JP5475837B2 - Optical pulse generator - Google Patents

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Description

本発明は、光パルス発生装置に関し、より詳細には、量子暗号通信に用いる位相変調器において、位相変調の値を測定することができる光パルス発生装置に関する。   The present invention relates to an optical pulse generator, and more particularly to an optical pulse generator capable of measuring a phase modulation value in a phase modulator used for quantum cryptography communication.

情報を盗聴者に漏らすことなく、正規の通信者間のみで秘密裏にデータのやり取りを行うことができる暗号技術は、現代の通信技術の核の１つである。既存の暗号方式として、公開鍵暗号方式と秘密鍵暗号方式とが知られている。公開鍵暗号方式は、計算速度の非常に速い計算機により破られてしまうことが知られている。また、公開鍵暗号方式は、非常に巧妙な数学のアルゴリズムにより破られてしまう可能性もある。その一方で、秘密鍵暗号方式は、送信者と受信者が盗聴者に知られていないビット値の乱数表、つまり秘密鍵を共有していれば安全であることが知られている。ここでは、如何にして秘密鍵を共有するかが問題となる。この問題を解決する方法として、量子暗号通信が最近注目されている。   Cryptographic technology that can exchange data secretly only between legitimate communicators without leaking information to an eavesdropper is one of the cores of modern communication technology. As an existing encryption method, a public key encryption method and a secret key encryption method are known. It is known that the public key cryptosystem is broken by a computer having a very high calculation speed. Public key cryptosystems can also be broken by very sophisticated mathematical algorithms. On the other hand, the secret key cryptosystem is known to be safe if the sender and the receiver share a random number table of bit values not known to the eavesdropper, that is, the secret key. The problem here is how to share the secret key. Recently, quantum cryptography communication has attracted attention as a method for solving this problem.

量子暗号通信の安全性を研究する理論においては、通信装置の数学的なモデルを仮定する。そして、数学モデルが正しいという仮定の下では、量子暗号が無条件に安全であることを示すことができる。通信装置の数学モデルには、装置を特徴づけるパラメータがあるため、安全な通信のためには、実際に用いる装置がどのようなパラメータの値を取っているのかを調べる必要がある。   In the theory of studying the security of quantum cryptography communication, a mathematical model of communication equipment is assumed. And under the assumption that the mathematical model is correct, we can show that quantum cryptography is unconditionally secure. Since the mathematical model of a communication device has parameters that characterize the device, it is necessary to examine what parameter value the device actually used takes for safe communication.

光パルスを伝送することによって行う量子暗号通信においては、光パルス発生装置の位相変調器が最も重要な要素となり、位相変調エラーの値が重要なパラメータとなる。実際の位相変調器では、理論的な位相変調の値に等しくすることは不可能であり、必ず位相変調エラーが生じる。この位相変調エラーの値、言い換えると実際に施した位相変調の値が与えられれば、非特許文献１に記載された方法を用いることにより、安全な秘密鍵を生成できることが知られている。従って、実際の量子暗号通信において、位相変調の値をリアルタイムに、かつ精密に測定することは、量子暗号通信の安全性を保障するために必要である。   In quantum cryptography communication performed by transmitting an optical pulse, the phase modulator of the optical pulse generator is the most important element, and the value of the phase modulation error is an important parameter. In an actual phase modulator, it is impossible to make it equal to a theoretical phase modulation value, and a phase modulation error always occurs. It is known that if a value of this phase modulation error, in other words, a value of phase modulation actually applied is given, a secure secret key can be generated by using the method described in Non-Patent Document 1. Therefore, in actual quantum cryptography communication, it is necessary to accurately measure the phase modulation value in real time in order to ensure the security of quantum cryptography communication.

Daniel Gottesman, Hoi-Kwong Lo, Norbert Lutkenhaus, John Preskill, "Security of quantum key distribution with imperfect devices", Quant. Inf. Comput. 5 (2004) 325-360Daniel Gottesman, Hoi-Kwong Lo, Norbert Lutkenhaus, John Preskill, "Security of quantum key distribution with imperfect devices", Quant. Inf. Comput. 5 (2004) 325-360 M. Sasaki, M. Fujiwara, H. Ishizuka, et. al., "Field test of quantum key distribution in the Tokyo QKD Network", Optics Express Vol.19, Iss.11, pp.10387-10409 (2011)M. Sasaki, M. Fujiwara, H. Ishizuka, et. Al., "Field test of quantum key distribution in the Tokyo QKD Network", Optics Express Vol.19, Iss.11, pp.10387-10409 (2011)

