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    重庆时时彩倍率公式: 相位调制装置、发送装置、接收装置以及相位调制方法.pdf

    关 键 词:
    相位 调制 装置 发送 接收 以及 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN200880131221.5

    申请日:

    2008.09.22

    公开号:

    CN102159984A

    公开日:

    2011.08.17

    当前法律状态:

    终止

    有效性:

    无权

    法律详情: 未缴年费专利权终止IPC(主分类):G02F 1/01申请日:20080922授权公告日:20130320终止日期:20170922|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G02F 1/01申请日:20080922|||公开
    IPC分类号: G02F1/01; H04L9/12 主分类号: G02F1/01
    申请人: 三菱电机株式会社
    发明人: 西冈毅; 石塚裕一
    地址: 日本东京
    优先权:
    专利代理机构: 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 11038 代理人: 崔成哲
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200880131221.5

    授权公告号:

    |||102159984B||||||

    法律状态公告日:

    2018.09.07|||2013.03.20|||2011.09.28|||2011.08.17

    法律状态类型:

    专利权的终止|||授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明的目的在于提供一种在2连光脉冲的高速相位调制时,实现高精度的相位调制的相位调制装置。相位调制装置具备的相位调制器(105)在信号光脉冲(SP)与参照光脉冲(RP)这样的带有时间差的2连光脉冲通过时,对该2连光脉冲,实施与电脉冲的施加电压成比例的相位调制。其结果,输出相位调制后的(SP)′和(RP)′。调制信号生成器(106)根据例如4值的数据信号的输入,以触发信号的输入定时,输出预定的偏置的电脉冲。调制信号生成器(106)针对1次触发信号的输入,输出具有时间差的、极性正相反的2连电脉冲。该2连电脉冲的时间差对应于通过相位调制器(105)的2连光脉冲的时间差。

