(57)【要約】光送信回路（２）は、多モード発振光を情報信号で変調し、多モード発振光における少なくとも１つの発振モード光に対して、所定の操作を施した後、光伝送路に送出する。光受信回路（８）は、光伝送路を介して伝送される光信号を受信し、所定の操作と逆の操作を施すことによって、所定の操作を施される前の光信号を復元し、復元した光信号を電気信号に変換して、情報信号を再生する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送すべき情報信号で変調された多モードの光信号を伝送するための多モード光伝送装置であって、
多モード発振光を前記情報信号で変調し、前記多モード発振光における少なくとも１つの発振モード光に対して、所定の操作を施した後、光伝送路に送出する光送信回路と、
前記光伝送路を介して伝送される光信号を受信し、前記所定の操作と逆の操作を施すことによって、前記所定の操作を施される前の光信号を復元し、復元した光信号を電気信号に変換して、前記情報信号を再生する光受信回路とを備えることを特徴とする、多モード光伝送装置。
【請求項２】
前記光送信回路は、前記所定の操作として、前記多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作を施して、前記光伝送路に送出し、
前記光受信回路は、前記光伝送路を介して伝送される光を受信し、前記発振モード光の群に対して前記所定の符号に対応した操作と逆の操作を施すことによって前記所定の操作を施される前の光信号を復元し、前記発振モード光の群の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、前記情報信号を再生することを特徴とする、請求項１に記載の多モード光伝送装置。
【請求項３】
前記光送信回路は、前記所定の操作として、前記多モード発振光から所定の発振モード光を抽出して、前記光伝送路に送出し、
前記光受信回路は、前記光伝送路を介して伝送される光を受信し、抽出された前記所定の発振モード光と同一の光もしくは前記所定の発振モード光に準じた光とを合成した後、自乗検波して、前記情報信号を再生することを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項４】
前記光送信回路は、
多モード発振する光を出力する多モード光源と、
前記多モード光源から出力される光を情報信号で変調し、変調された光信号を出力する光情報変調部と、
前記光情報変調部から出力される前記光信号を入力し、前記光信号の複数の発振モード光の群に対して、前記所定の符号に対応した第１の操作を施し、前記光伝送路に送出するモード符号化部とを含み、
前記光受信回路は、
前記光伝送路を介して伝送される光信号を入力し、前記光信号の複数の発振モード光の群に対して、前記所定の符号に対応した前記第１の操作と逆の関係にある第２の操作を施し、出力するモード復号化部と、
前記モード復号化部から出力される光信号の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、前記情報信号を再生する光強度検出部とを含む、請求項２に記載の多モード光伝送装置。
【請求項５】
前記モード符号化部における前記第１の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した所定量の強度変化を与える操作であり、
前記モード復号化部における前記第２の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した前記所定量の強度変化と逆の極性を有する強度変化を与える操作であることを特徴とする、請求項４に記載の多モード光伝送装置。
【請求項６】
前記モード符号化部における前記第１の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した所定量の位相変化を与える操作であり、
前記モード復号化部における前記第２の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した前記所定量の位相変化と逆の極性を有する位相変化を与える操作であることを特徴とする、請求項４に記載の多モード光伝送装置。
【請求項７】
前記モード符号化部における前記第１の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した所定量の偏向変化を与える操作であり、
前記モード復号化部における前記第２の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した前記所定量の偏向変化と逆の極性を有する偏向変化を与える操作であることを特徴とする、請求項４に記載の多モード光伝送装置。
【請求項８】
前記モード符号化部における前記第１の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した所定量の周波数変化を与える操作であり、
前記モード復号化部における前記第２の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した前記所定量の周波数変化と逆の極性を有する周波数変化を与える操作であることを特徴とする、請求項４に記載の多モード光伝送装置。
【請求項９】
複数対の前記光送信回路と前記光受信回路とを有し、
各前記光送信回路から出力される光信号成分を合成し、前記光伝送路に送出する光合波部と、
前記光伝送路を介して伝送される光信号成分を分岐し、対応する前記光受信回路に出力する光分岐部とを備え、
前記光送信回路と前記光受信回路との各対は、それぞれ、複数の発振モード光の群に対して、互いに異なる所定の符号に対応した第１の操作および第２の操作を施すことを特徴とする、請求項４に記載の多モード光伝送装置。
【請求項１０】
前記光送信回路は、
多モード発振する光を出力する多モード光源と、
前記多モード光源から出力される光を前記情報信号で変調し、光信号を出力する光情報変調部と、
前記光情報変調部から出力される前記光信号を入力し、前記光信号における複数の発振モード光の内、前記所定の発振モード光を分離して副光伝送路に送出すると共に、前記光信号における前記所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路に送出する光分離部とを含み、
前記光受信回路は、
前記主光伝送路を介して伝送される前記光信号成分と、前記副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光とを合成し、自乗検波して、前記情報信号を再生する光強度検出部を含む、請求項３に記載の光伝送装置。
【請求項１１】
さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、
各前記光送信回路から出力される前記所定の発振モード光を合成し、前記副光伝送路に送出する副光合波部と、
前記副光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光を分岐し、対応する光受信回路に出力する副光分岐部とを備える、請求項１０に記載の光伝送装置。
【請求項１２】
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項１１に記載の光伝送装置。
【請求項１３】
さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、
各前記光送信回路から出力される前記所定の発振モード光以外の光信号成分を合成し、前記主光伝送路に送出する主光合波部と、
前記主光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光以外の光信号成分を分岐し、対応する前記光受信回路に出力する主光分岐部と、
各前記光送信回路から出力される前記所定の発振モード光を合成し、前記副光伝送路に送出する副光合波部と、
前記副光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光を分岐し、対応する光受信回路に出力する副光分岐部とを備える、請求項１０に記載の光伝送装置。
【請求項１４】
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに同じ波長成分有し、
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項１３に記載の光伝送装置。
【請求項１５】
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項１３に記載の光伝送装置。
【請求項１６】
前記光送信回路は、
多モード発振する光を出力する多モード光源と、
前記多モード光源から出力される光を前記情報信号で変調し、光信号を出力する光情報変調部と、
前記光情報変調部から出力される前記光信号を入力し、前記光信号における複数の発振モード光の内、前記所定の発振モード光を分離して副光伝送路に送出すると共に、前記光信号における前記所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路に送出する光分離部とを含み、
前記光受信回路は、
前記副光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光を入力し、前記所定の発振モード光に準じた光として、当該発振モード光と物理的性質を同じくする局部発振光を発生する局発光発生部と、
前記主光伝送路を介して伝送される前記光信号成分と、前記局発光発生部から出力される前記局部発振光とを合成し、自乗検波して、前記情報信号を再生する光強度検出部とを含む、請求項３に記載の光伝送装置。
【請求項１７】
さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、
各前記光送信回路から出力される前記所定の発振モード光を合成し、前記副光伝送路に送出する副光合波部と、
前記副光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光を分岐し、対応する光受信回路に出力する副光分岐部とを備える、請求項１６に記載の光伝送装置。
【請求項１８】
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項１７に記載の光伝送装置。
【請求項１９】
さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、
各前記光送信回路から出力される前記所定の発振モード光以外の光信号成分を合成し、前記主光伝送路に送出する主光合波部と、
前記主光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光以外の光信号成分を分岐し、対応する前記光受信回路に出力する主光分岐部と、
各前記光送信回路から出力される前記所定の発振モード光を合成し、前記副光伝送路に送出する副光合波部と、
前記副光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光を分岐し、対応する光受信回路に出力する副光分岐部とを備える、請求項１６に記載の光伝送装置。
【請求項２０】
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに同じ波長成分有し、
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項１９に記載の光伝送装置。
【請求項２１】
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項１９に記載の光伝送装置。
【請求項２２】
前記光送信回路は、
多モード発振する光を出力する多モード光源と、
前記多モード光源から出力される光を前記情報信号で変調し、光信号を出力する光情報変調部と、
前記光情報変調部から出力される前記光信号を入力し、前記光信号における複数の発振モード光の内、前記所定の発振モード光を分離すると共に、前記光信号における前記所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を光伝送路に送出する光分離部と、
前記光分離部によって分離された前記所定の発振モード光を入力し、当該所定の発振モード光の物理的性質を検出し、検出信号を伝送路に送出する光検出部とを含み、
前記光受信回路は、
前記伝送路を介して伝送される検出信号に基づき、前記所定の発振モード光に準じた光として、前記所定の発振モード光と物理的性質を同じくする局部発振光を発生する局発光発生部と、
前記光伝送路を介して伝送される光信号成分と、前記局発光発生部から出力される局部発振光とを合成し、自乗検波して、前記情報信号を再生する光強度検出部とを含む、請求項３に記載の光伝送装置。
【請求項２３】
さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、
各前記光送信回路から出力される検出信号を合成し、前記伝送路に送出する合成部と、
前記伝送路を介して伝送される検出信号を分岐し、対応する前記光受信回路に出力する分岐部とを備える、請求項２２に記載の光伝送装置。
【請求項２４】
さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、
各前記光送信回路から出力される前記所定の発振モード光以外の光信号成分を合成し、前記主光伝送路に送出する主光合波部と、
前記主光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光以外の光信号成分を分岐し、対応する前記光受信回路に出力する主光分岐部とを備える、請求項３に記載の光伝送装置。
【請求項２５】
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項２４に記載の光伝送装置。
【請求項２６】
前記光送信回路は、前記所定の操作として、前記多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作を施し、所定の発振モード光を分離して副光伝送路に送出すると共に、前記所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路に送出し、
前記光受信回路は、前記主光伝送路を介して伝送される前記光信号成分と、前記副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光とを合成し、前記発振モード光の群に対して前記所定の符号に対応した操作と逆の操作を施すことによって前記所定の操作を施される前の光信号を復元し、前記発振モード光の群の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、前記情報信号を再生することを特徴とする、請求項１に記載の多モード光伝送装置。
【請求項２７】
前記光送信回路は、前記所定の操作として、前記多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作を施して主光伝送路に送出し、前記多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して前記所定の符号に対応した操作と逆の操作を施して副光伝送路に送出し、
前記光受信回路は、前記主光伝送路を介して伝送される光と前記副光伝送路を介して伝送される光とを合成することによって、前記所定の操作を施される前の光信号を復元し、前記発振モード光の群の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、前記情報信号を再生することを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項２８】
前記光送信回路で用いられる多モード光源は、
互いに光強度および光位相に相関性を有し、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、
前記複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、
前記光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ前記複数の光源から出力される光の強度および／または位相を略ランダムに変調するような変調信号を各前記光源に供給する符号発生部とからなることを特徴とする、請求項１に記載の多モード光伝送装置。
【請求項２９】
前記送信回路で用いられる多モード光源は、
互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、
前記複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、
前記複数光源から出力される光の位相変化を同期させる光位相同期部と、
前記光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ前記複数の光源から出力される光の強度を略ランダムに変調するような変調信号を各前記光源に供給する符号発生部とからなることを特徴とする、請求項１に記載の多モード光伝送装置。
【請求項３０】
前記送信回路で用いられる多モード光源は、
互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、
前記複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、
前記複数光源から出力される光の強度変化を同期させる光強度同期部と、
前記光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ前記複数の光源から出力される光の位相を略ランダムに変調するような変調信号を各前記光源に供給する符号発生部とからなることを特徴とする、請求項１に記載の多モード光伝送装置。
【請求項３１】
前記送信回路で用いられる多モード光源は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）であることを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３２】
前記多モード光源は、ＦＰ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）レーザであることを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３３】
前記多モード光源は、ＲＣ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｃａｂｉｔｙ）−ＬＥＤであることを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３４】
前記多モード光源は、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｂｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）であることを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３５】
前記多モード光源は、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）であることを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３６】
前記光伝送路は、光ファイバ、光導波路、または自由空間であることを特徴とする、請求項１に記載の多モード光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、データを光信号に変換して伝送し、伝送された光信号を受信してデータに変換する光伝送装置に関し、より特定的には、光が物理的性質として備える雑音成分を利用して、正規受信者以外の第三者によるデータの盗み見／盗聴を著しく抑制し、高い秘匿性を有するデータの暗号通信を実現する光伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  図１９は、暗号通信に対応する従来の光伝送装置９１の構成を示す図である。図１９において、本光伝送装置９１は、光源９５と、光情報変調部９４と、暗号化部９３と、光伝送路９９３と、復号化部９８と、光強度検出部９７とを備える。光源９５と、光情報変調部９４と、暗号化部９３とによって、光送信回路９２が構成される。復号化部９８と、光強度検出部９７とによって、光受信回路９６が構成される。なお、図中には、本光伝送装置９１の動作説明のため、傍受者光強度検出部９９２と、暗号解読部９９１とを構成要素とする傍受者光受信回路９９を併せて示している。【０００３】  上記のように構成された光伝送装置９１について、図１９を用いて、その動作を説明する。光送信回路９２において、暗号化部９３は、光受信回路９６内の復号化部９８との間で、「暗号鍵」として予め源符号Ｋｉを共有している。暗号化部９３は、伝送すべき情報信号Ｄｉを源符号Ｋｉを用いて暗号化し、出力する。光情報変調部９４は、光源９５から出力された光を、暗号化部９３から出力された暗号化情報信号によって光変調し、光伝送路９９３に送出する。光強度検出部９７は、光伝送路９９３を介して伝送される光変調信号を入力して、当該光強度変調成分を検出し、電気信号に変換し、出力する。復号化部９８は、源符号Ｋｉを用いて、光強度検出部９７からの出力信号を復号化し、情報信号Ｄｉを再生する。【０００４】  以上のような従来の光伝送装置では、送信者と受信者との間で所定の符号を「秘密鍵」として共有する。送信側は、情報信号に対して、当該符号を用いて所定の手順の計算処理を施して暗号化する。伝送後、受信側は、同様の符号を用いて略逆手順の計算処理を施すことで復号化し、元の情報信号を再生する。これにより、「秘密鍵」を保有する正規の受信者以外の第三者による復号化が不可能となり、盗聴を著しく困難とし、秘匿性の高いデータ通信を実現することが可能となる。
【特許文献１】特開平９−２０５４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかしながら、従来のように、計算処理に基づく従来の暗号通信方式は、電子計算機の発達に伴い、いずれ数学的に解読される危険性を常に含んでおり、高い安全性を長期間保証することができないという課題を有している。即ち、盗聴者側の傍受者光受信回路９９は、光伝送路９９３を伝搬する光信号の一部を分岐して取り出し、正規受信者側の光受信回路９６と同等もしくはそれに匹敵する品質の光信号を傍受者光強度検出部９９２に入力して、電気信号に変換し、暗号解読部９９１で、元の情報信号Ｄｉを復元することができる。暗号解読部９９１は、主に、高速の計算機等で構成され、「秘密鍵」を所持していなくても、充分な品質の信号が入力しさえすれば、計算処理によって暗号を解読することができる。【０００６】  それ故に、本発明の目的は、物理的性質（自然現象）として光が備える、予測不能の雑音成分を利用して、計算機処理による解析・解読が不可能な暗号通信を実現することができる光伝送装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記課題を解決するために本発明は以下のような特徴と有する。本発明の第１の局面は、伝送すべき情報信号で変調された多モードの光信号を伝送するための多モード光伝送装置であって、多モード発振光を情報信号で変調し、多モード発振光における少なくとも１つの発振モード光に対して、所定の操作を施した後、光伝送路に送出する光送信回路と、光伝送路を介して伝送される光信号を受信し、所定の操作と逆の操作を施すことによって、所定の操作を施される前の光信号を復元し、復元した光信号を電気信号に変換して、情報信号を再生する光受信回路とを備えることを特徴とする。【０００８】  本発明の第１の局面によれば、多モード発振光における少なくとも１つの発振モード光に対して、所定の操作を施して発振モード光成分間の光強度または光位相の相関関係を変更する。これによって、物理的性質（自然現象）として光が備える、予測不能の雑音成分が発生することとなる。盗聴が行われる場合、傍受者光受信回路が受信する光信号は、上記予測不能の雑音成分によって、信号対雑音比が劣化しているので、光送信回路が送信した光信号を正確に再生することができない。よって、上記予測不能の雑音成分を利用して、計算機処理による解析・解読が不可能な秘匿性の高い暗号通信を実現することができる光伝送装置が提供されることとなる。【０００９】  本発明の第２の局面において、光送信回路は、所定の操作として、多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作を施して、光伝送路に送出し、光受信回路は、光伝送路を介して伝送される光を受信し、発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作と逆の操作を施すことによって所定の操作を施される前の光信号を復元し、発振モード光の群の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、情報信号を再生するとよい。【００１０】  本発明の第２の局面により、光送信回路は、多モード発振する光の各発振モード光に対して、所定の操作を施して発振モード光成分間の光強度または光位相の相関関係を変更する。これによって、物理的性質（自然現象）として光が備える、予測不能の雑音成分が発生することとなる。正規の光受信回路と光送信回路とは、発振モード光成分間の光強度または光位相の変更パターンを「秘密鍵」として共有する。光受信回路は、当該秘密鍵に基づいて、光送信回路が施した所定の操作とは逆の関係にある操作を施すことによって、雑音成分を除去する。これにより、光受信回路は、光送信回路が送信した光信号に準じた光スペクトルを有する光信号を再生することができる。盗聴が行われる場合、傍受者光受信回路が受信する光信号は、上記予測不能の雑音成分によって、信号対雑音比が劣化しているので、光送信回路が送信した光信号を正確に再生することができない。よって、上記予測不能の雑音成分を利用して、計算機処理による解析・解読が不可能な秘匿性の高い暗号通信を実現することができる光伝送装置が提供されることとなる。【００１１】  好ましくは、光送信回路は、多モード発振する光を出力する多モード光源と、多モード光源から出力される光を情報信号で変調し、変調された光信号を出力する光情報変調部と、光情報変調部から出力さ��る光信号を入力し、光信号の複数の発振モード光の群に対して、所定の符号に対応した第１の操作を施し、光伝送路に送出するモード符号化部とを含み、光受信回路は、光伝送路を介して伝送される光信号を入力し、光信号の複数の発振モード光の群に対して、所定の符号に対応した第１の操作と逆の関係にある第２の操作を施し、出力するモード復号化部と、モード復号化部から出力される光信号の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、情報信号を再生する光強度検出部とを含むとよい。