しかしながら、従来の量子暗号通信においては、量子暗号通信を行う前に、オフラインで光パルス発生装置の位相変調器の精度を測定しておき、その精度によって量子暗号通信が行われているという前提のもとで行われていた。すなわち、光パルス発生装置において、リアルタイムでの位相変調の値を測定することは行われていなかった（例えば、非特許文献２参照）。   However, in the conventional quantum cryptography communication, the accuracy of the phase modulator of the optical pulse generator is measured offline before performing the quantum cryptography communication, and the quantum cryptography communication is performed based on the accuracy. It was done in the original. That is, in the optical pulse generator, the phase modulation value in real time has not been measured (for example, see Non-Patent Document 2).

本発明の目的は、量子暗号通信を行う際の位相変調の値を、リアルタイムにかつ精密に監視することができる光パルス発生装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an optical pulse generator capable of accurately monitoring in real time the value of phase modulation when performing quantum cryptography communication.

このような目的を達成するために、本発明の一実施態様は、量子暗号通信に用いられる光パルス発生装置であって、光源から出力された光パルスをサニャック干渉計に出力するビームスプリッターと、前記サニャック干渉計の光行路に挿入され、前記光パルスのうちいずれか一方向の光パルスに位相変調を施す位相変調器と、前記サニャック干渉計の光行路に挿入され、位相変調された光パルスを出力する光カップラーと、前記光カップラーから出力された前記位相変調された光パルスを、単一光子レベルにまで減衰させて伝送路に出力するアッテネーターと、前記光源と前記ビームスプリッターとの間に挿入されたサーキュレーターであって、前記ビームスプリッターから出力され、前記サニャック干渉計の光行路を周回して干渉した光パルスを分岐するサーキュレーターと、前記サーキュレーターから出力された干渉後の光パルスを電気信号に変換する光検出器とを備え、前記光検出器で検出される光パルスの強度から位相変調の値を算出することを特徴とする。 In order to achieve such an object, an embodiment of the present invention is an optical pulse generator used in quantum cryptography communication, a beam splitter that outputs an optical pulse output from a light source to a Sagnac interferometer, A phase modulator that is inserted into the optical path of the Sagnac interferometer and performs phase modulation on the optical pulse in any one of the optical pulses; and an optical pulse that is inserted into the optical path of the Sagnac interferometer and is phase-modulated. Between the light source and the beam splitter, an optical attenuator that outputs the phase-modulated optical pulse output from the optical coupler to a single photon level and output to the transmission path An inserted circulator, which is output from the beam splitter and circulates along the optical path of the Sagnac interferometer and interferes with the optical path. Comprising a circulator for branching the scan, and a photodetector for converting an optical pulse after interference output from the circulator to an electrical signal, calculating the value of the phase modulation from the intensity of the light pulses detected by the photodetector characterized in that it.

本発明の他の実施態様は、量子暗号通信に用いられる光パルス発生装置であって、光源から出力された光パルスを異なる光路長を有する２つの光行路に出力する第１のビームスプリッターと、前記２つの光行路が入力ポートに接続された第２のビームスプリッターと、前記第２のビームスプリッターの出力に接続され、前記２つの光行路のうちいずれか一方の光行路を通った光パルスに位相変調を施す位相変調器と、前記位相変調器の出力に接続された第３のビームスプリッターと、前記第３のビームスプリッターの一方の出力に接続されたミラーと、前記第３のビームスプリッターの他方の出力から出力された前記位相変調された光パルスを、単一光子レベルにまで減衰させて伝送路に出力するアッテネーターと、前記光源と前記第１のビームスプリッターとの間に挿入されたサーキュレーターであって、前記ミラーにおいて反射して、前記第１のビームスプリッターから出力された干渉した光パルスを分岐するサーキュレーターと、前記サーキュレーターから出力された干渉後の光パルスを電気信号に変換する光検出器とを備え、前記光検出器で検出される光パルスの強度から位相変調の値を算出することを特徴とする。 Another embodiment of the present invention is an optical pulse generator for use in quantum cryptography communication, a first beam splitter for outputting an optical pulse output from a light source to two optical paths having different optical path lengths; A second beam splitter in which the two optical paths are connected to an input port; an output of the second beam splitter; and an optical pulse that has passed through one of the two optical paths. A phase modulator for performing phase modulation, a third beam splitter connected to the output of the phase modulator, a mirror connected to one output of the third beam splitter, and a third beam splitter An attenuator for attenuating the phase-modulated optical pulse output from the other output to a single photon level and outputting it to the transmission line; the light source; A circulator which is inserted between the beam splitter, reflected in the mirror, the circulator for branching the optical pulses interfere outputted from the first beam splitter, after interference output from the circulator A light detector for converting the light pulse into an electrical signal, and calculating a phase modulation value from the intensity of the light pulse detected by the light detector .