    权利要求书

    1: 一种相位调制装置, 其特征在于, 具备 : 光脉冲输出部, 输入光脉冲, 从所输入的光脉冲生成第 1 光脉冲和以规定的时间差追 随所述第 1 光脉冲的第 2 光脉冲并对其进行输出 ; 以及 相位调制部, 输入具有规定的电压的第 1 电脉冲, 根据所输入的第 1 电脉冲的电压对从 所述光脉冲输出部输出的第 1 光脉冲进行相位调制, 并且输入相对所述第 1 电脉冲具有规 定的电位差的第 2 电脉冲, 根据所输入的第 2 电脉冲的电压对从所述光脉冲输出部输出的 第 2 光脉冲进行相位调制。
    2: 根据权利要求 1 所述的相位调制装置, 其特征在于, 所述第 1 电脉冲和所述第 2 电脉冲具有相反的极性。
    3: 根据权利要求 2 所述的相位调制装置, 其特征在于, 所述相位调制装置还具备电脉冲输出部, 该电脉冲输出部输入电脉冲, 与从所述光脉 冲输出部输出所述第 1 光脉冲的定时对应地, 将所输入的电脉冲作为所述第 1 电脉冲而输 出, 并且使所输入的电脉冲的极性反转, 以与所述规定的时间差对应的时间差, 将所述极性 被反转了的电脉冲作为所述第 2 电脉冲而输出, 所述相位调制部将从所述电脉冲输出部输出的第 1 电脉冲施加到从所述光脉冲输出 部输出的第 1 光脉冲而对该第 1 光脉冲进行相位调制, 将从所述电脉冲输出部输出的第 2 电脉冲施加到从所述光脉冲输出部输出的第 2 光脉冲而对该第 2 光脉冲进行相位调制。
    4: 根据权利要求 2 所述的相位调制装置, 其特征在于, 所述第 1 电脉冲和所述第 2 电脉冲是矩形波。
    5: 根据权利要求 4 所述的相位调制装置, 其特征在于, 所述第 1 电脉冲和所述第 2 电脉冲的占空比是 50%。
    6: 根据权利要求 1 所述的相位调制装置, 其特征在于, 所述第 1 电脉冲和所述第 2 电脉冲是锯齿波。
    7: 一种发送装置, 其特征在于, 具备 : 权利要求 1 所述的相位调制装置 ; 以及 发送部, 将由所述相位调制装置的相位调制部进行了相位调制的第 1 光脉冲和第 2 光 脉冲经由光路发送到接收装置。
    8: 一种接收装置, 其特征在于, 具备 : 接收部, 从权利要求 7 所述的发送装置经由光路, 接收相位调制后的第 1 光脉冲和第 2 光脉冲 ; 相位调制部, 输入具有规定的电压的第 1 电脉冲, 根据所输入的第 1 电脉冲的电压对由 所述接收部接收到的第 1 光脉冲进行相位调制, 并且输入相对所述第 1 电脉冲具有规定的 电位差的第 2 电脉冲, 根据所输入的第 2 电脉冲的电压对由所述接收部接收到的第 2 光脉 冲进行相位调制 ; 以及 相位差检测部, 对由所述相位调制部进行了相位调制的第 1 光脉冲与第 2 光脉冲之间 的相位差进行检测。
    9: 一种相位调制方法, 其特征在于, 光脉冲输出部输入光脉冲, 所述光脉冲输出部从所输入的光脉冲生成第 1 光脉冲和以规定的时间差追随所述第 1 2 光脉冲的第 2 光脉冲并对其进行输出, 相位调制部输入具有规定的电压的第 1 电脉冲, 所述相位调制部根据所输入的第 1 电脉冲的电压对从所述光脉冲输出部输出的第 1 光 脉冲进行相位调制, 所述相位调制部输入相对所述第 1 电脉冲具有规定的电位差的第 2 电脉冲, 所述相位调制部根据所输入的第 2 电脉冲的电压对从所述光脉冲输出部输出的第 2 光 脉冲进行相位调制。
    10: 根据权利要求 9 所述的相位调制方法, 其特征在于, 所述第 1 电脉冲和所述第 2 电脉冲具有相反的极性。
    11: 根据权利要求 10 所述的相位调制方法, 其特征在于, 所述相位调制方法还包括 : 电脉冲输出部输入电脉冲, 所述电脉冲输出部与从所述光脉冲输出部输出所述第 1 光脉冲的定时对应地, 将所输 入的电脉冲作为所述第 1 电脉冲而输出, 所述电脉冲输出部使所输入的电脉冲的极性反转, 以与所述规定的时间差对应的时间 差, 将所述极性被反转了的电脉冲作为所述第 2 电脉冲而输出, 在所述第 1 光脉冲的相位调制中, 所述相位调制部将从所述电脉冲输出部输出的第 1 电脉冲施加到从所述光脉冲输出部输出的第 1 光脉冲而对该第 1 光脉冲进行相位调制, 在所述第 2 光脉冲的相位调制中, 所述相位调制部将从所述电脉冲输出部输出的第 2 电脉冲施加到从所述光脉冲输出部输出的第 2 光脉冲而对该第 2 光脉冲进行相位调制。
    12: 根据权利要求 10 所述的相位调制方法, 其特征在于, 所述第 1 电脉冲和所述第 2 电脉冲是矩形波。
    13: 根据权利要求 12 所述的相位调制方法, 其特征在于, 所述第 1 电脉冲和所述第 2 电脉冲的占空比是 50%。
    14: 根据权利要求 9 所述的相位调制方法, 其特征在于, 所述第 1 电脉冲和所述第 2 电脉冲是锯齿波。

