(57)【要約】【課題】関連する光変調器では、デコイ方式の量子鍵配送装置において必要とされる光パルスを精度よく生成することが困難である。【解決手段】本発明の光変調装置は、連続する光パルスを入力する光変調器と、光変調器を駆動するための信号を生成し光変調器に印加する駆動回路、を有し、駆動回路は、連続する光パルスの繰り返し周期と等しい時間間隔である繰り返し周期期間のうち、光パルスが光変調器を通過する時間帯である光パルス通過時間帯に、光パルスを変調する変調信号を印加し、繰り返し周期期間のうち、光パルス通過時間帯以外の期間の少なくとも一部の時間帯に、変調信号を反転した反転信号を印加する。【選択図】      図３
2015018109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続する光パルスを入力する光変調器と、前記光変調器を駆動するための信号を生成し前記光変調器に印加する駆動回路、を有し、
前記駆動回路は、前記連続する光パルスの繰り返し周期と等しい時間間隔である繰り返し周期期間のうち、前記光パルスが前記光変調器を通過する時間帯である光パルス通過時間帯に、前記光パルスを変調する変調信号を印加し、
前記繰り返し周期期間のうち、前記光パルス通過時間帯以外の期間の少なくとも一部の時間帯に、前記変調信号を反転した反転信号を印加する
光変調装置。
【請求項２】
前記光パルスの時間幅は、前記繰り返し周期期間の半分以下であり、
前記変調信号が印加される時間帯は、前記繰り返し周期期間の半分の期間である第１の期間に含まれ、
前記反転信号が印加される時間帯は、前記繰り返し周期期間のうち前記第１の期間の残りの期間である第２の期間に含まれ、
前記第１の期間には、前記光パルス通過時間帯が含まれる
請求項１に記載した光変調装置。
【請求項３】
前記光変調器は、前記連続する光パルスを分岐した第１の光パルスを入力する第１の光変調器と、前記光変調器を構成し、前記連続する光パルスを分岐した第２の光パルスを入力する第２の光変調器、とを備え、
前記駆動回路は、
前記第１の光パルスが前記第１の光変調器を通過し、前記第２の光パルスが前記第２の光変調器を通過する時間帯である光パルス通過時間帯に、
前記第１の光パルスを変調する第１の変調信号を前記第１の光変調器に印加し、
前記第２の光パルスを変調する第２の変調信号を前記第２の光変調器に印加し、
前記光パルス通過時間帯以外の期間の少なくとも一部の時間帯に、
前記第１の変調信号を反転した第１の反転信号を前記第１の光変調器に印加し、
前記第２の変調信号を反転した第２の反転信号を前記第２の光変調器に印加する
請求項１または２に記載した光変調装置。
【請求項４】
前記駆動回路は、前記光パルス通過時間帯であって第１の光パルス通過時間帯において、前記第１の光変調器の出力信号と前記第２の光変調器の出力信号の和である出力光パルスの強度が、前記光パルスの強度と略等しくなるように前記第１の光変調器と前記第２の光変調器をそれぞれ駆動し、
前記光パルス通過時間帯であって第２の光パルス通過時間帯において、前記出力光パルスの強度が、前記光パルスの強度よりも小さくかつゼロとならないように前記第１の光変調器と前記第２の光変調器をそれぞれ駆動し、
前記光パルス通過時間帯であって第３の光パルス通過時間帯において、前記出力光パルスの強度がゼロとなるように前記第１の光変調器と前記第２の光変調器をそれぞれ駆動する
請求項３に記載した光変調装置。
【請求項５】
前記第１の光パルス通過時間帯における前記出力光パルスを信号光として用い、
前記第２の光パルス通過時間帯における前記出力光パルスを第１のおとりパルスとして用い、
前記第３の光パルス通過時間帯における前記出力光パルスを第２のおとりパルスとして用い、
前記信号光から得た情報を量子暗号鍵として用いる量子鍵配送装置に用いられる
請求項４に記載した光変調装置。
【請求項６】
連続する光パルスを入力する光変調器に対して、
前記連続する光パルスの繰り返し周期と等しい時間間隔である繰り返し周期期間のうち、前記光パルスが前記光変調器を通過する時間帯である光パルス通過時間帯に、前記光パルスを変調する変調信号を印加し、
前記繰り返し周期期間のうち、前記光パルス通過時間帯以外の期間の少なくとも一部の時間帯に、前記変調信号を反転した反転信号を印加する
光変調器の駆動方法。
【請求項７】
前記光パルスの時間幅は、前記繰り返し周期期間の半分以下であり、
前記変調信号が印加される時間帯は、前記繰り返し周期期間の半分の期間である第１の期間に含まれ、
前記反転信号が印加される時間帯は、前記繰り返し周期期間のうち前記第１の期間の残りの期間である第２の期間に含まれ、
