様に、本実施の形態では、位相変調部Ｒ２，Ｌ２にそれぞれ受光部ｅ１を設けている。初期調整時には光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１には光が入力されないので、光分波部ＳＰ−２−１の光源ｅｓ１から出力され光分波部ＳＰ−２−１によって分波された光が位相変調部Ｒ２，Ｌ２に入力され、位相変調部Ｒ２，Ｌ２の受光部ｅ１において受光されるので、受光部ｅ１において受光された光のパワーを評価することにより、光分波部ＳＰ−２−１の分波比率を調整する初期調整を行うことができる。
【０１３８】
同様に、本実施の形態では、位相変調部Ｒ１−２，Ｌ１−２にそれぞれ受光部ｅ１を設けている。初期調整時には光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１には光が入力されないので、光分波部ＳＰ−２−２の光源ｅｓ１から出力され光分波部ＳＰ−２−２によって分波された光が位相変調部Ｒ１−２，Ｌ１−２に入力され、位相変調部Ｒ１−２，Ｌ１−２の受光部ｅ１において受光されるので、受光部ｅ１において受光された光のパワーを評価することにより、光分波部ＳＰ−２−２の分波比率を調整する初期調整を行うことができる。
【０１３９】
また、初期調整時に光分波部ＳＰ−１の光源ｅｓ１から出力された光が位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１に入力され、位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１に入力された光が光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから光分波部ＳＰ−１の光入力ポート１００４に入力されると、光分波部ＳＰ−１の初期調整時の測定評価に影響を与えてしまう。そこで、本実施の形態では、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓと光分波部ＳＰ−１との間の光導波路上に、初期調整時のみ所望の光損失を与えることが可能な可変光強度減衰部ＶＡ−１を設けることにより、初期調整時に光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力される光に十分な光損失を与えることができるので、この光が光分波部ＳＰ−１の初期調整時の測定評価に影響を与えないようにすることができる。
【０１４０】
また、初期調整時に光分波部ＳＰ−２−１の光源ｅｓ１から出力された光が位相変調部Ｒ２，Ｌ２に入力され、位相変調部Ｒ２，Ｌ２に入力された光が光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから光分波部ＳＰ−２−１の光入力ポート１００４に入力されると、光分波部ＳＰ−２−１の初期調整時の測定評価に影響を与えてしまう。そこで、本実施の形態では、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓと光分波部ＳＰ−２−１との間の光導波路上に可変光強度減衰部ＶＡ−４を設けることにより、初期調整時に光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力される光に十分な光損失を与えることができるので、この光が光分波部ＳＰ−２−１の初期調整時の測定評価に影響を与えないようにすることができる。
【０１４１】
なお、光分波部ＳＰ−２−２の初期調整については、光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１への光入力と光分波部ＳＰ−２−１の光源ｅｓ１からの光出力とを止めるようにすれば、光分波部ＳＰ−２−２の光入力ポート１００４に光が入力されることはないので、光分波部ＳＰ−２−２の光入力ポート１００４への入力光が光分波部ＳＰ−２−２の初期調整時の測定評価に影響を与えることはない。
【０１４２】
また、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、可変光強度減衰部ＶＡ−１，ＶＡ−４として、電界吸収活性層のＰＬ特性が高速カオス光信号生成光回路の設定動作波長に対して１００ｎｍ以上短波長側に設定された定電圧駆動状態の半導体ＥＡ変調器を用いることにより、通常時にはクロック信号光に対して過剰な光損失を与えず、且つ初期調整時においてのみ光分波部ＳＰ−１，ＳＰ−２−１への入力光に十分な光損失を与えることが可能となる。
【０１４３】
なお、本実施の形態では、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓと光分波部ＳＰ−１の入力とを接続し、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓと光分波部ＳＰ−１との間に可変光強度減衰部ＶＡ−１を挿入しているが、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒと光分波部ＳＰ−１の入力とを接続し、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒと光分波部ＳＰ−１との間に可変光強度減衰部ＶＡ−１を挿入するようにしてもよい。また、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｂａｒと光分波部ＳＰ−２−１の入力とを接続し、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｂａｒと光分波部ＳＰ−２−１との間に可変光強度減衰部ＶＡ−４を挿入し、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓと光分波部ＳＰ−２−２の入力とを接続するようにしてもよい。
【０１４４】
