(57)【要約】本発明は、光レベルで情報の秘匿性を保持して高い安全性を確保した光通信方式を提供することを目的とする。このため、本発明の光通信システムは、光送信器から出力された光信号に対して、光送信器および光受信器間で予め取り決めた可変パターンに従って変化する偏波モード分散（ＰＭＤ）を与えて光回線網に送るＰＭＤ付与装置と、光回線網を伝搬した光信号に対して、ＰＭＤ付与装置で付与されたＰＭＤを打ち消すＰＭＤを与え、送信時の状態に復元して光受信器に送るＰＭＤ復元装置とを備えて構成される。
2004064315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光送信器および光受信器の間で光伝送路を介して光信号を送受信する光通信システムにおいて、
前記光送信器から送信される光信号に対して可変の偏波モード分散を与える第１素子を有し、前記光送信器および前記光受信器の間で予め取り決めた可変パターンに従って前記第１素子を駆動することにより、偏波モード分散を付与した光信号を前記光伝送路に送る偏波モード分散付与装置と、
前記光伝送路から前記光受信器に送られる光信号に対して可変の偏波モード分散を与え、かつ、前記第１素子と実質的に同一な構成および特性を持つ第２素子を有し、前記可変パターンに従って前記第２素子を駆動することにより、前記偏波モード分散付与装置で付与された偏波モード分散を打ち消す偏波モード分散を与えて送信時の状態に復元した光信号を前記光受信器に送る偏波モード分散復元装置と、を備えて構成されたことを特徴とする光通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の光通信システムであって、
前記第１素子および前記第２素子は、それぞれ、前記可変パターンに従って変化する偏波回転を光信号に与える偏波回転部と、光信号の直交する偏波モード成分間に前記可変パターンに従って変化する群遅延時間差を与える偏波遅延部と、を有することを特徴とする光通信システム。
【請求項３】
請求項２に記載の光通信システムであって、
前記偏波遅延部は、電気光学効果を有する基板に形成した光導波路を、直交する偏波モード成分を相互に変換する複数Ｎ個の偏波変換デバイスを介して複数の部分に区分し、前記可変パターンに従って前記各偏波変換デバイスを制御することで、光信号の直交する偏波モード成分間に２Ｎ通りの群遅延時間差を与えることを特徴とする光通信システム。
【請求項４】
請求項３に記載の光通信システムであって、
前記光導波路は、ニオブ酸リチウム基板に形成されたことを特徴とする光通信システム。
【請求項５】
請求項２に記載の光通信システムであって、
前記偏波回転部は、二分の一波長板および四分の一波長板を含んで構成されたことを特徴とする光通信システム。
【請求項６】
請求項２に記載の光通信システムであって、
前記偏波回転部は、可変回転角を有するファラデー回転子を含んで構成されたことを特徴とする光通信システム。
【請求項７】
請求項２に記載の光通信システムであって、
前記偏波回転部は、液晶を含んで構成されたことを特徴とする光通信システム。
【請求項８】
請求項１に記載の光通信システムであって、
前記第１素子および前記第２素子は、それぞれ、複数本の偏波保持ファイバと、該各偏波保持ファイバを互いに接続する複数個の偏波回転素子と、を有することを特徴とする光通信システム。
【請求項９】
請求項８に記載の光通信システムであって、
前記各偏波回転素子は、ニオブ酸リチウム基板を用いて構成されたことを特徴とする光通信システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の光通信システムであって、
前記各偏波回転素子は、可変回転角を有するファラデー回転子を含んで構成されたことを特徴とする光通信システム。
【請求項１１】
請求項８に記載の光通信システムであって、
前記各偏波回転素子は、液晶を含んで構成されたことを特徴とする光通信システム。
【請求項１２】
請求項８に記載の光通信システムであって、
前記各偏波保持ファイバは、前記各偏波回転素子を介して接続されるのに代えて、各々の主軸が異なる角度となるように互いに接続されることを特徴とする光通信システム。
【請求項１３】