以上説明したように、本発明によれば、量子暗号通信に用いる位相変調器が実際に施している位相変調の値を、リアルタイムに監視することが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to monitor in real time the value of the phase modulation actually performed by the phase modulator used for quantum cryptography communication.

本発明の第１の実施形態にかかる光パルス発生装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical pulse generator concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態にかかる光パルス発生装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical pulse generator concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態にかかる光パルス発生装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical pulse generator concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施形態にかかる光パルス発生装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical pulse generator concerning the 4th Embodiment of this invention.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１に、本発明の第１の実施形態にかかる光パルス発生装置の構成を示す。量子暗号通信に用いられる光パルス発生装置の一例であり、位相変調の値を、リアルタイムにかつ精密に監視することができる。レーザー光源１０１の出力に光サーキュレーター１０２が接続され、光サーキュレーター１０２の出力に光検出器１０３およびビームスプリッター１０４が接続されている。ビームスプリッター１０４の２つの出力ポートは、ループ状の光行路によって接続されており、ループ状の光行路には、精度を測定したい位相変調器１０５および光カップラー１０６が挿入されている。ループ状の光行路は、いわゆるサニャック（Sagnac）干渉計を構成している。また、ループ状の光行路には、ビームスプリッター１０４から光カップラー１０６までの反時計回りと時計回りの光路差を設定するための可変遅延線１０７が挿入されている。可変遅延線は、例えばヒートコントローラー、電動ディレイラインなどを適用することができる。   FIG. 1 shows the configuration of an optical pulse generator according to the first embodiment of the present invention. It is an example of an optical pulse generator used for quantum cryptography communication, and the value of phase modulation can be monitored accurately in real time. An optical circulator 102 is connected to the output of the laser light source 101, and a photodetector 103 and a beam splitter 104 are connected to the output of the optical circulator 102. The two output ports of the beam splitter 104 are connected by a loop-shaped optical path, and a phase modulator 105 and an optical coupler 106 whose accuracy is to be measured are inserted into the loop-shaped optical path. The loop optical path constitutes a so-called Sagnac interferometer. Further, a variable delay line 107 for setting a counterclockwise and clockwise optical path difference from the beam splitter 104 to the optical coupler 106 is inserted in the loop-shaped optical path. For example, a heat controller, an electric delay line, or the like can be applied to the variable delay line.

レーザー光源１０１から出力された単一光子レベルではない程度の比較的大きな強度のパルス光は、光サーキュレーター１０２を通過し、ビームスプリッター１０４によって分岐される。ビームスプリッター１０４から時計回りの光パルス（いずれか一方向の光パルス）は、位相変調器１０５で位相変調を施され、光カップラー１０６を経てビームスプリッター１０４に戻る。ビームスプリッター１０４から反時計回りの光パルス（他の方向の光パルス）は、位相変調器１０５による位相変調を受けず、ビームスプリッター１０４に戻り、時計回りの光パルスと干渉する。干渉後の光パルスは、光サーキュレーター１０２を介して光検出器１０３によって検出される。   Pulse light having a relatively large intensity that is not a single photon level output from the laser light source 101 passes through the optical circulator 102 and is branched by the beam splitter 104. A clockwise light pulse (light pulse in any one direction) from the beam splitter 104 is subjected to phase modulation by the phase modulator 105, and returns to the beam splitter 104 through the optical coupler 106. The counterclockwise light pulse (light pulse in the other direction) from the beam splitter 104 is not subjected to phase modulation by the phase modulator 105, returns to the beam splitter 104, and interferes with the clockwise light pulse. The light pulse after the interference is detected by the photodetector 103 via the optical circulator 102.