    说明书


    相位调制装置、 发送装置、 接收装置以及相位调制方法

        技术领域 本发明涉及相位调制装置、 发送装置、 接收装置以及相位调制方法。 本发明特别涉 及高速相位调制装置。
         背景技术 以往, 存在在作为具有时间差的 2 个光脉冲的信号光脉冲与参照光脉冲之间的相 位差中载置信息的相位调制方式。 采用了该相位调制方式的相位调制装置用于量子密码通 信。如果对输入到相位调制装置中设置的相位调制器的光脉冲施加电脉冲, 则对该光脉冲 实施相位调制 ( 参照图 9)。
         在所述以往的相位调制装置中, 如专利文献 1 的发送侧装置的结构那样, 仅对信 号光脉冲施加用于实施相位调制的电脉冲, 参照光脉冲不被实施相位调制而透过相位调制 器 ( 参照图 10)?;蛘?, 如专利文献 1 的接收侧装置的结构那样, 信号光脉冲不被实施相位 调制而透过相位调制器, 仅对参照光脉冲施加用于实施相位调制的电脉冲。
         专利文献 1 : 日本特开 2007-251678 号公报发明内容 在如以往技术那样, 通过仅对信号光脉冲和参照光脉冲中的某一方施加电脉冲来 进行相位调制, 对另一方的光脉冲不施加电脉冲而不进行相位调制的结构中, 产生以下那 样的课题。
         电脉冲的脉冲宽度窄至几 ns( 纳秒 ), 所以如果驱动频率是直至几十 MHz( 兆赫 兹 ) 的慢的频率, 则占空比非常小。另外, 占空比是指, 脉冲宽度相对脉冲周期的比率。如 果占空比非常小, 则与伴随数据信号的值 ( 即, 在信号光脉冲与参照光脉冲之间的相位差 中载置的信息 ) 的变化的电脉冲的信号值的变化 ( 即, 电脉冲的有无 ) 无关地, 电脉冲的 DC( 直流 ) 基底不变动。另一方面, 如果驱动频率成为 100MHz 以上的高速, 则占空比变大, 所以 DC 基底追随电脉冲的信号值的变化而变动。其结果, 对不应实施相位调制的另一方的 光脉冲也施加 DC 基底的变动量的相位调制。该未预期的相位调制相当于产生针对信号光 脉冲与参照光脉冲之间的相位差的噪声分量, 所以导致干涉清晰度降低、 甚至通信差错增 加。
         图 11 示出针对电脉冲的信号值的变化与 DC 基底的变动的关系进行了仿真的结 果。
         在该仿真中, 使用脉冲发生器, 生成了重复速度为 20MHz、 脉冲宽度为 10ns、 波高 为 0.5V 的输入信号。 然后, 通过操作输入信号的模式, 针对脉冲间隔为 (a)50ns、 (b)100ns、 (c)150ns、 (d)200ns 这 4 种信号波进行了仿真。例如, 如果将模式设成 11111111..., 则制 作 (a) 的信号波。另外, 如果将模式设成 00010001..., 则制作 (d) 的信号波。在将 (a) ~ (d) 的信号波输入到宽频带放大器 ( 使用 SHF100AP) 时, 得到图 11 所示那样的输出信号。 各个输出信号的 DC 基底成为 (a)-710mV( 毫伏 )、 (b)-330mV、 (c)-250mV、 (d)-170mV。根据
         其结果可知, 如果脉冲间隔越窄, 即占空比越大, DC 基底越降低。另外, 在该仿真中频率成 为 20MHz、 脉冲宽度成为 10ns, 但在频率是 100MHz 以上、 脉冲宽度是几 ns 的情况下也引起 同样的现象。
         这样, 在以往技术中, 追随电脉冲的信号值的变化而引起未预期的 DC 基底的变 动。 因此, 在嵌入了以往的相位调制装置的量子密码通信装置中, 仅能够进行包含噪声的低 质量的通信。
         本发明的目的在于提供一种相位调制装置, 例如, 在 2 连光脉冲的高速相位调制 时, 实现高精度的相位调制。
         本发明的一个方式提供一种相位调制装置, 其特征在于, 具备 :
         光脉冲输出部, 输入光脉冲, 从所输入的光脉冲生成第 1 光脉冲和以规定的时间 差追随所述第 1 光脉冲的第 2 光脉冲并对其进行输出 ; 以及
