(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信装置と、受信装置と、を備える光カオス同期通信システムであって、
（ａ）前記送信装置は、
カオス発振により光信号を発生させるマスタレーザ部と、
ディジタル信号の入力を受け付ける入力受付部と、
前記入力を受け付けられたディジタル信号で、前記マスタレーザ部により発生された光信号の位相を、前記受信装置において、カオス同期が安定状態となる位相変化、もしくは、カオス同期の安定状態が破壊される位相変化を含むように位相変調させる変調部と、
前記変調された光信号を送信する送信部と、
を備え、
（ｂ）前記受信装置は、
前記送信装置から送信された光信号を受信する受信部と、
前記受信された光信号を、第１、および、第２の光信号に分割する分割部と、
前記分割された第１の光信号を注入光として受け付けて、カオス発振により、当該第１の光信号とのカオス同期が安定状態となって生ずる光信号、もしくは、当該第１の光信号とのカオス同期の安定状態が破壊されて生ずる光信号を発生させるスレーブレーザ部と、
前記スレーブレーザ部により発生された光信号と、前記分割された第２の光信号と、の差分をとることによって、カオス同期が安定状態である、もしくは、カオス同期の安定状態が破壊されている、の２つの状態を表す差分信号を出力する差分部と、
前記出力された差分信号からディジタル信号を復元して出力する復元出力部と、
を備える
ことを特徴とする光カオス同期通信システム。
【請求項２】
前記マスタレーザ部と、前記スレーブレーザ部と、は、互いにカオス同期する光帰還型カオス発振器を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光カオス同期通信システム。
【請求項３】
前記差分部は、前記スレーブレーザ部により発生された光信号と、前記分割された第２の光信号と、を、それぞれ電気信号に変換し、前記差分信号として、当該電気信号の差分信号を出力する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光カオス同期通信システム。
【請求項４】
前記復元出力部は、前記差分部により出力された電気信号の差分信号の低周波成分をローパスフィルタにより得て、これを所定の閾値と比較することによりディジタル信号を復元する
ことを特徴とする請求項３に記載の光カオス同期通信システム。
【請求項５】
前記入力受付部により入力を受け付けられるディジタル信号は、電気信号である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光カオス同期通信システム。
【請求項６】
前記差分部により出力される差分信号は光信号であり、
前記復元出力部により出力される信号は、光ディジタル信号である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光カオス同期通信システム。
【請求項７】
前記入力受付部により入力を受け付けられるディジタル信号は、光ディジタル信号であり、
前記変調部は、前記入力を受け付けられた光ディジタル信号で、前記マスタレーザ部により発生された光信号の位相を変調させる
ことを特徴とする請求項１から４または６のいずれか１項に記載の光カオス同期通信システム。
【請求項８】
カオス発振により光信号を発生させるマスタレーザ部と、
ディジタル信号の入力を受け付ける入力受付部と、
前記入力を受け付けられたディジタル信号で、前記マスタレーザ部により発生された光信号の位相を、受信装置において、カオス同期が安定状態となる位相変化、もしくは、カオス同期の安定状態が破壊される位相変化を含むように位相変調させる変調部と、
前記変調された光信号を送信する送信部と、
を備えることを特徴とする送信装置。
【請求項９】
前記マスタレーザ部は、他の光帰還型カオス発振器とカオス同期する光帰還型カオス発振器を有する
ことを特徴とする請求項８に記載の送信装置。
【請求項１０】
前記入力受付部により入力を受け付けられるディジタル信号は、電気信号である
ことを特徴とする請求項８または９に記載の送信装置。
【請求項１１】
前記入力受付部により入力を受け付けられるディジタル信号は、光ディジタル信号であり、
前記変調部は、前記入力を受け付けられた光ディジタル信号で、前記マスタレーザ部により発生された光信号の位相を変調させる
ことを特徴とする請求項８または９に記載の送信装置。
【請求項１２】
光信号を受信する受信部と、
前記受信された光信号を、第１、および、第２の光信号に分割する分割部と、
前記分割された第１の光信号を注入光として受け付けて、カオス発振により、当該第１の光信号とのカオス同期が安定状態となって生ずる光信号もしくは、当該第１の光信号とのカオス同期の安定状態が破壊されて生ずる光信号を発生させるスレーブレーザ部と、
前記スレーブレーザ部により発生された光信号と、前記分割された第２の光信号と、の差分をとることによって、カオス同期が安定状態である、もしくは、カオス同期の安定状態が破壊されている、の２つの状態を表す差分信号を出力する差分部と、
前記出力された差分信号からディジタル信号を復元して出力する復元出力部と、
を備えることを特徴とする受信装置。
【請求項１３】
前記スレーブレーザ部は、他の光帰還型カオス発振器とカオス同期する光帰還型カオス発振器を有する
ことを特徴とする請求項１２に記載の受信装置。
【請求項１４】
前記差分部は、前記スレーブレーザ部により発生された光信号と、前記分割された第２の光信号と、を、それぞれ電気信号に変換し、前記差分信号として、当該電気信号の差分信号を出力する
ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の受信装置。
【請求項１５】
前記復元出力部は、前記差分部により出力された電気信号の差分信号の低周波成分をローパスフィルタにより得て、これを所定の閾値と比較することによりディジタル信号を復元する