また、本実施の形態では、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２−１の出力を光入力ポートＰ−Ｒ１−２と接続しているが、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２−１の出力を光入力ポートＰ−Ｌ１−２と接続し、光分波部ＳＰ−２−２の出力のうち光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２−１による光伝搬遅延が付与されていない方の出力を光入力ポートＰ−Ｒ１−２と接続するようにしてもよい。
【０１４５】
また、本実施の形態において、同一のクロック信号光源から出力されたＲＺ型のクロック信号光をあらかじめ分波して光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１，Ｐ−ＭＺ−２−１に入力するようにしてもよいし、第１のクロック信号光源から出力されたＲＺ型のクロック信号光を光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力すると共に第１のクロック信号光源と同期している第２のクロック信号光源から出力されたＲＺ型のクロック信号光を光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１に入力するようにしてもよい。
【０１４６】
また、本実施の形態において、高速カオス光信号生成光回路の出力信号光は、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒの内のいずれか一方から得るようにすればよい。このとき、１００％出力時の光強度を１として、閾値を０．５として設定し、出力信号光の光強度が閾値よりも大きい場合は２値化信号の値を１とし、出力信号光の光強度が閾値以下であれば２値化信号の値を０とする２値化処理を行うと、２値の乱数列が得られる。
【０１４７】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図１７は本発明の第４の実施の形態に係る高速カオス光信号生成光回路の構成例を示すブロック図である。
本実施の形態の高速カオス光信号生成光回路は、第３の実施の形態の高速カオス光信号生成光回路に対して、光分波部ＳＰ−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光にそれぞれ所定の遅延時間Ｔ−１の遅延を付与する光遅延部Ｄ−Ｔ−１と、光分波部ＳＰ−２−１で分波された２系統のＲＺ型クロック信号光にそれぞれ所定の遅延時間Ｔ−２（Ｔ−１≠Ｔ−２）の遅延を付与する光遅延部Ｄ−Ｔ−２とを追加したものである。
【０１４８】
本実施の形態では、光導波路２１２の他端を光遅延部Ｄ−Ｔ−１の第１の光入力ポートに接続し、光導波路２１３の他端を光遅延部Ｄ−Ｔ−１の第２の光入力ポートに接続し、光導波路２１７の他端を光遅延部Ｄ−Ｔ−２の第１の光入力ポートに接続し、光導波路２１８の他端を光遅延部Ｄ−Ｔ−２の第２の光入力ポートに接続すればよい。図１７における２２８は一端が光遅延部Ｄ−Ｔ−１の第１の光出力ポートに接続され他端が光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１の入力に接続された光導波路、２２９は一端が光遅延部Ｄ−Ｔ−１の第２の光出力ポートに接続され他端が光入力ポートＰ−Ｒ１−１に接続された光導波路、２３０は一端が光遅延部Ｄ−Ｔ−２の第１の光出力ポートに接続され他端が光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２の入力に接続された光導波路、２３１は一端が光遅延部Ｄ−Ｔ−２の第２の光出力ポートに接続され他端が光入力ポートＰ−Ｒ２に接続された光導波路である。
【０１４９】
次に、本実施の形態の高速カオス光信号生成光回路の通常時の動作について説明する。本実施の形態の高速カオス光信号生成光回路において、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２が存在せず、クロック信号光が光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から入力される場合、最初のクロック光パルスｐ０は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１と異なる側の干渉アームの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから１００％出力され、光分波部ＳＰ−１によりクロック光パルスｐ０−１，ｐ０−２の２つに分波され、引き続き光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１により遅延を付与された後、それぞれ光入力ポートＰ−Ｒ１−１，Ｐ−Ｌ１−１から位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１へと入力される。
【０１５０】
前記の図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）を参照すると、図１０（Ａ）は光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１への入力クロック信号光の入力タイミングを示し、図１０（Ｂ）は位相変調部Ｒ１−１への入力信号光の入力タイミングを示し、図１０（Ｃ）は位相変調部Ｌ１−１への入力信号光の入力タイミングを示している。
【０１５１】