請求項１に記載の光通信システムであって、
前記光伝送路を伝搬することにより光信号に発生する偏波モード分散を補償するための偏波モード分散補償器を備えたことを特徴とする光通信システム。
【請求項１４】
光送信器および光受信器の間で光伝送路を介して光信号を送受信する光通信方法において、
前記光送信器から送信される光信号に対して可変の偏波モード分散を与える第１素子を、前記光送信器および前記光受信器の間で予め取り決めた可変パターンに従って駆動することにより、偏波モード分散を付与した光信号を前記光伝送路に送り、
前記光伝送路から前記光受信器に送られる光信号に対して可変の偏波モード分散を与え、かつ、前記第１素子と実質的に同一な構成および特性を持つ第２素子を前記可変パターンに従って駆動することにより、前記偏波モード分散付与装置で付与された偏波モード分散を打ち消す偏波モード分散を与えて送信時の状態に復元した光信号を前記光受信器に送ることを特徴とする光通信方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光通信方法であって、
前記可変パターン、並びに、前記第１および第２素子の構成に関する情報が特定の顧客に対してのみ与えられるように管理を行い、当該顧客に対応した光信号だけの秘匿性を保持することを特徴とする光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光信号によって秘匿情報を伝達するための光通信システムおよび光通信方法に関する。
【背景技術】  従来の光通信は、発光した光を単に受光して情報を伝達するだけであり、第三者に対して伝達情報の秘匿性を保つ工夫はなかった。２地点間での一対一の光通信では、光により伝達される情報の秘匿性を保持しなくても普通は障害の生じるようなことはない。しかし、波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：以下、ＷＤＭとする）信号光の特定の波長だけを分岐または挿入する光アドドロップ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ：以下、ＯＡＤＭとする）機能や、光信号を電気に変換することなく光のままでルーティングを行う光クロスコネクト（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｒｏｓｓ−ｃｏｎｎｅｃｔ：以下、ＯＸＣとする）機能を持つ光ネットワークでは、多数の利用者がネットワーク内のファイバ網を共有することになるため、第三者が光信号を取り出して受信することが可能である。さらに、その第三者は、光信号を取り出した後に元の光信号を増幅することによって、当事者に盗聴の事実を知られないようにすることも可能である。現状の光通信システムで交信される光信号は、悪意を有するネットワーク業者やハッカーなどに対して無防備な状態にあると考えられる。
ただし、現状の光通信システムにおいても伝達情報に従った光の変調に用いられる電気信号に対してソフトウェアによる暗号化の処理が施されている。しかしこのようなソフトウェアによる暗号化は、ソフトウェアによって解読されてしまう可能性が高い。たとえ、リアルタイムに暗号を解読することができなくとも、暗号化された信号を記録し大型計算機等を利用して長期間かけて処理すれば、暗号の解読が可能になってしまう場合もあり得る。
このような光変調前の電気信号の暗号化に対して、光信号そのものを暗号化することが可能になれば、その暗号に対応したハードウェアを受信側に具備しない限り暗号の解読は不可能である。つまり、暗号化された光信号を受光素子で電気信号に変換して記録したとしても、光レベルの情報（例えば、位相情報など）は受光時に失われてしまうため、大型計算機等を利用しても暗号を解読することは困難である。
情報の秘匿性の保持を光レベルで実現する技術の提案としては、例えば、光スペクトラム拡散通信方式などが知られている。この光スペクトラム拡散通信方式は、基本的に無線におけるスペクトラム拡散通信方式を光領域に応用したものである。無線のスペクトラム拡散通信方式は、当初軍用目的に開発された経緯からも明らかなように優れた秘匿性を有していることは周知である。