ことを特徴とする請求項１４に記載の受信装置。
【請求項１６】
前記差分部により出力される差分信号は光信号であり、
前記復元出力部により出力される信号は、光ディジタル信号である
ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の受信装置。
【請求項１７】
カオス発振により光信号を発生させるマスタレーザ工程と、
ディジタル信号の入力を受け付ける入力受付工程と、
前記入力を受け付けられたディジタル信号で、前記マスタレーザ工程にて発生された光信号の位相を、受信装置において、カオス同期が安定状態となる位相変化、もしくは、カオス同期の安定状態が破壊される位相変化を含むように位相変調させる変調工程と、
前記変調された光信号を送信する送信工程と、
を備えることを特徴とする送信方法。
【請求項１８】
前記マスタレーザ工程は、他の光帰還型カオス発振器とカオス同期する光帰還型カオス発振器により光信号を発生させる
ことを特徴とする請求項１７に記載の送信方法。
【請求項１９】
前記入力受付工程にて入力を受け付けられるディジタル信号は、電気信号である
ことを特徴とする請求項１７または１８に記載の送信方法。
【請求項２０】
前記入力受付工程にて入力を受け付けられるディジタル信号は、光ディジタル信号であり、
前記変調工程は、前記入力を受け付けられた光ディジタル信号で、前記マスタレーザ工程にて発生された光信号の位相を変調させる
ことを特徴とする請求項１７または１８に記載の送信方法。
【請求項２１】
光信号を受信する受信工程と、
前記受信された光信号を、第１、および、第２の光信号に分割する分割工程と、
前記分割された第１の光信号を注入光として受け付けて、カオス発振により、当該第１の光信号とのカオス同期が安定状態となって生ずる光信号、もしくは、当該第１の光信号とのカオス同期が安定状態が破壊されて生ずる光信号を発生させるスレーブレーザ工程と、
前記スレーブレーザ工程にて発生された光信号と、前記分割された第２の光信号と、の差分をとることによって、カオス同期が安定状態である、もしくは、カオス同期の安定状態が破壊されている、の２つの状態を表す差分信号を出力する差分工程と、
前記出力された差分信号からディジタル信号を復元して出力する復元出力工程と、
を備えることを特徴とする受信方法。
【請求項２２】
前記スレーブレーザ工程は、他の光帰還型カオス発振器とカオス同期する光帰還型カオス発振器にて光信号を発生させる
ことを特徴とする請求項２１に記載の受信方法。
【請求項２３】
前記差分工程は、前記スレーブレーザ工程にて発生された光信号と、前記分割された第２の光信号と、を、それぞれ電気信号に変換し、前記差分信号として、当該電気信号の差分信号を出力する
ことを特徴とする請求項２１または２２に記載の受信方法。
【請求項２４】
前記復元出力工程は、前記差分工程にて出力された電気信号の差分信号の低周波成分をローパスフィルタにより得て、これを所定の閾値と比較することによりディジタル信号を復元する
ことを特徴とする請求項２３に記載の受信方法。
【請求項２５】
前記差分工程にて出力される差分信号は光信号であり、
前記復元出力工程にて出力される信号は、光ディジタル信号である
ことを特徴とする請求項２１または２２に記載の受信方法。
【請求項２６】
光コンピュータを含むコンピュータを、
カオス発振により光信号を発生させるマスタレーザ部と、
ディジタル信号の入力を受け付ける入力受付部と、
前記入力を受け付けられたディジタル信号で、前記マスタレーザ部により発生された光信号の位相を、受信装置において、カオス同期が安定状態となる位相変化、もしくは、カオス同期の安定状態が破壊される位相変化を含むように位相変調させる変調部と、
前記変調された光信号を送信する送信部と
して機能させるプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読取可能な情報記録媒体。
【請求項２７】
前記マスタレーザ部は、他の光帰還型カオス発振器とカオス同期する光帰還型カオス発振器により光信号を発生させる
ように前記コンピュータを機能させるプログラムを記録したことを特徴とする請求項２６に記載のコンピュータ読取可能な情報記録媒体。
【請求項２８】
前記入力受付部により入力を受け付けられるディジタル信号は、電気信号である
ように前記コンピュータを機能させるプログラムを記録したことを特徴とする請求項２６または２７に記載のコンピュータ読取可能な情報記録媒体。
【請求項２９】
前記入力受付部により入力を受け付けられるディジタル信号は、光ディジタル信号であり、
前記変調部は、前記入力を受け付けられた光ディジタル信号で、前記マスタレーザ部により発生された光信号の位相を変調させる
ように前記コンピュータを機能させるプログラムを記録したことを特徴とする請求項２６または２７に記載のコンピュータ読取可能な情報記録媒体。
【請求項３０】
光コンピュータを含むコンピュータを、
光信号を受信する受信部と、
前記受信された光信号を、第１、および、第２の光信号に分割する分割部と、
前記分割された第１の光信号を注入光として受け付けて、カオス発振により、当該第１の光信号とのカオス同期が安定状態となって生ずる光信号、もしくは、当該第１の光信号とのカオス同期の安定状態が破壊されて生ずる光信号を発生させるスレーブレーザ部と、
前記スレーブレーザ部により発生された光信号と、前記分割された第２の光信号と、の差分をとることによって、カオス同期が安定状態である、もしくは、カオス同期の安定状態が破壊されている、の２つの状態を表す差分信号を出力する差分部と、
前記出力された差分信号からディジタル信号を復元して出力する復元出力部と
して機能させるプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読取可能な情報記録媒体。
【請求項３１】