         相位调制部, 输入具有规定的电压的第 1 电脉冲, 根据所输入的第 1 电脉冲的电压 对从所述光脉冲输出部输出的第 1 光脉冲进行相位调制, 并且输入相对所述第 1 电脉冲具 有规定的电位差的第 2 电脉冲, 根据所输入的第 2 电脉冲的电压对从所述光脉冲输出部输 出的第 2 光脉冲进行相位调制。
         所述第 1 电脉冲和所述第 2 电脉冲具有相反的极性。
         所述相位调制装置还具备电脉冲输出部, 该电脉冲输出部输入电脉冲, 与从所述 光脉冲输出部输出所述第 1 光脉冲的定时对应地, 将所输入的电脉冲作为所述第 1 电脉冲 而输出, 并且使所输入的电脉冲的极性反转, 以与所述规定的时间差对应的时间差, 将所述 极性被反转了的电脉冲作为所述第 2 电脉冲而输出,
         所述相位调制部将从所述电脉冲输出部输出的第 1 电脉冲施加到从所述光脉冲 输出部输出的第 1 光脉冲而对该第 1 光脉冲进行相位调制, 将从所述电脉冲输出部输出的 第 2 电脉冲施加到从所述光脉冲输出部输出的第 2 光脉冲而对该第 2 光脉冲进行相位调 制。
         所述第 1 电脉冲和所述第 2 电脉冲是矩形波。
         所述第 1 电脉冲和所述第 2 电脉冲的占空比是 50%。
         所述第 1 电脉冲和所述第 2 电脉冲是锯齿波。
         本发明的一个方式提供一种发送装置, 其特征在于, 具备 :
         相位调制装置 ; 以及
         发送部, 将由所述相位调制装置的相位调制部进行了相位调制的第 1 光脉冲和第 2 光脉冲经由光路发送到接收装置。
         本发明的一个方式提供一种接收装置, 其特征在于, 具备 :
         接收部, 从发送装置经由光路, 接收相位调制后的第 1 光脉冲和第 2 光脉冲 ;
         相位调制部, 输入具有规定的电压的第 1 电脉冲, 根据所输入的第 1 电脉冲的电压 对由所述接收部接收到的第 1 光脉冲进行相位调制, 并且输入相对所述第 1 电脉冲具有规 定的电位差的第 2 电脉冲, 根据所输入的第 2 电脉冲的电压对由所述接收部接收到的第 2 光脉冲进行相位调制 ; 以及
         相位差检测部, 对由所述相位调制部进行了相位调制的第 1 光脉冲与第 2 光脉冲 之间的相位差进行检测。本发明的一个方式提供一种相位调制方法, 其特征在于,
         光脉冲输出部输入光脉冲,
         所述光脉冲输出部从所输入的光脉冲生成第 1 光脉冲和以规定的时间差追随所 述第 1 光脉冲的第 2 光脉冲并对其进行输出,
         相位调制部输入具有规定的电压的第 1 电脉冲,
         所述相位调制部根据所输入的第 1 电脉冲的电压对从所述光脉冲输出部输出的 第 1 光脉冲进行相位调制,
         所述相位调制部输入相对所述第 1 电脉冲具有规定的电位差的第 2 电脉冲,
         所述相位调制部根据所输入的第 2 电脉冲的电压对从所述光脉冲输出部输出的 第 2 光脉冲进行相位调制。
         所述第 1 电脉冲和所述第 2 电脉冲具有相反的极性。
         所述相位调制方法还包括 :
         电脉冲输出部输入电脉冲,
         所述电脉冲输出部与从所述光脉冲输出部输出所述第 1 光脉冲的定时对应地, 将 所输入的电脉冲作为所述第 1 电脉冲而输出, 所述电脉冲输出部使所输入的电脉冲的极性反转, 以与所述规定的时间差对应的 时间差, 将所述极性被反转了的电脉冲作为所述第 2 电脉冲而输出,
         在所述第 1 光脉冲的相位调制中, 所述相位调制部将从所述电脉冲输出部输出的 第 1 电脉冲施加到从所述光脉冲输出部输出的第 1 光脉冲而对该第 1 光脉冲进行相位调 制,