【００１２】  これにより、複数モードで発振する光を構成する各成分に対して、それぞれ独立な操作を施すことで発生する雑音を利用することとなるので、送受信者間では、一意な符号化・復号化操作を共有して、高い受信信号品質を確保すると共に、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。【００１３】  たとえば、モード符号化部における第１の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の強度変化を与える操作であり、モード復号化部における第２の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の強度変化と逆の極性を有する強度変化を与える操作であるとよい。【００１４】  たとえば、モード符号化部における第１の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の位相変化を与える操作であり、モード復号化部における第２の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の位相変化と逆の極性を有する位相変化を与える操作であるとよい。【００１５】  たとえば、モード符号化部における第１の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の偏向変化を与える操作であり、モード復号化部における第２の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の偏向変化と逆の極性を有する偏向変化を与える操作であるとよい。【００１６】  たとえば、モード符号化部における第１の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の周波数変化を与える操作であり、モード復号化部における第２の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の周波数変化と逆の極性を有する周波数変化を与える操作であるとよい。【００１７】  これらにより、複数モードで発振する光を構成する各成分の物理パラメータに対して、それぞれ独立な操作を施すことで発生する雑音を利用することとなるので、送受信者間では、一意な符号化・復号化操作を共有して、高い受信信号品質を確保すると共に、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。【００１８】  好ましくは、多モード光源は、互いに光強度および光位相に相関性を有し、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の強度および／または位相を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。【００１９】  好ましくは、多モード光源は、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、複数光源から出力される光の位相変化を同期させる光位相同期部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の強度を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。【００２０】  好ましくは、多モード光源は、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、複数光源から出力される光の強度変化を同期させる光強度同期部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の位相を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。【００２１】  これらにより、当該光強度変動および光位相変動において互いに相関性を有する多モード光を生成し、当該各光成分に対して、それぞれ独立な操作を施すことで発生する雑音を利用することとなるので、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。【００２２】  たとえば、多モード光源は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）であったり、ＦＰ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）レーザであったり、ＲＣ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｃａｂｉｔｙ）−ＬＥＤであったり、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｂｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）であったり、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）であったりする。【００２３】  これらにより、当該光強度変動および光位相変動において互いに相関性を有する多モード光源を使用し、当該各光成分に対して、それぞれ独立な操作を施すことで発生する雑音を利用することとなるので、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。【００２４】  好ましくは、複数対の光送信回路と光受信回路とを有し、各光送信回路から出力される光信号成分を合成し、光伝送路に送出する光合波部と、光伝送路を介して伝送される光信号成分を分岐し、対応する光受信回路に出力する光分岐部とを備え、光送信回路と光受信回路との各対は、それぞれ、複数の発振モード光の群に対して、互いに異なる所定の符号に対応した第１の操作および第２の操作を施すとよい。【００２５】  これより、複数モードで発振する光を構成する各成分に対して、それぞれ独立な操作を施すことで発生する雑音を利用することとなるので、複数の送受信者対の間の情報漏洩や干渉を防いで、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。【００２６】  たとえば、光伝送路は、光ファイバ、光導波路、または自由空間であるとよい。【００２７】  本発明の第３の局面において、光送信回路は、所定の操作として、多モード発振光から所定の発振モード光を抽出して、光伝送路に送出し、光受信回路は、光伝送路を介して伝送される光を受信し、抽出された所定の発振モード光と同一の光もしくは所定の発振モード光に準じた光とを合成した後、自乗検波して、前記情報信号を再生するとよい。【００２８】  本発明の第３の局面により、多モード発振する光から所定の発振モード光が除去された光が送信され、所定の発振モード光が除去されている光を検波するために、所定の発振モード光と同一の光もしくは所定の発振モード光に準じた光が必要となる。したがって、第三者が盗聴を試みて所定の発振モード光が除去された光を受信した場合、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音（モードパーティションノイズ）が発生することとなり、信号対雑音電力比が著しく劣化し、第三者は、正しく検波することができない。このように、本発明では、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音（モードパーティションノイズ）を利用し、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を提供することができる。【００２９】  好ましくは、光送信回路は、多モード発振する光を出力する多モード光源と、多モード光源から出力される光を情報信号で変調し、光信号を出力する光情報変調部と、光情報変調部から出力される光信号を入力し、光信号における複数の発振モード光の内、所定の発振モード光を分離して副光伝送路に送出すると共に、光信号における所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路に送出する光分離部とを含み、光受信回路は、主光伝送路を介して伝送される光信号成分と、副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光とを合成し、自乗検波して、情報信号を再生する光強度検出部を含むとよい。【００３０】  好ましくは、光送信回路は、多モード発振する光を出力する多モード光源と、多モード光源から出力される光を情報信号で変調し、光信号を出力する光情報変調部と、光情報変調部から出力される光信号を入力し、光信号における複数の発振モード光の内、所定の発振モード光を分離して副光伝送路に送出すると共に、光信号における所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路に送出する光分離部とを含み、光受信回路は、副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光を入力し、所定の発振モード光に準じた光として、当該発振モード光と物理的性質を同じくする局部発振光を発生する局発光発生部と、主光伝送路を介して伝送される光信号成分と、局発光発生部から出力される局部発振光とを合成し、自乗検波して、情報信号を再生する光強度検出部とを含むとよい。【００３１】  好ましくは、光送信回路は、多モード発振する光を出力する多モード光源と、多モード光源から出力される光を情報信号で変調し、光信号を出力する光情報変調部と、光情報変調部から出力される光信号を入力し、光信号における複数の発振モード光の内、所定の発振モード光を分離すると共に、光信号における所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を光伝送路に送出する光分離部と、光分離部によって分離された所定の発振モード光を入力し、当該所定の発振モード光の物理的性質を検出し、検出信号を伝送路に送出する光検出部とを含み、光受信回路は、伝送路を介して伝送される検出信号に基づき、所定の発振モード光に準じた光として、所定の発振モード光と物理的性質を同じくする局部発振光を発生する局発光発生部と、光伝送路を介して伝送される光信号成分と、局発光発生部か���出力される局部発振光とを合成し、自乗検波して、情報信号を再生する光強度検出部とを含むとよい。【００３２】  これらにより、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、正規受信者は、当該発振モード光を共有して、高い受信信号品質を確保すると共に、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。【００３３】  好ましくは、さらに、複数対の光送信回路と光受信回路と、各光送信回路から出力される所定の発振モード光以外の光信号成分を合成し、主光伝送路に送出する主光合波部と、主光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光以外の光信号成分を分岐し、対応する光受信回路に出力する主光分岐部とを備えるとよい。【００３４】  好ましくは、さらに、複数対の光送信回路と光受信回路と、各光送信回路から出力される所定の発振モード光を合成し、副光伝送路に送出する副光合波部と、副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光を分岐し、対応する光受信回路に出力する副光分岐部とを備えるとよい。【００３５】  好ましくは、さらに、複数対の光送信回路と光受信回路と、各光送信回路から出力される所定の発振モード光以外の光信号成分を合成し、主光伝送路に送出する主光合波部と、主光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光以外の光信号成分を分岐し、対応する光受信回路に出力する主光分岐部と、各光送信回路から出力される所定の発振モード光を合成し、副光伝送路に送出する副光合波部と、副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光を分岐し、対応する光受信回路に出力する副光分岐部とを備えるとよい。【００３６】  好ましくは、さらに、複数対の光送信回路と光受信回路と、各光送信回路から出力される検出信号を合成し、伝送路に送出する合成部と、伝送路を介して伝送される検出信号を分岐し、対応する光受信回路に出力する分岐部とを備えるとよい。【００３７】  これらにより、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、複数の送受信者対の間の情報漏洩や干渉を防いで、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。【００３８】  好ましくは、複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに異なる波長を有するとよい。【００３９】  好ましくは、複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する所定の発振モード光が、互いに異なる波長を有するとよい。【００４０】  好ましくは、複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに同じ波長成分有し、複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する所定の発振モード光が、互いに異なる波長を有するとよい。【００４１】  これらにより、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、複数の送受信者対の間の情報漏洩や干渉を防ぎながら、光伝送路を簡略化して、秘匿性の高い光伝送装置を経済的に実現できる。【００４２】  たとえば、多モード光源は、互いに光強度および光位相に相関性を有し、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の強度および／または位相を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。【００４３】  たとえば、多モード光源は、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、複数光源から出力される光の位相変化を同期させる光位相同期部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の強度を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。【００４４】  たとえば、多モード光源は、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、複数光源から出力される光の強度変化を同期させる光強度同期部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の位相を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。【００４５】  このように、当該光強度変動および光位相変動において互いに相関性を有する多モード光を生成し、当該所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用することで、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。【００４６】  たとえば、多モード光源は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）であってもよいし、ＦＰ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）レーザであってもよいし、ＲＣ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｃａｂｉｔｙ）−ＬＥＤであってもよいし、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｂｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）であってもよいし、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）であってもよい。【００４７】  このように、当該光強度変動および光位相変動において互いに相関性を有する多モード光源を使用し、当該所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用することで、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。
【発明の効果】
【００４８】  以上のように、本発明によれば、多モード発振光における少なくとも１つの発振モード光に対して、所定の操作を施して発振モード光成分間の光強度または光位相の相関関係を変更する。これによって、物理的性質（自然現象）として光が備える、予測不能の雑音成分が発生することとなる。盗聴が行われる場合、傍受者光受信回路が受信する光信号は、上記予測不能の雑音成分によって、信号対雑音比が劣化しているので、光送信回路が送信した光信号を正確に再生することができない。よって、上記予測不能の雑音成分を利用して、計算機処理による解析・解読が不可能な秘匿性の高い暗号通信を実現することができる光伝送装置が提供されることとなる。【００４９】  なお、本発明における装置および回路の用語は、規模の大小には関係なく、場合によっては、システム等の意味に解釈してもよい。【００５０】  本発明のこれらおよび他の目的、特徴、局面、効果は、添付図面と照合して、以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る光伝送装置１の概念的な構成を示す機能ブロックである。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置１００の構成を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、光伝送装置１００の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、光伝送装置１００の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、光伝送装置１００の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、光伝送装置１００の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、光伝送装置１００の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図である。
【図４Ａ】図４Ａは、光伝送装置１００または傍受者光受信回路１００３の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、光伝送装置１００または傍受者光受信回路１００３の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、光伝送装置１００または傍受者光受信回路１００３の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、光伝送装置１００または傍受者光受信回路１００３の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、光伝送装置１００または傍受者光受信回路１００３の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に関する第１の変形例の構成を示す図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に関する第２の変形例の構成を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態に係る光伝送装置２００の構成を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置２００の構成を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図８に示す光伝送装置２００の主要部における光（光信号）のスペクトルを表す模式図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図８に示す光伝送装置２００の主要部における光（光信号）のスペクトルを表す模式図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図８に示す光伝送装置２００の主要部における光（光信号）のスペクトルを表す模式図である。
【図１０】図１０は、第３の実施形態に関する第１の変形例に係る光伝送装置２００ａの構成を示す図である。
【図１１】図１１は、第３の実施形態に関する第２の変形例に係る光伝送装置２００ｂの構成を示す図である。
【図１２】図１２は、第３の実施形態の他の例に係る光伝送装置２００構成を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第４の実施形態に係る光伝送装置５００の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５の実施形態に係る光伝送装置７００の構成を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の第６の実施形態に係る光伝送装置８００の構成を示す図である。
【図１６】図１６は、第１および第２の光信号が、互いに異なる波長帯に設定される場合に副光伝送路２０５を共通化したときの光伝送装置８００ａの構成を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の第７の実施形態に係る光伝送装置８００ｃの構成を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の第８の実施形態に係る光伝送装置８００ｂの構成を示す図である。
【図１９】図１９は、暗号通信に対応する従来の光伝送装置９１の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】１，１００，１００ａ，１００ｂ，２００，２００ａ，５００，７００，８００，８００ａ，８００ｂ，８００ｃ  光伝送装置
３，１０１，１０１ａ，１０１ｂ，２０１，２０１ａ，２０１ｂ  多モード光源
４，１０２，２０２  光情報変調部
５  スペクトル処理部
６  スペクトル復元部
７  光電気変換部
１０３  モード符号化部
９，１０４  光伝送路
１０５  モード復号化部
１０６  光強度検出部
１０５２  傍受者モード復号化部
１０６２，２０６２  傍受者光強度検出部
２，１００１，１００１ａ，１００１ｂ，２００１，２００１ａ，２００１ｂ，８００１  光送信回路
８，１００２，２００２，７００２，８００２  光受信回路
１００３，２００３  傍受者光受信回路
４０１１  第１の光源
４０１２  第２の光源
４０１３  第３の光源
４０２  光モード合成部
４０３  符号発生部
５００１，６００１  第１の符号発生部
５００２，６００２  第２の符号発生部
５０１１，６０１１  第１の光位相変調部
５０１２，６０１２  第２の光位相変調部
５０１３，６０１３  第３の光位相変調部
６０９  光合波部
６１０  光分岐部
２０３  光分離部
２０４  主光伝送路
２０５  副光伝送路
２０６  光強度検出部
５０７  符号発生部
７０５  副伝送路
７０７  局発光発生部
７０８  光検出部
７０９  主光合成部
７１０  主光分岐部
８０９  副光合成部
８１０  副光分岐部