しかし、上記のような光スペクトラム拡散通信方式は、現状の光通信システムとは構成上の違いが大きいため、既存のシステムに対する簡単なハードウェアの付加や簡易な改造などによってその適用を図ることが難しいという欠点がある。具体的には、例えば波長の異なる４０波の光信号を含んだＷＤＭ信号光が伝送される既存の光通信システムについて、４０波の光信号のうちの何波かの光信号（例えば４波の光信号）に光スペクトラム拡散通信を適用して、物理的な秘匿性を付加するといった対応を行うことはシステム構築後においては困難である。
ところで、現在、例えば４０Ｇｂｉｔ／ｓ等の高速なビットレートの光信号を長距離に亘って伝送する光通信システムの開発が進められている。このような光通信システムにおける一つの問題として、偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｍｏｄｅ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：以下、ＰＭＤとする）の発生による伝送特性の劣化が知られている。このＰＭＤは、複屈折媒体中を伝搬した光信号の２つの直交する偏波モード成分間に生じる群遅延時間差のことである。光伝送路として一般的に利用される光ファイバは理想的には軸対称性を有する伝送媒体であるが、製造上の不完全性に起因する真円からのゆらぎや、被覆処理、ケーブル化に伴う応力付与などにより実際には複屈折性を生じる。このため光ファイバをはじめとする複屈折媒体を用いて４０Ｇｂｉｔ／ｓのような高速の光信号を長距離伝送する場合には、ＰＭＤによる伝送特性劣化を補償することが重要になる。ＰＭＤの補償に関する技術としては、例えば特開平１１−１９６０４６号公報等において、光ファイバ伝送路の受信端に設けたＰＭＤ補償器により、伝送光のＰＭＤの発生状態をモニタしながらその補償を動的に行う技術が提案されている。
上記のような公知のＰＭＤ補償器は、環境の変化等により不規則に変動するＰＭＤを検出するのに時間がかかるため、比較的ゆっくりと変動するＰＭＤまたは一定のＰＭＤを自動的に補償することができる。このことは逆に、高速かつ不規則に変動するＰＭＤの発生した光信号を受信処理することは、公知のＰＭＤ補償器を用いても困難である。そこで、光レベルで情報の秘匿性を保持する一つの手段として、これまでは伝送特性劣化の要因とされてきたＰＭＤを積極的に利用することが可能であると考えられる。
本発明は上記の点に着目してなされたもので、光レベルで情報の秘匿性を保持して高い安全性を確保した光通信システムおよび光通信方法を提供することを目的とする。
【発明の開示】
このため、本発明の秘匿性を有する光通信システムは、光送信器および光受信器の間で光伝送路を介して光信号を送受信するシステムにおいて、前記光送信器から送信される光信号に対して可変の偏波モード分散を与える第１素子を有し、前記光送信器および前記光受信器の間で予め取り決めた可変パターンに従って前記第１素子を駆動することにより、偏波モード分散を付与した光信号を前記光伝送路に送る偏波モード分散付与装置と、前記光伝送路から前記光受信器に送られる光信号に対して可変の偏波モード分散を与え、かつ、前記第１素子と実質的に同一な構成および特性を持つ第２素子を有し、前記可変パターンに従って前記第２素子を駆動することにより、前記偏波モード分散付与装置で付与された偏波モード分散を打ち消す偏波モード分散を与えて送信時の状態に復元した光信号を前記光受信器に送る偏波モード分散復元装置と、を備えて構成されるものである。
かかる構成の光通信システムでは、光送信器から光伝送路に送られる光信号に対して、可変パターンに従って変化する偏波モード分散が偏波モード分散付与装置によって付与される。この偏波モード分散が付与された光信号は、光伝送路を伝搬した後、第１素子と実質的に同一な構成および特性を持つ第２素子を備えた偏波モード分散復元装置において、送信側で用いられた可変パターンに一致する可変パターンに従って変化する偏波モード分散が与えられることで、偏波モード分散付与装置で付与された偏波モード分散が打ち消されて、偏波モード分散付与装置に入力される前の送信時の状態に復元される。これにより、光信号によって伝達される情報の秘匿性が光レベルでの偏波モード分散の付与によって保持され、高い安全性を確保した光通信が実現されるようになる。