         在所述第 2 光脉冲的相位调制中, 所述相位调制部将从所述电脉冲输出部输出的 第 2 电脉冲施加到从所述光脉冲输出部输出的第 2 光脉冲而对该第 2 光脉冲进行相位调 制。
         所述第 1 电脉冲和所述第 2 电脉冲是矩形波。
         所述第 1 电脉冲和所述第 2 电脉冲的占空比是 50%。
         所述第 1 电脉冲和所述第 2 电脉冲是锯齿波。
         根据本发明的一个方式, 相位调制部根据第 1 电脉冲的电压对第 1 光脉冲进行相 位调制, 并且根据相对第 1 电脉冲具有规定的电位差的第 2 电脉冲的电压对第 2 光脉冲进 行相位调制, 从而在 2 连光脉冲的高速相位调制时, 可以实现高精度的相位调制。例如, 通 过将具备这样的相位调制部的相位调制装置嵌入到量子密码通信装置中, 通信质量提高。
         附图说明
         图 1 是示出嵌入了实施方式 1 的相位调制装置的量子密码通信装置的结构例的框图。 图 2 是示出实施方式 1 的相位调制装置的结构的框图。
         图 3 是示出实施方式 1 的相位调制装置中的相位调制的定时以及电脉冲的波形的 时序图。
         图 4 是示出实施方式 1 的仿真结果的图。
         图 5 是示出使用了实施方式 1 的相位调制方法的量子密码通信步骤的流程图。
         图 6 是示出实施方式 2 的相位调制装置中的相位调制的定时以及电脉冲的波形的 时序图。
         图 7 是示出实施方式 3 的相位调制装置的详细结构的一个例子的图。
         图 8 是示出实施方式 4 的相位调制装置中的相位调制的定时以及电脉冲的波形的 时序图。
         图 9 是示出以往的相位调制装置的结构的框图。
         图 10 是示出以往的相位调制装置中的相位调制的定时以及电脉冲的波形的时序 图。
         图 11 是示出以往技术的仿真结果的图。
         ( 符号说明 )
         100 : 相位调制装置 ; 101 : 量子密码发送装置 ; 102 : 光子源 ; 103 : 非对称马赫 - 曾 德 (Mach-Zehnder) 干涉计 ; 104 : 发送部 ; 105 : 相位调制器 ; 106 : 调制信号生成器 ; 107 : 电 脉冲生成器 ; 108 : 延迟线 ; 109 : 差动放大器 ; 200 : 相位调制装置 ; 201 : 量子密码接收装置 ; 202 : 接收部 ; 203 : 非对称马赫 - 曾德干涉计 ; 204 : 光子检测器 ; 205 : 光子检测器 ; 206 : 相 位调制器 ; 301 : 量子通信路径。 具体实施方式 以下, 使用附图, 说明本发明的实施方式。
         实施方式 1.
         图 1 是示出嵌入了本实施方式的相位调制装置 100、 200 的量子密码通信装置的结 构例的框图。
         在图 1 中, 量子密码发送装置 101 是发送装置的一个例子, 除了相位调制装置 100 以外, 还具备 ( 单一 ) 光子源 102、 非对称马赫 - 曾德干涉计 103、 和发送部 104。相位调制 装置 100 具备相位调制器 105。
         量子密码接收装置 201 是接收装置的一个例子, 除了相位调制装置 200 以外, 还具 备接收部 202、 非对称马赫 - 曾德干涉计 203、 1 对光子检测器 204、 205。相位调制装置 200 具备相位调制器 206。
         在量子密码发送装置 101 中, 从光子源 102 放射的光子在通过非对称马赫 - 曾德 干涉计 103 时成为由信号光脉冲和参照光脉冲构成的带有时间差的 2 连光脉冲。该 2 连光 脉冲在相位调制器 105 中被进行了相位调制之后, 经由作为光路的一个例子的量子通信路 径 301 从发送部 104 被发送到量子密码接收装置 201。如后所述, 对相位调制器 105, 与所 述 2 连光脉冲的定时对应地输入 2 连电脉冲。该 2 连电脉冲被施加到所述 2 连光脉冲, 作 为调制信号发挥作用。