前記第１の期間には、前記光パルス通過時間帯が含まれる
請求項６に記載した光変調器の駆動方法。
【請求項８】
前記光パルス通過時間帯以外の期間において、異なる駆動信号を切り替えて印加する
請求項６または７に記載した光変調器の駆動方法。
【請求項９】
前記光変調器を構成し、前記連続する光パルスを分岐した第１の光パルスを入力する第１の光変調器と、前記光変調器を構成し、前記連続する光パルスを分岐した第２の光パルスを入力する第２の光変調器、とに対して、
前記第１の光パルスが前記第１の光変調器を通過し、前記第２の光パルスが前記第２の光変調器を通過する時間帯である光パルス通過時間帯に、
前記第１の光パルスを変調する第１の変調信号を前記第１の光変調器に印加し、
前記第２の光パルスを変調する第２の変調信号を前記第２の光変調器に印加し、
前記光パルス通過時間帯以外の期間の少なくとも一部の時間帯に、
前記第１の変調信号を反転した第１の反転信号を前記第１の光変調器に印加し、
前記第２の変調信号を反転した第２の反転信号を前記第２の光変調器に印加する
請求項６または７に記載した光変調器の駆動方法。
【請求項１０】
前記光パルス通過時間帯であって第１の光パルス通過時間帯において、前記第１の光変調器の出力信号と前記第２の光変調器の出力信号の和である出力光パルスの強度が、前記光パルスの強度と略等しくなるように前記第１の光変調器と前記第２の光変調器をそれぞれ駆動し、
前記光パルス通過時間帯であって第２の光パルス通過時間帯において、前記出力光パルスの強度が、前記光パルスの強度よりも小さくかつゼロとならないように前記第１の光変調器と前記第２の光変調器をそれぞれ駆動し、
前記光パルス通過時間帯であって第３の光パルス通過時間帯において、前記出力光パルスの強度がゼロとなるように前記第１の光変調器と前記第２の光変調器をそれぞれ駆動する
請求項９に記載した光変調器の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調装置および光変調器の駆動方法に関し、特に、量子鍵配送装置に用いられる光変調装置および光変調器の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、盗聴行為に対する絶対安全性を持つ暗号化通信を実現する方法として、量子鍵配送（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｋｅｙ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ：ＱＫＤ）方式が活発に研究され、実用化に向けた開発が進んでいる（非特許文献１参照）。
【０００３】
非特許文献１において提案された方式では、量子鍵配送（ＱＫＤ）の光源として単一光子光源を用いることとしているが、現状では単一光子光源は開発段階にあり、実用的なレベルには達していない。そのため単一光子光源の代替として、通常のレーザー光源の出力パワーを極度に弱めることによって擬似的な単一光子光源として用いる方式が主流となっている。
【０００４】
この場合、理想的な単一光子光源とは異なり１パルス中に一定の確率で２つ以上の光子が発生する。そのため、光子数分割攻撃（Ｐｈｏｔｏｎ  Ｎｕｍｂｅｒ  Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ  Ａｔｔａｃｋ：ＰＮＳ攻撃）と呼ばれる盗聴攻撃が可能となり、量子鍵配送（ＱＫＤ）の安全性が大きく損なわれることが指摘されている（非特許文献２参照）。
【０００５】
このようなＰＮＳ攻撃を回避する手段としてデコイ方式が提案されている（非特許文献３参照）。ここで、デコイ（ｄｅｃｏｙ）とは囮（おとり）の意味である。デコイ方式によれば、量子鍵配送（ＱＫＤ）に用いる光パルスの強度を適宜変化させることにより、ＰＮＳ攻撃の有無を検知することが可能である。そのため、実用的な量子鍵配送（ＱＫＤ）の開発においては、デコイ方式を採用することが必須であると考えられている。
【０００６】
デコイ方式では３種類の光強度を用いるのが一般的である。ここで、１パルス中に含まれる平均光子数をそれぞれｓ、ｄ、ｚで表すこととする。平均光子数がｓである光パルスを信号（ｓｉｇｎａｌ）光として用い、これから得られた情報を量子暗号鍵として利用する。５０ｋｍ伝送の典型的なＱＫＤシステムにおいては、ｓ＝０．５程度である。一方、平均光子数がｄおよびｚである光パルスは、盗聴を検知するための囮（おとり、ｄｅｃｏｙ）パルスとして用いられる。典型的にはｄ＝０．２程度、ｚ＝０である。以下の説明では、「平均光子数がｓ（ｄ，ｚ）である光パルス」を簡単のためＳ（Ｄ，Ｚ）と表す。デコイ方式を用いたＱＫＤシステムにおいては、送信パルスのほとんどをＳとし、送信パルスの一部にＤまたはＺを混入させて盗聴を検知することとしている。典型的には送信パルスのうち、Ｓが９０％、Ｄが６％、Ｚが４％程度である（非特許文献４参照）。