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】  図１は、本発明の実施形態に係る光伝送装置１の概念的な構成を示す機能ブロック図である。図１において、光伝送装置１は、光送信回路２と、光受信回路８とを備える。光送信回路２は、多モード光源３と、光情報変調部４と、スペクトル処理部５とを含む。光受信回路８は、スペクトル復元部６と、光電気変換部７とを含む。【００５４】  多モード光源３は、多モード発振光を出力する。光情報変調部４は、伝送すべき情報信号Ｄｉで、多モード光源３から出力された多モード発振光を変調して、光信号として出力する。スペクトル処理部５は、光情報変調部４から出力される光信号に対して、多モード発振光における少なくとも１つの発振モード光に対して、入力される鍵情報Ｋｉに基づき、所定の操作を施して、光伝送路９に送出する。当該所定の操作としては、以下の実施形態で開示する様々なスペクトル処理が考え得る。【００５５】  スペクトル復元部６は、光伝送路９を介して伝送される光信号を受信し、入力される鍵情報Ｋｉに基づき、光送信回路での所定の操作と逆の操作を施すことによって、当該所定の操作を施される前の光信号を復元する。スペクトル復元部６における当該逆の操作としては、以下の実施形態で開示する様々な処理が考え得る。光電気変換部７は、スペクトル復元部６によって復元された光信号を電気信号に変換して、情報信号Ｄｉを再生する。【００５６】  以下、図１に示す光伝送装置１を実現するための実施形態について、図面を参照しながら、具体的に説明する。【００５７】  （第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置１００の構成を示す図である。図３Ａ〜３Ｅは、光伝送装置１００の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図である。図４Ａ〜４Ｅは、光伝送装置１００または傍受者光受信回路１００３の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図である。【００５８】  図１において、本実施形態の光伝送装置１００は、多モード光源１０１と、光情報変調部１０２と、モード符号化部１０３と、光伝送路１０４と、モード復号化部１０５と、光強度検出部１０６とを備える。多モード光源１０１と、光情報変調部１０２と、モード符号化部１０３とによって、光送信回路１００１が構成される。モード復号化部１０５と、光強度検出部１０６とによって、光受信回路１００２が構成される。なお、本実施形態の動作説明のため、図１には、傍受者モード復号化部１０５２と、傍受者光強度検出部１０６２とを構成要素とする傍受者光受信回路１００３が、併せて図示されている。なお、光送信回路１００１と光受信回路１００２とを接続する光伝送路１０４は、光ファイバであってもよいし、光導波路であってもよし、自由空間であってもよい。【００５９】  次に、図１に示す本実施形態の動作を説明する。光送信回路１００１において、多モード光源１０１は、図３Ａに示すような複数のモード（図３Ａでは８つの波長ｍ１〜ｍ８を複数のモードとしている）で発振する光源で構成され、複数のモードを有する光を出力する。このような多モード発振光源の具体例は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）や、ＦＰ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）レーザ、ＲＣ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｃａｂｉｔｙ）−ＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｂｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）、あるいは面発光レーザである。これらの出力光スペクトルにおける個々の発振モード光は、光強度、光位相等のパラメータが高速に変動する。これらの光源において、個々の発振モード光における光強度変動成分および光位相変動成分は、他の発振モード光における光強度変動成分および光位相変動成分と相関しながらも、多モード光源１０１から出力される光の総光強度は、略一定値を示す性質を有している。【００６０】  光情報変調部１０２は、伝送すべき情報信号Ｄｉで、多モード光源１０１から出力される光を変調して、光信号として出力する。【００６１】  モード符号化部１０３は、光情報変調部１０２から出力される光信号を入力し、光受信回路１００２内のモード復号化部１０５との間で予め共有している所定の源符号Ｋｉに基づいて、スペクトル処理として、当該発振モード光のそれぞれに対して一意な所定の符号化操作を施した後、光伝送路１０４に出力する。すなわち、モード符号化部１０３は、複数の発振モード光の群に対して、所定の符号に対応した所定の操作（第１の操作）を施した光を出力する。具体的には、例えば図３Ｂに示すように、モード符号化部１０３は、各発振モード光に対して、源符号Ｋｉによって定まる所定のパターンの光強度透過率を定義しておく。そして、モード符号化部１０３は、第１の操作と���て、複数の発振モード光のそれぞれに対して所定量の強度変化を与える操作を施して、第１の操作を施した光を光伝送路１０４に送出する。これにより、物理的性質（自然現象）として光が備える、予測不能の雑音成分（モードパーティションノイズ）が発生することとなり、モード符号化部１０３は、入力される光信号（図３Ａ）とは異なる光スペクトルを有する光信号（図３Ｃ）を作成し、出力することとなる。【００６２】  光受信回路１００２において、モード復号化部１０５は、光伝送路１０４を介して伝送される光信号を入力し、光送信回路１００１内のモード符号化部１０３との間で予め共有している所定の源符号Ｋｉに基づいて、当該発振モード光のそれぞれに対して一意であり、かつ上記所定の符号化操作と逆の関係（相補的な関係）にある復号化操作を施した後、出力する。すなわち、モード復号化部１０５は、複数の発振モード光の群に対して、所定の符号に対応した所定の操作（第１の操作）と逆の操作である第２の操作を施した光を出力する。具体的には、例えば図３Ｄに示すように、モード復号化部１０５は、各発振モード光に対して、図３Ｂに示す所定のパターンと逆の関係（相補的な関係）にある逆パターンの光強度透過率を源符号Ｋｉに基づいて定義しておく。そして、モード復号化部１０５は、複数の発振モード光のそれぞれに対して、上記所定量の強度変化と逆の極性を有する強度変化を与える操作を第２の操作として施して、第２の操作を施した光を光強度検出部１０６に入力する。これにより、上記モードパーティションノイズが除去されることとなり、モード復号化部１０５は、光伝送路１０４を介して伝送された光信号（図３Ｃ）を、光情報変調部１０２から出力された光信号（図３Ａ）に準じた光スペクトルを有する光信号（図３Ｅ）に変換して、出力することとなる。【００６３】  光強度検出部１０６は、モード復号化部１０５から出力される光信号を自乗検波して、総光強度の変化を検出することによって変調成分を検出し、元の情報信号Ｄｉを再生する。【００６４】  次に、本実施形態において、第三者（傍受者光受信回路１００３）による盗聴が行われる場合について図４Ａ〜４Ｅを用いて説明する。図４Ａは、光情報変調部１０２から出力される光信号の光スペクトルを表しており図３Ａと同様である。図４Ｂは、モード符号化部１０３における所定のパターンの光強度透過率を表しており図３Ｂと同様である。図４Ｃは、モード符号化部１０３から出力される光信号の光スペクトルを表しており図３Ｃと同様である。図４Ｄは、傍受者モード復号化部１０５２における光強度透過率を表している。図４Ｅは、傍受者モード復号化部１０５２から出力される光信号の光スペクトルを表している。【００６５】  盗聴が行われる場合、傍受者光受信回路１００３は、光伝送路１０４を伝搬する光信号の一部を分岐して、傍受者モード復号化部１０５２に入力する。傍受者モード復号化部１０５２は、モード符号化部１０３と源符号Ｋｉを共有していないため、源符号Ｋｉとは異なる符号Ｋｊに基づいて、入力光信号の発振モード光のそれぞれに対して一意な所定の操作を施した後、出力する。具体的には、例えば図４Ｄに示すように、傍受者モード復号化部１０５２は��モード復号化部１０５が各発振モード光に対して与える光強度透過率（図３Ｄ）とは異なるパターンの光強度透過率を与え、光信号を出力する。この光信号は、図４Ｅに示すように、光情報変調部１０２が出力する光信号（図４Ａ）と異なる光スペクトルである。そのため、傍受者モード復号化部１０５２から出力される光信号は、コヒーレント性が変質しており、過剰な雑音を含んでいる。よって、傍受者光強度検出部１０６２は、情報信号Ｄｉを再生することができない。このように、傍受者光受信回路１００３における受信信号品質（ＳＮＲ：信号対雑音比）は、正規受信者（光受信回路１００２）に比較して劣化しているので、光伝送装置１００は、高い秘匿性を確保することができる。【００６６】  なお、本実施形態では、多モード光源１０１は、８つのモードで発振する光を出力し、モード符号化部１０３は、当該８つの発振モード光に対して所定パターンの光強度透過率を与えることとしたが、当該モード数は、８以外のいずれの複数であってもよい。この場合、多モード光源１０１は、８以外のいずれの複数のモードで発振すればよい。また、モード符号化部１０３は、多モード光源１０１が発振するモードの数に応じた所定パターンの光強度透過率を有していればよい。【００６７】  なお、本実施形態では、モード符号化部１０３およびモード復号化部１０５は、各発振モード光に対して、所定パターンの光強度透過率を与える構成としたが、所定パターンの光位相変動を与える構成としても、ほぼ同様の効果を得ることができる。この場合、具体的には、モード符号化部１０３は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量分の位相変化を第１の操作として施す。モード復号化部１０５は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、上記所定の符号に対応した上記所定量分の位相変化とは逆の極性を有する位相変化を第２の操作として施す。【００６８】  また、モード符号化部１０３およびモード復号化部１０５が、各発振モード光に対して、所定パターンの偏向変化を与えても、ほぼ同様の効果が得られる。この場合、具体的には、モード符号化部１０３は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量分の偏向変化を第１の操作として施す。モード復号化部１０５は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、上記所定の符号に対応した上記所定量分の偏向変化とは逆の極性を有する偏向変化を第２の操作として施す。【００６９】  また、モード符号化部１０３およびモード復号化部１０５が、各発振モード光に対して、所定パターンの周波数変化を与えても、ほぼ同様の効果が得られる。この場合、具体的には、モード符号化部１０３は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量分の周波数変化を第１の操作として施す。モード復号化部１０５は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、上記所定の符号に対応した上記所定量分の周波数変化とは逆の極性を有する周波数変化を第２の操作として施す。【００７０】  また、モード符号化部１０３およびモード復号化部１０５が、各発振モー���光に対して、所定パターンの遅延時間を与えても、ほぼ同様の効果が得られる。この場合、具体的には、モード符号化部１０３は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、第１の操作として、所定の符号に対応した所定量分の遅延時間を与える。モード復号化部１０５は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、第２の操作として、上記所定の符号に対応した上記所定量分の遅延時間とは逆の極性を有する遅延時間を与える。【００７１】  （第１の変形例）
次に、第１の実施形態に関する第１の変形例について説明する。図５は、第１の実施形態に関する第１の変形例の構成を示す図である。図５において、光伝送装置１００ａの光送信回路１００１ａは、図１に示す光送信回路１００１の多モード光源１０１を多モード光源１０１ａに置き換えたものである。【００７２】  多モード光源１０１ａは、第１の光源４０１１と、第２の光源４０１２と、第３の光源４０１３と、光モード合成部４０２と、符号発生部４０３とを含む。本構成において、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３は、それぞれ異なる波長を有し、かつ所定の関係で互いに位相同期された単一モード光を発振し、出力する。光モード合成部４０２は、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３からの出力光を合成し、出力する。符号発生部４０３は、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列Ｃ１〜Ｃ３を変調信号として発生し、光モード合成部４０２から出力される総光強度が一定となるように、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３の光強度を略ランダムに変調する。これにより、多モード光源１０１ａは、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モード光を人為的に作成し、図２の多モード光源１０１から出力される光に準じた光を出力することができる。【００７３】  また、第１の変形例では、位相同期された単一モード光を複数作成し、それぞれ独立に光強度変調する構成としたが、光強度変動を同期させ、あるいは光強度を一定値に安定化させ、それぞれ独立に略ランダムな光位相変調を施す構成としても、ほぼ同様の効果を有する。この場合、具体的には、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３として、それぞれ異なる波長を有し、かつ所定の関係で互いに光強度が同期された単一モード光が光位相変調された状態で発振し出力する光源を用いる。符号発生部４０３は、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列Ｃ１〜Ｃ３を変調信号として発生し、光モード合成部４０２から出力される総光強度が一定となるように、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３の光位相を略ランダムに変調する。これにより、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モード光を人為的に作成し、図１の多モード光源１０１から出力される光に準じた光を出力することができる。【００７４】  なお、第１の変形例において、三つの光源を用いることとしたが、二つまたは四つ以上の光源を用いてもよい。この場合も、符号発生部４０３は、各光源に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、光モード合成部４０２から出力される総光強度が一定となるように、各光源の光強度を略ランダムに変調すればよい。これにより、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した際に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。【００７５】  （第２の変形例）
次に、第１の実施形態に関する第２の変形例について説明する。図６は、第１の実施形態に関する第２の変形例の構成を示す図である。図６において、光伝送装置１００ｂの光送信回路１００１ｂは、図２に示す光送信回路１００１の多モード光源１０１を多モード光源１０１ｂに置き換えたものである。【００７６】  多モード光源１０１ｂは、第１の光源４０１１と、第２の光源４０１２と、第３の光源４０１３と、光モード合成部４０２と、第１の符号発生部５００１と、第２の符号発生部５００２と、第１の光位相変調部５０１１と、第２の光位相変調部５０１２と、第３の光位相変調部５０１３とを含む。本構成において、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３は、それぞれ互いに異なる波長の単一モード光を発振し、出力する。第１〜第３の光位相変調部５０１１〜５０１３は、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３に対応して設けられ、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３からの出力光の位相をそれぞれ変調し、出力する。光モード合成部４０２は、第１〜第３の光位相変調部５０１１〜５０１３から出力された光信号を合成し、出力する。第１の符号発生部５００１は、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列Ｃ１〜Ｃ３を変調信号として発生し、当該符号列に基づいて第１〜第３の光源４０１１〜４０１３からの出力光強度を略ランダムとなるように変調する。第２の符号発生部５００２は、第１〜第３の光位相変調部５０１１〜５０１３に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列Ｄ１〜Ｄ３を発生し、当該符号列に基づいて第１〜第３の光位相変調部５０１１〜５０１２からの出力光の位相を位相変化が同期するように変調し、かつ光モード合成部４０２からの総出力光強度が一定となるようにする。第１〜第３の光位相変調部５０１１〜５０１３および第２の符号発生部５００２は、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３から出力される光の位相変化を同期させる光位相同期部といえる。また、第１の符号発生部５００１は、光モード合成部４０２から出力される光の総強度を一定とし、かつ第１〜第３の光源４０１１〜４０１３から出力される光の強度を略ランダムに変調するための変調信号である符号を各光源に供給する符号発生部であるといえる。このように、第２の変形例において、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、図２の多モード光源１０１から出力される光に準じた光を出力することができる。【００７７】  なお、本実施形態では、複数の単一モード光を光強度変調した後、光位相変調する構成としたが、光位相変調後、光強度変調する構成としても、ほぼ同様の効果を有する。この場合、具体的には、多モード光源は、互いに異なる波長の光を位相変調して出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を強度変調する複数の光強度変調部と、複数の光強度変調部から出力される光信号を合成する光モード合成部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の位相を略ランダムに変調するための変調信号である符号を各光源に入力する第１の符号発生部と、複数の光強度変調部からの出力光の強度変化を同期させるための符号を��光強度変調部に入力する第２の符号発生部とを備えるとよい。これにより、光強度変調部と第２の符号発生部とが、複数の光源から出力される光の強度変化を同期させるための光強度同期部として機能することとなる。このような構成によって、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、図２の多モード光源１０１から出力される光に準じた光を出力することができる。【００７８】  なお、第２の変形例において、三つの光源を用いることとしたが、二つまたは四つ以上の光源を用いてもよい。この場合、光源の数に応じて、光位相変調部が設けられなければならない。また、第１の符号発生部５００１は、各光源に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、当該符号列に基づいて各光源らの出力光強度を変調する。第２の符号発生部５００２は、各光位相変調部に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、当該符号列に基づいて各光位相変調部からの出力光の位相を変調し、かつ光モード合成部４０２からの総出力光強度が一定となるようにする。これにより、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、図２の多モード光源１０１から出力される光に準じた光を出力することができる。【００７９】  以上説明したように、第１の実施形態によれば、多モード発振する光において、発振モード光成分間の光強度または光位相の相関関係を変更した際に生じる雑音を利用し、当該発振モード光成分間の光強度または光位相の変更パターンを「秘密鍵」として、送信者と正規受信者との間で共有することにより、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を提供することができる。【００８０】  （第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置２００の構成を示す図である。図７において、本実施形態の光伝送装置２００は、図２中の光送信回路１００１および光受信回路１００２を、複数組（図７では２組）備えた構成に相当する。光伝送装置２００は、第１および第２の多モード光源１０１と、第１および第２の光情報変調部１０２と、第１および第２のモード符号化部１０３と、光合波部６０９と、光伝送路１０４と、光分岐部６１０と、第１および第２のモード復号化部１０５と、第１および第２の光強度検出部１０６とを備える。なお、第１（第２）の多モード光源１０１と、第１（第２）の光情報変調部１０２と、第１（第２）のモード符号化部１０３とによって、第１（第２）の光送信回路１００１が構成される。第１（第２）のモード復号化部１０５と、第１（第２）の光強度検出部１０６とによって、第１（第２）の光受信回路１００２が構成される。【００８１】  次に、図７に示す本実施形態の動作を説明する。本実施形態の構成は、前述の第１の実施形態（図２）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、その説明を省略し、相違点のみを以下に説明する。その構成において、本実施形態の光伝送装置２００は、光送信回路１００１および光受信回路１００２を２組備える。第１および第２の光情報変調部１０２は、第１および第２の情報信号（Ｄ１およびＤ２）で、対応する第１および第２の多モード光源１０１から出力される光を変調して、第１および第２の光信号としてそれぞれ出力する。第１および第２のモード符号化部１０３は、互いに異なる源符号Ｋ１およびＫ２に基づいて、対応する第１および第２の光信号に対して、所定パターンの符号化操作（第１の操作）を施す。光合波部６０９は、第１および第２の光送信回路１００１から出力される各光信号成分を合成し、光伝送路１０４に送出する。光分岐部６１０は、光伝送路１０４を介して伝送される光信号成分を分岐し、対応する光受信回路１００２に出力する。第１および第２のモード復号化部１０５は、光分岐部６１０から出力される光信号を入力し、対応する第１および第２のモード符号化部１０３とそれぞれ共有する源符号Ｋ１およびＫ２に基づいて、所定パターンの復号化操作（第２の操作）を施し、出力する。第１および第２の光強度検出部１０６は、対応する第１および第２のモード復号化部１０５から出力される光信号を自乗検波して、第１および第２の情報信号（Ｄ１およびＤ２）をそれぞれ再生する。【００８２】  なお、第１および第２の光信号は、互いに異なる波長帯に設定されても、その光スペクトルの全部または一部が同じ波長帯に設定されてもよい。【００８３】  また、本実施形態では、第１および第２の光信号を多重伝送する構成としたが、当該多重数は、２以外のいずれの複数であってもよい。【００８４】  さらに、第２の実施形態で用いる多モード光源は、図５または図６に示すような多モード光源であってもよい。【００８５】  以上説明したように、第２の実施形態によれば、複数の送受信回路対のそれぞれにおいて、発振モード光成分間の光強度または光位相の相関関係を変更した際に生じる雑音を利用し、当該発振モード光成分��の光強度または光位相の変更パターンを「秘密鍵」として、送信者と正規受信者との間で共有する。これにより、互いの干渉、情報漏洩を著しく抑圧し、秘匿性の高い光伝送装置を容易に提供することができる。【００８６】  （第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置２００の構成を示す図である。図９Ａ〜９Ｃは、図８に示す光伝送装置２００の主要部における光（光信号）のスペクトルを表す模式図である。【００８７】  図８において、本実施形態の光伝送装置２００は、多モード光源２０１と、光情報変調部２０２と、光分離部２０３と、主光伝送路２０４と、副光伝送路２０５と、光強度検出部２０６とを備える。多モード光源２０１と、光情報変調部２０２と、光分離部２０３とによって、光送信回路２００１が構成される。光強度検出部２０６によって、光受信回路２００２が構成される。なお、図８では、本実施形態の動作説明のため、傍受者光強度検出部２０６２を構成要素とする傍受者光受信回路２００３が併せて図示されている。【００８８】  次に、図８に示す本実施形態の動作を説明する。多モード光源２０１は、図９Ａに示すような所定の波長帯域に亘り複数の（縦）モード（図９Ａでは８つ：ｍ１〜ｍ８）で発振する光源で構成され、このような光を出力する。このような多モード発振光源の具体例は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）や、ＦＰ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）レーザ、ＲＣ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｃａｂｉｔｙ）−ＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｂｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）である。これらの出力光スペクトルにおいて、個々の発振モード光における光強度および光位相の両パラメータは、高速に変動している。これらの光源において、個々の発振モード光における光強度変動成分および光位相変動成分は、他の発振モード光における光強度変動成分および光位相変動成分と相関しながらも、多モード光源２０１から出力される光の総光強度は、略一定値を示す性質を有している。【００８９】  光情報変調部２０２は、伝送すべき情報信号Ｄｉで、多モード光源２０１から出力される光を変調して、光信号として出力する。【００９０】  光分離部２０３は、光情報変調部２０２から出力される光信号を入力し、複数の発振モード光の内、所定のモード光のみを抽出して分離し、副光伝送路２０５に送出すると共に、残りの光信号成分を主光伝送路２０４に送出する。例えば、図９Ｂに示すように、光分離部２０３は、６番目の発振モード光（ｍ６）を抽出して分離し副光伝送路２０５に送出する。さらに、図９Ｃに示すように、光分離部２０３は、残りの光信号成分（ｍ１〜ｍ５、ｍ７、ｍ８）を抽出して分離し主光伝送路２０４に送出する。【００９１】  光強度検出部２０６は、主光伝送路２０４を介して伝送される光信号成分と、副光伝送路２０５を介して伝送される所定の発振モード光とを合成した後、自乗検波して、総光強度の変調成分を検出し、元の情報信号Ｄｉを再生する。【００９２】  次に、本実施形態において、第三者（傍受者光受信回路２００３）による盗聴が不可能である根拠について説明する。【００９３】  ここで、傍受者光受信回路２００３は、副光伝送路２０５を介して伝搬される所定の発振モード光を受信することなく、主光伝送路２０４を伝搬する光信号の一部を分岐して、傍受者光強度検出部２０６２に入力したと想���する。傍受者光強度検出部２０６２は、入力光信号を電気信号に変換し、出力する。傍受者光強度検出部２０６２は、副光伝送路２０５を介して別途伝搬される所定の発振モード光を受信しないとしているので、当該発振モード光を除いた残りの光信号成分（図９Ｃ）のみを自乗検波することとなる。即ち、傍受者光強度検出部２０６２は、光強度変動成分および光位相変動成分が互いに相関性を有しながら発振する多モード光の内、一部の発振モード光を欠如した状態で、総光強度の変調成分を検出することとなる。したがって、各発振モード光の変動成分が検出信号に現れることとなり、モードパーティションノイズが発生する。よって、盗聴者の受信信号品質（ＳＮＲ：信号対雑音電力比）は、正規受信者（光受信回路２００２）に比較して、劣化することとなる。ゆえに、高い秘匿性を確保することができる。【００９４】  なお、上記第３の実施形態では、六つのモードが利用されることとしたが、最低限二つ以上のモードが利用されればよい。【００９５】  なお、上記第１の実施形態では、光分離部２０３で一つの発振モード光（図９Ｂでは、ｍ６）が分離、抽出されることとしたが、二つ以上の発振モード光が分離、抽出されてもよい。【００９６】  （第１の変形例）