また、本発明の秘匿性を有する光通信方法は、光送信器および光受信器の間で光伝送路を介して光信号を送受信する方法において、前記光送信器から送信される光信号に対して可変の偏波モード分散を与える第１素子を、前記光送信器および前記光受信器の間で予め取り決めた可変パターンに従って駆動することにより、偏波モード分散を付与した光信号を前記光伝送路に送り、前記光伝送路から前記光受信器に送られる光信号に対して可変の偏波モード分散を与え、かつ、前記第１素子と実質的に同一な構成および特性を持つ第２素子を前記可変パターンに従って駆動することにより、前記偏波モード分散付与装置で付与された偏波モード分散を打ち消す偏波モード分散を与えて送信時の状態に復元した光信号を前記光受信器に送ることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の光通信システムの第１実施形態を示す構成図である。
図２は、上記の第１実施形態におけるＰＭＤ可変器の具体的な一例を示す構成図である。
図３は、上記の第１実施形態に関連した応用例を示す構成図である。
図４は、本発明の光通信システムの第２実施形態に用いられるＰＭＤ可変器の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下に、本発明の秘匿性を有する光通信方法および光通信システムを実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当する部分を示すものとする。
図１は、本発明の光通信システムの第１実施形態を示す構成図である。
図１において、本光通信システムは、例えば、光送信器１および光受信器２の間を光回線網３を介して接続した光ネットワークについて、光送信器１の出力にＰＭＤ付与装置１０を設けると共に、光受信器２の入力にＰＭＤ復元装置２０を設けることによって、光送信器１から光回線網３を介して光受信器２に伝達される光信号の秘匿化を光レベルで実現したものである。
光送信器１は、例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓ等のデータ信号に従って変調された光信号を生成し、それをＰＭＤ付与装置１０に出力する周知の構成のものである。この光送信器１から送信される光信号は、具体的には、送信先のアドレス等の付加情報を示すヘッダーおよびデータ本体を示すペイロードの各部分からなる。
ＰＭＤ付与装置１０は、例えば、光送信器１からの光信号が入力される第１素子としてのＰＭＤ可変器１１と、該ＰＭＤ可変器１１の駆動状態を制御する駆動制御回路１２と、光送信器１および光受信器２の間で予め取り決められた可変パターンを発生する可変パターン発生器１３と、を有する。このＰＭＤ付与装置１０は、可変パターン発生器１３から出力される可変パターンに応じて駆動制御回路１２で生成した駆動制御信号をＰＭＤ可変器１１に供給することにより、光送信器１からの光信号について可変パターンに従って変化するＰＭＤを付与し、その光信号を光回線網３に送出する。
ＰＭＤ復元装置２０は、例えば、光回線網３を伝搬して光受信器２に向けて送られる光信号が入力される。このＰＭＤ復元装置２０は、ＰＭＤ付与装置１０のＰＭＤ可変器１１と同一の構成で同一の特性を有する第２素子としてのＰＭＤ可変器２１と、該ＰＭＤ可変器２１の駆動状態を制御する駆動制御回路２２と、光送信器１および光受信器２の間で予め取り決められた可変パターンを発生する可変パターン発生器２３とを有する。上記のＰＭＤ復元装置１０は、可変パターン発生器２３から出力される可変パターンに応じて駆動制御回路２２で生成した駆動制御信号をＰＭＤ可変器２１に供給することにより、光回線網３からの光信号に対して、送信側のＰＭＤ付与装置１０で付与されたＰＭＤとは相反するＰＭＤを与えることにより元の偏波状態に復元し、その光信号を光受信器２に出力する。
光受信器２は、ＰＭＤ復元装置２０から出力される光信号を受信して復調し、ヘッダー部分の情報を基にその光信号の送信先を確認して該当する光信号のペイロード部分に含まれたデータ信号を識別する一般的な構成のものである。