【０００７】
一方、一般に高速電子回路では３値信号を扱うことは簡単ではないため、主として２値信号のみを扱う。このため３種類の光強度を生成するためには２系統の２値信号が必要となる。それによって生成された４つの状態の内の３状態を利用してデコイ状態の３種類を生成することができる。２系統の信号を用いるため、デコイ方式の実装には２台の強度変調器または１台の二電極型変調器を用いるのが一般的である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】C. H. Bennett and G. Brassard, “Quantum Cryptography: Public key distribution and coin tossing”, in Proceedings of the IEEE International Conference on Computers, Systems, and Signal Processing, Bangalore, India, p. 175 (1984)
【非特許文献２】N. Lutkenhaus, “Security against individual attacks for realistic quantum key distribution,” Physical Review A, vol. 61, p. 052304 (2000)
【非特許文献３】W. Y. Hwang, “Quantum key distribution with high loss: toward global secure communication,” Physical Review Letters, Vol. 91, p. 057901 (2003)
【非特許文献４】M. Hayashi, “Upper bounds of eavesdropper's performances in finite-length code with the decoy method,” Physical Review A, Vol.76,  p. 012329 (2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
まず、上述したデコイ状態を生成するための具体的な変調方法について説明する。２台の強度変調器を用いるよりも１台の二電極型変調器を用いる方がサイズやコストなどの点で有利である。そのため、以下では図５に示すような関連する二電極型変調器３００を用いる場合について説明する。二電極型変調器３００は入力光パルス４０１を入力し、入力光パルス４０１に対し位相変調φ１、φ２を施して出力する。ここで、φ１、φ２はそれぞれ二電極型変調器３００の２つの電極による位相変調の大きさ（位相変調量）を示す。なお、二電極型変調器３００の構成から明らかなように、２つの位相変調器を並列に接続した場合であっても、同様の方法によりデコイ状態を生成することが可能である。
【００１０】
一般的に用いられる関連する光パルスの変調方法について、図６を用いて説明する。位相変調量φ１、φ２をともに０°とした場合、入力光パルス４０１は変調を受けずに二電極型変調器３００を通過する。この状態の光パルスを信号光パルスＳ４０２として用いる。また、位相変調量φ１を０°としたままで、φ２を１８０°とすることによって消光した状態を、第２のおとり光パルスＺ４０４として用いる。さらに、位相変調量φ２を０°とした状態でφ１の位相変調量θを調整することにより任意の強度の光パルスを生成し、第１のおとり光パルスＤ４０３として用いる。このとき、φ１＝θ、φ２＝１８０°となる状態も生成可能であるが、この状態の光強度は第１のおとり光パルスＤ４０３を生成する際に必要とされる位相変調量θによって既に決まってしまっている。そのため、任意の強度とすることができないので、この状態の光パルスは使用していない。
【００１１】
以上述べたように、２系統の２値信号から生成可能な４つの状態の中から３つの状態を選択することにより、デコイ法に必要な３種類の強度の光パルスを得ることができる。
【００１２】