次に、第３の実施形態に係る第１の変形例について説明する。図１０は、第３の実施形態に関する第１の変形例に係る光伝送装置２００ａの構成を示す図である。図１０において、光伝送装置２００ａの光送信回路２００１ａは、図８に示す多モード光源２０１を、多モード光源２０１ａに置き換えた構成を有する。光伝送装置２００ａにおけるそれ以外の構成は、図１の場合と同様である。多モード光源２０１ａは、第１の光源３０１１と、第２の光源３０１２と、第３の光源３０１３と、光モード合成部３０２と、符号発生部３０３とを含む。【００９７】  本構成において、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３は、それぞれ異なる波長を有し、かつ所定の関係で互いに位相同期された単一モード光を発振し、出力する。光モード合成部３０２は、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３からの出力光を合成し、出力する。符号発生部３０３は、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列Ｃ１〜Ｃ３を発生し、光モード合成部３０２から出力される総光強度が一定となるように、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３の光強度を略ランダムに変調する。これにより、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した際に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。【００９８】  また、第１の変形例では、位相同期された単一モード光を複数作成し、それぞれ独立に光強度変調する構成としたが、光強度変動を同期させ、あるいは光強度を一定値に安定化させ、それぞれ独立に略ランダムな光位相変調を施す構成としても、ほぼ同様の効果を有する。この場合、具体的には、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３として、それぞれ異なる波長を有し、かつ所定の関係で互いに光強度が同期された単一モード光が光位相変調された状態で発振し出力する光源を用いる。符号発生部３０３は、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列Ｃ１〜Ｃ３を発生し、光モード合成部３０２から出力される総光強度が一定となるように、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３の光位相を略ランダムに変調する。これにより、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した際に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。【００９９】  なお、第１の変形例において、三つの光源を用いることとしたが、二つまたは四つ以上の光源を用いてもよい。この場合も、符号発生部３０３は、各光源に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、光モード合成部３０２から出力される総光強度が一定となるように、各光源の光強度を略ランダムに変調すればよい。これにより、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した際に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。【０１００】  （第２の変形例）
次に、第１の実施形態に係る第２の変形例について説明する。図１１は、第３の実施形態に関する第２の変形例に係る光伝送装置２００ｂの構成を示す図である。図１１において、光伝送装置２００ｂの光送信回路２００１ｂは、図８に示す多モード光源２０１を、多モード光源２０１ｂに置き換えた構成を有する。光伝送装置２００ｂにおけるそれ以外の構成は、図８の場合と同様である。多モード光源２０１ｂは、第１の光源３０１１と、第２の光源３０１２と、第３の光源３０１３と、光モード合成部３０２と、第１の符号発生部６００１と、第２の符号発生部６００２と、第１の光位相変調部６０１１と、第２の光位相変調部６０１２と、第３の光位相変調部６０１３とを含む。【０１０１】  本構成において、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３は、それぞれ互いに異なる波長の単一モード光を発振し、出力する。第１〜第３の光位相変調部６０１１〜６０１３は、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３に対応して設けられ、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３からの出力光の位相をそれぞれ変調し、出力する。光モード合成部３０２は、第１〜第３の光位相変調部６０１１〜６０１３から出力された光信号を合成し、出力する。第１の符号発生部６００１は、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列Ｃ１〜Ｃ３を発生し、当該符号列に基づいて第１〜第３の光源３０１１〜３０１３からの出力光強度を略ランダムとなるように変調する。第２の符号発生部６００２は、第１〜第３の光位相変調部６０１１〜６０１３に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列Ｄ１〜Ｄ３を発生し、当該符号列に基づいて第１〜第３の光位相変調部６０１１〜６０１２からの出力光の位相を位相変化が同期するように変調し、かつ光モード合成部３０２からの総出力光強度が一定となるようにする。第１〜第３の光位相変調部６０１１〜６０１３および第２の符号発生部は、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３から出力される光の位相変化を同期させる光位相同期部といえる。また、第１の符号発生部６００１は、光モード合成部３０２から出力される光の総強度を一定とし、かつ第１〜第３の光源３０１１〜３０１３から出力される光の強度を略ランダムに変調するための変調信号である符号を各光源に供給する符号発生部であるといえる。このように、第２の変形例において、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した場合に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。【０１０２】  また、本実施形態では、複数の単一モード光を光強度変調した後、光位相変調する構成としたが、光位相変調後、光強度変調する構成としても、ほぼ同様の効果を有する。この場合、具体的には、光伝送装置は、互いに異なる波長の光を位相変調して出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を強度変調する複数の光強度変調部と、複数の光強度変調部から出力される光信号を合成する光モード合成部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の位相を略ランダムに変調するための変調信号である符号を各光源に入力��る第１の符号発生部と、複数の光強度変調部からの出力光の強度変化を同期させるための符号を各光強度変調部に入力する第２の符号発生部とを備えるとよい。これにより、光強度変調部と第２の符号発生部とが、複数の光源から出力される光の強度変化を同期させるための光強度同期部として機能することとなる。このような構成によって、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した場合に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。【０１０３】  なお、第２の変形例において、三つの光源を用いることとしたが、二つまたは四つ以上の光源を用いてもよい。この場合、光源の数に応じて、光位相変調部が設けられなければならない。また、第１の符号発生部６００１は、各光源に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、当該符号列に基づいて各光源らの出力光強度を変調する。第２の符号発生部６００２は、各光位相変調部に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、当該符号列に基づいて各光位相変調部からの出力光の位相を変調し、かつ光モード合成部３０２からの総出力光強度が一定となるようにする。これにより、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した場合に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。【０１０４】  以上説明したように、第１の実施形態によれば、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、当該所定の発振モード光を「秘密鍵」として、送信者と正規受信者との間で共有することにより、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を提供することができる。【０１０５】  なお、ここでは、図９Ｂに示すように、ある発振モード光の全電力を抽出することとしたが、ある発振モード光の一部電力のみが抽出されて、残りの光信号成分が光受信回路に送信されても良い。【０１０６】  なお、図１２に示すように、光分離部２０３で抽出された発振モード光に準じた光が、何らかの手段によって、副光伝送路２０５を介することなく光強度検出部２０６に入力されてもよい。【０１０７】  （第４の実施形態）
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置５００の構成を示す図である。図１３において、本実施形態の光伝送装置５００は、多モード光源２０１と、光情報変調部２０２と、光分離部２０３と、主光伝送路２０４と、副光伝送路２０５と、光強度検出部２０６と、局発光発生部５０７とを備える。第２の実施形態に係る光伝送装置５００は、図８の構成に対して、局発光発生部５０７を新たに備える点と、接続関係とが異なる。多モード光源２０１と、光情報変調部２０２と、光分離部２０３とによって、光送信回路２００１が構成される。光強度検出部２０６と、局発光発生部５０７とによって、光受信回路７００２が構成される。また、図１３では、図８と同様に、本実施形態の動作説明のため、傍受者光強度検出部２０６２を構成要素とする傍受者光受信回路２００３が、併せて図示されている。【０１０８】  次に、図１３に示す本実施形態の動作を説明する。本実施形態の構成は、前述の第１の実施形態（図８）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、その説明を省略し、相違点のみを以下に説明する。【０１０９】本実施形態の光伝送装置５００において、局発光発生部５０７は、副光伝送路２０５を介して伝送される所定の発振モード光を入力し、光強度変動情報および光位相変動情報に関して同一の情報を有する局発光を生成し、出力する。具体的には、局発光発生部５０７は、半導体レーザに所定の発振モード光を注入する光注入同期の構成によって、所定の発振モード光と同じ物理的性質を有する局発光（所定の発振モード光に準じた光という）を生成する。光強度検出部２０６は、主光伝送路２０４を介して伝送される光信号成分と、局発光発生部５０７から出力される局発光を合成後、自乗検波することで、総光強度の変調成分を検出し、元の情報信号Ｄｉを再生する。【０１１０】  本実施形態において、傍受者光受信回路２００３を用いた盗聴を行った場合、図８と同様、傍受者光強度検出部２０６２には、所定の発振モード光を除いた残りの光信号成分のみが入力されるため、モードパーティションノイズが発生し、当該受信信号品質は、光受信回路７００２に比べて劣化し、高い秘匿性を確保することが可能である。【０１１１】  以上説明したように、第４の実施形態によれば、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、当該所定の発振モード光と物理的性質を同じくする光を「秘密鍵」として、送信者と正規受信者の間で共有することにより、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を容易に提供することができる。【０１１２】  なお、第４の実施形態において、多モード光源２０１は、第１の変形例で示したように、複数の単一モードの光源からなる多モード光源２０１ａ（図１０参照）に置き換えられてもよいし、複数の単一モードの光源および光位相変調部からなる多モード光源２０１ｂ（図１１参照）に置き換えられてもよい。【０１１３】  （第５の実施形態）
図１４は、本発明の第５の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置７００の構成を示す図である。図１４において、本実施形態の光伝送装置７００は、多モード光源２０１と、光情報変調部２０２と、光分離部２０３と、主光伝送路２０４と、光強度検出部２０６と、副伝送路７０５と、局発光発生部７０７と、光検出部７０８とを備える。第５の実施形態に係る光伝送装置７００は、図８の構成に対して、副光伝送路２０５に代えて、副伝送路７０５を備える点、局発光発生部７０７と光検出部７０８とを新たに備える点、および接続関係が異なる。多モード光源２０１と、光情報変調部２０２と、光分離部２０３と、光検出部７０８とによって、光送信回路８００１が構成される。光強度検出部２０６と、局発光発生部７０７とによって、光受信回路８００２が構成される。また、図１４では、図８と同様に、本実施形態の動作説明のため、傍受者光強度検出部２０６２を構成要素とする傍受者光受信回路２００３が、併せて図示されている。【０１１４】  次に、図１４に示す本実施形態の動作を説明する。本実施形態の構成は、前述の第１の実施形態（図８）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、その説明を省略し、相違点のみを以下に説明する。【０１１５】  本実施形態の光伝送装置７００において、光検出部７０８は、光分離部２０３によって分離、抽出された所定の発振モード光を検波し、当該光強度変動情報および光位相変動情報を検出し、副伝送路７０５に送出する。局発光発生部７０７は、副伝送路７０５を介して伝送される光強度変動情報および光位相変動情報に基づいて、当該情報を備えた局発光（所定の発振モード光に準じた光）を生成し、出力する。光強度検出部２０６は、主光伝送路２０４を介して伝送される光信号成分と、局発光発生部７０７から出力される局発光を合成後、自乗検波することで、総光強度の変調成分を検出し、元の情報信号Ｄｉを再生する。【０１１６】  本実施形態において、傍受者光受信回路２００３を用いた盗聴を行った場合、図８と同様、傍受者光強度検出部２０６２には、所定の発振モード光を除いた残りの光信号成分のみが入力されるため、モードパーティションノイズが発生し、当該受信信号品質は、光受信回路８００２に比べて劣化し、高い秘匿性を確保することが可能である。【０１１７】  以上説明したように、第５の実施形態によれば、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、当該所定の発振モード光と物理的性質を同じくする光を「秘密鍵」として、送信者と正規受信者の間で共有することにより、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を容易に提供することができる。【０１１８】  なお、第５の実施形態において、多モード光源２０１は、第１の変形例で示したように、複数の単一モードの光源からなる多モード光源２０１ａ（図１０参照）に置き換えられてもよいし、複数の単一モードの光源および光位相変調部からなる多モード光源２０１ｂ（図１１参照）に置き換えられてもよい。【０１１９】  （第６の実施形態）
図１５は、本発明の第６の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置８００の構成を示す図である。図１５において、本実施形態の光伝送装置８００は、図１３中の光送信回路２００１および光受信回路７００２を、複数組（図１５では２組）備えた構成である。光伝送装置８００は、第１および第２の多モード光源２０１と、第１および第２の光情報変調部２０２と、第１および第２の光分離部２０３と、主光伝送路２０４と、第１および第２の副光伝送路２０５と、第１および第２の光強度検出部２０６と、第１および第２の局発光発生部５０７と、主光合成部７０９と、主光分岐部７１０とを備える。主光合成部７０９と、主光分岐部７１０とを新たに備える点が図１３の構成と異なる。なお、第１（第２）の多モード光源２０１と、第１（第２）の光情報変調部２０２と、第１（第２）の光分離部２０３とによって、第１（第２）の光送信回路２００１が構成される。第１（第２）の光強度検出部２０６と、第１（第２）の局発光発生部５０７とによって、第１（第２）の光受信回路７００２が構成される。【０１２０】  次に、図１５に示す本実施形態の動作を説明する。本実施形態の構成は、前述の第４の実施形態（図１３）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、その説明を省略し、相違点のみを以下に説明する。【０１２１】  本実施形態の光伝送装置８００は、光送信回路２００１および光受信回路７００２を２組備える。第１および第２の光情報変調部２０２は、第１および第２の情報信号（Ｄ１およびＤ２）で、対応する第１および第２の多モード光源２０１から出力される光を変調して、第１および第２の光信号としてそれぞれ出力する。第１および第２の光分離部２０３は、対応する第１および第２の光情報変調部２０２から出力される第１および第２の光信号を入力し、当該複数の発振モード光の内、それぞれ所定のモード光を分離、抽出して、第１および第２の副光伝送路２０５に送出すると共に、残りの光信号成分を主光合成部７０９に出力する。主光合成部７０９は、第１および第２の光分離部２０３から出力される光信号成分を合成して、主光伝送路２０４に送出する。主光分岐部７１０は、主光伝送路２０４を介して伝送される光信号成分を分岐して、第１および第２の光強度検出部２０６にそれぞれ入力する。第１および第２の光強度検出部２０６は、主光分岐部７１０から出力される光信号成分と、対応する第１および第２の局発光発生部５０７から出力される所定の発振モード光を合成後、自乗検波して、総光強度の変調成分を検出し、第１および第２の情報信号（Ｄ１およびＤ２）をそれぞれ再生する。【０１２２】  さらに、第１および第２の光情報変調部２０２から出力される第１および第２の光信号、ならびに第１および第２の光分離部２０３によって抽出される所定の発振モード光の各波長設定について説明する。第１および第２の光信号は、互いに異なる波長帯に設定されていてもよいし、その光スペクトルの全部または一部が同じ波長帯に設定されていてもよい。【０１２３】  第１および第２の光信号が、互いに異なる波長帯に設定される場合、第１および第２の光分離部２０３によって抽出される所定の発振モード光は、複数のモ���ドの内、いずれのモードであってもよい。第１および第２の光信号が、互いに異なる波長帯に設定される場合、副光伝送路２０５を共通化することができる。図１６は、第１および第２の光信号が、互いに異なる波長帯に設定される場合に副光伝送路２０５を共通化したときの光伝送装置８００ａの構成を示す図である。図１６に示すように、光伝送装置８００ａは、副光合成部８０９および副光分岐部８１０を用いて、所定の発振モード光を波長多重／分離することで、一つの副光伝送路２０５で所定の発振モード光を伝送することができる。【０１２４】  また、第１および第２の光信号の光スペクトルの全部または一部が同じ波長帯に設定される場合で、かつ第１および第２の光信号のそれぞれから抽出される所定の発振モード光が同じ波長帯である場合には、光伝送装置は、別々の副光伝送路２０５を介して所定の発振モード光をそれぞれ伝送する。一方、第１および第２の光信号の光スペクトルの全部または一部が同じ波長帯に設定される場合で、かつ第１および第２の光信号のそれぞれから抽出される所定の発振モード光が互いに異なる波長帯である場合には、光伝送装置は、別々の副光伝送路２０５を介して伝送するか、もしくは、図１６に示すように、一つの副光伝送路２０５を介して伝送する。【０１２５】  以上説明したように、第６の実施形態によれば、複数の送受信回路対において、それぞれ、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、当該所定の発振モード光と物理的性質を同じくする光を「秘密鍵」として、送信者と正規受信者の間で共有することにより、互いの干渉、情報漏洩を著しく抑圧し、秘匿性の高い光伝送装置を容易に提供することができる。【０１２６】  なお、図８に示す構成においても、複数対の光送信回路と光受信回路とを備えるようにして、各所定の発振モード光および／または各所定の発振モード光を抽出した残りの光信号を合成／分岐して伝送するようにしてもよい。また、図１４に示す構成においても、複数対の光送信回路と光受信回路とを備えるようにして、各光検出部が出力する検出信号を合成／分岐して伝送するようにしてもよい。【０１２７】  なお、第６の実施形態において、第１および／または第２の多モード光源２０１は、第１の変形例で示したように、複数の単一モードの光源からなる多モード光源２０１ａ（図１０参照）に置き換えられてもよいし、複数の単一モードの光源および光位相変調部からなる多モード光源２０１ｂ（図１０参照）に置き換えられてもよい。【０１２８】  （第７の実施形態）
図１７は、本発明の第７の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置８００ｃの構成を示す図である。図１７において、図１に示す第１の実施形態と同様の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、説明を省略する。また、図８に示す第３の実施形態と同様の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、説明を省略する。図１７において、光伝送装置８００ｃは、光送信回路９００１と、光受信回路９００２とを備える。光送信回路９００１は、多モード光源１０１と、光情報変調部１０２と、モード符号化部１０３と、光分離部２０３とを含む。光受信回路９００２と、モード復号化部９００３と、光強度検出部９００４とを含む。【０１２９】  モード符号化部１０３からは、発振モード光のそれぞれに対して、一意な所定の符号化操作が施された光信号が出力される。光分離部は、モード符号化部１０３から出力される光信号の内、すくとも１つの発振モード光を抽出して、副光伝送路２０５に送出すると共に、残りの光信号成分を主光伝送路２０４に送出する。モード復号化部９００３は、主光伝送路２０４からの光信号と副光伝送路２０５からの光信号とを合成して、モード符号化部１０３での第１の操作と逆の関係にある復号化操作（第２の操作）を施した光を出力する。光強度検出部９００４は、モード復号化部９００３から出力される光信号を自乗検波して、総光強度の変化を検出することによって変調成分を検出し、元の情報信号Ｄｉを再生する。【０１３０】  このように、第７の実施形態では、光送信回路９００１は、所定の操作として、多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作をモード符号化部１０３によって施し、所定の発振モード光を光分離部２０３によって分離して副光伝送路２０５に送出すると共に、所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路２０４に送出する。光受信回路９００２は、主光伝送路２０４を介して伝送される光信号成分と、副光伝送路２０５を介して伝送される所定の発振モード光とをモード復号化部９００３によって合成し、当該発振モード光の群に対して当該所定の符号に対応した操作と逆の操作をモード復号化部９００３によって施して、当該所定の操作を施される前の光信号を復元する。このように、第１の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせることによっても、秘匿性に優れた光通信装置を実現することができる。【０１３１】  なお、第７の実施形態においても、上述したあらゆる変形例を適用することができることは言うまでもない。【０１３２】  （第８の実施形態）
図１８は、本発明の第８の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置８００ｂの構成を示す図である。図１８において、図１に示す第１の実施形態と同様の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、説明を省略する。また、図８に示す第３の実施形態と同様の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、説明を省略する。図１８において、光伝送装置８００ｂは、光送信回路９００５と、光受信回路９００６とを備える。光送信回路９００５は、多モード光源１０１と、光情報変調部１０２ｆと、第１のモード符号化部１０３ｆと、第２のモード符号化部１０３ｇとを含む。光受信回路９００６は、光強度検出部９００７を含む。【０１３３】  光情報変調部１０２ｆは、伝送すべき情報信号Ｄｉで、多モード光源１０１から出力される光を変調して、２分岐して出力する。【０１３４】  光情報変調部１０２ｆからの一方の光信号は、第１のモード符号化部１０３ｆに入力される。第１のモード符号化部１０３ｆは、光情報変調部１０２から出力される光信号を入力し、所定の源符号Ｋｉに基づいて、スペクトル処理として、当該発振モード光のそれぞれに対して一意な所定の符号化操作を施した後、主光伝送路２０４に出力する。【０１３５】  光情報変調部１０２ｆからの他方の光信号は、第２のモード符号化部１０３ｇに入力される。第２のモード符号化部１０３ｆは、所定の源符号Ｋｉに基づいて、スペクトル処理として、当該発振モード光のそれぞれに対して一意であり、かつ第１のモード符号化部１０３ｆで施された所定の符号化操作と逆の関係（相補的な関係）にある符号化操作を施した後、副光伝送路２０５に出力する。【０１３６】  光強度検出部９００７は、主光伝送路２０４を伝送された光信号と副光伝送路２０５を伝送された光信号とを合成して、自乗検波して、総光強度の変調成分を検出し、元の情報信号Ｄｉを再生する。【０１３７】  このように、第８の実施形態において、光送信回路９００５は、所定の操作として、多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作を第１のモード符号化部１０３ｆによって施し主光伝送路２０４に送出する。一方、第２のモード符号化部１０３ｇは、多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して当該所定の符号に対応した操作と逆の操作を施して副光伝送路２０５に送出する。光受信回路９００６は、主光伝送路２０４を介して伝送される光信号と副光伝送路２０５を介して伝送される光信号とを合成することによって、所定の操作を施される前の光信号を復元する。このように、互いに逆の関係にある発振モード光を伝送して、合成することによっても、秘匿性の優れた光通信装置を実現することができる。【０１３８】  なお、第８の実施形態においても、上述したあらゆる変形例を適用することができることは言うまでもない。【０１３９】  以上、本発明を詳細に説明してきたが、前述の説明はあらゆる点において本発明の例示にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】  本発明に係る光伝送装置は、物理的性質（自然現象）として光が備えている予測不能の雑音成分を利用して、計算機処理による解析・解読が不可能な暗号通信を実現することができ、通信分野等に有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年2月14日(2007.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送すべき情報信号で変調された多モードの光信号を伝送するための多モード光伝送装置であって、