図１０（Ｂ）に示したように、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力されたクロック光パルスｐ０から時系列的にある一定の遅延ステップ時間Ｔ−１後のクロック光パルスｐＭ１と次の時間ステップのクロック光パルスｐＭ２との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１による光伝搬遅延が付与されていない方のクロック光パルスｐ０−１が位相変調部Ｒ１−１に入力される。一方、図１０（Ｃ）に示すように、クロック光パルスｐＭ２と次の時間ステップのクロック光パルスｐＭ３との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１による光伝搬遅延が付与された方のクロック光パルスｐ０−２が位相変調部Ｌ１−１に入力される。
【０１５２】
遅延ステップ時間Ｔ−１は、光遅延部Ｄ−Ｔ−１によってクロック信号光に付与される遅延時間である。すなわち、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されたクロック信号光は、光分波部ＳＰ−１により２つに分波され光遅延部Ｄ−Ｔ−１によって遅延ステップ時間Ｔ−１に相当する遅延が付与された後、一方のクロック信号光はそのまま光入力ポートＰ−Ｒ１−１に入力され、他方のクロック信号光は光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１により更に遅延が付与された後に光入力ポートＰ−Ｌ１−１に入力される。
【０１５３】
位相変調部Ｒ１−１は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から光導波路２００，２０１を介してクロック光パルスｐＭ２が入力される直前に、光入力ポートＰ−Ｒ１−１から入力されるクロック光パルスｐ０−１の光強度に応じて、クロック光パルスｐＭ２の位相を変調する。
一方、位相変調部Ｌ１−１は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から光導波路２００を介してクロック光パルスｐＭ２が入力された直後に、光入力ポートＰ−Ｌ１−１から入力されるクロック光パルスｐ０−２の光強度に応じて、クロック光パルスｐＭ３の位相を変調する。
【０１５４】
結果として、クロック光パルスｐ０−１が位相変調部Ｒ１−１に入力されてから、クロック光パルスｐ０−２が位相変調部Ｌ１−１に入力されるまでの間、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の２つの干渉アームで位相差が生じることとなり、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐＭ２の光出力強度が変調されることとなる。
【０１５５】
同様に、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力されたクロック光パルスｐ１から遅延ステップ時間Ｔ−１後のクロック光パルスｐＭ２と次の時間ステップのクロック光パルスｐＭ３との間のタイミングで、光分波部ＳＰ−１によって分波されたクロック光パルスｐ１−１，ｐ１−２のうち光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１による光伝搬遅延が付与されていない方のクロック光パルスｐ１−１が位相変調部Ｒ１−１に入力される。一方、クロック光パルスｐＭ３と次の時間ステップのクロック光パルスｐＭ４との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１による光伝搬遅延が付与された方のクロック光パルスｐ１−２が位相変調部Ｌ１−１に入力される。
【０１５６】
位相変調部Ｒ１−１は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から光導波路２００，２０１を介してクロック光パルスｐＭ３が入力される直前に、クロック光パルスｐ１の分波光であるクロック光パルスｐ１−１が光入力ポートＰ−Ｒ１−１から入力されると、このクロック光パルスｐ１−１の光強度に応じて、クロック光パルスｐＭ３の位相を変調する。
位相変調部Ｌ１−１は、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１から光導波路２００を介してクロック光パルスｐＭ３が入力された直後に、クロック光パルスｐ１の分波光であるクロック光パルスｐ１−２が光入力ポートＰ−Ｌ１−１から入力されると、このクロック光パルスｐ１−２の光強度に応じて、クロック光パルスｐＭ４の位相を変調する。結果として、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐＭ３の光出力強度が変調されることとなる。
【０１５７】
以上のようにして、クロック光パルスｐ（ｉ＋Ｎｓ）（Ｎｓは１以上の整数）と次の時間ステップのクロック光パルスｐ（ｉ＋Ｎｓ＋１）との間のタイミングで、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力され光分波部ＳＰ−１によって分波された一方のクロック光パルスｐ（ｉ）が位相変調部Ｒ１−１に入力され、クロック光パルスｐ（ｉ＋Ｎｓ＋１）と次の時間ステップのクロック光パルスｐ（ｉ＋Ｎｓ＋２）との間のタイミングで、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力され光分波部ＳＰ−１によって分波された他方のクロック光パルスｐ（ｉ）が位相変調部Ｌ１−１に入力される。その結果、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐ（ｉ＋Ｎｓ＋１）の光出力強度が変調される。こうして、クロック光パルスｐＭ２，ｐＭ３，ｐＭ４，・・・・の変調が連続して行われる。
【０１５８】
マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから１００％出力される状態にある条件下で、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されたクロック光パルスが次の時間ステップのクロック光パルスに生じさせる位相変調の量が十分且つ適当な大きさとなるように位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１を設定することにより、例えば図４に示した場合のように光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスの強度が時系列でカオス状態となり、同時に、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒから出力されるクロック光パルスの強度も時系列でカオス状態となる。
【０１５９】
上記の光遅延部Ｄ−Ｔ−１を設けない場合、即ちＴ−１＝０の場合、時間ステップｉのクロック光パルスの光強度変調のために、直前の時間ステップｉ−１のクロック光パルスが用いられることとなる。このとき、１００％出力時の光強度を１として、閾値を０．５として設定し、光強度が時系列でカオス状態となっている出力クロック信号光の光強度が閾値よりも大きい場合は２値化信号の値を１とし、出力クロック信号光の光強度が閾値以下であれば２値化信号の値を０とする２値化処理を行うと、２値の乱数列が得られる。
【０１６０】
しかしながら、光遅延部Ｄ−Ｔ−１を設けない場合、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓまたはＰ−ＭＺ−１−ｂａｒから得られる出力クロック信号光は、物理乱数源として用いられる物理雑音のように完全に乱雑な特性を有していることを求められる応用分野には適さない。その理由は、前記の図１１で説明したとおりである。
【０１６１】
そこで、本実施の形態においては、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の出力クロック信号光パルス列が時系列で短期的に見ると乱雑でないという問題を、付加的な論理演算処理を施すことなく解決している。本実施の形態では、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１とは別にマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２を設け、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから１００％出力される状態にある条件下で、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力されたクロック光パルスが位相変調部Ｒ２，Ｌ２において次の時間ステップのクロック光パルスに生じさせる位相変調の量が十分且つ適当な大きさとなるように設定し、光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力されるクロック信号光と同期のとれたクロック信号光を光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１にも入力させる。さらに、本実施の形態では、上記の遅延ステップ時間Ｔ−１が１ステップ時間（クロック光パルスの周期）以上の任意の値となるように光遅延部Ｄ−Ｔ−１を設けると共に、遅延ステップ時間Ｔ−２が１ステップ時間以上の任意の値となるように光遅延部Ｄ−Ｔ−２を設ける。ここで、遅延ステップ時間Ｔ−１，Ｔ−２は、例えばクロック光パルスの周期の整数倍の時間であり、Ｔ−１≠Ｔ−２である。
【０１６２】
マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１と同様に、クロック信号光がマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１から入力される場合、最初のクロック光パルスｐ０は、光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１と異なる側の干渉アームの光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから１００％出力され、光分波部ＳＰ−２−１によりクロック光パルスｐ０−１，ｐ０−２の２つに分波され、光遅延部Ｄ−Ｔ−２により所定の遅延が付与され、さらに光伝搬遅延差付与手段Ｄ−Ｄ−２により遅延差を付与された後、それぞれ光入力ポートＰ−Ｒ２，Ｐ−Ｌ２から位相変調部Ｒ２，Ｌ２へと入力される。
【０１６３】
図１８（Ａ）は光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１への入力クロック信号光の入力タイミングを示す図、図１８（Ｂ）は位相変調部Ｒ２への入力信号光の入力タイミングを示す図、図１８（Ｃ）は位相変調部Ｌ２への入力信号光の入力タイミングを示す図である。
図１８（Ｂ）に示すように、光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１に入力されたクロック光パルスｐ０から時系列的にある一定の遅延ステップ時間Ｔ−２後のクロック光パルスｐＭ２と次の時間ステップのクロック光パルスｐＭ３との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２による光伝搬遅延が付与されていない方のクロック光パルスｐ０−１が位相変調部Ｒ２に入力される。一方、図１８（Ｃ）に示すように、クロック光パルスｐＭ３と次の時間ステップのクロック光パルスｐＭ４との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２による光伝搬遅延が付与された方のクロック光パルスｐ０−２が位相変調部Ｌ２に入力される。
【０１６４】
遅延ステップ時間Ｔ−２は、光遅延部Ｄ−Ｔ−２によってクロック信号光に付与される遅延時間である。すなわち、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力されたクロック信号光は光分波部ＳＰ−２−１により２つに分波され、引き続き光遅延部Ｄ−Ｔ−２によって遅延ステップ時間Ｔ−２に相当する遅延が付与された後、一方のクロック信号光はそのまま光入力ポートＰ−Ｒ２に入力され、他方のクロック信号光は光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２により更に遅延が付与された後に光入力ポートＰ−Ｌ２に入力される。