図２は、上記のＰＭＤ付与装置１０およびＰＭＤ復元装置２０に用いられる各ＰＭＤ可変器１１，２１の具体的な一例を示す構成図である。
図２に示す各ＰＭＤ可変器１１，２１は、前述したように同一の構成および同一の特性を有するものであり、ここでは、偏波回転部３１および偏波遅延部３２から構成される。偏波回転部３１は、光送信器１または光回線網３から送られてくる光信号の偏波を、駆動制御回路１１から出力される駆動制御信号に従って回転させて偏波遅延部３２に出力する。なお、ここでの偏波回転とは、直線偏波の軸の回転のみを意味するものではなく、ポアンカレ球上の回転一般を意味するものである。例えば、ポアンカレ球を地球に見立てたときの子午線上の動きも回転とする。上記の偏波回転部３１としては、例えば、二分の一波長板（λ／２板）と四分の一波長板（λ／４板）を光路に沿って順に並べたものや、可変回転角を有するファラデー回転子、液晶などを使用することができる。ただし、偏波回転部３１の構成は上記の一例に限定されるものではない。
偏波遅延部３２は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：以下、ＬＮとする）等の電気光学効果を有する結晶基板３２Ａに形成した光導波路３２Ｂの一端に偏波回転部３１からの光信号が入力される。この光導波路３２Ｂには、複数個の偏波変換デバイスが所要の間隔で挿入されている。具体的に、ここでは例えば３個の偏波変換デバイス３２Ｃ１，３２Ｃ２，３２Ｃ３が光導波路３２Ｂ上に配置されるものとし、偏波変換デバイス３２Ｃ１は偏波回転部３１側に位置する光導波路３２Ｂの一端近傍に設けられ、その偏波変換デバイス３２Ｃ１から距離Ｌ１を隔てた光導波路３２Ｂの途中に偏波変換デバイス３２Ｃ２が設けられ、さらに、その偏波変換デバイス３２Ｃ２から距離Ｌ２を隔てた光導波路３２Ｂの途中に偏波変換デバイス３２Ｃ３が設けられる。なお、偏波変換デバイス３２Ｃ３から光導波路３２Ｂの他端までの距離をＬ３とする。各偏波変換デバイス３２Ｃ１〜３２Ｃ３は、それぞれ、光導波路３２Ｂ内を伝搬する光信号の直交する偏波モード成分を、駆動制御回路１１からの駆動制御信号に従って相互に変換する機能を持つ。
このような偏波遅延部３２では、光導波路３２Ｂに入力された光信号が偏波変換デバイス３２Ｃ１，３２Ｃ２間の光導波路部分３２Ｂ１を伝搬することで、直交する偏波モード成分間に±Δ１の群遅延時間差（正負の符号は偏波変換デバイス３２Ｃ１の設定に応じて変化）が発生する。また、光信号が偏波変換デバイス３２Ｃ２，３２Ｃ３間の光導波路部分３２Ｂ２を伝搬することで、直交偏波モード成分間に±Δ２の群遅延時間差（正負の符号は偏波変換デバイス３２Ｃ２の設定に応じて変化）が発生し、さらに、偏波変換デバイス３２Ｃ３以降の光導波路部分３２Ｂ３を伝搬することで直交偏波モード成分間に±Δ３の群遅延時間差（正負の符号は偏波変換デバイス３２Ｃ３の設定に応じて変化）が発生する。
次に、第１実施形態の光通信システムの動作について説明する。
上記のような構成の光通信システムでは、１０Ｇｂｉｔ／ｓ等の光信号が光送信器１から送信されると、その光信号はＰＭＤ付与装置１０のＰＭＤ変換器１１に与えられる。このＰＭＤ変換器１１を構成する偏波回転部３１および偏波遅延部３２の各偏波変換デバイス３２Ｃ１〜３２Ｃ３に対しては、可変パターン発生器１３で発生する可変パターンに応じて駆動制御回路１２で生成した駆動制御信号が供給されている。ＰＭＤ変換器１１に入力された光信号は、ヘッダーを除いたペイロードに相当する部分について、偏波回転部３１で可変パターンに従って高速に変化する偏波回転が行われた後に、偏波遅延部３２の各光導波路部分３２Ｂ１〜３２Ｂ３を順に伝搬することで、直交する偏波モード成分間に可変パターンに従って高速に変化する群遅延時間差が与えられる。なお、ここでは光信号のヘッダーに相当する部分については、そのままＰＭＤ変換器１１を通過するものとする。