多モード発振光を前記情報信号で変調し、前記多モード発振光における少なくとも１つの発振モード光に対して、所定の操作を施した後、光伝送路に送出する光送信回路と、
前記光伝送路を介して伝送される光信号を受信し、前記所定の操作と逆の操作を施すことによって、前記所定の操作を施される前の光信号を復元し、復元した光信号を電気信号に変換して、前記情報信号を再生する光受信回路とを備えることを特徴とする、多モード光伝送装置。
【請求項２】
前記光送信回路は、前記所定の操作として、前記多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作を施して、前記光伝送路に送出し、
前記光受信回路は、前記光伝送路を介して伝送される光を受信し、前記発振モード光の群に対して前記所定の符号に対応した操作と逆の操作を施すことによって前記所定の操作を施される前の光信号を復元し、前記発振モード光の群の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、前記情報信号を再生することを特徴とする、請求項１に記載の多モード光伝送装置。
【請求項３】
前記光送信回路は、前記所定の操作として、前記多モード発振光から所定の発振モード光を抽出して、前記光伝送路に送出し、
前記光受信回路は、前記光伝送路を介して伝送される光を受信し、抽出された前記所定の発振モード光と同一の光もしくは前記所定の発振モード光に準じた光とを合成した後、自乗検波して、前記情報信号を再生することを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項４】
前記光送信回路は、
多モード発振する光を出力する多モード光源と、
前記多モード光源から出力される光を情報信号で変調し、変調された光信号を出力する光情報変調部と、
前記光情報変調部から出力される前記光信号を入力し、前記光信号の複数の発振モード光の群に対して、前記所定の符号に対応した第１の操作を施し、前記光伝送路に送出するモード符号化部とを含み、
前記光受信回路は、
前記光伝送路を介して伝送される光信号を入力し、前記光信号の複数の発振モード光の群に対して、前記所定の符号に対応した前記第１の操作と逆の関係にある第２の操作を施し、出力するモード復号化部と、
前記モード復号化部から出力される光信号の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、前記情報信号を再生する光強度検出部とを含む、請求項２に記載の多モード光伝送装置。
【請求項５】
前記モード符号化部における前記第１の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した所定量の強度変化を与える操作であり、
前記モード復号化部における前記第２の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した前記所定量の強度変化と逆の極性を有する強度変化を与える操作であることを特徴とする、請求項４に記載の多モード光伝送装置。
【請求項６】
前記モード符号化部における前記第１の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した所定量の位相変化を与える操作であり、
前記モード復号化部における前記第２の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した前記所定量の位相変化と逆の極性を有する位相変化を与える操作であることを特徴とする、請求項４に記載の多モード光伝送装置。
【請求項７】
前記モード符号化部における前記第１の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した所定量の偏向変化を与える操作であり、
前記モード復号化部における前記第２の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した前記所定量の偏向変化と逆の極性を有する偏向変化を与える操作であることを特徴とする、請求項４に記載の多モード光伝送装置。
【請求項８】
前記モード符号化部における前記第１の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した所定量の周波数変化を与える操作であり、
前記モード復号化部における前記第２の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、前記所定の符号に対応した前記所定量の周波数変化と逆の極性を有する周波数変化を与える操作であることを特徴とする、請求項４に記載の多モード光伝送装置。
【請求項９】
複数対の前記光送信回路と前記光受信回路とを有し、
各前記光送信回路から出力される光信号成分を合成し、前記光伝送路に送出する光合波部と、
前記光伝送路を介して伝送される光信号成分を分岐し、対応する前記光受信回路に出力する光分岐部とを備え、
前記光送信回路と前記光受信回路との各対は、それぞれ、複数の発振モード光の群に対して、互いに異なる所定の符号に対応した第１の操作および第２の操作を施すことを特徴とする、請求項４に記載の多モード光伝送装置。
【請求項１０】
前記光送信回路は、
多モード発振する光を出力する多モード光源と、
前記多モード光源から出力される光を前記情報信号で変調し、光信号を出力する光情報変調部と、
前記光情報変調部から出力される前記光信号を入力し、前記光信号における複数の発振モード光の内、前記所定の発振モード光を分離して副光伝送路に送出すると共に、前記光信号における前記所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路に送出する光分離部とを含み、
前記光受信回路は、
前記主光伝送路を介して伝送される前記光信号成分と、前記副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光とを合成し、自乗検波して、前記情報信号を再生する光強度検出部を含む、請求項３に記載の光伝送装置。
【請求項１１】
さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、
各前記光送信回路から出力される前記所定の発振モード光を合成し、前記副光伝送路に送出する副光合波部と、
前記副光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光を分岐し、対応する光受信回路に出力する副光分岐部とを備える、請求項１０に記載の光伝送装置。
【請求項１２】
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項１１に記載の光伝送装置。
【請求項１３】
さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、
各前記光送信回路から出力される前記所定の発振モード光以外の光信号成分を合成し、前記主光伝送路に送出する主光合波部と、
前記主光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光以外の光信号成分を分岐し、対応する前記光受信回路に出力する主光分岐部と、
各前記光送信回路から出力される前記所定の発振モード光を合成し、前記副光伝送路に送出する副光合波部と、
前記副光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光を分岐し、対応する光受信回路に出力する副光分岐部とを備える、請求項１０に記載の光伝送装置。
【請求項１４】
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに同じ波長成分有し、
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項１３に記載の光伝送装置。
【請求項１５】
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項１３に記載の光伝送装置。
【請求項１６】
前記光送信回路は、
多モード発振する光を出力する多モード光源と、
前記多モード光源から出力される光を前記情報信号で変調し、光信号を出力する光情報変調部と、
前記光情報変調部から出力される前記光信号を入力し、前記光信号における複数の発振モード光の内、前記所定の発振モード光を分離して副光伝送路に送出すると共に、前記光信号における前記所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路に送出する光分離部とを含み、
前記光受信回路は、
前記副光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光を入力し、前記所定の発振モード光に準じた光として、当該発振モード光と物理的性質を同じくする局部発振光を発生する局発光発生部と、
前記主光伝送路を介して伝送される前記光信号成分と、前記局発光発生部から出力される前記局部発振光とを合成し、自乗検波して、前記情報信号を再生する光強度検出部とを含む、請求項３に記載の光伝送装置。
【請求項１７】
さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、
各前記光送信回路から出力される前記所定の発振モード光を合成し、前記副光伝送路に送出する副光合波部と、
前記副光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光を分岐し、対応する光受信回路に出力する副光分岐部とを備える、請求項１６に記載の光伝送装置。
【請求項１８】
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項１７に記載の光伝送装置。
【請求項１９】
さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、
各前記光送信回路から出力される前記所定の発振モード光以外の光信号成分を合成し、前記主光伝送路に送出する主光合波部と、
前記主光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光以外の光信号成分を分岐し、対応する前記光受信回路に出力する主光分岐部と、
各前記光送信回路から出力される前記所定の発振モード光を合成し、前記副光伝送路に送出する副光合波部と、
前記副光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光を分岐し、対応する光受信回路に出力する副光分岐部とを備える、請求項１６に記載の光伝送装置。
【請求項２０】
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに同じ波長成分有し、
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項１９に記載の光伝送装置。
【請求項２１】
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項１９に記載の光伝送装置。
【請求項２２】
前記光送信回路は、
多モード発振する光を出力する多モード光源と、
前記多モード光源から出力される光を前記情報信号で変調し、光信号を出力する光情報変調部と、
前記光情報変調部から出力される前記光信号を入力し、前記光信号における複数の発振モード光の内、前記所定の発振モード光を分離すると共に、前記光信号における前記所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を光伝送路に送出する光分離部と、
前記光分離部によって分離された前記所定の発振モード光を入力し、当該所定の発振モード光の物理的性質を検出し、検出信号を伝送路に送出する光検出部とを含み、
前記光受信回路は、
前記伝送路を介して伝送される検出信号に基づき、前記所定の発振モード光に準じた光として、前記所定の発振モード光と物理的性質を同じくする局部発振光を発生する局発光発生部と、
前記光伝送路を介して伝送される光信号成分と、前記局発光発生部から出力される局部発振光とを合成し、自乗検波して、前記情報信号を再生する光強度検出部とを含む、請求項３に記載の光伝送装置。
【請求項２３】
さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、
各前記光送信回路から出力される検出信号を合成し、前記伝送路に送出する合成部と、
前記伝送路を介して伝送される検出信号を分岐し、対応する前記光受信回路に出力する分岐部とを備える、請求項２２に記載の光伝送装置。
【請求項２４】
さらに、複数対の前記光送信回路と前記光受信回路と、
各前記光送信回路から出力される前記所定の発振モード光以外の光信号成分を合成し、前記主光伝送路に送出する主光合波部と、
前記主光伝送路を介して伝送される前記所定の発振モード光以外の光信号成分を分岐し、対応する前記光受信回路に出力する主光分岐部とを備える、請求項３に記載の光伝送装置。
【請求項２５】
前記複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する前記所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに異なる波長を有することを特徴とする、請求項２４に記載の光伝送装置。
【請求項２６】
前記光送信回路は、前記所定の操作として、前記多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作を施し、所定の発振モード光を分離して副光伝送路に送出すると共に、前記所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路に送出し、
前記光受信回路は、前記主光伝送路を介して伝送される前記光信号成分と、前記副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光とを合成し、前記発振モード光の群に対して前記所定の符号に対応した操作と逆の操作を施すことによって前記所定の操作を施される前の光信号を復元し、前記発振モード光の群の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、前記情報信号を再生することを特徴とする、請求項１に記載の多モード光伝送装置。
【請求項２７】
前記光送信回路は、前記所定の操作として、前記多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作を施して主光伝送路に送出し、前記多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して前記所定の符号に対応した操作と逆の操作を施して副光伝送路に送出し、
前記光受信回路は、前記主光伝送路を介して伝送される光と前記副光伝送路を介して伝送される光とを合成することによって、前記所定の操作を施される前の光信号を復元し、前記発振モード光の群の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、前記情報信号を再生することを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項２８】
前記光送信回路で用いられる多モード光源は、
互いに光強度および光位相に相関性を有し、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、
前記複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、
前記光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ前記複数の光源から出力される光の強度および／または位相を略ランダムに変調するような変調信号を各前記光源に供給する符号発生部とからなることを特徴とする、請求項１に記載の多モード光伝送装置。
【請求項２９】
前記送信回路で用いられる多モード光源は、
互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、
前記複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、
前記複数光源から出力される光の位相変化を同期させる光位相同期部と、
前記光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ前記複数の光源から出力される光の強度を略ランダムに変調するような変調信号を各前記光源に供給する符号発生部とからなることを特徴とする、請求項１に記載の多モード光伝送装置。
【請求項３０】
前記送信回路で用いられる多モード光源は、
互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、
前記複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、
前記複数光源から出力される光の強度変化を同期させる光強度同期部と、
前記光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ前記複数の光源から出力される光の位相を略ランダムに変調するような変調信号を各前記光源に供給する符号発生部とからなることを特徴とする、請求項１に記載の多モード光伝送装置。
【請求項３１】
前記送信回路で用いられる多モード光源は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）であることを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３２】
前記多モード光源は、ＦＰ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）レーザであることを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３３】
前記多モード光源は、ＲＣ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｃａｂｉｔｙ）−ＬＥＤであることを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３４】
前記多モード光源は、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｂｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）であることを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３５】
前記多モード光源は、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）であることを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３６】
前記光伝送路は、光ファイバ、光導波路、または自由空間であることを特徴とする、請求項１に記載の多モード光伝送装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データを光信号に変換して伝送し、伝送された光信号を受信してデータに変換する光伝送装置に関し、より特定的には、光が物理的性質として備える雑音成分を利用して、正規受信者以外の第三者によるデータの盗み見／盗聴を著しく抑制し、高い秘匿性を有するデータの暗号通信を実現する光伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１９は、暗号通信に対応する従来の光伝送装置９１の構成を示す図である。図１９において、本光伝送装置９１は、光源９５と、光情報変調部９４と、暗号化部９３と、光伝送路９９３と、復号化部９８と、光強度検出部９７とを備える。光源９５と、光情報変調部９４と、暗号化部９３とによって、光送信回路９２が構成される。復号化部９８と、光強度検出部９７とによって、光受信回路９６が構成される。なお、図中には、本光伝送装置９１の動作説明のため、傍受者光強度検出部９９２と、暗号解読部９９１とを構成要素とする傍受者光受信回路９９を併せて示している。
【０００３】
上記のように構成された光伝送装置９１について、図１９を用いて、その動作を説明する。光送信回路９２において、暗号化部９３は、光受信回路９６内の復号化部９８との間で、「暗号鍵」として予め源符号Ｋｉを共有している。暗号化部９３は、伝送すべき情報信号Ｄｉを源符号Ｋｉを用いて暗号化し、出力する。光情報変調部９４は、光源９５から出力された光を、暗号化部９３から出力された暗号化情報信号によって光変調し、光伝送路９９３に送出する。光強度検出部９７は、光伝送路９９３を介して伝送される光変調信号を入力して、当該光強度変調成分を検出し、電気信号に変換し、出力する。復号化部９８は、源符号Ｋｉを用いて、光強度検出部９７からの出力信号を復号化し、情報信号Ｄｉを再生する。
【０００４】
以上のような従来の光伝送装置では、送信者と受信者との間で所定の符号を「秘密鍵」として共有する。送信側は、情報信号に対して、当該符号を用いて所定の手順の計算処理を施して暗号化する。伝送後、受信側は、同様の符号を用いて略逆手順の計算処理を施すことで復号化し、元の情報信号を再生する。これにより、「秘密鍵」を保有する正規の受信者以外の第三者による復号化が不可能となり、盗聴を著しく困難とし、秘匿性の高いデータ通信を実現することが可能となる。
【特許文献１】特開平９−２０５４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のように、計算処理に基づく従来の暗号通信方式は、電子計算機の発達に伴い、いずれ数学的に解読される危険性を常に含んでおり、高い安全性を長期間保証することができないという課題を有している。即ち、盗聴者側の傍受者光受信回路９９は、光伝送路９９３を伝搬する光信号の一部を分岐して取り出し、正規受信者側の光受信回路９６と同等もしくはそれに匹敵する品質の光信号を傍受者光強度検出部９９２に入力して、電気信号に変換し、暗号解読部９９１で、元の情報信号Ｄｉを復元することができる。暗号解読部９９１は、主に、高速の計算機等で構成され、「秘密鍵」を所持していなくても、充分な品質の信号が入力しさえすれば、計算処理によって暗号を解読することができる。
【０００６】
それ故に、本発明の目的は、物理的性質（自然現象）として光が備える、予測不能の雑音成分を利用して、計算機処理による解析・解読が不可能な暗号通信を実現することができる光伝送装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は以下のような特徴と有する。本発明の第１の局面は、伝送すべき情報信号で変調された多モードの光信号を伝送するための多モード光伝送装置であって、多モード発振光を情報信号で変調し、多モード発振光における少なくとも１つの発振モード光に対して、所定の操作を施した後、光伝送路に送出する光送信回路と、光伝送路を介して伝送される光信号を受信し、所定の操作と逆の操作を施すことによって、所定の操作を施される前の光信号を復元し、復元した光信号を電気信号に変換して、情報信号を再生する光受信回路とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１の局面によれば、多モード発振光における少なくとも１つの発振モード光に対して、所定の操作を施して発振モード光成分間の光強度または光位相の相関関係を変更する。これによって、物理的性質（自然現象）として光が備える、予測不能の雑音成分が発生することとなる。盗聴が行われる場合、傍受者光受信回路が受信する光信号は、上記予測不能の雑音成分によって、信号対雑音比が劣化しているので、光送信回路が送信した光信号を正確に再生することができない。よって、上記予測不能の雑音成分を利用して、計算機処理による解析・解読が不可能な秘匿性の高い暗号通信を実現することができる光伝送装置が提供されることとなる。
【０００９】
本発明の第２の局面において、光送信回路は、所定の操作として、多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作を施して、光伝送路に送出し、光受信回路は、光伝送路を介して伝送される光を受信し、発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作と逆の操作を施すことによって所定の操作を施される前の光信号を復元し、発振モード光の群の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、情報信号を再生するとよい。
【００１０】
本発明の第２の局面により、光送信回路は、多モード発振する光の各発振モード光に対して、所定の操作を施して発振モード光成分間の光強度または光位相の相関関係を変更する。これによって、物理的性質（自然現象）として光が備える、予測不能の雑音成分が発生することとなる。正規の光受信回路と光送信回路とは、発振モード光成分間の光強度または光位相の変更パターンを「秘密鍵」として共有する。光受信回路は、当該秘密鍵に基づいて、光送信回路が施した所定の操作とは逆の関係にある操作を施すことによって、雑音成分を除去する。これにより、光受信回路は、光送信回路が送信した光信号に準じた光スペクトルを有する光信号を再生することができる。盗聴が行われる場合、傍受者光受信回路が受信する光信号は、上記予測不能の雑音成分によって、信号対雑音比が劣化しているので、光送信回路が送信した光信号を正確に再生することができない。よって、上記予測不能の雑音成分を利用して、計算機処理による解析・解読が不可能な秘匿性の高い暗号通信を実現することができる光伝送装置が提供されることとなる。
【００１１】
好ましくは、光送信回路は、多モード発振する光を出力する多モード光源と、多モード光源から出力される光を情報信号で変調し、変調された光信号を出力する光情報変調部と、光情報変調部から出力される光信号を入力し、光信号の複数の発振モード光の群に対して、所定の符号に対応した第１の操作を施し、光伝送路に送出するモード符号化部とを含み、光受信回路は、光伝送路を介して伝送される光信号を入力し、光信号の複数の発振モード光の群に対して、所定の符号に対応した第１の操作と逆の関係にある第２の操作を施し、出力するモード復号化部と、モード復号化部から出力される光信号の総光強度変化を検出し、電気信号に変換して、情報信号を再生する光強度検出部とを含むとよい。
【００１２】
これにより、複数モードで発振する光を構成する各成分に対して、それぞれ独立な操作を施すことで発生する雑音を利用することとなるので、送受信者間では、一意な符号化・復号化操作を共有して、高い受信信号品質を確保すると共に、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。
【００１３】