前記スレーブレーザ部は、他の光帰還型カオス発振器とカオス同期する光帰還型カオス発振器を有する
ように前記コンピュータを機能させるプログラムを記録したことを特徴とする請求項３０に記載のコンピュータ読取可能な情報記録媒体。
【請求項３２】
前記差分部は、前記スレーブレーザ部により発生された光信号と、前記分割された第２の光信号と、を、それぞれ電気信号に変換し、前記差分信号として、当該電気信号の差分信号を出力する
ように前記コンピュータを機能させるプログラムを記録したことを特徴とする請求項３０または３１に記載のコンピュータ読取可能な情報記録媒体。
【請求項３３】
前記復元出力部は、前記差分部により出力された電気信号の差分信号の低周波成分をローパスフィルタにより得て、これを所定の閾値と比較することによりディジタル信号を復元する
ように前記コンピュータを機能させるプログラムを記録したことを特徴とする請求項３２に記載のコンピュータ読取可能な情報記録媒体。
【請求項３４】
前記差分部により出力される差分信号は光信号であり、
前記復元出力部により出力される信号は、光ディジタル信号である
ように前記コンピュータを機能させるプログラムを記録したことを特徴とする請求項３０または３１に記載のコンピュータ読取可能な情報記録媒体。
【請求項３５】
前記プログラムを記録した情報記録媒体は、コンパクトディスク、フロッピーディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ディジタルビデオディスク、磁気テープ、半導体メモリである
ことを特徴とする請求項２６から３４のいずれか１項に記載のコンピュータ読取可能な情報記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光カオス同期通信システム、送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、および、情報記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、さまざまな光通信システムが提案されている。このような通信システムでは、カオス同期を用いているものもある。
【０００３】
たとえば、図１に示す光通信システム１０１は、Ｇｒｅｇｏｒｙ  Ｄ．  Ｖａｎ  Ｗｉｇｇｅｒｅｎ  ａｎｄ  Ｒａｊａｒｓｈｉ  Ｒｏｙ「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｃｈａｏｔｉｃ  Ｗａｖｅｆｏｒｍｓ」（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ８１，  Ｎｕｍｂｅｒ  １６，  １０  Ｏｃｔｏｂｅｒ，  １９９８）にて開示されたものであり、送信装置１１１と受信装置１５１とを備える。
【０００４】
送信装置１１１は、光ファイバ１１２をリング状に配置し、その中に増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｒｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ＥＤＦＡ）１１３、１１４と光分岐器（ｃｏｕｐｌｅｒ；カプラ）１１５、１１６、１１７と、変調器１１８とが配置されている。
【０００５】
光ファイバ１１２はリング状に配置され、ＥＤＦＡ  １１３、１１４を増幅媒質として発振するリングレーザとして機能する。ＥＤＦＡ  １１３、１１４の非線型性と時間遅延により、リングレーザの出力をカオス化することができる。これは、振幅変動型のカオスである。
【０００６】
光分岐器１１５、１１６をリング内に配置する。これらにより、カオスの特性が決定される。
【０００７】
変調器１１８は、リングレーザのカオス振動内に入力されたメッセージを埋め込む。光分岐器１１７は、メッセージが埋め込まれたカオス振動するレーザ光を受信装置１５１に送信する。
【０００８】
本光通信システム１０１では、光ファイバ１１２の光路長差の組み合わせや光分岐器１１５、１１６、１１７の分岐出力比によって発生されるカオスが特徴付けられる。
【０００９】
受信装置１５１には、送信装置１１１と上記特徴を有するような光学的に等化な回路を構成する。すなわち、光ファイバ１５２と、光分岐器１５３、１５４、１５５と、ＥＤＦＡ  １５６と、フォトダイオード１５７、１５８と、電気信号線１６０とで、リングを構成し、ディジタル・オシロスコープ１５９により送信されたメッセージを抽出する。
【００１０】
一方、図２に示す光通信システム２０１は、Ｊｅａｎ−Ｐｉｅｒｒｅ  Ｇｏｅｄｇｅｂｕｅｒ，  Ｌａｕｅｎｔ  Ｌａｒｇｅｒ  ａｎｄ  Ｈｅｎｒｉ  Ｐｏｒｔｅ「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｒｙｐｔｏｓｙｓｔｅｍ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｈｙｐｅｒｃｈａｏｓ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  ｂｙ  ａ  Ｄｅｌａｙｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｋ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ」（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｐｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ８０，  Ｎｕｍｂｅｒ  １０，  ９  Ｍａｒｃｈ  １９９８）に開示されたものであり、送信装置２１１と受信装置２５１とを備える。
【００１１】