上述したように、典型的なＱＫＤシステムでは信号光として用いられるＳ（平均光子数がｓである光パルス）が９０％を占める。そのため、関連する光パルスの変調方法を用いると、φ１とφ２がともに０°である状態が９０％となる。しかし、一般の電子回路は２値信号（０，１）のうち「１」となる割合（マーク率）が５０％であることを想定して設計されている。そのため、マーク率が５０％から大きく外れると電子回路の出力波形が歪み、または最大出力振幅が減少するなどの問題が生じる。これにより、正しく変調を行うことが困難となり、デコイ方式を実装する際の安全性が確保できなくなるという問題があった。
【００１３】
また、通常の運用時にはＳ、Ｄ、Ｚの３種類の光強度の光パルスを用いるが、所望の光強度となるように変調器の駆動信号を調整する際には、全ての光パルスをＳ（またはＤ、Ｚ）とする必要がある。これは、通常の運用時における光パルス列の中から光強度がＳ（Ｄ，Ｚ）である光パルスのみを選択的に測定することは困難なためである。しかしながら、全ての光パルスをＳ（Ｄ，Ｚ）とすると、位相変調量をφ１またはφ２とする駆動信号のマーク率が１００％または０％となり、駆動信号は直流となってしまう。一方、高速電子回路や光変調器においては一般に、ＡＣ（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｃｕｒｒｅｎｔ）結合することにより直流成分を除去する構成を採用している。そのため、光変調器の光強度を正しく調整することが困難であるという問題があった。
【００１４】
このように、関連する光変調器では、デコイ方式の量子鍵配送装置において必要とされる光パルスを精度よく生成することが困難である、という問題があった。
【００１５】
本発明の目的は、上述した課題である、関連する光変調器では、デコイ方式の量子鍵配送装置において必要とされる光パルスを精度よく生成することが困難である、という課題を解決する光変調装置および光変調器の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の光変調装置は、連続する光パルスを入力する光変調器と、光変調器を駆動するための信号を生成し光変調器に印加する駆動回路、を有し、駆動回路は、連続する光パルスの繰り返し周期と等しい時間間隔である繰り返し周期期間のうち、光パルスが光変調器を通過する時間帯である光パルス通過時間帯に、光パルスを変調する変調信号を印加し、繰り返し周期期間のうち、光パルス通過時間帯以外の期間の少なくとも一部の時間帯に、変調信号を反転した反転信号を印加する。
【００１７】
本発明の光変調器の駆動方法は、連続する光パルスを入力する光変調器に対して、連続する光パルスの繰り返し周期と等しい時間間隔である繰り返し周期期間のうち、光パルスが光変調器を通過する時間帯である光パルス通過時間帯に、光パルスを変調する変調信号を印加し、繰り返し周期期間のうち、光パルス通過時間帯以外の期間の少なくとも一部の時間帯に、変調信号を反転した反転信号を印加する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の光変調装置および光変調器の駆動方法によれば、デコイ方式の量子鍵配送装置において必要とされる光パルスを精度よく生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光変調装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る光変調装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る光変調装置の動作を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る光変調装置の別の動作を説明するための図である。
【図５】関連する二電極型変調器の構成を示すブロック図である。
【図６】関連する光パルスの変調方法について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光変調装置１００の構成を示すブロック図である。光変調装置１００は、連続する光パルスである入力光パルス１０１を入力する光変調器１１０と、光変調器１１０を駆動するための信号を生成し光変調器１１０に印加する駆動回路１２０を有する。
【００２２】
駆動回路１２０は、連続する光パルスの繰り返し周期と等しい時間間隔である繰り返し周期期間のうち、光パルスが光変調器１１０を通過する時間帯である光パルス通過時間帯に、光パルスを変調する変調信号を印加する。また駆動回路１２０は、繰り返し周期期間のうち、光パルス通過時間帯以外の期間の少なくとも一部の時間帯に、変調信号を反転した反転信号を印加する。