【０１６５】
位相変調部Ｒ２は、光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１から光導波路２０６，２０７を介してクロック光パルスｐＭ３が入力される直前に、光入力ポートＰ−Ｒ２から入力されるクロック光パルスｐ０−１の光強度に応じて、クロック光パルスｐＭ３の位相を変調する。
一方、位相変調部Ｌ２は、光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１から光導波路２０６を介してクロック光パルスｐＭ３が入力された直後に、光入力ポートＰ−Ｌ２から入力されるクロック光パルスｐ０−２の光強度に応じて、クロック光パルスｐＭ４の位相を変調する。
【０１６６】
結果として、クロック光パルスｐ０−１が位相変調部Ｒ２に入力されてから、クロック光パルスｐ０−２が位相変調部Ｌ２に入力されるまでの間、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の２つの干渉アームで位相差が生じることとなり、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐＭ３の光出力強度が変調されることとなる。
【０１６７】
同様に、光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１に入力されたクロック光パルスｐ１から遅延ステップ時間Ｔ−２後のクロック光パルスｐＭ３と次の時間ステップのクロック光パルスｐＭ４との間のタイミングで、光分波部ＳＰ−２−１によって分波されたクロック光パルスｐ１−１，ｐ１−２のうち光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２による光伝搬遅延が付与されていない方のクロック光パルスｐ１−１が位相変調部Ｒ２に入力される。一方、クロック光パルスｐＭ４と次の時間ステップのクロック光パルスｐＭ５との間のタイミングで、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２による光伝搬遅延が付与された方のクロック光パルスｐ１−２が位相変調部Ｌ２に入力される。
【０１６８】
位相変調部Ｒ２は、光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１から光導波路２０６，２０７を介してクロック光パルスｐＭ４が入力される直前に、クロック光パルスｐ１の分波光であるクロック光パルスｐ１−１が光入力ポートＰ−Ｒ２から入力されると、このクロック光パルスｐ１−１の光強度に応じて、クロック光パルスｐＭ４の位相を変調する。
位相変調部Ｌ２は、光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１から光導波路２０６を介してクロック光パルスｐＭ４が入力された直後に、クロック光パルスｐ１の分波光であるクロック光パルスｐ１−２が光入力ポートＰ−Ｌ２から入力されると、このクロック光パルスｐ１−２の光強度に応じて、クロック光パルスｐＭ５の位相を変調する。結果として、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐＭ４の光出力強度が変調されることとなる。
【０１６９】
以上のようにして、クロック光パルスｐ（ｉ＋Ｑｓ）（Ｑｓは１以上の整数）と次の時間ステップのクロック光パルスｐ（ｉ＋Ｑｓ＋１）との間のタイミングで、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力され光分波部ＳＰ−２−１によって分波された一方のクロック光パルスｐ（ｉ）が位相変調部Ｒ２に入力され、クロック光パルスｐ（ｉ＋Ｑｓ＋１）と次の時間ステップのクロック光パルスｐ（ｉ＋Ｑｓ＋２）との間のタイミングで、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力され光分波部ＳＰ−２−１によって分波された他方のクロック光パルスｐ（ｉ）が位相変調部Ｌ２に入力される。その結果、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力されるクロック光パルスｐ（ｉ＋Ｑｓ＋１）の光出力強度が変調される。こうして、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１と同様に、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２においても、クロック光パルスｐＭ３，ｐＭ４，ｐＭ５，・・・・の変調が連続して行われる。
【０１７０】
マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力される出力クロック信号光のパルス列は、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力される出力クロック信号光のパルス列とクロック・タイミングが合い、且つ光出力強度が時系列でカオス状態となる。加えて、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力される出力クロック信号光のパルス列に生じているカオス状態は、カオス力学的な観点で、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光のパルス列には全く影響を受けていない。
【０１７１】