送信装置２１１は、レーザダイオード２１２、複屈折媒質（Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ  Ｐｌａｔｅ）２１３、フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）２１４、遅延フィードバック回路（Ｄｅｌａｙ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）２１５が、光路２１６および電気信号線２１７を介してリング状に配置されている。光路２１６は自由空間である。
【００１２】
半導体からなるレーザダイオード２１２の出力をある条件の複屈折媒質２１３に入射して、出力を電気的にレーザダイオード２１２に帰還させると、レーザの発振波長が変動するカオス振動が発生される。
【００１３】
このようにして発生したカオス振動信号に、加算器２１８により、送信すべきメッセージを注入する。メッセージが注入された信号は、レーザダイオード２１２の光信号出力として、光ファイバ２３１を介して受信装置２５１に送信される。
【００１４】
受信装置２５１では、上記従来例と同様に、送信装置２１１と等化な光回路を、等化な複屈折媒質を用いて構成する。
【００１５】
すなわち、レーザダイオード２５２、複屈折媒質２５３、フォトダイオード２５４、遅延フィードバック回路２５５を、光路２５６、および、電気信号線２５７を介して接続し、リング状の回路を構成する。このような構成により、送信装置２１１と受信装置２５１とで、発振波長が変動するカオスが同期に至る。光路２５６は、自由空間である。
【００１６】
これに送信装置２１１から光ファイバ２３１を介して送信された信号を注入すると、加算器２５８の出力によりメッセージが抽出できる。
【００１７】
このようなカオス同期の研究の成果は、電気回路による通信システムについて、Ｌｏｕｉｓ  Ｍ．  Ｐｅｃｏｒａ  ａｎｄ  Ｔｈｏｍａｓ  Ｌ．  Ｃａｒｒｏｌｌ「Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｃｈａｏｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ６４，  Ｎｕｍｂｅｒ  ８，  １９  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  １９９０）やＪ．  Ｅ．  Ｆａｌｌｅｒ，  Ｗ．  Ｊ．  Ｈｏｌｌａｎｄｅｒ，  Ｐ．  Ｇ．  Ｎｅｌｓｏｎ  ａｎｄ  Ｍ．  Ｐ．  ＭｃＨｕｇｈ「Ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ−Ｗｅｉｇｈｉｎｇ  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｎｕｌｌ  Ｒｅｓｕｌｔ」（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ６４，  Ｎｕｍｂｅｒ  ８，  １９  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  １９９０）に開示されている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の光通信システム１０１では、送信装置１１１を特徴付ける制御パラメータは、光路長差と分岐出力比であり、これらが知られてしまえば、容易に受信装置１５１と同等な光回路を構成することができるため、秘話性に劣る、という問題が生じていた。
【００１９】
一方、上述の光通信システム２０１では、複屈折媒質２１３、２５３と電気的な帰還回路を用いるため、高速の通信系に拡張することが難しい。帰還ループ内の帯域制限が電気信号の帯域に依存し、これがカオス帯域の制限にもなってしまうためである。
【００２０】
また、上述の光通信システム２０１で利用されるレーザダイオード２１２、２５２は、波長チューニング特性に優れた多電極型半導体レーザのものを採用することとなるが、一般的に価格が高価であるという問題がある。
【００２１】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、秘話性の高い光カオス同期通信システム、送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、および、これらを実現するためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な情報記録媒体を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明の原理にしたがって、下記の発明を開示する。
【００２３】
本発明の第１の観点に係る光カオス同期通信システムは、送信装置と、受信装置と、を備えるように構成する。
【００２４】
光カオス同期通信システムの送信装置は、マスタレーザ部と、入力受付部と、変調部と、送信部と、を備えるように構成する。
【００２５】
ここで、送信装置のマスタレーザ部は、カオス発振により光信号を発生させる。
【００２６】
一方、送信装置の入力受付部は、ディジタル信号の入力を受け付ける。
【００２７】
さらに、送信装置の変調部は、入力を受け付けられたディジタル信号で、マスタレーザ部により発生された光信号の位相を変調させる。
【００２８】
そして、送信装置の送信部は、変調された光信号を送信する。
【００２９】
一方、光カオス同期通信システムの受信装置は、受信部と、分割部と、スレーブレーザ部と、差分部と、復元出力部と、を備えるように構成する。
【００３０】
ここで、受信装置の受信部は、送信装置から送信された光信号を受信する。
【００３１】
一方、受信装置の分割部は、受信された光信号を、第１、および、第２の光信号に分割する。
【００３２】
さらに、受信装置のスレーブレーザ部は、分割された第１の光信号を注入光として受け付けて、これとカオス同期をとるように、カオス発振による光信号を発生させる。
【００３３】