【００２３】
このような構成とすることにより本実施形態の光変調装置１００によれば、光パルスの繰り返し周期Ｔと等しい時間間隔である繰り返し周期期間内に、変調信号とその反転信号の２値の駆動信号が含まれることになる。そのため、駆動回路１２０が生成する光変調器１１０の駆動信号のマーク率を５０％とすることができる。
【００２４】
具体的には例えば、入力光パルス１０１を構成する各光パルスの時間幅を、繰り返し周期期間の半分以下とする。このとき、上述した変調信号が印加される時間帯が、繰り返し周期期間の半分の期間である第１の期間に含まれように構成する。そして、反転信号が印加されている時間帯が、繰り返し周期期間のうち第１の期間の残りの期間である第２の期間に含まれ、第１の期間には、光パルス通過時間帯が含まれるように構成する。これにより、駆動信号のマーク率を５０％とすることができる。
【００２５】
上述したように、本実施形態の光変調装置１００を２台用いることにより、デコイ法による量子鍵配送装置に必要な３種類の強度の光パルスを生成することができる。このとき、光変調装置１００では駆動信号のマーク率は５０％であるので、駆動回路１２０の出力波形の歪み、または最大出力振幅の減少等が生じることはない。また、すべての光パルスを同一の光強度に変調して用いる場合であっても、駆動信号のマーク率は５０％に保たれる。そのため、ＡＣ結合が可能であり、光変調器の光強度を正しく調整することが可能となる。
【００２６】
このように、本実施形態の光変調装置１００によれば、デコイ方式の量子鍵配送装置において必要とされる光パルスを精度よく生成することができる。なお、光変調装置１００は、デコイ方式を用いた量子鍵配送装置であれば、タイムビン（Ｔｉｍｅ−ｂｉｎ）コーディングや偏光コーディングなどを採用した量子鍵配送装置においても用いることができる。
【００２７】
次に、本実施形態による光変調器の駆動方法について説明する。本実施形態の光変調器の駆動方法では、まず、連続する光パルスを入力する光変調器に対して、連続する光パルスの繰り返し周期と等しい時間間隔である繰り返し周期期間のうち、光パルスが光変調器を通過する時間帯である光パルス通過時間帯に、光パルスを変調する変調信号を印加する。一方、上述の繰り返し周期期間のうち、光パルス通過時間帯以外の期間の少なくとも一部の時間帯に、変調信号を反転した反転信号を印加する。
【００２８】
具体的には例えば、光パルスの時間幅を、繰り返し周期期間の半分以下とする。このとき、変調信号が印加される時間帯が、繰り返し周期期間の半分の期間である第１の期間に含まれるように構成する。そして、反転信号が印加されている時間帯が、繰り返し周期期間のうち第１の期間の残りの期間である第２の期間に含まれ、第１の期間には、光パルス通過時間帯が含まれるように構成することができる。
【００２９】
本実施形態の光変調器の駆動方法によれば、繰り返し周期期間内に、変調信号とその反転信号の２値の信号を含む駆動信号を生成することができる。そのため、駆動信号のマーク率を５０％とすることができ、デコイ方式の量子鍵配送装置において必要とされる光パルスを精度よく生成することが可能となる。
【００３０】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る光変調装置２００の構成を示すブロック図である。本実施形態による光変調装置２００は第１の実施形態に係る光変調装置１００と同様に、連続する光パルスである入力光パルス１０１を入力する光変調器２１０と、光変調器２１０を駆動するための信号を生成し光変調器２１０に印加する駆動回路２２０を有する。
【００３１】
本実施形態では、光変調器２１０を二電極型変調器の構成とした。すなわち、光変調器２１０は、連続する光パルスを分岐した第１の光パルスを入力する第１の光変調器２１１と、光変調器２１０を構成し、連続する光パルスを分岐した第２の光パルスを入力する第２の光変調器２１２とを備える。
【００３２】
駆動回路２２０は、第１の光パルスが第１の光変調器２１１を通過し、第２の光パルスが第２の光変調器２１２を通過する時間帯である光パルス通過時間帯に、第１の光パルスを変調する第１の変調信号を第１の光変調器２１１に印加する。このとき、第２の光変調器２１２には第２の光パルスを変調する第２の変調信号を印加する。ここで、光パルス通過時間帯は、連続する光パルスの繰り返し周期Ｔと等しい時間間隔である繰り返し周期期間に含まれる。
【００３３】