たとえば、モード符号化部における第１の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の強度変化を与える操作であり、モード復号化部における第２の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の強度変化と逆の極性を有する強度変化を与える操作であるとよい。
【００１４】
たとえば、モード符号化部における第１の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の位相変化を与える操作であり、モード復号化部における第２の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の位相変化と逆の極性を有する位相変化を与える操作であるとよい。
【００１５】
たとえば、モード符号化部における第１の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の偏向変化を与える操作であり、モード復号化部における第２の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の偏向変化と逆の極性を有する偏向変化を与える操作であるとよい。
【００１６】
たとえば、モード符号化部における第１の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の周波数変化を与える操作であり、モード復号化部における第２の操作は、入力光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量の周波数変化と逆の極性を有する周波数変化を与える操作であるとよい。
【００１７】
これらにより、複数モードで発振する光を構成する各成分の物理パラメータに対して、それぞれ独立な操作を施すことで発生する雑音を利用することとなるので、送受信者間では、一意な符号化・復号化操作を共有して、高い受信信号品質を確保すると共に、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。
【００１８】
好ましくは、多モード光源は、互いに光強度および光位相に相関性を有し、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の強度および／または位相を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。
【００１９】
好ましくは、多モード光源は、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、複数光源から出力される光の位相変化を同期させる光位相同期部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の強度を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。
【００２０】
好ましくは、多モード光源は、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、複数光源から出力される光の強度変化を同期させる光強度同期部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の位相を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。
【００２１】
これらにより、当該光強度変動および光位相変動において互いに相関性を有する多モード光を生成し、当該各光成分に対して、それぞれ独立な操作を施すことで発生する雑音を利用することとなるので、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。
【００２２】
たとえば、多モード光源は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）であったり、ＦＰ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）レーザであったり、ＲＣ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｃａｂｉｔｙ）−ＬＥＤであったり、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｂｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）であったり、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）であったりする。
【００２３】
これらにより、当該光強度変動および光位相変動において互いに相関性を有する多モード光源を使用し、当該各光成分に対して、それぞれ独立な操作を施すことで発生する雑音を利用することとなるので、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。
【００２４】
好ましくは、複数対の光送信回路と光受信回路とを有し、各光送信回路から出力される光信号成分を合成し、光伝送路に送出する光合波部と、光伝送路を介して伝送される光信号成分を分岐し、対応する光受信回路に出力する光分岐部とを備え、光送信回路と光受信回路との各対は、それぞれ、複数の発振モード光の群に対して、互いに異なる所定の符号に対応した第１の操作および第２の操作を施すとよい。
【００２５】
これより、複数モードで発振する光を構成する各成分に対して、それぞれ独立な操作を施すことで発生する雑音を利用することとなるので、複数の送受信者対の間の情報漏洩や干渉を防いで、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。
【００２６】
たとえば、光伝送路は、光ファイバ、光導波路、または自由空間であるとよい。
【００２７】
本発明の第３の局面において、光送信回路は、所定の操作として、多モード発振光から所定の発振モード光を抽出して、光伝送路に送出し、光受信回路は、光伝送路を介して伝送される光を受信し、抽出された所定の発振モード光と同一の光もしくは所定の発振モード光に準じた光とを合成した後、自乗検波して、前記情報信号を再生するとよい。
【００２８】
本発明の第３の局面により、多モード発振する光から所定の発振モード光が除去された光が送信され、所定の発振モード光が除去されている光を検波するために、所定の発振モード光と同一の光もしくは所定の発振モード光に準じた光が必要となる。したがって、第三者が盗聴を試みて所定の発振モード光が除去された光を受信した場合、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音（モードパーティションノイズ）が発生することとなり、信号対雑音電力比が著しく劣化し、第三者は、正しく検波することができない。このように、本発明では、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音（モードパーティションノイズ）を利用し、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を提供することができる。
【００２９】
好ましくは、光送信回路は、多モード発振する光を出力する多モード光源と、多モード光源から出力される光を情報信号で変調し、光信号を出力する光情報変調部と、光情報変調部から出力される光信号を入力し、光信号における複数の発振モード光の内、所定の発振モード光を分離して副光伝送路に送出すると共に、光信号における所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路に送出する光分離部とを含み、光受信回路は、主光伝送路を介して伝送される光信号成分と、副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光とを合成し、自乗検波して、情報信号を再生する光強度検出部を含むとよい。
【００３０】
好ましくは、光送信回路は、多モード発振する光を出力する多モード光源と、多モード光源から出力される光を情報信号で変調し、光信号を出力する光情報変調部と、光情報変調部から出力される光信号を入力し、光信号における複数の発振モード光の内、所定の発振モード光を分離して副光伝送路に送出すると共に、光信号における所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路に送出する光分離部とを含み、光受信回路は、副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光を入力し、所定の発振モード光に準じた光として、当該発振モード光と物理的性質を同じくする局部発振光を発生する局発光発生部と、主光伝送路を介して伝送される光信号成分と、局発光発生部から出力される局部発振光とを合成し、自乗検波して、情報信号を再生する光強度検出部とを含むとよい。
【００３１】
好ましくは、光送信回路は、多モード発振する光を出力する多モード光源と、多モード光源から出力される光を情報信号で変調し、光信号を出力する光情報変調部と、光情報変調部から出力される光信号を入力し、光信号における複数の発振モード光の内、所定の発振モード光を分離すると共に、光信号における所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を光伝送路に送出する光分離部と、光分離部によって分離された所定の発振モード光を入力し、当該所定の発振モード光の物理的性質を検出し、検出信号を伝送路に送出する光検出部とを含み、光受信回路は、伝送路を介して伝送される検出信号に基づき、所定の発振モード光に準じた光として、所定の発振モード光と物理的性質を同じくする局部発振光を発生する局発光発生部と、光伝送路を介して伝送される光信号成分と、局発光発生部から出力される局部発振光とを合成し、自乗検波して、情報信号を再生する光強度検出部とを含むとよい。
【００３２】
これらにより、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、正規受信者は、当該発振モード光を共有して、高い受信信号品質を確保すると共に、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。
【００３３】
好ましくは、さらに、複数対の光送信回路と光受信回路と、各光送信回路から出力される所定の発振モード光以外の光信号成分を合成し、主光伝送路に送出する主光合波部と、主光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光以外の光信号成分を分岐し、対応する光受信回路に出力する主光分岐部とを備えるとよい。
【００３４】
好ましくは、さらに、複数対の光送信回路と光受信回路と、各光送信回路から出力される所定の発振モード光を合成し、副光伝送路に送出する副光合波部と、副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光を分岐し、対応する光受信回路に出力する副光分岐部とを備えるとよい。
【００３５】
好ましくは、さらに、複数対の光送信回路と光受信回路と、各光送信回路から出力される所定の発振モード光以外の光信号成分を合成し、主光伝送路に送出する主光合波部と、主光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光以外の光信号成分を分岐し、対応する光受信回路に出力する主光分岐部と、各光送信回路から出力される所定の発振モード光を合成し、副光伝送路に送出する副光合波部と、副光伝送路を介して伝送される所定の発振モード光を分岐し、対応する光受信回路に出力する副光分岐部とを備えるとよい。
【００３６】
好ましくは、さらに、複数対の光送信回路と光受信回路と、各光送信回路から出力される検出信号を合成し、伝送路に送出する合成部と、伝送路を介して伝送される検出信号を分岐し、対応する光受信回路に出力する分岐部とを備えるとよい。
【００３７】
これらにより、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、複数の送受信者対の間の情報漏洩や干渉を防いで、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。
【００３８】
好ましくは、複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに異なる波長を有するとよい。
【００３９】
好ましくは、複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する所定の発振モード光が、互いに異なる波長を有するとよい。
【００４０】
好ましくは、複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する所定の発振モード光以外の光信号成分が、互いに同じ波長成分有し、複数対の光送信回路と光受信回路とが送受信する所定の発振モード光が、互いに異なる波長を有するとよい。
【００４１】
これらにより、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、複数の送受信者対の間の情報漏洩や干渉を防ぎながら、光伝送路を簡略化して、秘匿性の高い光伝送装置を経済的に実現できる。
【００４２】
たとえば、多モード光源は、互いに光強度および光位相に相関性を有し、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の強度および／または位相を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。
【００４３】
たとえば、多モード光源は、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、複数光源から出力される光の位相変化を同期させる光位相同期部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の強度を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。
【００４４】
たとえば、多モード光源は、互いに異なる波長の光を出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を合成し、出力する光モード合成部と、複数光源から出力される光の強度変化を同期させる光強度同期部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の位相を略ランダムに変調するような変調信号を各光源に供給する符号発生部とからなるとよい。
【００４５】
このように、当該光強度変動および光位相変動において互いに相関性を有する多モード光を生成し、当該所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用することで、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。
【００４６】
たとえば、多モード光源は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）であってもよいし、ＦＰ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）レーザであってもよいし、ＲＣ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｃａｂｉｔｙ）−ＬＥＤであってもよいし、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｂｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）であってもよいし、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）であってもよい。
【００４７】
このように、当該光強度変動および光位相変動において互いに相関性を有する多モード光源を使用し、当該所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用することで、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を実現できる。
【発明の効果】
【００４８】
以上のように、本発明によれば、多モード発振光における少なくとも１つの発振モード光に対して、所定の操作を施して発振モード光成分間の光強度または光位相の相関関係を変更する。これによって、物理的性質（自然現象）として光が備える、予測不能の雑音成分が発生することとなる。盗聴が行われる場合、傍受者光受信回路が受信する光信号は、上記予測不能の雑音成分によって、信号対雑音比が劣化しているので、光送信回路が送信した光信号を正確に再生することができない。よって、上記予測不能の雑音成分を利用して、計算機処理による解析・解読が不可能な秘匿性の高い暗号通信を実現することができる光伝送装置が提供されることとなる。
【００４９】
なお、本発明における装置および回路の用語は、規模の大小には関係なく、場合によっては、システム等の意味に解釈してもよい。
【００５０】
本発明のこれらおよび他の目的、特徴、局面、効果は、添付図面と照合して、以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
図１は、本発明の実施形態に係る光伝送装置１の概念的な構成を示す機能ブロック図である。図１において、光伝送装置１は、光送信回路２と、光受信回路８とを備える。光送信回路２は、多モード光源３と、光情報変調部４と、スペクトル処理部５とを含む。光受信回路８は、スペクトル復元部６と、光電気変換部７とを含む。
【００５２】
多モード光源３は、多モード発振光を出力する。光情報変調部４は、伝送すべき情報信号Ｄｉで、多モード光源３から出力された多モード発振光を変調して、光信号として出力する。スペクトル処理部５は、光情報変調部４から出力される光信号に対して、多モード発振光における少なくとも１つの発振モード光に対して、入力される鍵情報Ｋｉに基づき、所定の操作を施して、光伝送路９に送出する。当該所定の操作としては、以下の実施形態で開示する様々なスペクトル処理が考え得る。
【００５３】
スペクトル復元部６は、光伝送路９を介して伝送される光信号を受信し、入力される鍵情報Ｋｉに基づき、光送信回路での所定の操作と逆の操作を施すことによって、当該所定の操作を施される前の光信号を復元する。スペクトル復元部６における当該逆の操作としては、以下の実施形態で開示する様々な処理が考え得る。光電気変換部７は、スペクトル復元部６によって復元された光信号を電気信号に変換して、情報信号Ｄｉを再生する。
【００５４】
以下、図１に示す光伝送装置１を実現するための実施形態について、図面を参照しながら、具体的に説明する。
【００５５】
（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置１００の構成を示す図である。図３Ａ〜３Ｅは、光伝送装置１００の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図である。図４Ａ〜４Ｅは、光伝送装置１００または傍受者光受信回路１００３の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図である。
【００５６】
図２において、本実施形態の光伝送装置１００は、多モード光源１０１と、光情報変調部１０２と、モード符号化部１０３と、光伝送路１０４と、モード復号化部１０５と、光強度検出部１０６とを備える。多モード光源１０１と、光情報変調部１０２と、モード符号化部１０３とによって、光送信回路１００１が構成される。モード復号化部１０５と、光強度検出部１０６とによって、光受信回路１００２が構成される。なお、本実施形態の動作説明のため、図１には、傍受者モード復号化部１０５２と、傍受者光強度検出部１０６２とを構成要素とする傍受者光受信回路１００３が、併せて図示されている。なお、光送信回路１００１と光受信回路１００２とを接続する光伝送路１０４は、光ファイバであってもよいし、光導波路であってもよし、自由空間であってもよい。
【００５７】
次に、図２に示す本実施形態の動作を説明する。光送信回路１００１において、多モード光源１０１は、図３Ａに示すような複数のモード（図３Ａでは８つの波長ｍ１〜ｍ８を複数のモードとしている）で発振する光源で構成され、複数のモードを有する光を出力する。このような多モード発振光源の具体例は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）や、ＦＰ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）レーザ、ＲＣ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｃａｂｉｔｙ）−ＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｂｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）、あるいは面発光レーザである。これらの出力光スペクトルにおける個々の発振モード光は、光強度、光位相等のパラメータが高速に変動する。これらの光源において、個々の発振モード光における光強度変動成分および光位相変動成分は、他の発振モード光における光強度変動成分および光位相変動成分と相関しながらも、多モード光源１０１から出力される光の総光強度は、略一定値を示す性質を有している。
【００５８】
光情報変調部１０２は、伝送すべき情報信号Ｄｉで、多モード光源１０１から出力される光を変調して、光信号として出力する。
【００５９】
モード符号化部１０３は、光情報変調部１０２から出力される光信号を入力し、光受信回路１００２内のモード復号化部１０５との間で予め共有している所定の源符号Ｋｉに基づいて、スペクトル処理として、当該発振モード光のそれぞれに対して一意な所定の符号化操作を施した後、光伝送路１０４に出力する。すなわち、モード符号化部１０３は、複数の発振モード光の群に対して、所定の符号に対応した所定の操作（第１の操作）を施した光を出力する。具体的には、例えば図３Ｂに示すように、モード符号化部１０３は、各発振モード光に対して、源符号Ｋｉによって定まる所定のパターンの光強度透過率を定義しておく。そして、モード符号化部１０３は、第１の操作として、複数の発振モード光のそれぞれに対して所定量の強度変化を与える操作を施して、第１の操作を施した光を光伝送路１０４に送出する。これにより、物理的性質（自然現象）として光が備える、予測不能の雑音成分（モードパーティションノイズ）が発生することとなり、モード符号化部１０３は、入力される光信号（図３Ａ）とは異なる光スペクトルを有する光信号（図３Ｃ）を作成し、出力することとなる。
【００６０】
光受信回路１００２において、モード復号化部１０５は、光伝送路１０４を介して伝送される光信号を入力し、光送信回路１００１内のモード符号化部１０３との間で予め共有している所定の源符号Ｋｉに基づいて、当該発振モード光のそれぞれに対して一意であり、かつ上記所定の符号化操作と逆の関係（相補的な関係）にある復号化操作を施した後、出力する。すなわち、モード復号化部１０５は、複数の発振モード光の群に対して、所定の符号に対応した所定の操作（第１の操作）と逆の操作である第２の操作を施した光を出力する。具体的には、例えば図３Ｄに示すように、モード復号化部１０５は、各発振モード光に対して、図３Ｂに示す所定のパターンと逆の関係（相補的な関係）にある逆パターンの光強度透過率を源符号Ｋｉに基づいて定義しておく。そして、モード復号化部１０５は、複数の発振モード光のそれぞれに対して、上記所定量の強度変化と逆の極性を有する強度変化を与える操作を第２の操作として施して、第２の操作を施した光を光強度検出部１０６に入力する。これにより、上記モードパーティションノイズが除去されることとなり、モード復号化部１０５は、光伝送路１０４を介して伝送された光信号（図３Ｃ）を、光情報変調部１０２から出力された光信号（図３Ａ）に準じた光スペクトルを有する光信号（図３Ｅ）に変換して、出力することとなる。
【００６１】
光強度検出部１０６は、モード復号化部１０５から出力される光信号を自乗検波して、総光強度の変化を検出することによって変調成分を検出し、元の情報信号Ｄｉを再生する。
【００６２】
次に、本実施形態において、第三者（傍受者光受信回路１００３）による盗聴が行われる場合について図４Ａ〜４Ｅを用いて説明する。図４Ａは、光情報変調部１０２から出力される光信号の光スペクトルを表しており図３Ａと同様である。図４Ｂは、モード符号化部１０３における所定のパターンの光強度透過率を表しており図３Ｂと同様である。図４Ｃは、モード符号化部１０３から出力される光信号の光スペクトルを表しており図３Ｃと同様である。図４Ｄは、傍受者モード復号化部１０５２における光強度透過率を表している。図４Ｅは、傍受者モード復号化部１０５２から出力される光信号の光スペクトルを表している。
【００６３】
盗聴が行われる場合、傍受者光受信回路１００３は、光伝送路１０４を伝搬する光信号の一部を分岐して、傍受者モード復号化部１０５２に入力する。傍受者モード復号化部１０５２は、モード符号化部１０３と源符号Ｋｉを共有していないため、源符号Ｋｉとは異なる符号Ｋｊに基づいて、入力光信号の発振モード光のそれぞれに対して一意な所定の操作を施した後、出力する。具体的には、例えば図４Ｄに示すように、傍受者モード復号化部１０５２は、モード復号化部１０５が各発振モード光に対して与える光強度透過率（図３Ｄ）とは異なるパターンの光強度透過率を与え、光信号を出力する。この光信号は、図４Ｅに示すように、光情報変調部１０２が出力する光信号（図４Ａ）と異なる光スペクトルである。そのため、傍受者モード復号化部１０５２から出力される光信号は、コヒーレント性が変質しており、過剰な雑音を含んでいる。よって、傍受者光強度検出部１０６２は、情報信号Ｄｉを再生することができない。このように、傍受者光受信回路１００３における受信信号品質（ＳＮＲ：信号対雑音比）は、正規受信者（光受信回路１００２）に比較して劣化しているので、光伝送装置１００は、高い秘匿性を確保することができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、多モード光源１０１は、８つのモードで発振する光を出力し、モード符号化部１０３は、当該８つの発振モード光に対して所定パターンの光強度透過率を与えることとしたが、当該モード数は、８以外のいずれの複数であってもよい。この場合、多モード光源１０１は、８以外のいずれの複数のモードで発振すればよい。また、モード符号化部１０３は、多モード光源１０１が発振するモードの数に応じた所定パターンの光強度透過率を有していればよい。
【００６５】
なお、本実施形態では、モード符号化部１０３およびモード復号化部１０５は、各発振モード光に対して、所定パターンの光強度透過率を与える構成としたが、所定パターンの光位相変動を与える構成としても、ほぼ同様の効果を得ることができる。この場合、具体的には、モード符号化部１０３は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量分の位相変化を第１の操作として施す。モード復号化部１０５は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、上記所定の符号に対応した上記所定量分の位相変化とは逆の極性を有する位相変化を第２の操作として施す。