そして、受信装置の差分部は、スレーブレーザ部により発生された光信号と、分割された第２の光信号と、の差分信号を出力する。
【００３４】
一方、受信装置の復元出力部は、出力された差分信号からディジタル信号を復元して出力する。
【００３５】
また、本発明の光カオス同期通信システムにおいて、送信装置のマスタレーザ部と、受信装置のスレーブレーザ部と、は、互いにカオス同期する光帰還型カオス発振器を有するように構成することができる。
【００３６】
また、本発明の光カオス同期通信システムの受信装置において、差分部は、スレーブレーザ部により発生された光信号と、分割された第２の光信号と、を、それぞれ電気信号に変換し、差分信号として、当該電気信号の差分信号を出力するように構成することができる。
【００３７】
また、本発明の光カオス同期通信システムの受信装置において、復元出力部は、差分部により出力された電気信号の差分信号の低周波成分をローパスフィルタにより得て、これを所定の閾値と比較することによりディジタル信号を復元するように構成することができる。
【００３８】
また、本発明の光カオス同期通信システムの送信装置において、入力受付部により入力を受け付けられるディジタル信号は、電気信号であるように構成することができる。
【００３９】
また、本発明の光カオス同期通信システムの受信装置において、差分部により出力される差分信号は光信号であり、復元出力部により出力される信号は、光ディジタル信号であるように構成することができる。
【００４０】
また、本発明の光カオス同期通信システムの送信装置において、入力受付部により入力を受け付けられるディジタル信号は、光ディジタル信号であり、変調部は、入力を受け付けられた光ディジタル信号で、マスタレーザ部により発生された光信号の位相を変調させるように構成することができる。
【００４１】
また、本発明の光カオス同期通信システムの送信装置と、受信装置と、は互いに同期するように製造された後は、それぞれ独立に販売することができる。このように、独立に用意された本発明の送信装置の送信部と、本発明の受信装置の受信部とを、光ファイバなどの光通信線で接続することにより、本発明の光カオス同期通信システムを実現することができる。
【００４２】
本発明の第２の観点に係る送信方法は、マスタレーザ工程と、入力受付工程と、変調工程と、送信工程と、を備えるように構成する。
【００４３】
ここで、マスタレーザ工程では、カオス発振により光信号を発生させる。
【００４４】
一方、入力受付工程では、ディジタル信号の入力を受け付ける。
【００４５】
さらに、変調工程では、入力を受け付けられたディジタル信号で、マスタレーザ工程にて発生された光信号の位相を変調させる。
【００４６】
そして、送信工程では、変調された光信号を送信する。
【００４７】
また、本発明の送信方法のマスタレーザ工程は、他の光帰還型カオス発振器とカオス同期する光帰還型カオス発振器により光信号を発生させるように構成することができる。
【００４８】
また、本発明の送信方法の入力受付工程にて入力を受け付けられるディジタル信号は、電気信号であるように構成することができる。
【００４９】
また、本発明の送信方法の入力受付工程にて入力を受け付けられるディジタル信号は、光ディジタル信号であり、変調工程は、入力を受け付けられた光ディジタル信号で、マスタレーザ工程にて発生された光信号の位相を変調させるように構成することができる。
【００５０】
本発明の第３の観点に係る受信方法は、受信工程と、分割工程と、スレーブレーザ工程と、差分工程と、復元出力工程と、を備えるように構成する。
【００５１】
ここで、受信工程では、光信号を受信する。
【００５２】
一方、分割工程では、受信された光信号を、第１、および、第２の光信号に分割する。
【００５３】
さらに、スレーブレーザ工程では、分割された第１の光信号を注入光として受け付けて、これとカオス同期をとるように、カオス発振による光信号を発生させる。
【００５４】
そして、差分工程では、スレーブレーザ工程にて発生された光信号と、分割された第２の光信号と、の差分信号を出力する。
【００５５】
一方、復元出力工程では、出力された差分信号からディジタル信号を復元して出力する。
【００５６】
また、本発明の受信方法のスレーブレーザ工程は、他の光帰還型カオス発振器とカオス同期する光帰還型カオス発振器にて光信号を発生させるように構成することができる。
【００５７】
また、本発明の受信方法の差分工程は、スレーブレーザ工程にて発生された光信号と、分割された第２の光信号と、を、それぞれ電気信号に変換し、差分信号として、当該電気信号の差分信号を出力するように構成することができる。
【００５８】
また、本発明の受信方法の復元出力工程は、差分工程にて出力された電気信号の差分信号の低周波成分をローパスフィルタにより得て、これを所定の閾値と比較することによりディジタル信号を復元するように構成することができる。
【００５９】
また、本発明の受信方法の差分工程にて出力される差分信号は光信号であり、復元出力工程にて出力される信号は、光ディジタル信号であるように構成することができる。
【００６０】
本発明の第４の観点に係るコンピュータ読取可能な情報記録媒体は、光コンピュータを含むコンピュータを、上記送信装置、または、上記受信装置として機能させるためのプログラムを記録するように構成する。当該プログラムを光コンピュータを含むコンピュータにて実行することにより、上記送信装置、上記受信装置が実現され、上記送信方法、上記受信方法が使用される。
【００６１】
また、当該プログラムは、コンパクトディスク、フロッピーディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ディジタルビデオディスク、磁気テープ、半導体メモリなどのコンピュータ読取可能な情報記録媒体に記録することができる。
【００６２】