この光検出器に入力される光パルスの強度Ｗは、   The intensity W of the light pulse input to this photodetector is

Figure 0005475837
Figure 0005475837

で与えられる。ここで、δは位相変調の実際の値、Ｔはビームスプリッター１０４の透過率、ｔは光カップラー１０６のループ状の光行路の透過率、αはレーザー光源１０１からの光パルスの平均光子数を表す。 Given in. Where δ is the actual value of the phase modulation, T is the transmittance of the beam splitter 104, t is the transmittance of the looped optical path of the optical coupler 106, and α is the average number of photons of the light pulse from the laser light source 101. Represent.

透過率Ｔおよびｔが既知の場合、光パルスごとに強度Ｗを測定することにより、（式１）がδのみの方程式になる。複数のδの中から尤もらしい値を選択することにより、位相変調器１０５が施す位相変調の値を求めることができる。   When the transmittances T and t are known, by measuring the intensity W for each light pulse, (Equation 1) becomes an equation with only δ. By selecting a plausible value from among a plurality of δ, the value of the phase modulation performed by the phase modulator 105 can be obtained.

透過率Ｔおよびｔが未知の場合、位相変調値が目標としている位相変調の値の組を、   When the transmittances T and t are unknown, the set of phase modulation values targeted by the phase modulation value is

Figure 0005475837
Figure 0005475837

とし、その実測値の組を、 And the set of measured values is

Figure 0005475837
Figure 0005475837

とする。ｋ＝０は、位相変調器１０５をオフにした時の値を表す。レーザー光源１０１から、ある時間間隔をおいて複数の光パルスを生成し、それぞれの光パルスの強度ゆらぎ、光検出器１０３の検出効率ゆらぎ、光サーキュレーター１０２、ビームスプリッター１０４の性能ゆらぎを統計的に処理するために、それぞれの光パルスに対してｋをランダムに選択する。 And k = 0 represents a value when the phase modulator 105 is turned off. A plurality of optical pulses are generated from the laser light source 101 at certain time intervals, and the intensity fluctuation of each optical pulse, the detection efficiency fluctuation of the photodetector 103, and the performance fluctuation of the optical circulator 102 and the beam splitter 104 are statistically calculated. For processing, k is randomly selected for each light pulse.

各ｋに対しての平均光強度Ｗｋを求め、 Obtaining an average light intensity W k of the respective k,

Figure 0005475837
Figure 0005475837

を計算することにより、δｋとδ０の関係式が求められる。δｋはδ０の関数として複数求まるが、その中から尤もらしい値を選択することにより、位相変調器１０５が施そうとしている位相変調の値 By calculating the relational expression of [delta] k and [delta] 0 is obtained. A plurality of δ k are obtained as a function of δ 0, and the value of the phase modulation to be performed by the phase modulator 105 is selected by selecting a plausible value from among them.

Figure 0005475837
Figure 0005475837

が、位相変調器１０５がオフの時に対してどのくらい異なるか、すなわち位相変調エラーの値として、その平均値が求まることになる。 However, how much the phase modulator 105 is different from that when the phase modulator 105 is off, that is, the average value of the phase modulation error is obtained.

一方、光カップラー１０６において、反時計回りの光パルスおよび時計回りの光パルスと全く同じ相対位相を有する光パルスが、それぞれ２つの出力ポートから出力される。目的に応じて、一方の出力ポートのみからの光パルスを用いるか、両方の出力ポートからの光パルスを用いる。また、アッテネーター１０８ａ，１０８ｂによって、出力された光パルスの強度を、単一光子レベルにまで減衰させてから伝送路へ送ることができる。さらに、出力された光パルスの偏光を調整する手段を介して伝送路へ送ることもできる。さらにまた、盗聴者からの光の侵入を阻止するために光アイソレータを導入してもよい。   On the other hand, in the optical coupler 106, optical pulses having exactly the same relative phase as the counterclockwise optical pulse and the clockwise optical pulse are output from the two output ports, respectively. Depending on the purpose, light pulses from only one output port are used, or light pulses from both output ports are used. In addition, the intensity of the output optical pulse can be attenuated to a single photon level by the attenuators 108a and 108b and then sent to the transmission line. Furthermore, it can also be sent to the transmission line via means for adjusting the polarization of the output light pulse. Furthermore, an optical isolator may be introduced in order to prevent intrusion of light from an eavesdropper.