偏波遅延部３２で与えられる群遅延時間差は、各偏波変換デバイス３２Ｃ１〜３２Ｃ３の設定によって、（Δ１＋Δ２＋Δ３）、（Δ１＋Δ２−Δ３）、（Δ１−Δ２＋Δ３）、（Δ１−Δ２−Δ３）、（−Δ１＋Δ２＋Δ３）、（−Δ１＋Δ２−Δ３）、（−Δ１−Δ２＋Δ３）および（−Δ１−Δ２−Δ３）の２３＝８通りに変化し、これらのうちのいずれか１つの状態が可変パターンに従って連続的に選択される。これにより、ＰＭＤ付与装置１０を通過した光信号は、ヘッダー部分を除いて、光送信器１および光受信器２の間で予め取り決められた可変パターンに従って偏波回転状態および直交偏波モード成分間の群遅延時間差の双方が高速にスクランブルされる。このとき可変パターンに従ってどのようなＰＭＤが光信号に与えられるかについては、ハードウェアとしてのＰＭＤ可変器１１に依存し、具体的には、偏波回転部３１と偏波遅延部３２の構成および特性によって一意に決まる。
なお、上記のようなＰＭＤ付与装置１０の動作は、光信号の偏波状態のみを変動させる一般的な偏波スクランブラの動作とは相違するものである点に注意を要する。すなわち、上記ＰＭＤ付与装置１０の動作は、偏波回転状態および群遅延時間差の両方を変動させる、いわば「二要素スクランブル」という新しい機能を実現可能にしている。
ＰＭＤ付与装置１０を通過した光信号は、光回線網３を光受信器２に向けて伝搬し、光受信器２の前段に配置されたＰＭＤ復元装置２０のＰＭＤ変換器２１に与えられる。このＰＭＤ変換器２１の偏波回転部３１および偏波遅延部３２の各偏波変換デバイス３２Ｃ１〜３２Ｃ３に対しては、可変パターン発生器２３で発生する可変パターンに応じて駆動制御回路２２で生成した駆動制御信号が、ＰＭＤ付与装置１０のＰＭＤ可変器１１に与えられる駆動制御信号と同期した状態で供給されている。ＰＭＤ変換器２１に入力された光信号は、ヘッダーを除いたペイロードに相当する部分について、偏波回転部３１で可変パターンに従って高速に変化する偏波回転が行われた後に、偏波遅延部３２の各光導波路部分３２Ｂ１〜３２Ｂ３を順に伝搬することで、直交する偏波モード成分間に可変パターンに従って高速に変化する群遅延時間差が与えられる。なお、ここでは光信号のヘッダーに相当する部分については、そのままＰＭＤ変換器２１を通過するものとする。
偏波回転部３１で与えられる偏波回転は、ＰＭＤ付与装置１０の偏波回転部３１で与えられた偏波回転を打ち消す逆方向の回転である。そのような逆方向の偏波回転が可変パターンに従って高速に変化しながら光信号に与えられることで、光信号の偏波回転状態が光送信器１から送信された時の状態に戻される。また、偏波遅延部３２で与えられる群遅延時間差は、ＰＭＤ付与装置１０の偏波回転部３２で与えられた群遅延時間差を打ち消す逆符合の群遅延時間差である。そのような逆符合の群遅延時間差が可変パターンに従って高速に変化しながら光信号に与えられることで、直交する偏波モード成分間の群遅延時間差が光送信器１から送信された時の状態に戻される。これにより、ＰＭＤ復元装置２０を通過した光信号は、送信側でスクランブルされた偏波回転状態および直交偏波モード成分間の群遅延時間差の双方が打ち消されて送信側でＰＭＤを付与する前の状態に復元される。
この光信号の復元は、ＰＭＤ付与装置１０の可変パターン発生器１３およびＰＭＤ復元装置２０の可変パターン発生器２３でそれぞれ発生する各可変パターンが一致し、かつ、ＰＭＤ付与装置１０のＰＭＤ可変器１１およびＰＭＤ復元装置２０のＰＭＤ可変器２１それぞれの構成と特性とが実質的に同一であるという条件を満たすことによってはじめて実現される。ＰＭＤ付与装置１０およびＰＭＤ復元装置２０に用いる各ＰＭＤ可変器２１が上記のような条件を満たすためには、例えば、同一の製造元において同じ工程で作製された同一ロットのものであることが必要とされる。これは言い換えると、本光通信システムを設計する際に留意すべき事項として、ＰＭＤ付与装置１０およびＰＭＤ復元装置２０に用いる各ＰＭＤ可変器２１の設計が特定の顧客（ここでは光送信器１および光受信器２の使用者）以外の第三者に知られないように管理すると共に、その顧客に対して特定のペアのＰＭＤ可変器２１のみを渡すようにすることが重要になる。
上記のようにしてＰＭＤ復元装置２０で送信時の状態に復元された光信号は、光受信器２に送られて受信処理される。この光受信器２における受信処理では、初期操作として、ＰＭＤ復元装置２０を通過した光信号のヘッダーが読み取られ送信先等に関する情報の確認が行われる。この受信側でのヘッダー情報の確認が完了すると、送信側のＰＭＤ付与装置１０により光信号のペイロードに対するＰＭＤの付与が開始されると共に、それに同期して受信側のＰＭＤ復元装置２０により上記付与されたＰＭＤの復元が開始される。このような初期操作が終了した後の光受信器２では、送信時の状態に復元された光信号のペイロード情報が読み取られてデータ信号の識別処理が行われる。