そして、駆動回路２２０は上述した繰り返し周期期間のうち光パルス通過時間帯以外の期間の少なくとも一部の時間帯に、第１の変調信号を反転した第１の反転信号を第１の光変調器２１１に印加する。このとき、第２の光変調器２１２には第２の変調信号を反転した第２の反転信号を印加する。
【００３４】
このような構成とすることにより本実施形態の光変調装置２００によれば、繰り返し周期期間内に、第１の変調信号と第１の反転信号、および第２の変調信号と第２の反転信号という２値の駆動信号がそれぞれ含まれることになる。そのため、駆動回路２２０が生成する第１の光変調器２１１および第２の光変調器２１２に対する駆動信号のマーク率をそれぞれ５０％とすることができる。
【００３５】
ここで、本実施形態の光変調装置２００は二電極型変調器の構成である。これより、駆動回路２２０を以下の構成とすることによって、光変調装置２００がデコイ法による量子鍵配送装置に必要な３種類の強度の光パルスを生成することが可能となる。
【００３６】
すなわち、駆動回路２２０は、光パルス通過時間帯であって第１の光パルス通過時間帯において、第１の光変調器２１１の出力信号と第２の光変調器２１２の出力信号の和である出力光パルスの強度が、入力光パルス１０１の強度と略等しくなるように第１の光変調器２１１と第２の光変調器２１２をそれぞれ駆動する。そして、光パルス通過時間帯であって第２の光パルス通過時間帯において、出力光パルスの強度が、入力光パルス１０１の強度よりも小さくかつゼロとならないように第１の光変調器２１１と第２の光変調器２１２をそれぞれ駆動する。さらに、光パルス通過時間帯であって第３の光パルス通過時間帯において、出力光パルスの強度がゼロとなるように第１の光変調器２１１と第２の光変調器２１２をそれぞれ駆動する。
【００３７】
具体的には、上述した第１の光パルス通過時間帯における出力光パルスを信号光として用いる構成とすることができる。そして、第２の光パルス通過時間帯における出力光パルスを第１の囮（おとり）パルスとして用い、第３の光パルス通過時間帯における出力光パルスを第２の囮（おとり）パルスとして用いることができる。したがって、本実施形態の光変調装置２００は上述の信号光から得た情報を量子暗号鍵として用いる量子鍵配送装置に用いることができる。
【００３８】
上述したように、光変調装置２００を構成する第１の光変調器２１１および第２の光変調器２１２に対する駆動信号のマーク率は５０％であるので、駆動回路２２０の出力波形の歪み、または最大出力振幅の減少等が生じることはない。また、すべての光パルスを同一の光強度に変調して用いる場合であっても、各駆動信号のマーク率は５０％に保たれる。そのため、ＡＣ結合が可能であり、光変調器の光強度を正しく調整することが可能となる。
【００３９】
このように、本実施形態の光変調装置２００によれば、デコイ方式の量子鍵配送装置において必要とされる光パルスを精度よく生成することができる。
【００４０】
次に、本実施形態による光変調装置２００の動作について詳細に説明する。図３は、本実施形態による光変調装置２００の動作について説明するための図である。
【００４１】
入力光パルス１０１のパルス幅は、繰り返し周期Ｔ（典型的には約１ｎｓ程度）の半分Ｔ／２以下（典型的には約１００ｐｓ程度）とした。信号光パルスＳ２０２を生成するためには、入力光パルス１０１の到着時刻に合わせて、第１の光変調器２１１における位相変調量φ１および第２の光変調器２１２における位相変調量φ２をともに０°とする。これにより、入力光パルス１０１は第１の光変調器２１１および第２の光変調器２１２をそのまま通過する。そのため、第１の光変調器２１１の出力信号と第２の光変調器２１２の出力信号の和である出力光パルスの強度は、入力光パルス１０１の強度と略等しくなる。以下では、このような変調信号を｛φ１，φ２｝＝｛０，０｝と表記する。
【００４２】
ここで、入力光パルス１０１のパルス幅をＴ／２以下としているので、Ｔ／２の時間だけ｛０，０｝の状態とすることにより目的の信号光パルスＳ２０２を得ることができる。その後、残りのＴ／２の期間は、φ１およびφ２ともに前半期間とは異なる値である｛θ，１８０｝とする。この時間帯には入力光は存在しないため、どのような変調を施しても光変調装置２００の出力に影響することはない。以上により、信号光パルスＳのみを生成する場合であっても、駆動信号のマーク率を５０％とすることができる。なお、入力光パルス１０１のパルス幅を繰り返し周期Ｔの半分Ｔ／２以下としているので、目的とする変調信号を印加している期間がＴ／２であっても問題なく変調を行うことができる。
【００４３】