このため、カオスの特徴の１つであるバタフライ効果により、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光パルス列に含まれる、ある時間ステップｉでのパルスの光出力強度を、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光パルス列に含まれる、時間ステップｉの直前の時間ステップｉ−１でのパルスの光出力強度に基づいて予測することができない状態、即ち光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光と光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光とが互いに乱雑な状態となっている。
【０１７２】
次に、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｂａｒから出力され光分波部ＳＰ−２−２によって分波された２つの出力クロック信号光に対して光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２−１により伝搬遅延差を付与し、伝搬遅延差を付与した２つの出力クロック信号光をマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光入力ポートＰ−Ｒ１−２，Ｐ−Ｌ１−２から位相変調部Ｒ１−２，Ｌ１−２へと入力する。
【０１７３】
位相変調部Ｒ１−２，Ｌ１−２は、位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１とは独立に設けられ、位相変調部Ｒ１−１，Ｌ１−１から光導波路２０３，２０２を介して入力される入力クロック信号光の強度の最大値に対する位相変調量が十分且つ適当な大きさとなるように設定されている。このため、位相変調部Ｒ１−２，Ｌ１−２により、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の２つの干渉アームで位相差が生じることとなる。
【０１７４】
こうして、本実施の形態では、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｂａｒからの出力クロック信号光パルス列に生じているカオス状態を、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光パルス列に生じているカオス状態に対して畳み込むことにより、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光の光出力強度の振る舞いを乱雑なものとすることができる。
【０１７５】
同時に、本実施の形態では、遅延ステップ時間Ｔ−１が１ステップ時間（クロック光パルスの周期）以上の任意の値となるように光遅延部Ｄ−Ｔ−１を設け、遅延ステップ時間Ｔ−２が１ステップ時間以上の任意の値となるように光遅延部Ｄ−Ｔ−２を設ける。
【０１７６】
遅延ステップ時間Ｔ−１が１ステップ時間以上の任意の値となるように光遅延部Ｄ−Ｔ−１を設けた場合、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力される出力クロック信号光のパルス列は、ｐ（ｉ），ｐ（ｉ＋１），ｐ（ｉ＋２），・・・・，ｐ（ｉ＋Ｎｓ−１）のＮｓ個のカオス状態のパルス列とｐ（ｉ＋Ｎｓ），ｐ（ｉ＋Ｎｓ＋１），ｐ（ｉ＋Ｎｓ＋２），・・・・，ｐ（ｉ＋２Ｎｓ−１）のＮｓ個のカオス状態のパルス列とが組み合わされ、ｐ（ｉ＋Ｎｓ），ｐ（ｉ＋Ｎｓ＋１），ｐ（ｉ＋Ｎｓ＋２），・・・・，ｐ（ｉ＋２Ｎｓ−１）のＮｓ個のカオス状態のパルス列とｐ（ｉ＋２Ｎｓ），ｐ（ｉ＋２Ｎｓ＋１），ｐ（ｉ＋２Ｎｓ＋２），・・・・，ｐ（ｉ＋３Ｎｓ−１）のＮｓ個のカオス状態のパルス列とが組み合わされるといったように、独立したＮｓ個のカオス状態のパルス列が図１９のように組み合わされたものとなる。なお、Ｎｓは、遅延ステップ時間Ｔ−１中のクロック光パルスの数であり、１以上の整数値である。
【０１７７】
このようなパルスの組み合わせにより、上記Ｎｓ個のカオス状態のパルス列は長期的に見ると予測不能で乱雑な振る舞いをすることから、遅延ステップ時間Ｔ−１の間、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光パルス列の光出力強度は全く乱雑な振る舞いをすることとなる。
【０１７８】
同様に、遅延ステップ時間Ｔ−２が１ステップ時間以上の任意の値となるように光遅延部Ｄ−Ｔ−２を設けた場合、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力される出力クロック信号光のパルス列は、ｐ（ｉ），ｐ（ｉ＋１），ｐ（ｉ＋２），・・・・，ｐ（ｉ＋Ｑｓ−１）のＱｓ個のカオス状態のパルス列とｐ（ｉ＋Ｑｓ），ｐ（ｉ＋Ｑｓ＋１），ｐ（ｉ＋Ｑｓ＋２），・・・・，ｐ（ｉ＋２Ｑｓ−１）のＱｓ個のカオス状態のパルス列とが組み合わされ、ｐ（ｉ＋Ｑｓ），ｐ（ｉ＋Ｑｓ＋１），ｐ（ｉ＋Ｑｓ＋２），・・・・，ｐ（ｉ＋２Ｑｓ−１）のＱｓ個のカオス状態のパルス列とｐ（ｉ＋２Ｑｓ），ｐ（ｉ＋２Ｑｓ＋１），ｐ（ｉ＋２Ｑｓ＋２），・・・・，ｐ（ｉ＋３Ｑｓ−１）のＱｓ個のカオス状態のパルス列とが組み合わされるといったように、独立したＱｓ個のカオス状態のパルス列が組み合わされたものとなる。なお、Ｑｓは、遅延ステップ時間Ｔ−２中のクロック光パルスの数であり、１以上の整数値である。
【０１７９】
このようなパルスの組み合わせにより、上記Ｑｓ個のカオス状態のパルス列は長期的に見ると予測不能で乱雑な振る舞いをすることから、遅延ステップ時間Ｔ−２の間、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光パルス列の光出力強度は全く乱雑な振る舞いをすることとなる。
【０１８０】
但し、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓから出力される出力クロック信号光パルス列において、時間ステップｉのクロック光パルスと時間ステップｉ＋Ｎｓ＋１のクロック光パルスとの間には、図１１に示したような明確な関係性が残ったままとなる。即ち、図１１は時間ステップｉでの光出力強度と次の時間ステップｉ＋１での光出力強度との間の関係を示すものであるが、このような関係は時間ステップｉと時間ステップｉ＋Ｎｓ＋１との間でも成り立つ。