上記のように第１実施形態の光通信システムによれば、光送信器１から出力される１０Ｇｂｉｔ／ｓ等の光信号を可変パターンに従って高速にＰＭＤスクランブルして光回線網３に送信し、その光信号を受信する際には送信側で付与されたＰＭＤとは相反するＰＭＤを光信号に与えて元の状態に復元するようにしたことで、光送信器１および光受信器２間で伝送される光信号の秘匿性を光レベルで保持することができるようになる。このような可変パターンに従って高速に変化するＰＭＤの付与された光信号は、送信側で用いたＰＭＤ可変器１１と同一の構成および同一の特性を有するＰＭＤ可変器２１を受信側に用意し、かつ、送信側と共通の可変パターンに従ってＰＭＤ可変器２１を駆動しない限り、元の状態に復元することが不可能であるため、伝達情報の秘匿性を非常に高いレベルで確保することができる。たとえ、上記ＰＭＤの付与された光信号を受光素子で電気信号に変換して記録したとしても、光レベルのＰＭＤに関する情報は受光時に失われるため、大型計算機等を利用して光信号に付与されたＰＭＤを解析することは不可能であり、また、数ＧＨｚを超えるような高速な可変パターンに追従して解析を行うことも極めて困難である。加えて、従来の光スペクトラム拡散通信と比較すると、既存の光通信システムに対してＰＭＤ付与装置１０およびＰＭＤ復元装置２０を追加するだけで光レベルでの秘匿性を確保できるようになるため、様々な形態の光通信システムに柔軟に対応することが可能である。
なお、上記の第１実施形態では、各ＰＭＤ可変器１１，２１の偏波遅延部３２を３つの要素（光導波路部分３２Ｂ１〜３２Ｂ３および偏波変換デバイス３２Ｃ１〜３２Ｃ３）に分けて直交偏波モード成分間に２３通りの群遅延時間差を与える構成を示したが、本発明はこれに限らず、偏波遅延部３２を任意の数の要素に分けて群遅延時間差を与えるようにすることが可能である。偏波遅延部３２をより多くの要素に分けることにより、光信号に与えられる群遅延時間差の組み合わせが増えるため（Ｎ個の要素に分けた場合には２Ｎ通りの組み合わせとなる）、光信号の秘匿性をより高くすることが可能になる。
また、上記の第１実施形態では、光信号が光回線網３を伝搬することによって発生するＰＭＤを補償するための構成を特に設けていないが、例えば図３に示すように、公知の構成のＰＭＤ補償器５０を受信側に配置して、光回線網３で発生するＰＭＤの補償を行うようにすることも可能である。この場合、ＰＭＤ復元装置２０の前段にＰＭＤ補償器５０の偏波制御器５１を設け、ＰＭＤ復元装置２０の後段にＰＭＤ補償器５０の偏波遅延器５２およびＰＭＤモニタ５４を設けるようにするのがよい。なお、ＰＭＤ補償器５０の偏波制御器５１は、ＰＭＤモニタ５４のモニタ結果に応じて光信号の偏波面の方向を回転させるものであり、偏波遅延器５３は偏波制御器５１で偏波方向の制御された光信号の直交偏波モード成分間に一定の群遅延時間差を与えるものである。
さらに、上記の第１実施形態では、光信号のヘッダー部分に対してＰＭＤの付与が行われない場合を説明したが、例えば、ヘッダー部分の光パルス幅をＰＭＤスクランブルの影響を受けない程度に広く設定し、つまり、光信号のヘッダー部分の転送レートを低くして（例えば、数ＧＨｚのＰＭＤスクランブルに対して、数ＭＨｚの転送レート等とする）、光信号のヘッダーおよびペイロードの両方にＰＭＤスクランブルをかけるようにしてもよい。
次に、本発明の光通信システムの第２実施形態について説明する。
前述した第１実施形態では、例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓ等の高速な光信号が光送信器１および光受信器２間で伝送されるシステムを想定したが、より低速な光信号、例えば１００Ｍｂｉｔ／ｓ等の光信号が伝送されるシステムの場合には、光レベルでの伝送情報の秘匿化のために光信号に与えるＰＭＤの大きさをかなり大きくする必要がある。これは光信号のパルス幅よりも直交偏波モード成分間の群遅延時間差を大きくする必要があるためである。このような大きな群遅延時間差を光信号に与えるデバイスを第１実施形態の場合のようにＬＮ基板を用いた偏波遅延部３２で構成したとすると、光導波路３２Ａの全長が著しく長くなってしまうという欠点が生じる。そこで、第２実施形態では、上記のような比較的低速なシステムに好適な一例について説明する。