また、当該光コンピュータを含むコンピュータとは独立して、本発明のプログラムを記録した情報記録媒体を配布、販売することができるとともに、当該情報記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータ通信網を介して伝送し、伝送したプログラムを他の情報記録媒体に記録することができる。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。
【００６４】
（第１の実施形態）
図３は、本発明の光カオス同期通信システムの概要構成を示す模式図である。以下、本図を参照して説明する。
【００６５】
光カオス同期通信システム３０１では、送信装置３１１と受信装置３５１とが、光ファイバ３９１で接続されている。
【００６６】
送信装置３１１のマスタカオスレーザ３１２と、受信装置３５１のスレーブカオスレーザ３５５とは、光ファイバ３９１等を介して接続されており、これらはカオス同期している。これらの詳細構成については後述する。
【００６７】
送信装置３１１の入力受付部３１４は、電気ディジタル信号のメッセージを受け付ける。入力受付部３１４では、増幅器を用いて受け付けた電気ディジタル信号を増幅する。
【００６８】
受け付けられた電気ディジタル信号のメッセージにしたがって、位相変調器３１３は、マスタカオスレーザ３１２が出力する光信号の強度はそのままとして、その位相を変化させる。
【００６９】
位相変調器３１３は、送信部３１５を介して光ファイバ３９１に接続される。位相変調器３１３が出力した位相変調済みの光信号は、送信部３１５により、光ファイバ３９１を介して受信装置３５１へ送信される。
【００７０】
マスタカオスレーザ３１２と位相変調器３１３との間、位相変調器３１３と送信部３１５との間は、いずれも光ファイバ３２１で接続されている。一方、入力受付部３１４と位相変調器３１３との間は電気信号線３２２で接続されている。
【００７１】
一方、受信装置３５１は、光ファイバ３９１を介して送信装置３１１から送信された光信号を、受信部３５２により受信する。受信部３５２は、ＥＤＦＡを用いて、この光信号を増幅する。
【００７２】
光分岐器３５３は、受信された光信号を２つに分割する。分割された光信号の一方は、スレーブカオスレーザ３５５ヘ、他方は光遅延回路３５６へ送られる。
【００７３】
送信装置３１１でマスタカオスレーザ３１２の出力がまったく位相変調されていない安定状態の場合、スレーブカオスレーザ３５５の出力は、マスタカオスレーザ３１２の出力と同じ波形となる。一方、光遅延回路３５６の出力も同じ波形となる。
【００７４】
光遅延回路３５６は、所定の長さの光ファイバにより構成することができる。光遅延回路３５６の遅延時間は、この安定状態のときに、スレーブカオスレーザ３５５の出力と、光遅延回路３５６の出力とが時間的に一致するように決める。
【００７５】
スレーブカオスレーザ３５５の出力は、フォトダイオード３５７により電気信号に変換され、光遅延回路３５６の出力は、フォトダイオード３５８により電気信号に変換される。差分回路３５９は、これらの電気信号の差を求める。
【００７６】
安定状態の場合、スレーブカオスレーザ３５５の出力と、光遅延回路３５６の出力とは時間的に一致するから、差分回路３５９の出力は（ほぼ）０となる。
【００７７】
図４は、安定状態におけるそれぞれの信号の様子を示す説明図である。図４（ａ）は、マスタカオスレーザ３１２の出力波形を示す。図４（ｂ）は、スレーブカオスレーザ３５５の出力波形を示す。図４（ｃ）は、光遅延回路３５６の出力波形を示す。図４（ｄ）は、差分回路３５９の出力波形を示す。
【００７８】
上述のように、安定状態ではマスタカオスレーザ３１２、スレーブカオスレーザ３５５、および、光遅延回路３５６、の出力波形が一致するため、差分回路３５９の出力波形は（ほぼ）０となる。
【００７９】
一方、送信装置３１１で電気ディジタル信号の入力により、マスタカオスレーザ３１２の出力がディジタル的に位相変調されると、スレーブカオスレーザ３５５では、この急激な位相変調により過渡的にカオス同期が破壊される。破壊されたカオス同期は、後述するように、短時間のうちに回復する。
【００８０】
このため、スレーブカオスレーザ３５５の出力波形と、光遅延回路３５６の出力波形とには、違いがあらわれ、差分回路３５９の出力波形には、カオス同期が破壊されたことを示すピーク（振幅ゆらぎ）が現れる。
【００８１】
図５は、位相が急激に変化した場合におけるそれぞれの信号の様子を示す説明図である。図５（ａ）は、マスタカオスレーザ３１２の出力波形を示す。図５（ｂ）は、スレーブカオスレーザ３５５の出力波形を示す。図５（ｃ）は、光遅延回路３５６の出力波形を示す。図５（ｄ）は、差分回路３５９の出力波形を示す。
【００８２】
このように、位相が急激に変化したことに対応して、差分回路３５９の出力にピーク（振動ゆらぎ）が現れる。すなわち、送信装置３１１が入力を受け付けたディジタル信号にしたがって、差分回路３５９の出力に振動ゆらぎが現れることになる。
【００８３】
ローパスフィルタ３６０は、差分回路３５９の出力の低周波成分（送信装置３１１が入力を受け付けたディジタル信号の基本周波数に相当するもの）を取り出す。さらに、閾値フィルタ３６１にて取り出した信号の強度が所定の閾値を超えたか否かを判断し、これによってメッセージを再生する。
【００８４】
振幅ゆらぎを制御するパラメータは、位相変調器３１３による位相シフト量、スレーブカオスレーザ３５５への光カップリング効率である。これらのパラメータは、位相変調器３１３や受信部３５２が備えるＥＤＦＡの増幅率の変更によって、容易に変更することができる。
【００８５】
カオス同期はマスタカオスレーザ３１２やスレーブカオスレーザ３５５が備えるレーザ発振器のパラメータに敏感であり、送信装置３１１の出力を見るだけでは、受信装置３５１と同等の装置を模倣・複製することは難しい。このため、秘話性の高い通信システムを提供することができる。
【００８６】