図２に、本発明の第２の実施形態にかかる光パルス発生装置の構成を示す。第１の実施形態の光パルス発生装置との相違点のみ述べる。光カップラー１０６の２つの出力ポートには、２本の光行路を介してビームスプリッター１２２が接続されている。このうち一方の光行路には、可変遅延線１２２が挿入されている。   FIG. 2 shows a configuration of an optical pulse generator according to the second embodiment of the present invention. Only differences from the optical pulse generator of the first embodiment will be described. A beam splitter 122 is connected to the two output ports of the optical coupler 106 via two optical paths. A variable delay line 122 is inserted in one of the optical paths.

この構成によれば、ループ状の光行路を反時計回りの経路をとった光パルスと時計回りの経路をとった光パルスとを、時間差をつけて１本の伝送路に送信することができる。可変遅延線１２２によって、反時計回りの光パルスと時計回りのパルスとの時間差を調整することができる。   According to this configuration, it is possible to transmit a light pulse taking a counterclockwise path on a loop-shaped optical path and a light pulse taking a clockwise path to one transmission path with a time difference. . The variable delay line 122 can adjust the time difference between the counterclockwise light pulse and the clockwise pulse.

また、アッテネーター１２３によって、出力された光パルス列の強度を減衰させてから伝送路へ送ることができる。さらに、出力された光パルス列の偏光を調整する手段を介して伝送路へ送ることもできる。さらにまた、盗聴者からの光の侵入を阻止するために光アイソレータを導入してもよい。   Further, the intensity of the output optical pulse train can be attenuated by the attenuator 123 and then sent to the transmission line. Furthermore, it can also be sent to the transmission line via means for adjusting the polarization of the output optical pulse train. Furthermore, an optical isolator may be introduced in order to prevent intrusion of light from an eavesdropper.

図３に、本発明の第３の実施形態にかかる光パルス発生装置の構成を示す。量子暗号通信に用いられる光パルス発生装置の一例であり、位相変調の値を、リアルタイムにかつ精密に監視することができる。レーザー光源１０１の出力に光サーキュレーター１０２が接続され、光サーキュレーター１０２の出力に光検出器１０３およびビームスプリッター１３１が接続されている。ビームスプリッター１３１の２つの出力ポートは、異なる光路長を有する２つの光行路を介して、ビームスプリッター１３２の２つの入力ポートに接続され、いわゆるマッハツェンダ干渉計を構成する。ビームスプリッター１３２の出力には、精度を測定したい位相変調器１３３が接続され、いずれか一方の光行路を通った光パルスにのみ位相変調を施す。位相変調器１３３の出力には、ビームスプリッター１３４が接続され、ビームスプリッター１３４の一方の出力には、ミラー１３５が接続されている。   FIG. 3 shows a configuration of an optical pulse generator according to the third embodiment of the present invention. It is an example of an optical pulse generator used for quantum cryptography communication, and the value of phase modulation can be monitored accurately in real time. An optical circulator 102 is connected to the output of the laser light source 101, and a photodetector 103 and a beam splitter 131 are connected to the output of the optical circulator 102. The two output ports of the beam splitter 131 are connected to the two input ports of the beam splitter 132 via two optical paths having different optical path lengths, and constitute a so-called Mach-Zehnder interferometer. A phase modulator 133 whose accuracy is to be measured is connected to the output of the beam splitter 132, and phase modulation is performed only on the optical pulse that has passed through one of the optical paths. A beam splitter 134 is connected to the output of the phase modulator 133, and a mirror 135 is connected to one output of the beam splitter 134.

レーザー光源１０１から出力された単一光子レベルではない程度の比較的大きな強度のパルス光は、光サーキュレーター１０２を通過し、ビームスプリッター１３１によって分岐される。２つの光行路を通った光パルスは、位相変調器１３３に入力され、一方の光行路を通った光パルスにのみに位相変調が施される。位相変調器１３３の出力は、ビームスプリッター１３４とミラー１３５とにより、ビームスプリッター１３２に戻る。このとき、位相変調器１３３は、どちらの光パルスにも位相変調を施さないようにする。ビームスプリッター１３２により分岐されて、合計４つの光パルス列が２つの光行路を伝播する。このとき、行きと帰りで異なる光経路を通った２つの光パルスが互いに干渉する。干渉後の光パルスは、光サーキュレーター１０２を介して光検出器１０３によって検出される。   Pulse light having a relatively large intensity that is not a single photon level output from the laser light source 101 passes through the optical circulator 102 and is branched by the beam splitter 131. The optical pulse that has passed through the two optical paths is input to the phase modulator 133, and phase modulation is performed only on the optical pulse that has passed through one of the optical paths. The output of the phase modulator 133 is returned to the beam splitter 132 by the beam splitter 134 and the mirror 135. At this time, the phase modulator 133 does not perform phase modulation on either optical pulse. Branched by the beam splitter 132, a total of four optical pulse trains propagate through two optical paths. At this time, two light pulses that have passed through different light paths on the way and the way back interfere with each other. The light pulse after the interference is detected by the photodetector 103 via the optical circulator 102.