【００６６】
また、モード符号化部１０３およびモード復号化部１０５が、各発振モード光に対して、所定パターンの偏向変化を与えても、ほぼ同様の効果が得られる。この場合、具体的には、モード符号化部１０３は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量分の偏向変化を第１の操作として施す。モード復号化部１０５は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、上記所定の符号に対応した上記所定量分の偏向変化とは逆の極性を有する偏向変化を第２の操作として施す。
【００６７】
また、モード符号化部１０３およびモード復号化部１０５が、各発振モード光に対して、所定パターンの周波数変化を与えても、ほぼ同様の効果が得られる。この場合、具体的には、モード符号化部１０３は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、所定の符号に対応した所定量分の周波数変化を第１の操作として施す。モード復号化部１０５は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、上記所定の符号に対応した上記所定量分の周波数変化とは逆の極性を有する周波数変化を第２の操作として施す。
【００６８】
また、モード符号化部１０３およびモード復号化部１０５が、各発振モード光に対して、所定パターンの遅延時間を与えても、ほぼ同様の効果が得られる。この場合、具体的には、モード符号化部１０３は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、第１の操作として、所定の符号に対応した所定量分の遅延時間を与える。モード復号化部１０５は、入力される光信号の複数の発振モード光のそれぞれに対して、第２の操作として、上記所定の符号に対応した上記所定量分の遅延時間とは逆の極性を有する遅延時間を与える。
【００６９】
（第１の変形例）
次に、第１の実施形態に関する第１の変形例について説明する。図５は、第１の実施形態に関する第１の変形例の構成を示す図である。図５において、光伝送装置１００ａの光送信回路１００１ａは、図１に示す光送信回路１００１の多モード光源１０１を多モード光源１０１ａに置き換えたものである。
【００７０】
多モード光源１０１ａは、第１の光源４０１１と、第２の光源４０１２と、第３の光源４０１３と、光モード合成部４０２と、符号発生部４０３とを含む。本構成において、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３は、それぞれ異なる波長を有し、かつ所定の関係で互いに位相同期された単一モード光を発振し、出力する。光モード合成部４０２は、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３からの出力光を合成し、出力する。符号発生部４０３は、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列Ｃ１〜Ｃ３を変調信号として発生し、光モード合成部４０２から出力される総光強度が一定となるように、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３の光強度を略ランダムに変調する。これにより、多モード光源１０１ａは、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モード光を人為的に作成し、図２の多モード光源１０１から出力される光に準じた光を出力することができる。
【００７１】
また、第１の変形例では、位相同期された単一モード光を複数作成し、それぞれ独立に光強度変調する構成としたが、光強度変動を同期させ、あるいは光強度を一定値に安定化させ、それぞれ独立に略ランダムな光位相変調を施す構成としても、ほぼ同様の効果を有する。この場合、具体的には、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３として、それぞれ異なる波長を有し、かつ所定の関係で互いに光強度が同期された単一モード光が光位相変調された状態で発振し出力する光源を用いる。符号発生部４０３は、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列Ｃ１〜Ｃ３を変調信号として発生し、光モード合成部４０２から出力される総光強度が一定となるように、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３の光位相を略ランダムに変調する。これにより、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モード光を人為的に作成し、図１の多モード光源１０１から出力される光に準じた光を出力することができる。
【００７２】
なお、第１の変形例において、三つの光源を用いることとしたが、二つまたは四つ以上の光源を用いてもよい。この場合も、符号発生部４０３は、各光源に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、光モード合成部４０２から出力される総光強度が一定となるように、各光源の光強度を略ランダムに変調すればよい。これにより、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した際に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。
【００７３】
（第２の変形例）
次に、第１の実施形態に関する第２の変形例について説明する。図６は、第１の実施形態に関する第２の変形例の構成を示す図である。図６において、光伝送装置１００ｂの光送信回路１００１ｂは、図２に示す光送信回路１００１の多モード光源１０１を多モード光源１０１ｂに置き換えたものである。
【００７４】
多モード光源１０１ｂは、第１の光源４０１１と、第２の光源４０１２と、第３の光源４０１３と、光モード合成部４０２と、第１の符号発生部５００１と、第２の符号発生部５００２と、第１の光位相変調部５０１１と、第２の光位相変調部５０１２と、第３の光位相変調部５０１３とを含む。本構成において、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３は、それぞれ互いに異なる波長の単一モード光を発振し、出力する。第１〜第３の光位相変調部５０１１〜５０１３は、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３に対応して設けられ、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３からの出力光の位相をそれぞれ変調し、出力する。光モード合成部４０２は、第１〜第３の光位相変調部５０１１〜５０１３から出力された光信号を合成し、出力する。第１の符号発生部５００１は、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列Ｃ１〜Ｃ３を変調信号として発生し、当該符号列に基づいて第１〜第３の光源４０１１〜４０１３からの出力光強度を略ランダムとなるように変調する。第２の符号発生部５００２は、第１〜第３の光位相変調部５０１１〜５０１３に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列Ｄ１〜Ｄ３を発生し、当該符号列に基づいて第１〜第３の光位相変調部５０１１〜５０１２からの出力光の位相を位相変化が同期するように変調し、かつ光モード合成部４０２からの総出力光強度が一定となるようにする。第１〜第３の光位相変調部５０１１〜５０１３および第２の符号発生部５００２は、第１〜第３の光源４０１１〜４０１３から出力される光の位相変化を同期させる光位相同期部といえる。また、第１の符号発生部５００１は、光モード合成部４０２から出力される光の総強度を一定とし、かつ第１〜第３の光源４０１１〜４０１３から出力される光の強度を略ランダムに変調するための変調信号である符号を各光源に供給する符号発生部であるといえる。このように、第２の変形例において、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、図２の多モード光源１０１から出力される光に準じた光を出力することができる。
【００７５】
なお、本実施形態では、複数の単一モード光を光強度変調した後、光位相変調する構成としたが、光位相変調後、光強度変調する構成としても、ほぼ同様の効果を有する。この場合、具体的には、多モード光源は、互いに異なる波長の光を位相変調して出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を強度変調する複数の光強度変調部と、複数の光強度変調部から出力される光信号を合成する光モード合成部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の位相を略ランダムに変調するための変調信号である符号を各光源に入力する第１の符号発生部と、複数の光強度変調部からの出力光の強度変化を同期させるための符号を各光強度変調部に入力する第２の符号発生部とを備えるとよい。これにより、光強度変調部と第２の符号発生部とが、複数の光源から出力される光の強度変化を同期させるための光強度同期部として機能することとなる。このような構成によって、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、図２の多モード光源１０１から出力される光に準じた光を出力することができる。
【００７６】
なお、第２の変形例において、三つの光源を用いることとしたが、二つまたは四つ以上の光源を用いてもよい。この場合、光源の数に応じて、光位相変調部が設けられなければならない。また、第１の符号発生部５００１は、各光源に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、当該符号列に基づいて各光源らの出力光強度を変調する。第２の符号発生部５００２は、各光位相変調部に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、当該符号列に基づいて各光位相変調部からの出力光の位相を変調し、かつ光モード合成部４０２からの総出力光強度が一定となるようにする。これにより、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、図２の多モード光源１０１から出力される光に準じた光を出力することができる。
【００７７】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、多モード発振する光において、発振モード光成分間の光強度または光位相の相関関係を変更した際に生じる雑音を利用し、当該発振モード光成分間の光強度または光位相の変更パターンを「秘密鍵」として、送信者と正規受信者との間で共有することにより、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を提供することができる。
【００７８】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置２００の構成を示す図である。図７において、本実施形態の光伝送装置２００は、図２中の光送信回路１００１および光受信回路１００２を、複数組（図７では２組）備えた構成に相当する。光伝送装置２００は、第１および第２の多モード光源１０１と、第１および第２の光情報変調部１０２と、第１および第２のモード符号化部１０３と、光合波部６０９と、光伝送路１０４と、光分岐部６１０と、第１および第２のモード復号化部１０５と、第１および第２の光強度検出部１０６とを備える。なお、第１（第２）の多モード光源１０１と、第１（第２）の光情報変調部１０２と、第１（第２）のモード符号化部１０３とによって、第１（第２）の光送信回路１００１が構成される。第１（第２）のモード復号化部１０５と、第１（第２）の光強度検出部１０６とによって、第１（第２）の光受信回路１００２が構成される。
【００７９】
次に、図７に示す本実施形態の動作を説明する。本実施形態の構成は、前述の第１の実施形態（図２）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、その説明を省略し、相違点のみを以下に説明する。その構成において、本実施形態の光伝送装置２００は、光送信回路１００１および光受信回路１００２を２組備える。第１および第２の光情報変調部１０２は、第１および第２の情報信号（Ｄ１およびＤ２）で、対応する第１および第２の多モード光源１０１から出力される光を変調して、第１および第２の光信号としてそれぞれ出力する。第１および第２のモード符号化部１０３は、互いに異なる源符号Ｋ１およびＫ２に基づいて、対応する第１および第２の光信号に対して、所定パターンの符号化操作（第１の操作）を施す。光合波部６０９は、第１および第２の光送信回路１００１から出力される各光信号成分を合成し、光伝送路１０４に送出する。光分岐部６１０は、光伝送路１０４を介して伝送される光信号成分を分岐し、対応する光受信回路１００２に出力する。第１および第２のモード復号化部１０５は、光分岐部６１０から出力される光信号を入力し、対応する第１および第２のモード符号化部１０３とそれぞれ共有する源符号Ｋ１およびＫ２に基づいて、所定パターンの復号化操作（第２の操作）を施し、出力する。第１および第２の光強度検出部１０６は、対応する第１および第２のモード復号化部１０５から出力される光信号を自乗検波して、第１および第２の情報信号（Ｄ１およびＤ２）をそれぞれ再生する。
【００８０】
なお、第１および第２の光信号は、互いに異なる波長帯に設定されても、その光スペクトルの全部または一部が同じ波長帯に設定されてもよい。
【００８１】
また、本実施形態では、第１および第２の光信号を多重伝送する構成としたが、当該多重数は、２以外のいずれの複数であってもよい。
【００８２】
さらに、第２の実施形態で用いる多モード光源は、図５または図６に示すような多モード光源であってもよい。
【００８３】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、複数の送受信回路対のそれぞれにおいて、発振モード光成分間の光強度または光位相の相関関係を変更した際に生じる雑音を利用し、当該発振モード光成分間の光強度または光位相の変更パターンを「秘密鍵」として、送信者と正規受信者との間で共有する。これにより、互いの干渉、情報漏洩を著しく抑圧し、秘匿性の高い光伝送装置を容易に提供することができる。
【００８４】
（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置２００の構成を示す図である。図９Ａ〜９Ｃは、図８に示す光伝送装置２００の主要部における光（光信号）のスペクトルを表す模式図である。
【００８５】
図８において、本実施形態の光伝送装置２００は、多モード光源２０１と、光情報変調部２０２と、光分離部２０３と、主光伝送路２０４と、副光伝送路２０５と、光強度検出部２０６とを備える。多モード光源２０１と、光情報変調部２０２と、光分離部２０３とによって、光送信回路２００１が構成される。光強度検出部２０６によって、光受信回路２００２が構成される。なお、図８では、本実施形態の動作説明のため、傍受者光強度検出部２０６２を構成要素とする傍受者光受信回路２００３が併せて図示されている。
【００８６】
次に、図８に示す本実施形態の動作を説明する。多モード光源２０１は、図９Ａに示すような所定の波長帯域に亘り複数の（縦）モード（図９Ａでは８つ：ｍ１〜ｍ８）で発振する光源で構成され、このような光を出力する。このような多モード発振光源の具体例は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）や、ＦＰ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）レーザ、ＲＣ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｃａｂｉｔｙ）−ＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｂｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）である。これらの出力光スペクトルにおいて、個々の発振モード光における光強度および光位相の両パラメータは、高速に変動している。これらの光源において、個々の発振モード光における光強度変動成分および光位相変動成分は、他の発振モード光における光強度変動成分および光位相変動成分と相関しながらも、多モード光源２０１から出力される光の総光強度は、略一定値を示す性質を有している。
【００８７】
光情報変調部２０２は、伝送すべき情報信号Ｄｉで、多モード光源２０１から出力される光を変調して、光信号として出力する。
【００８８】
光分離部２０３は、光情報変調部２０２から出力される光信号を入力し、複数の発振モード光の内、所定のモード光のみを抽出して分離し、副光伝送路２０５に送出すると共に、残りの光信号成分を主光伝送路２０４に送出する。例えば、図９Ｂに示すように、光分離部２０３は、６番目の発振モード光（ｍ６）を抽出して分離し副光伝送路２０５に送出する。さらに、図９Ｃに示すように、光分離部２０３は、残りの光信号成分（ｍ１〜ｍ５、ｍ７、ｍ８）を抽出して分離し主光伝送路２０４に送出する。
【００８９】
光強度検出部２０６は、主光伝送路２０４を介して伝送される光信号成分と、副光伝送路２０５を介して伝送される所定の発振モード光とを合成した後、自乗検波して、総光強度の変調成分を検出し、元の情報信号Ｄｉを再生する。
【００９０】
次に、本実施形態において、第三者（傍受者光受信回路２００３）による盗聴が不可能である根拠について説明する。
【００９１】
ここで、傍受者光受信回路２００３は、副光伝送路２０５を介して伝搬される所定の発振モード光を受信することなく、主光伝送路２０４を伝搬する光信号の一部を分岐して、傍受者光強度検出部２０６２に入力したと想定する。傍受者光強度検出部２０６２は、入力光信号を電気信号に変換し、出力する。傍受者光強度検出部２０６２は、副光伝送路２０５を介して別途伝搬される所定の発振モード光を受信しないとしているので、当該発振モード光を除いた残りの光信号成分（図９Ｃ）のみを自乗検波することとなる。即ち、傍受者光強度検出部２０６２は、光強度変動成分および光位相変動成分が互いに相関性を有しながら発振する多モード光の内、一部の発振モード光を欠如した状態で、総光強度の変調成分を検出することとなる。したがって、各発振モード光の変動成分が検出信号に現れることとなり、モードパーティションノイズが発生する。よって、盗聴者の受信信号品質（ＳＮＲ：信号対雑音電力比）は、正規受信者（光受信回路２００２）に比較して、劣化することとなる。ゆえに、高い秘匿性を確保することができる。
【００９２】
なお、上記第３の実施形態では、六つのモードが利用されることとしたが、最低限二つ以上のモードが利用されればよい。
【００９３】
なお、上記第３の実施形態では、光分離部２０３で一つの発振モード光（図９Ｂでは、ｍ６）が分離、抽出されることとしたが、二つ以上の発振モード光が分離、抽出されてもよい。
【００９４】
（第１の変形例）
次に、第３の実施形態に係る第１の変形例について説明する。図１０は、第３の実施形態に関する第１の変形例に係る光伝送装置２００ａの構成を示す図である。図１０において、光伝送装置２００ａの光送信回路２００１ａは、図８に示す多モード光源２０１を、多モード光源２０１ａに置き換えた構成を有する。光伝送装置２００ａにおけるそれ以外の構成は、図１の場合と同様である。多モード光源２０１ａは、第１の光源３０１１と、第２の光源３０１２と、第３の光源３０１３と、光モード合成部３０２と、符号発生部３０３とを含む。
【００９５】
本構成において、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３は、それぞれ異なる波長を有し、かつ所定の関係で互いに位相同期された単一モード光を発振し、出力する。光モード合成部３０２は、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３からの出力光を合成し、出力する。符号発生部３０３は、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列Ｃ１〜Ｃ３を発生し、光モード合成部３０２から出力される総光強度が一定となるように、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３の光強度を略ランダムに変調する。これにより、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した際に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。
【００９６】
また、第１の変形例では、位相同期された単一モード光を複数作成し、それぞれ独立に光強度変調する構成としたが、光強度変動を同期させ、あるいは光強度を一定値に安定化させ、それぞれ独立に略ランダムな光位相変調を施す構成としても、ほぼ同様の効果を有する。この場合、具体的には、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３として、それぞれ異なる波長を有し、かつ所定の関係で互いに光強度が同期された単一モード光が光位相変調された状態で発振し出力する光源を用いる。符号発生部３０３は、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列Ｃ１〜Ｃ３を発生し、光モード合成部３０２から出力される総光強度が一定となるように、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３の光位相を略ランダムに変調する。これにより、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した際に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。
【００９７】
なお、第１の変形例において、三つの光源を用いることとしたが、二つまたは四つ以上の光源を用いてもよい。この場合も、符号発生部３０３は、各光源に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、光モード合成部３０２から出力される総光強度が一定となるように、各光源の光強度を略ランダムに変調すればよい。これにより、光変動成分においても互いに所定の同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した際に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。
【００９８】
（第２の変形例）
次に、第３の実施形態に係る第２の変形例について説明する。図１１は、第３の実施形態に関する第２の変形例に係る光伝送装置２００ｂの構成を示す図である。図１１において、光伝送装置２００ｂの光送信回路２００１ｂは、図８に示す多モード光源２０１を、多モード光源２０１ｂに置き換えた構成を有する。光伝送装置２００ｂにおけるそれ以外の構成は、図８の場合と同様である。多モード光源２０１ｂは、第１の光源３０１１と、第２の光源３０１２と、第３の光源３０１３と、光モード合成部３０２と、第１の符号発生部６００１と、第２の符号発生部６００２と、第１の光位相変調部６０１１と、第２の光位相変調部６０１２と、第３の光位相変調部６０１３とを含む。
【００９９】
本構成において、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３は、それぞれ互いに異なる波長の単一モード光を発振し、出力する。第１〜第３の光位相変調部６０１１〜６０１３は、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３に対応して設けられ、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３からの出力光の位相をそれぞれ変調し、出力する。光モード合成部３０２は、第１〜第３の光位相変調部６０１１〜６０１３から出力された光信号を合成し、出力する。第１の符号発生部６００１は、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列Ｃ１〜Ｃ３を発生し、当該符号列に基づいて第１〜第３の光源３０１１〜３０１３からの出力光強度を略ランダムとなるように変調する。第２の符号発生部６００２は、第１〜第３の光位相変調部６０１１〜６０１３に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列Ｄ１〜Ｄ３を発生し、当該符号列に基づいて第１〜第３の光位相変調部６０１１〜６０１２からの出力光の位相を位相変化が同期するように変調し、かつ光モード合成部３０２からの総出力光強度が一定となるようにする。第１〜第３の光位相変調部６０１１〜６０１３および第２の符号発生部は、第１〜第３の光源３０１１〜３０１３から出力される光の位相変化を同期させる光位相同期部といえる。また、第１の符号発生部６００１は、光モード合成部３０２から出力される光の総強度を一定とし、かつ第１〜第３の光源３０１１〜３０１３から出力される光の強度を略ランダムに変調するための変調信号である符号を各光源に供給する符号発生部であるといえる。このように、第２の変形例において、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した場合に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。
【０１００】
また、本実施形態では、複数の単一モード光を光強度変調した後、光位相変調する構成としたが、光位相変調後、光強度変調する構成としても、ほぼ同様の効果を有する。この場合、具体的には、光伝送装置は、互いに異なる波長の光を位相変調して出力する複数の光源と、複数の光源から出力される光を強度変調する複数の光強度変調部と、複数の光強度変調部から出力される光信号を合成する光モード合成部と、光モード合成部から出力される光の総強度を一定とし、かつ複数の光源から出力される光の位相を略ランダムに変調するための変調信号である符号を各光源に入力する第１の符号発生部と、複数の光強度変調部からの出力光の強度変化を同期させるための符号を各光強度変調部に入力する第２の符号発生部とを備えるとよい。これにより、光強度変調部と第２の符号発生部とが、複数の光源から出力される光の強度変化を同期させるための光強度同期部として機能することとなる。このような構成によって、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した場合に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。