なお、受信装置３５１では、受信部３５２、光分岐部３５３、スレーブカオスレーザ３５５、光遅延回路３５６、フォトダイオード３５７、３５８の間は光ファイバ３７１で接続される。一方、フォトダイオード３５７、３５８、差分回路３５９、ローパスフィルタ３６０、閾値フィルタ３６１の間は、電気信号線３７２で接続される。
【００８７】
送信装置３１１において、マスタカオスレーザ３１２は、送信装置のマスタレーザ部として機能し、入力受付部３１４は、送信装置の入力受付部として機能し、位相変調器３１３は、送信装置の変調部として機能し、送信部３１５は、送信装置の送信部として機能する。
【００８８】
また、受信装置３５１において、受信部３５２は受信装置の受信部として機能し、光分岐器３５３は、受信装置の分割部として機能し、スレーブカオスレーザ３５５は、受信装置のスレーブレーザ部として機能し、フォトダイオード３５７、３５８および差分回路３５９は、受信装置の差分部として機能し、ローパスフィルタ３６０および閾値フィルタ３６１は、受信装置の復元出力部として機能する。
【００８９】
（マスタカオスレーザの構成）
図６は、送信装置３１１のマスタカオスレーザ３１２の概要構成を示す模式図である。なお、上述の図と同様の機能を果たす要素には、同じ符号を付してある。以下、本図を参照して説明する。
【００９０】
マスタカオスレーザ３１２は、レーザダイオード（ＬＤ）６０１、グレーティング（Ｇｒａｔｉｎｇ）部６０２、半波長板（Ｈａｌｆ  Ｗａｖｅ  Ｐｌａｔｅ；ＨＷＰ）６０３、偏光依存ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ；ＰＢＳ）６０４、鏡６０５、ピエゾ素子による電歪素子を備えるピコモータ（電動式微調マウント）６０６、アイソレータ（Ｉｓｏｌａｔｏｒ）６０７を備える。
【００９１】
レーザダイオード６０１は片端面に無反射コーティングがされており、単体ではインコヒーレント光を出力する。
【００９２】
レーザダイオード６０１が出力した光は、グレーティング部６０２、半波長板６０３、偏光依存ビームスプリッタ６０４、鏡６０５、ピエゾ素子による電歪素子を備えるピコモータ６０６を経由して往復帰還することにより、発振する。
【００９３】
すなわち、レーザダイオード６０１とグレーティング部６０２とにより、光増幅媒質を内蔵した光共振器を構成してレーザ発振を生じさせる。
【００９４】
一方で、レーザ発振している状態のレーザに、偏光依存ビームスプリッタ６０４、鏡６０５、ピエゾ素子による電歪素子を備えるピコモータ６０６を用いて戻り光を注入して出力を不安定化させてカオス発振を発生させる。
【００９５】
グレーティング部６０２は、レーザ発振波長選択性を有した反射鏡として機能し、レーザ共振器の片側のミラーとして共振器を構成する。
【００９６】
半波長板６０３は、偏波面を回転させることにより、偏光依存ビームスプリッタ６０４での光の分岐の出力比を調整する。
【００９７】
また、偏光依存ビームスプリッタ６０４からアイソレータ６０７へ一部のレーザ光が分岐されて出力され、位相変調器３１３へ送られる。
【００９８】
アイソレータ６０７は、マスタカオスレーザ３１２への外部からの戻り光を除去し、カオス状態が不本意に変動することを抑止する。
【００９９】
（スレーブカオスレーザの構成）
図７は、受信装置３５１のスレーブカオスレーザ３５５の概要構成を示す模式図である。なお、スレーブカオスレーザ３５５は、マスタカオスレーザ３１２とカオス同期させるため、構成要素の多くに共通のものを用いる。このため、同じ機能を果たす要素には、上図と同じ記号を付している。以下、本図を参照し、特に、送信装置３１１と異なる部分について説明する。
【０１００】
スレーブカオスレーザ３５５は、レーザダイオード６０１、グレーティング部６０２、半波長板６０３、偏光依存ビームスプリッタ６０４、鏡６０５、ピエゾ素子による電歪素子を備えるピコモータ６０６、ハーフミラー７０１を備える。
【０１０１】
ハーフミラー７０１には、光分岐器３５３を介して送信装置３１１のマスタカオスレーザ３１２が出力したレーザ光が入射し、これがレーザダイオード６０１へ注入される。
【０１０２】
グレーティング部６０２、半波長板６０３、偏光依存ビームスプリッタ６０４、鏡６０５、ピコモータ６０６は、スレーブカオスレーザ３５５のパラメータを制御するものであり、各部のパラメータ諸元をマスタカオスレーザ３１２と同じにすることにより、両者がカオス同期する。
【０１０３】
マスタカオスレーザ３１２の出力の位相を急激に変化させると、これとスレーブカオスレーザ３５５のカオス同期が過渡的に破壊される。破壊されたカオス同期は短時間のうちに回復する。回復過程に要する時間は、上記レーザ発振器（マスタカオスレーザ３１２とスレーブカオスレーザ３５５）の特性によって帯域制限されるが、一般に、電気信号を用いた通信の帯域よりも高い帯域を用いることができる。したがって、秘話性が高く、高速な通信システムを提供することができる。
【０１０４】
（第２の実施形態）
上記実施形態では、送信装置３１１におけるメッセージは電気ディジタル信号であり、位相変調器３１３は電気信号入力に基づいて位相変調を行っていた。しかしながら、近年の各種光素子の研究の成果として、入力された光ディジタル信号に基づいて、レーザ光の位相を変調する光位相変調回路が提案されている。
【０１０５】
また、上記実施形態では、受信装置３５１で、２つのレーザ光をフォトダイオード３５７、３５８により電気信号に変換してから、差分信号を得てメッセージを復元していた。しかしながら、光信号の差分をとる光差分回路、光信号の低周波成分を通過させる光ローパスフィルタ回路、光信号に対して閾値処理を行い、光信号を出力する光閾値フィルタ回路も提案されている。
【０１０６】
光位相変調回路としては、たとえば光導波路を用いた相互位相変調器のようなものを使用することができる。
【０１０７】
光差分回路としては、たとえば平面光導波路回路を用いた光干渉計のようなものを使用することができる。
【０１０８】