【０１８１】
一方、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓから出力される出力クロック信号光パルス列の場合、時間ステップｉの時点から見て時間ステップｉ＋Ｎｓ＋１の光出力強度が予測可能性のより低下した乱雑性のより高い振る舞いをするようになっている。この光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光パルス列を用いてマッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１内の位相変調部Ｒ１−２，Ｌ１−２を駆動することにより、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光の光出力強度の振る舞いに、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−２の光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓからの出力クロック信号光の光出力強度の乱雑さを畳み込むことができる。
【０１８２】
その結果、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１と光分波部ＳＰ−１と光遅延部Ｄ−Ｔ−１と光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−１とからなる光回路部を単独で駆動させた場合に見られた、時間ステップ上で隣接するパルス間の光強度の関係性を、図２０に示すように失わせることができ、乱雑性が増した乱数列を生成することが可能となる。こうして、本実施の形態では、第３の実施の形態と比較して更に乱雑性が増した乱数列を生成することが可能となる。
初期調整時の動作は第３の実施の形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１８３】
なお、本実施の形態では、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓと光分波部ＳＰ−１の入力とを接続し、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓと光分波部ＳＰ−１との間に可変光強度減衰部ＶＡ−１を挿入しているが、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒと光分波部ＳＰ−１の入力とを接続し、光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｂａｒと光分波部ＳＰ−１との間に可変光強度減衰部ＶＡ−１を挿入するようにしてもよい。また、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｂａｒと光分波部ＳＰ−２−１の入力とを接続し、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｂａｒと光分波部ＳＰ−２−１との間に可変光強度減衰部ＶＡ−４を挿入し、光出力ポートＰ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓと光分波部ＳＰ−２−２の入力とを接続するようにしてもよい。
【０１８４】
また、本実施の形態では、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２−１の出力を光入力ポートＰ−Ｒ１−２と接続しているが、光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２−１の出力を光入力ポートＰ−Ｌ１−２と接続し、光分波部ＳＰ−２−２の出力のうち光伝搬遅延差付与部Ｄ−Ｄ−２−１による光伝搬遅延が付与されていない方の出力を光入力ポートＰ−Ｒ１−２と接続するようにしてもよい。
【０１８５】
また、本実施の形態では、光遅延部Ｄ−Ｔ−１と光遅延部Ｄ−Ｔ−２の両方を設ける場合について説明しているが、光遅延部Ｄ−Ｔ−１と光遅延部Ｄ−Ｔ−２のうちどちらか一方だけを設ける場合でも、超高速の光乱数生成要求に対応可能で、乱雑性の高い乱数を生成可能であるという効果を得ることができる。このときの効果の大きさは、（光遅延部Ｄ−Ｔ−１と光遅延部Ｄ−Ｔ−２の両方を設ける場合）＞（光遅延部Ｄ−Ｔ−２を無くし光遅延部Ｄ−Ｔ−１だけを設ける場合）≧（光遅延部Ｄ−Ｔ−１を無くし光遅延部Ｄ−Ｔ−２だけを設ける場合）、という大小関係となる。光遅延部Ｄ−Ｔ−２を無くし光遅延部Ｄ−Ｔ−１だけを設けた場合の高速カオス光信号生成光回路の構成を図２１に示し、光遅延部Ｄ−Ｔ−１を無くし光遅延部Ｄ−Ｔ−２だけを設けた場合の高速カオス光信号生成光回路の構成を図２１に示す。
【０１８６】
また、本実施の形態において、同一のクロック信号光源から出力されたＲＺ型のクロック信号光をあらかじめ分波して光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１，Ｐ−ＭＺ−２−１に入力するようにしてもよいし、第１のクロック信号光源から出力されたＲＺ型のクロック信号光を光入力ポートＰ−ＭＺ−１−１に入力すると共に第１のクロック信号光源と同期している第２のクロック信号光源から出力されたＲＺ型のクロック信号光を光入力ポートＰ−ＭＺ−２−１に入力するようにしてもよい。
【０１８７】