【０１０１】
なお、第２の変形例において、三つの光源を用いることとしたが、二つまたは四つ以上の光源を用いてもよい。この場合、光源の数に応じて、光位相変調部が設けられなければならない。また、第１の符号発生部６００１は、各光源に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、当該符号列に基づいて各光源らの出力光強度を変調する。第２の符号発生部６００２は、各光位相変調部に対応して、それぞれ略ランダムに変化する所定の符号列を発生し、当該符号列に基づいて各光位相変調部からの出力光の位相を変調し、かつ光モード合成部３０２からの総出力光強度が一定となるようにする。これにより、光変動において互いに同期関係にある多モード光を人為的に作成し、いずれかの単一モード光が欠如した場合に、上記モードパーティションノイズに準じた雑音を発生させることができる。
【０１０２】
以上説明したように、第３の実施形態によれば、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、当該所定の発振モード光を「秘密鍵」として、送信者と正規受信者との間で共有することにより、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を提供することができる。
【０１０３】
なお、ここでは、図９Ｂに示すように、ある発振モード光の全電力を抽出することとしたが、ある発振モード光の一部電力のみが抽出されて、残りの光信号成分が光受信回路に送信されても良い。
【０１０４】
なお、図１２に示すように、光分離部２０３で抽出された発振モード光に準じた光が、何らかの手段によって、副光伝送路２０５を介することなく光強度検出部２０６に入力されてもよい。
【０１０５】
（第４の実施形態）
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置５００の構成を示す図である。図１３において、本実施形態の光伝送装置５００は、多モード光源２０１と、光情報変調部２０２と、光分離部２０３と、主光伝送路２０４と、副光伝送路２０５と、光強度検出部２０６と、局発光発生部５０７とを備える。第４の実施形態に係る光伝送装置５００は、図８の構成に対して、局発光発生部５０７を新たに備える点と、接続関係とが異なる。多モード光源２０１と、光情報変調部２０２と、光分離部２０３とによって、光送信回路２００１が構成される。光強度検出部２０６と、局発光発生部５０７とによって、光受信回路７００２が構成される。また、図１３では、図８と同様に、本実施形態の動作説明のため、傍受者光強度検出部２０６２を構成要素とする傍受者光受信回路２００３が、併せて図示されている。
【０１０６】
次に、図１３に示す本実施形態の動作を説明する。本実施形態の構成は、前述の第３の実施形態（図８）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、その説明を省略し、相違点のみを以下に説明する。
【０１０７】
本実施形態の光伝送装置５００において、局発光発生部５０７は、副光伝送路２０５を介して伝送される所定の発振モード光を入力し、光強度変動情報および光位相変動情報に関して同一の情報を有する局発光を生成し、出力する。具体的には、局発光発生部５０７は、半導体レーザに所定の発振モード光を注入する光注入同期の構成によって、所定の発振モード光と同じ物理的性質を有する局発光（所定の発振モード光に準じた光という）を生成する。光強度検出部２０６は、主光伝送路２０４を介して伝送される光信号成分と、局発光発生部５０７から出力される局発光を合成後、自乗検波することで、総光強度の変調成分を検出し、元の情報信号Ｄｉを再生する。
【０１０８】
本実施形態において、傍受者光受信回路２００３を用いた盗聴を行った場合、図８と同様、傍受者光強度検出部２０６２には、所定の発振モード光を除いた残りの光信号成分のみが入力されるため、モードパーティションノイズが発生し、当該受信信号品質は、光受信回路７００２に比べて劣化し、高い秘匿性を確保することが可能である。
【０１０９】
以上説明したように、第４の実施形態によれば、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、当該所定の発振モード光と物理的性質を同じくする光を「秘密鍵」として、送信者と正規受信者の間で共有することにより、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を容易に提供することができる。
【０１１０】
なお、第４の実施形態において、多モード光源２０１は、第１の変形例で示したように、複数の単一モードの光源からなる多モード光源２０１ａ（図１０参照）に置き換えられてもよいし、複数の単一モードの光源および光位相変調部からなる多モード光源２０１ｂ（図１１参照）に置き換えられてもよい。
【０１１１】
（第５の実施形態）
図１４は、本発明の第５の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置７００の構成を示す図である。図１４において、本実施形態の光伝送装置７００は、多モード光源２０１と、光情報変調部２０２と、光分離部２０３と、主光伝送路２０４と、光強度検出部２０６と、副伝送路７０５と、局発光発生部７０７と、光検出部７０８とを備える。第５の実施形態に係る光伝送装置７００は、図８の構成に対して、副光伝送路２０５に代えて、副伝送路７０５を備える点、局発光発生部７０７と光検出部７０８とを新たに備える点、および接続関係が異なる。多モード光源２０１と、光情報変調部２０２と、光分離部２０３と、光検出部７０８とによって、光送信回路８００１が構成される。光強度検出部２０６と、局発光発生部７０７とによって、光受信回路８００２が構成される。また、図１４では、図８と同様に、本実施形態の動作説明のため、傍受者光強度検出部２０６２を構成要素とする傍受者光受信回路２００３が、併せて図示されている。
【０１１２】
次に、図１４に示す本実施形態の動作を説明する。本実施形態の構成は、前述の第１の実施形態（図８）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、その説明を省略し、相違点のみを以下に説明する。
【０１１３】
本実施形態の光伝送装置７００において、光検出部７０８は、光分離部２０３によって分離、抽出された所定の発振モード光を検波し、当該光強度変動情報および光位相変動情報を検出し、副伝送路７０５に送出する。局発光発生部７０７は、副伝送路７０５を介して伝送される光強度変動情報および光位相変動情報に基づいて、当該情報を備えた局発光（所定の発振モード光に準じた光）を生成し、出力する。光強度検出部２０６は、主光伝送路２０４を介して伝送される光信号成分と、局発光発生部７０７から出力される局発光を合成後、自乗検波することで、総光強度の変調成分を検出し、元の情報信号Ｄｉを再生する。
【０１１４】
本実施形態において、傍受者光受信回路２００３を用いた盗聴を行った場合、図８と同様、傍受者光強度検出部２０６２には、所定の発振モード光を除いた残りの光信号成分のみが入力されるため、モードパーティションノイズが発生し、当該受信信号品質は、光受信回路８００２に比べて劣化し、高い秘匿性を確保することが可能である。
【０１１５】
以上説明したように、第５の実施形態によれば、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、当該所定の発振モード光と物理的性質を同じくする光を「秘密鍵」として、送信者と正規受信者の間で共有することにより、第三者による盗聴を著しく妨げ、秘匿性の高い光伝送装置を容易に提供することができる。
【０１１６】
なお、第５の実施形態において、多モード光源２０１は、第１の変形例で示したように、複数の単一モードの光源からなる多モード光源２０１ａ（図１０参照）に置き換えられてもよいし、複数の単一モードの光源および光位相変調部からなる多モード光源２０１ｂ（図１１参照）に置き換えられてもよい。
【０１１７】
（第６の実施形態）
図１５は、本発明の第６の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置８００の構成を示す図である。図１５において、本実施形態の光伝送装置８００は、図１３中の光送信回路２００１および光受信回路７００２を、複数組（図１５では２組）備えた構成である。光伝送装置８００は、第１および第２の多モード光源２０１と、第１および第２の光情報変調部２０２と、第１および第２の光分離部２０３と、主光伝送路２０４と、第１および第２の副光伝送路２０５と、第１および第２の光強度検出部２０６と、第１および第２の局発光発生部５０７と、主光合成部７０９と、主光分岐部７１０とを備える。主光合成部７０９と、主光分岐部７１０とを新たに備える点が図１３の構成と異なる。なお、第１（第２）の多モード光源２０１と、第１（第２）の光情報変調部２０２と、第１（第２）の光分離部２０３とによって、第１（第２）の光送信回路２００１が構成される。第１（第２）の光強度検出部２０６と、第１（第２）の局発光発生部５０７とによって、第１（第２）の光受信回路７００２が構成される。
【０１１８】
次に、図１５に示す本実施形態の動作を説明する。本実施形態の構成は、前述の第４の実施形態（図１３）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、その説明を省略し、相違点のみを以下に説明する。
【０１１９】
本実施形態の光伝送装置８００は、光送信回路２００１および光受信回路７００２を２組備える。第１および第２の光情報変調部２０２は、第１および第２の情報信号（Ｄ１およびＤ２）で、対応する第１および第２の多モード光源２０１から出力される光を変調して、第１および第２の光信号としてそれぞれ出力する。第１および第２の光分離部２０３は、対応する第１および第２の光情報変調部２０２から出力される第１および第２の光信号を入力し、当該複数の発振モード光の内、それぞれ所定のモード光を分離、抽出して、第１および第２の副光伝送路２０５に送出すると共に、残りの光信号成分を主光合成部７０９に出力する。主光合成部７０９は、第１および第２の光分離部２０３から出力される光信号成分を合成して、主光伝送路２０４に送出する。主光分岐部７１０は、主光伝送路２０４を介して伝送される光信号成分を分岐して、第１および第２の光強度検出部２０６にそれぞれ入力する。第１および第２の光強度検出部２０６は、主光分岐部７１０から出力される光信号成分と、対応する第１および第２の局発光発生部５０７から出力される所定の発振モード光を合成後、自乗検波して、総光強度の変調成分を検出し、第１および第２の情報信号（Ｄ１およびＤ２）をそれぞれ再生する。
【０１２０】
さらに、第１および第２の光情報変調部２０２から出力される第１および第２の光信号、ならびに第１および第２の光分離部２０３によって抽出される所定の発振モード光の各波長設定について説明する。第１および第２の光信号は、互いに異なる波長帯に設定されていてもよいし、その光スペクトルの全部または一部が同じ波長帯に設定されていてもよい。
【０１２１】
第１および第２の光信号が、互いに異なる波長帯に設定される場合、第１および第２の光分離部２０３によって抽出される所定の発振モード光は、複数のモードの内、いずれのモードであってもよい。第１および第２の光信号が、互いに異なる波長帯に設定される場合、副光伝送路２０５を共通化することができる。図１６は、第１および第２の光信号が、互いに異なる波長帯に設定される場合に副光伝送路２０５を共通化したときの光伝送装置８００ａの構成を示す図である。図１６に示すように、光伝送装置８００ａは、副光合成部８０９および副光分岐部８１０を用いて、所定の発振モード光を波長多重／分離することで、一つの副光伝送路２０５で所定の発振モード光を伝送することができる。
【０１２２】
また、第１および第２の光信号の光スペクトルの全部または一部が同じ波長帯に設定される場合で、かつ第１および第２の光信号のそれぞれから抽出される所定の発振モード光が同じ波長帯である場合には、光伝送装置は、別々の副光伝送路２０５を介して所定の発振モード光をそれぞれ伝送する。一方、第１および第２の光信号の光スペクトルの全部または一部が同じ波長帯に設定される場合で、かつ第１および第２の光信号のそれぞれから抽出される所定の発振モード光が互いに異なる波長帯である場合には、光伝送装置は、別々の副光伝送路２０５を介して伝送するか、もしくは、図１６に示すように、一つの副光伝送路２０５を介して伝送する。
【０１２３】
以上説明したように、第６の実施形態によれば、複数の送受信回路対において、それぞれ、多モード発振する光から所定の発振モード光を除去した際に生じる雑音を利用し、当該所定の発振モード光と物理的性質を同じくする光を「秘密鍵」として、送信者と正規受信者の間で共有することにより、互いの干渉、情報漏洩を著しく抑圧し、秘匿性の高い光伝送装置を容易に提供することができる。
【０１２４】
なお、図８に示す構成においても、複数対の光送信回路と光受信回路とを備えるようにして、各所定の発振モード光および／または各所定の発振モード光を抽出した残りの光信号を合成／分岐して伝送するようにしてもよい。また、図１４に示す構成においても、複数対の光送信回路と光受信回路とを備えるようにして、各光検出部が出力する検出信号を合成／分岐して伝送するようにしてもよい。
【０１２５】
なお、第６の実施形態において、第１および／または第２の多モード光源２０１は、第１の変形例で示したように、複数の単一モードの光源からなる多モード光源２０１ａ（図１０参照）に置き換えられてもよいし、複数の単一モードの光源および光位相変調部からなる多モード光源２０１ｂ（図１０参照）に置き換えられてもよい。
【０１２６】
（第７の実施形態）
図１７は、本発明の第７の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置８００ｃの構成を示す図である。図１７において、図１に示す第１の実施形態と同様の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、説明を省略する。また、図８に示す第３の実施形態と同様の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、説明を省略する。図１７において、光伝送装置８００ｃは、光送信回路９００１と、光受信回路９００２とを備える。光送信回路９００１は、多モード光源１０１と、光情報変調部１０２と、モード符号化部１０３と、光分離部２０３とを含む。光受信回路９００２と、モード復号化部９００３と、光強度検出部９００４とを含む。
【０１２７】
モード符号化部１０３からは、発振モード光のそれぞれに対して、一意な所定の符号化操作が施された光信号が出力される。光分離部は、モード符号化部１０３から出力される光信号の内、すくとも１つの発振モード光を抽出して、副光伝送路２０５に送出すると共に、残りの光信号成分を主光伝送路２０４に送出する。モード復号化部９００３は、主光伝送路２０４からの光信号と副光伝送路２０５からの光信号とを合成して、モード符号化部１０３での第１の操作と逆の関係にある復号化操作（第２の操作）を施した光を出力する。光強度検出部９００４は、モード復号化部９００３から出力される光信号を自乗検波して、総光強度の変化を検出することによって変調成分を検出し、元の情報信号Ｄｉを再生する。
【０１２８】
このように、第７の実施形態では、光送信回路９００１は、所定の操作として、多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作をモード符号化部１０３によって施し、所定の発振モード光を光分離部２０３によって分離して副光伝送路２０５に送出すると共に、所定の発振モード光以外の残りの光信号成分を主光伝送路２０４に送出する。光受信回路９００２は、主光伝送路２０４を介して伝送される光信号成分と、副光伝送路２０５を介して伝送される所定の発振モード光とをモード復号化部９００３によって合成し、当該発振モード光の群に対して当該所定の符号に対応した操作と逆の操作をモード復号化部９００３によって施して、当該所定の操作を施される前の光信号を復元する。このように、第１の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせることによっても、秘匿性に優れた光通信装置を実現することができる。
【０１２９】
なお、第７の実施形態においても、上述したあらゆる変形例を適用することができることは言うまでもない。
【０１３０】
（第８の実施形態）
図１８は、本発明の第８の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置８００ｂの構成を示す図である。図１８において、図１に示す第１の実施形態と同様の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、説明を省略する。また、図８に示す第３の実施形態と同様の動作を行うブロックに関しては、同一の番号を付して、説明を省略する。図１８において、光伝送装置８００ｂは、光送信回路９００５と、光受信回路９００６とを備える。光送信回路９００５は、多モード光源１０１と、光情報変調部１０２ｆと、第１のモード符号化部１０３ｆと、第２のモード符号化部１０３ｇとを含む。光受信回路９００６は、光強度検出部９００７を含む。
【０１３１】
光情報変調部１０２ｆは、伝送すべき情報信号Ｄｉで、多モード光源１０１から出力される光を変調して、２分岐して出力する。
【０１３２】
光情報変調部１０２ｆからの一方の光信号は、第１のモード符号化部１０３ｆに入力される。第１のモード符号化部１０３ｆは、光情報変調部１０２から出力される光信号を入力し、所定の源符号Ｋｉに基づいて、スペクトル処理として、当該発振モード光のそれぞれに対して一意な所定の符号化操作を施した後、主光伝送路２０４に出力する。
【０１３３】
光情報変調部１０２ｆからの他方の光信号は、第２のモード符号化部１０３ｇに入力される。第２のモード符号化部１０３ｇは、所定の源符号Ｋｉに基づいて、スペクトル処理として、当該発振モード光のそれぞれに対して一意であり、かつ第１のモード符号化部１０３ｆで施された所定の符号化操作と逆の関係（相補的な関係）にある符号化操作を施した後、副光伝送路２０５に出力する。
【０１３４】
光強度検出部９００７は、主光伝送路２０４を伝送された光信号と副光伝送路２０５を伝送された光信号とを合成して、自乗検波して、総光強度の変調成分を検出し、元の情報信号Ｄｉを再生する。
【０１３５】
このように、第８の実施形態において、光送信回路９００５は、所定の操作として、多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して所定の符号に対応した操作を第１のモード符号化部１０３ｆによって施し主光伝送路２０４に送出する。一方、第２のモード符号化部１０３ｇは、多モード発振光における複数の発振モード光の群に対して当該所定の符号に対応した操作と逆の操作を施して副光伝送路２０５に送出する。光受信回路９００６は、主光伝送路２０４を介して伝送される光信号と副光伝送路２０５を介して伝送される光信号とを合成することによって、所定の操作を施される前の光信号を復元する。このように、互いに逆の関係にある発振モード光を伝送して、合成することによっても、秘匿性の優れた光通信装置を実現することができる。
【０１３６】
なお、第８の実施形態においても、上述したあらゆる変形例を適用することができることは言うまでもない。
【０１３７】
以上、本発明を詳細に説明してきたが、前述の説明はあらゆる点において本発明の例示にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明に係る光伝送装置は、物理的性質（自然現象）として光が備えている予測不能の雑音成分を利用して、計算機処理による解析・解読が不可能な暗号通信を実現することができ、通信分野等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の実施形態に係る光伝送装置１の概念的な構成を示す機能ブロック
【図２】本発明の第１の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置１００の構成を示す図
【図３Ａ】光伝送装置１００の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図
【図３Ｂ】光伝送装置１００の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図
【図３Ｃ】光伝送装置１００の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図
【図３Ｄ】光伝送装置１００の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図
【図３Ｅ】光伝送装置１００の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図
【図４Ａ】光伝送装置１００または傍受者光受信回路１００３の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図
【図４Ｂ】光伝送装置１００または傍受者光受信回路１００３の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図
【図４Ｃ】光伝送装置１００または傍受者光受信回路１００３の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図
【図４Ｄ】光伝送装置１００または傍受者光受信回路１００３の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図
【図４Ｅ】光伝送装置１００または傍受者光受信回路１００３の主要部における光（光信号）のスペクトルの一例を表す模式図
【図５】第１の実施形態に関する第１の変形例の構成を示す図
【図６】第１の実施形態に関する第２の変形例の構成を示す図
【図７】本発明の第２の実施形態に係る光伝送装置４００の構成を示す図
【図８】本発明の第３の実施形態に係る暗号通信対応の光伝送装置２００の構成を示す図
【図９Ａ】図８に示す光伝送装置２００の主要部における光（光信号）のスペクトルを表す模式図
【図９Ｂ】図８に示す光伝送装置２００の主要部における光（光信号）のスペクトルを表す模式図
【図９Ｃ】図８に示す光伝送装置２００の主要部における光（光信号）のスペクトルを表す模式図
【図１０】第３の実施形態に関する第１の変形例に係る光伝送装置２００ａの構成を示す図
【図１１】第３の実施形態に関する第２の変形例に係る光伝送装置２００ｂの構成を示す図
【図１２】第３の実施形態の他の例に係る光伝送装置２００構成を示す図
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る光伝送装置５００の構成を示す図
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る光伝送装置７００の構成を示す図
【図１５】本発明の第６の実施形態に係る光伝送装置８００の構成を示す図
【図１６】第１および第２の光信号が、互いに異なる波長帯に設定される場合に副光伝送路２０５を共通化したときの光伝送装置８００aの構成を示す図
【図１７】本発明の第７の実施形態に係る光伝送装置８００ｃの構成を示す図
【図１８】本発明の第８の実施形態に係る光伝送装置８００ｂの構成を示す図
【図１９】暗号通信に対応する従来の光伝送装置９１の構成を示す図
【符号の説明】
【０１４０】
１，１００，１００ａ，１００ｂ，２００，２００ａ，５００，７００，８００，８００ａ，８００ｂ，８００ｃ  光伝送装置
３，１０１，１０１ａ，１０１ｂ，２０１，２０１ａ，２０１ｂ  多モード光源
４，１０２，２０２  光情報変調部
５  スペクトル処理部
６  スペクトル復元部
７  光電気変換部
１０３  モード符号化部
９，１０４  光伝送路
１０５  モード復号化部
１０６  光強度検出部
１０５２  傍受者モード復号化部
１０６２，２０６２  傍受者光強度検出部
２，１００１，１００１ａ，１００１ｂ，２００１，２００１ａ，２００１ｂ，８００１  光送信回路
８，１００２，２００２，７００２，８００２  光受信回路
１００３，２００３  傍受者光受信回路
４０１１  第１の光源
４０１２  第２の光源
４０１３  第３の光源
４０２  光モード合成部
４０３  符号発生部
５００１，６００１  第１の符号発生部
５００２，６００２  第２の符号発生部
５０１１，６０１１  第１の光位相変調部
５０１２，６０１２  第２の光位相変調部
５０１３，６０１３  第３の光位相変調部
６０９  光合波部
６１０  光分岐部
２０３  光分離部
２０４  主光伝送路
２０５  副光伝送路
２０６  光強度検出部
５０７  符号発生部
７０５  副伝送路
７０７  局発光発生部
７０８  光検出部
７０９  主光合成部
７１０  主光分岐部
８０９  副光合成部
８１０  副光分岐部
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006018952.tif 000031
【図２】
2006018952.tif 000032
【図３Ａ】
2006018952.tif 000033
【図３Ｂ】
2006018952.tif 000034
【図３Ｃ】
2006018952.tif 000035
【図３Ｄ】
2006018952.tif 000036
【図３Ｅ】
2006018952.tif 000037
【図４Ａ】
2006018952.tif 000038
【図４Ｂ】
2006018952.tif 000039
【図４Ｃ】
2006018952.tif 000040
【図４Ｄ】
2006018952.tif 000041
【図４Ｅ】
2006018952.tif 000042
【図５】
2006018952.tif 000043
【図６】
2006018952.tif 000044
【図７】
2006018952.tif 000045
【図８】
2006018952.tif 000046
【図９Ａ】
2006018952.tif 000047
【図９Ｂ】
2006018952.tif 000048
【図９Ｃ】
2006018952.tif 000049
【図１０】
2006018952.tif 000050
【図１１】
2006018952.tif 000051
【図１２】
2006018952.tif 000052
【図１３】
2006018952.tif 000053
【図１４】
2006018952.tif 000054
【図１５】
2006018952.tif 000055
【図１６】
2006018952.tif 000056
【図１７】
2006018952.tif 000057
【図１８】
2006018952.tif 000058
【図１９】
2006018952.tif 000059
【国際調査報告】
2006018952.tif 000060
2006018952.tif 000061
2006018952.tif 000062
2006018952.tif 000063