この光検出器に入力される干渉光の強度Ｗは、   The intensity W of the interference light input to this photodetector is

Figure 0005475837
Figure 0005475837

で与えられる。ここで、δは位相変調の実際の値、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３はそれぞれビームスプリッター１３１，１３２，１３３の透過率、αはレーザー光源１０１からの光パルスの平均光子数を表す。 Given in. Here, δ represents the actual value of phase modulation, T 1 , T 2 , and T 3 represent the transmittances of the beam splitters 131, 132, and 133, respectively, and α represents the average number of photons of the light pulse from the laser light source 101.

透過率Ｔおよびｔが既知の場合、光パルスごとに強度Ｗを測定することにより、（式３）がδのみの方程式になる複数のδの中から尤もらしい値を選択することにより、位相変調器１３３が施す位相変調の値を求めることができる。透過率Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が未知の場合、位相変調の値の測定方法は、第１の実施形態と同じである。 When the transmittances T and t are known, by measuring the intensity W for each optical pulse, phase modulation can be performed by selecting a plausible value from a plurality of δ in which (Equation 3) becomes an equation of δ only. The value of the phase modulation applied by the device 133 can be obtained. When the transmittances T 1 , T 2 , and T 3 are unknown, the method for measuring the phase modulation value is the same as in the first embodiment.

ビームスプリッター１３４の出力ポートから、ビームスプリッター１３１によって分波された２つの光パルスと全く同じ相対位相を有する光パルスが出力される。目的に応じて、一方の光行路を通った光パルスを用いるか、両方の光パルスを用いる。また、アッテネーター１３６によって、出力された光パルスの強度を、単一光子レベルにまで減衰させてから伝送路へ送ることができる。さらに、出力された光パルスの偏光を調整する手段を介して伝送路へ送ることもできる。さらにまた、盗聴者からの光の侵入を阻止するために光アイソレータを導入してもよい。   From the output port of the beam splitter 134, an optical pulse having exactly the same relative phase as the two optical pulses demultiplexed by the beam splitter 131 is output. Depending on the purpose, light pulses that have passed through one optical path are used, or both light pulses are used. In addition, the intensity of the output optical pulse can be attenuated to a single photon level by the attenuator 136 before being sent to the transmission line. Furthermore, it can also be sent to the transmission line via means for adjusting the polarization of the output light pulse. Furthermore, an optical isolator may be introduced in order to prevent intrusion of light from an eavesdropper.

図４に、本発明の第４の実施形態にかかる光パルス発生装置の構成を示す。第３の実施形態の光パルス発生装置との相違点のみ述べる。ビームスプリッター１３１の２つの出力ポートは、異なる光路長を有する２つの光行路を介して、ビームスプリッター１３２の２つの入力ポートに接続されている。精度を測定したい位相変調器１４１は、光路長が長い方の光行路に挿入されている。位相変調器１４１の挿入位置が異なるだけで、動作原理は、第３の実施形態に同じである。   FIG. 4 shows the configuration of an optical pulse generator according to the fourth embodiment of the present invention. Only differences from the optical pulse generator of the third embodiment will be described. The two output ports of the beam splitter 131 are connected to the two input ports of the beam splitter 132 via two optical paths having different optical path lengths. The phase modulator 141 whose accuracy is to be measured is inserted in the optical path having the longer optical path length. The operating principle is the same as that of the third embodiment except that the insertion position of the phase modulator 141 is different.