図４は、第２実施形態の光通信システムに用いられるＰＭＤ可変器の一例を示す構成図である。なお、光通信システム全体の構成は、上述の図１に示した第１実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
図４に示す構成は、図１のＰＭＤ付与装置１０およびＰＭＤ復元装置２０に用いられる各ＰＭＤ可変器１１，２１を表したものである。この図４のＰＭＤ可変器１１，２１は、複数本（ここでは３本）の偏波保持ファイバ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍａｉｎｔａｉｎｇ  Ｆｉｂｅｒ：以下、ＰＭＦとする）を偏波回転素子３３Ｂ１，３３Ｂ２，３３Ｂ３を介して直列に接続して構成される。各ＰＭＦ３３Ａ１〜３３Ａ３は、直交する偏波モードに対するファイバ軸方向の光路長が異なる値を有し、直交する偏波モード成分間に一定のＰＭＤを発生させる、低価格かつ低損失な光伝送媒体である。各偏波回転素子３３Ｂ１，３３Ｂ２，３３Ｂ３は、それぞれ、入力される光信号の偏波を駆動制御回路１１からの駆動制御信号に従って回転させて出力する公知の光デバイスである。この偏波回転素子３３Ｂ１〜３３Ｂ３の具体例としては、ＬＮ導波路、可変回転角を有するファラデー回転子または液晶などを用いて構成したものが挙げられる。
このようなＰＭＤ可変器１１，２１では、光送信器１または光回線網３から送られてくる光信号が偏波回転素子３３Ｂ１を介してＰＭＦ３３Ａ１に与えられることで、その光信号は偏波回転素子３３Ｂ１により駆動制御信号に従って偏波回転された後にＰＭＦ３３Ａ１で直交する偏波モード成分間にΔ１の群遅延時間差が与えられる。そして、ＰＭＦ３３Ａ１を通過した光信号は、偏波回転素子３３Ｂ２を介してＰＭＦ３３Ａ２に与えられ、さらに、偏波回転素子３３Ｂ３を介してＰＭＦ３３Ａ３に与えられることで、偏波回転素子３３Ｂ２，３３Ｂ３によりそれぞれ駆動制御信号に従って偏波回転され、ＰＭＦ３３Ａ２，３３Ｂ３によりそれぞれ直交する偏波モード成分間にΔ２，Δ３の群遅延時間差が与えられる。
上記のような第２実施形態の光通信システムによれば、第１実施形態の場合と同様の効果が得られると共に、例えば１００Ｍｂｉｔ／ｓ等の比較的低速な光信号を伝送するシステムについても、光信号に対して大きなＰＭＤを付与することのできるＰＭＤ可変器を容易に実現することが可能になる。
なお、上記の第２実施形態では、偏波回転素子３３Ｂ１〜３３Ｂ３を介して各ＰＭＦ３３Ａ１〜３３Ａ３を直列に接続するようにしたが、例えば、偏波回転素子３３Ｂ１〜３３Ｂ３を省略し、各ＰＭＦ３３Ａ１〜３３Ａ３を各々の主軸が異なる角度となるように互いに接続するという簡略化も可能である。この場合、可変パターンに従ったＰＭＤスクランブルは行われなくなるため、上述した第２実施形態の場合に比べて、情報の秘匿性のレベルが低下することになる。しかしながら、上記の構成は極めて安価に実現でき、一般に暗号の価値は解読に要するコストに対する暗号化のコストで決まることを考慮すれば、簡易な光レベルの暗号化として有用である。
【産業上の利用可能性】  本発明の秘匿性を有する光通信システムおよび光通信方法は、光送信器から出力される光信号に対して可変パターンに従って変化する偏波モード分散を与えて光伝送路に送信し、その光信号を受信する際には送信側で付与された偏波モード分散を打ち消す偏波モード分散を光信号に与えて送信時の状態に復元するようにしたことで、光送信器および光受信器間で伝送される光信号の秘匿性を光レベルで保持することができるようになり、高い安全性を確保した光通信が実現可能になるため、産業上の利用可能性が大である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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