第１のおとり光パルスＤ２０３および第２のおとり光パルスＺ２０４を生成する場合にも同様の方法を用いることができる。すなわち、第１のおとり光パルスＤ２０３を生成する場合には、入力光パルス１０１の到着時刻を含むＴ／２の期間は｛θ，０｝、残りのＴ／２の期間は｛０，１８０｝の状態とすることができる。また、第２のおとり光パルスＺ２０４を生成する場合は、入力光パルス１０１の到着時刻を含むＴ／２の期間は｛０，１８０｝、残りのＴ／２の期間は｛θ，０｝の状態とする。以上により、目的とする第１のおとり光パルスＤ２０３および第２のおとり光パルスＺ２０４の状態を生成することができる。
【００４４】
このように、本実施形態の光変調装置２００によれば、デコイ方式に必要な各状態について各変調器の駆動信号のマーク率を５０％とすることができる。これにより駆動回路の出力波形の歪み、または最大出力振幅の減少を防ぐことができる。さらに、全ての光パルスをＳ（Ｄ，Ｚ）とした場合であっても、光強度を正しく調整すること可能となる。その結果、量子鍵配送（ＱＫＤ）装置に必要なデコイ状態を正確に生成できるため、量子鍵配送（ＱＫＤ）装置の安全性を向上させることができる。
【００４５】
なお、図３では、繰り返し周期Ｔの半分Ｔ／２の期間の間は、連続した位相変調量を用いる場合を示した。しかし、これに限らず、図４に示すように、光パルス通過時間帯以外の期間においては、異なる位相変調量を与える駆動信号を切り替えて印加することとしてもよい。すなわち、入力光パルス１０１が存在する時間帯のみ連続した位相変調量であれば、他の時間帯では２種類の変調を任意のタイミングで切り替えることとしてもよい。
【００４６】
本実施形態では二電極型変調器を用いた場合について示したが、これに限らず、２台の強度変調器を用いることとしてもよい。
【００４７】
次に、本実施形態による光変調器の駆動方法について説明する。本実施形態の光変調器の駆動方法では、光変調器を構成する第１の光変調器と第２の光変調器とに対して、変調信号を印加する。第１の光変調器は連続する光パルスを分岐した第１の光パルスを入力し、第２の光変調器は連続する光パルスを分岐した第２の光パルスを入力する。
【００４８】
ここで、繰り返し周期期間のうち、第１の光パルスが第１の光変調器を通過し、第２の光パルスが第２の光変調器を通過する時間帯である光パルス通過時間帯に、第１の光パルスを変調する第１の変調信号を第１の光変調器に印加する。このとき、第２の光変調器には第２の光パルスを変調する第２の変調信号を印加する。そして、繰り返し周期期間のうち、光パルス通過時間帯以外の期間の少なくとも一部の時間帯に、第１の変調信号を反転した第１の反転信号を第１の光変調器に印加する。このとき、第２の光変調器には第２の変調信号を反転した第２の反転信号を印加する。
【００４９】
具体的には例えば、光パルス通過時間帯であって第１の光パルス通過時間帯において、第１の光変調器の出力信号と第２の光変調器の出力信号の和である出力光パルスの強度が、光パルスの強度と略等しくなるように第１の光変調器と第２の光変調器をそれぞれ駆動する。また、光パルス通過時間帯であって第２の光パルス通過時間帯において、出力光パルスの強度が、光パルスの強度よりも小さくかつゼロとならないように第１の光変調器と第２の光変調器をそれぞれ駆動する。さらに、光パルス通過時間帯であって第３の光パルス通過時間帯において、出力光パルスの強度がゼロとなるように第１の光変調器と第２の光変調器をそれぞれ駆動する構成することができる。
【００５０】
本実施形態による光変調器の駆動方法によれば、繰り返し周期期間内に、変調信号とその反転信号の２値の信号を含む駆動信号を生成することができる。そのため、駆動信号のマーク率を５０％とすることができ、デコイ方式の量子鍵配送装置において必要とされる光パルスを精度よく生成することが可能となる。
【００５１】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５２】
１００、２００    光変調装置
１０１、４０１    入力光パルス
１１０、２１０    光変調器
１２０、２２０    駆動回路
２１１    第１の光変調器
２１２    第２の光変調器
３００    二電極型変調器
Ｓ２０２、Ｓ４０２    信号光パルス
Ｄ２０３、Ｄ４０３    第１のおとり光パルス
Ｚ２０４、Ｚ４０４    第２のおとり光パルス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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