本実施形態によれば、量子暗号通信に用いられる光パルス発生装置の位相変調器が実際に施している位相変調の値をリアルタイムに監視することが可能となる。また、複数回位相変調を施した際の位相変調の平均を求めたい場合には、ビームスプリッター、光サーキュレーター、光カップラー、光検出器の効率などの要素の特性が未知の場合でも、位相変調の平均値を精度よく求めることができる。   According to the present embodiment, it is possible to monitor in real time the value of the phase modulation actually performed by the phase modulator of the optical pulse generator used for quantum cryptography communication. In addition, if you want to find the average of phase modulation when performing phase modulation multiple times, even if the characteristics of factors such as the efficiency of the beam splitter, optical circulator, optical coupler, and photodetector are unknown, The average value can be obtained with high accuracy.

１０１ レーザー光源
１０２ 光サーキュレーター
１０３ 光検出器
１０４，１２１，１３１，１３２，１３４ ビームスプリッター
１０５，１３３，１４１ 位相変調器
１０６ 光カップラー
１０７，１２２ 可変遅延線
１０８，１２３，１３６ アッテネーター
１３５ ミラー DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Laser light source 102 Optical circulator 103 Optical detector 104,121,131,132,134 Beam splitter 105,133,141 Phase modulator 106 Optical coupler 107,122 Variable delay line 108,123,136 Attenuator 135 Mirror

Claims (6)