また、本実施の形態において、高速カオス光信号生成光回路の出力信号光は、マッハツェンダー干渉型光強度変調部ＭＺ−１の２つの光出力ポートＰ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒの内のいずれか一方から得るようにすればよい。このとき、１００％出力時の光強度を１として、閾値を０．５として設定し、出力信号光の光強度が閾値よりも大きい場合は２値化信号の値を１とし、出力信号光の光強度が閾値以下であれば２値化信号の値を０とする２値化処理を行うと、２値の乱数列が得られる。
【０１８８】
第１の実施の形態〜第４の実施の形態の高速カオス光信号生成光回路は、光導波路部分を低損失な半導体導波路で構成し、位相変調部として上記のような構成を用い、全体を光半導体で集積化して製作すればよい。
【０１８９】
また、第１の実施の形態〜第４の実施の形態の高速カオス光信号生成光回路は、光導波路部分をＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）で構成し、位相変調部として上記のような構成を用い、全体をＰＬＣと光半導体のハイブリッドで製作してもよい。このような光回路は、文献「T.Ito，et al.，“Bit-rate and format conversion from 10-Gbit/s WDM channels to a 40-Gbit/s channel using a monolithic Sagnac interferometer integrated with parallelamplifier structure”，IEE Proc.-Optoelectron.，Vol.151，No.1，p.41-45，February 2004」や、文献「小川育生他，“ＰＬＣハイブリッド集積型半導体光増幅器モジュール”，The Institute of Electronics，Information and Communication Engineers，IEICE technical report. EMD 102(283)，p.7-11，2002-08-22」に開示されている。
【０１９０】
また、第１の実施の形態〜第４の実施の形態の高速カオス光信号生成光回路は、光導波路部分にフォトニック結晶導波路を用い、位相変調部として量子ドット群をコア層に埋め込んだ構成を用い、全体を一体集積化して製作してもよい。このような光回路は、文献「H.Nakamura，Y.Sugimoto，K.Kanamoto，N.Ikeda，Y.Tanaka，Y.Nakamura，S.Ohkouchi，Y.Watanabe，K.Inoue，H.Ishikawa and K.Asakawa，“Ultra-fast photonic crystal/quantum dot all-optical switch for future photonic networks”，Optics Express，vol.12，no.26，p.6606-6614，2004」に開示されている。
【０１９１】
また、第１の実施の形態〜第４の実施の形態の高速カオス光信号生成光回路は、化合物半導体基板上やシリコン平面基板上に集積型光回路として作製された平面型光回路であってもよい。シリコン平面基板上に集積型光回路として作製された平面型光回路については、文献「板橋  聖一，“シリコンフォトニクスの研究開発動向”，ＮＴＴ技術ジャーナル  2009.12，p.12-15，2009」に開示されている。
【産業上の利用可能性】
【０１９２】
本発明は、デバイスモデリング、金融デリバティブ計算、気象シミュレーション等の計算を行う計算器に用いられる乱数や、秘密鍵共有の暗号システムに用いられる乱数、あるいは量子暗号通信に用いられる乱数などを生成する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【０１９３】
ＭＺ−１，ＭＺ−２…マッハツェンダー干渉型光強度変調部、ＶＡ−１，ＶＡ−４…可変光強度減衰部、ＳＰ−１，ＳＰ−２−１，ＳＰ−２−２…光分波部、Ｄ−Ｔ−１，Ｄ−Ｔ−２…光遅延部、Ｄ−Ｄ−１，Ｄ−Ｄ−２，Ｄ−Ｄ−２−１…光伝搬遅延差付与部、Ｐ−ＭＺ−１−１，Ｐ−Ｒ１，Ｐ−Ｌ１，Ｐ−Ｒ１−１，Ｐ−Ｌ１−１，Ｐ−Ｒ１−２，Ｐ−Ｌ１−２，Ｐ−ＭＺ−２−１，Ｐ−Ｒ２，Ｐ−Ｌ２…光入力ポート、Ｒ１，Ｌ１，Ｒ１−１，Ｒ１−２，Ｌ１−１，Ｌ１−２，Ｒ２，Ｌ２…位相変調部、Ｐ−ＭＺ−１−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−１−ｂａｒ，Ｐ−ＭＺ−２−ｃｒｏｓｓ，Ｐ−ＭＺ−２−ｂａｒ…光出力ポート、１００〜１１４，２００〜２３５…光導波路、ｂｓ１，ｂｓ２…マルチモード干渉型導波路部、ｄｓ１，ｄｓ２，ｄ１，ｄ２…位相調整部、ｅｓ１…光源、ｂ１，ｂ２…マルチモード干渉カプラ、ｃ１，ｃ２…光位相変調制御部、ｅ１…受光部。
【図１】
2014052951.tif 000003
【図２】
2014052951.tif 000004
【図３】
2014052951.tif 000005
【図４】
2014052951.tif 000006
【図５】
2014052951.tif 000007
【図６】
2014052951.tif 000008
【図７】
2014052951.tif 000009
【図８】
2014052951.tif 000010
【図９】
2014052951.tif 000011
【図１０】
2014052951.tif 000012
【図１１】
2014052951.tif 000013
【図１２】
2014052951.tif 000014
【図１３】
2014052951.tif 000015
【図１４】
2014052951.tif 000016
【図１５】
2014052951.tif 000017
【図１６】
2014052951.tif 000018
【図１７】
2014052951.tif 000019
【図１８】
2014052951.tif 000020
【図１９】
2014052951.tif 000021
【図２０】
2014052951.tif 000022
【図２１】
2014052951.tif 000023
【図２２】
2014052951.tif 000024