光ローパスフィルタ回路としては、たとえば光バンドパスフィルタなど、製品として一般に提供されているものを使用することができる。
【０１０９】
光閾値フィルタ回路としては、たとえば過飽和吸収体のようなものを使用することができる。
【０１１０】
また、光位相変調回路については、Ｇｏｖｉｎｄ  Ｐ．  Ａｇｒａｗａｌ「Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ」ｓｅｃｏｎｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ，  ｐ２８２，  ＡＣＡＤＥＭＩＣ  ＰＲＥＳＳ  （１９９５）に、光差分回路については、Ｗ．  Ｄ．  Ｃｏｒｎｗｅｌｌ，  Ｎ．  Ｗａｄａ，  Ｋ．  Ｉ．  Ｋｉｔａｙａｍａ，  ａｎｄ  Ｉ．Ａｎｄｏｎｏｖｉｃ「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｃｏｄｉｎｇ  ｏｆ  ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ  ｐｕｌｓｅｓ」Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ２２ｎｄ，  Ｖｏｌ．３４，  Ｎｏ．２，  ｐｐ２０４−２０５  （１９９８）に、光閾値フィルタ回路については、Ｙ．  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，  Ｈ．  Ｋｕｒｉｔａ，  ａｎｄ  Ｈ．  Ｙｏｋｏｙａｍａ「Ｏｐｔｉｃａｌ  ｎｏｉｓｅ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｂｙ  ａ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｓａｔｕｒａｂｌｅ  ａｂｓｏｒｂｅｒ」Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  （ＣＰＴ  ’９８），  Ｐｃ−１３−１，  ｐｐ２１５−２１６  （１９９８）に、それぞれその構成例が開示されている。
【０１１１】
これら公知の光回路や光素子を用いれば、光信号のみで本発明の通信システムを実現することができる。この場合、電気信号による処理を一切必要としないため、従来よりも帯域制限が少なく、より高速な通信システムを提供することができる。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、秘話性の高い光カオス同期通信システム、送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、および、これらを実現するためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な情報記録媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光通信システムの概要構成を示す模式図である。
【図２】従来の光通信システムの概要構成を示す模式図である。
【図３】本発明の光カオス同期通信システムの概要構成を示す模式図である。
【図４】本発明の光カオス同期通信システムの安定状態の各部の信号の様子を示す説明図である。
【図５】本発明の光カオス同期通信システムの同期が破壊されてから同期に至るまでの過渡期の各部の信号の様子を示す説明図である。
【図６】本発明の送信装置のマスタカオスレーザの概要構成を示す模式図である。
【図７】本発明の受信装置のスレーブカオスレーザの概要構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１０１  従来の光通信システム
１１１  送信装置
１１２  光ファイバ
１１３  ＥＤＦＡ
１１４  ＥＤＦＡ
１１５  光分岐器
１１６  光分岐器
１１７  光分岐器
１１８  変調器
１５１  受信装置
１５２  光ファイバ
１５３  光分岐器
１５４  光分岐器
１５５  光分岐器
１５６  ＥＤＦＡ
１５７  フォトダイオード
１５８  フォトダイオード
１５９  ディジタル・オシロスコープ
１６０  電気信号線
２０１  従来の光通信システム
２１１  送信装置
２１２  レーザダイオード
２１３  複屈折媒質
２１４  フォトダイオード
２１５  遅延フィードバック回路
２１６  光路
２１７  電気信号線
２１８  加算器
２３１  光ファイバ
２５１  受信装置
２５２  レーザダイオード
２５３  複屈折媒質
２５４  フォトダイオード
２５５  遅延フィードバック回路
２５６  光路
２５７  電気信号線
２５８  加算器
３０１  光カオス同期通信システム
３１１  送信装置
３１２  マスタカオスレーザ
３１３  位相変調器
３１４  入力受付部
３１５  送信部
３２１  光ファイバ
３２２  電気信号線
３５１  受信装置
３５２  受信部
３５３  光分岐器
３５５  スレーブカオスレーザ
３５６  光遅延回路
３５７  フォトダイオード
３５８  フォトダイオード
３５９  差分回路
３６０  ローパスフィルタ
３６１  閾値フィルタ
３７１  光ファイバ
３７２  電気信号線
３９１  光ファイバ
６０１  レーザダイオード
６０２  グレーティング部
６０３  半波長板
６０４  偏光依存ビームスプリッタ
６０５  鏡
６０６  ピコモータ
６０７  アイソレータ
７０１  ハーフミラー
【図１】
0003595833.tif 000002
【図２】
0003595833.tif 000003
【図３】
0003595833.tif 000004
【図４】
0003595833.tif 000005
【図５】
0003595833.tif 000006
【図６】
0003595833.tif 000007
【図７】
0003595833.tif 000008