量子暗号通信に用いられる光パルス発生装置であって、
光源から出力された光パルスをサニャック干渉計に出力するビームスプリッターと、
前記サニャック干渉計の光行路に挿入され、前記光パルスのうちいずれか一方向の光パルスに位相変調を施す位相変調器と、
前記サニャック干渉計の光行路に挿入され、位相変調された光パルスを出力する光カップラーと、
前記光カップラーから出力された前記位相変調された光パルスを、単一光子レベルにまで減衰させて伝送路に出力するアッテネーターと、
前記光源と前記ビームスプリッターとの間に挿入されたサーキュレーターであって、前記ビームスプリッターから出力され、前記サニャック干渉計の光行路を周回して干渉した光パルスを分岐するサーキュレーターと、
前記サーキュレーターから出力された干渉後の光パルスを電気信号に変換する光検出器とを備え、
前記光検出器で検出される光パルスの強度から位相変調の値を算出することを特徴とする光パルス発生装置。 An optical pulse generator used for quantum cryptography communication ,
A beam splitter that outputs a light pulse output from a light source to a Sagnac interferometer;
A phase modulator that is inserted into the optical path of the Sagnac interferometer and applies phase modulation to the optical pulse in any one direction of the optical pulses;
An optical coupler that is inserted into the optical path of the Sagnac interferometer and outputs a phase-modulated optical pulse;
An attenuator for attenuating the phase-modulated optical pulse output from the optical coupler to a single photon level and outputting it to a transmission line;
A circulator inserted between the light source and the beam splitter, the circulator for branching an optical pulse output from the beam splitter and interfering around the optical path of the Sagnac interferometer;
A photodetector for converting the optical pulse after interference output from the circulator into an electrical signal ;
An optical pulse generator characterized in that a value of phase modulation is calculated from the intensity of an optical pulse detected by the photodetector . 前記光検出器で検出される光パルスの強度Ｗは、
Figure 0005475837
で与えられ、ここで、δは位相変調の値、Ｔは前記ビームスプリッターの透過率、ｔは前記光カップラーの前記サニャック干渉計の光行路の透過率、αは前記光源からの光パルスの平均光子数を表すことを特徴とする請求項１に記載の光パルス発生装置。 The intensity W of the light pulse detected by the photodetector is
Figure 0005475837
Where δ is the phase modulation value, T is the transmittance of the beam splitter, t is the transmittance of the optical path of the Sagnac interferometer of the optical coupler, and α is the average of the light pulses from the light source. 2. The optical pulse generator according to claim 1, which represents the number of photons. 前記光カップラーの２つの出力ポートに、２本の光行路を介して接続されたビームスプリッターと、
前記２本の光行路の一方に挿入された可変遅延線と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の光パルス発生装置。 A beam splitter connected to two output ports of the optical coupler via two optical paths;
The optical pulse generator according to claim 1, further comprising: a variable delay line inserted into one of the two optical paths. 量子暗号通信に用いられる光パルス発生装置であって、
光源から出力された光パルスを異なる光路長を有する２つの光行路に出力する第１のビームスプリッターと、
前記２つの光行路が入力ポートに接続された第２のビームスプリッターと、
前記第２のビームスプリッターの出力に接続され、前記２つの光行路のうちいずれか一方の光行路を通った光パルスに位相変調を施す位相変調器と、
前記位相変調器の出力に接続された第３のビームスプリッターと、
前記第３のビームスプリッターの一方の出力に接続されたミラーと、
前記第３のビームスプリッターの他方の出力から出力された前記位相変調された光パルスを、単一光子レベルにまで減衰させて伝送路に出力するアッテネーターと、
前記光源と前記第１のビームスプリッターとの間に挿入されたサーキュレーターであって、前記ミラーにおいて反射して、前記第１のビームスプリッターから出力された干渉した光パルスを分岐するサーキュレーターと、
前記サーキュレーターから出力された干渉後の光パルスを電気信号に変換する光検出器とを備え、
前記光検出器で検出される光パルスの強度から位相変調の値を算出することを特徴とする光パルス発生装置。 An optical pulse generator used for quantum cryptography communication ,
A first beam splitter that outputs light pulses output from a light source to two optical paths having different optical path lengths;
A second beam splitter in which the two optical paths are connected to an input port;
A phase modulator connected to the output of the second beam splitter for phase-modulating an optical pulse that has passed through one of the two optical paths;
A third beam splitter connected to the output of the phase modulator;
A mirror connected to one output of the third beam splitter;
An attenuator for attenuating the phase-modulated optical pulse output from the other output of the third beam splitter to a single photon level and outputting it to the transmission line;
A circulator inserted between the light source and the first beam splitter, the circulator reflecting off the mirror and reflecting the interfering light pulse output from the first beam splitter;
A photodetector for converting the optical pulse after interference output from the circulator into an electrical signal ;
An optical pulse generator characterized in that a value of phase modulation is calculated from the intensity of an optical pulse detected by the photodetector . 量子暗号通信に用いられる光パルス発生装置であって、
光源から出力された光パルスを異なる光路長を有する２つの光行路に出力する第１のビームスプリッターと、
前記２つの光行路が入力ポートに接続された第２のビームスプリッターと、
前記２つの光行路のうちいずれか一方の光行路に挿入され、光パルスに位相変調を施す位相変調器と、
前記第２のビームスプリッターの出力に接続された第３のビームスプリッターと、
前記第３のビームスプリッターの一方の出力に接続されたミラーと、
前記第３のビームスプリッターの他方の出力から出力された前記位相変調された光パルスを、単一光子レベルにまで減衰させて伝送路に出力するアッテネーターと、
前記光源と前記第１のビームスプリッターとの間に挿入されたサーキュレーターであって、前記ミラーにおいて反射して、前記第１のビームスプリッターから出力された干渉した光パルスを分岐するサーキュレーターと、
前記サーキュレーターから出力された干渉後の光パルスを電気信号に変換する光検出器とを備え、
前記光検出器で検出される光パルスの強度から位相変調の値を算出することを特徴とする光パルス発生装置。 An optical pulse generator used for quantum cryptography communication ,
A first beam splitter that outputs light pulses output from a light source to two optical paths having different optical path lengths;
A second beam splitter in which the two optical paths are connected to an input port;
A phase modulator that is inserted into one of the two optical paths and applies phase modulation to the optical pulse;
A third beam splitter connected to the output of the second beam splitter;
A mirror connected to one output of the third beam splitter;
An attenuator for attenuating the phase-modulated optical pulse output from the other output of the third beam splitter to a single photon level and outputting it to the transmission line;
A circulator inserted between the light source and the first beam splitter, the circulator reflecting off the mirror and reflecting the interfering light pulse output from the first beam splitter;
A photodetector for converting the optical pulse after interference output from the circulator into an electrical signal ;
An optical pulse generator characterized in that a value of phase modulation is calculated from the intensity of an optical pulse detected by the photodetector . 前記光検出器で検出される干渉光の強度Ｗは、
Figure 0005475837
で与えられ、ここで、δは位相変調の値、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３はそれぞれ前記第１、第２および第３ビームスプリッターの透過率、αは前記光源からの光パルスの平均光子数を表すことを特徴とする請求項４または５に記載の光パルス発生装置。 The intensity W of the interference light detected by the photodetector is
Figure 0005475837
Where δ is the value of the phase modulation, T 1 , T 2 , T 3 are the transmittances of the first, second and third beam splitters, respectively, and α is the average photon of the light pulse from the light source. The optical pulse generator according to claim 4 or 5 , wherein the optical pulse generator represents a number.
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