         在量子密码接收装置 201 中, 从量子密码发送装置 101 发送的 2 连光脉冲由接收 部 202 接收。该 2 连光脉冲在相位调制器 206 中被进行了相位调制之后, 通过非对称马 赫 - 曾德干涉计 203。此时, 信号光脉冲和参照光脉冲干涉, 而通过与非对称马赫 - 曾德干 涉计 203 的 2 个端口分别连接的光子检测器 204、 205 中的某一个被检测到。与量子密码发 送装置 101 的相位调制器 105 同样地, 对相位调制器 206, 与所述 2 连光脉冲的定时对应地 输入 2 连电脉冲。该 2 连电脉冲被施加到所述 2 连光脉冲, 作为解调信号发挥作用。
         图 2 是示出量子密码发送装置 101 中嵌入的相位调制装置 100 的结构的框图。图 3 是示出该相位调制装置 100 中的相位调制的定时以及电脉冲的波形的时序图。
         在图 2 中, 相位调制装置 100 具备相位调制器 105 以及调制信号生成器 106。
         相位调制器 105 对通过的光脉冲, 实施与电脉冲的施加电压成比例的相位调制。 例如, 相位调制器 105 利用光脉冲的折射率根据所施加的电脉冲的偏置电压而变化这样的 电气光学效果, 通过使光脉冲的光路长度变化而可以对光脉冲实施相位调制。在图 2 中, 将 输入到相位调制器 105 的信号光脉冲以及参照光脉冲分别表示为 SP 以及 RP。将从相位调 制器 105 输出的信号光脉冲以及参照光脉冲、 即实施了相位调制的信号光脉冲以及参照光 脉冲表示为 SP′以及 RP′。
         调制信号生成器 106 根据例如 4 值的数据信号 ( 也可以是 2 值或者多值 ) 的输 入, 在触发信号的输入定时输出预定的偏置的电脉冲。触发信号是时钟或者与时钟同步的 信号, 对光子源 102 也输入同样的信号。由此, 可以使 2 连光脉冲通过相位调制器 105 的定 时、 和从调制信号生成器 106 施加 2 连电脉冲的定时对应。在本实施方式中, 调制信号生成 器 106 针对 1 次触发信号的输入, 输出具有时间差的、 极性正相反的 2 连电脉冲。该 2 连电 脉冲的时间差对应于通过相位调制器 105 的 2 连光脉冲的时间差。 如图 3 所示, 对相位调制器 105, 以某一定的时间差, 反复输入信号光脉冲和参照 光脉冲。 同样地, 对调制信号生成器 106, 反复输入触发信号, 数据信号被切换。 如果输入了 触发信号, 则调制信号生成器 106 与信号光脉冲通过相位调制器 105 的定时对应地, 将数据 信号指定的振幅的电脉冲施加到相位调制器 105。然后, 与参照光脉冲通过相位调制器 105 的定时对应地, 将与施加到信号光脉冲的电脉冲相比极性相反且振幅为相同的大小的电脉 冲施加到相位调制器 105。即, 调制信号生成器 106 每当 1 组光脉冲通过相位调制器 105 时, 将极性相互相反的 1 组电脉冲施加到相位调制器 105。
         本实施方式通过采用所述那样的电脉冲的施加方式, 与仅对信号光脉冲施加电脉 冲的以往技术相比, 起到以下那样的有利的效果。
         根据本实施方式, 可以将起因于伴随数据信号的变化的向相位调制器 105 的施加 电脉冲的模式变化的、 其 DC 基底的变动抑制至大致 0。 由此, 可以避免如以往技术那样对参 照光脉冲也进行伴随 DC 基底的变动的相位调制而产生噪声这样的事态, 可以总是进行精 确的相位调制。
         图 4 示出针对输入到相位调制器 105 的电脉冲的信号值的变化与 DC 基底的变动 的关系进行了仿真的结果。
         在该仿真中, 使用脉冲发生器, 生成了重复速度为 20MHz、 脉冲宽度为 10ns、 波的 峰值 - 峰值的高度为 0.5V 的输入信号。然后, 通过与图 11 的仿真同样地, 操作输入信号的 模式, 针对脉冲间隔为 (a)50ns、 (b)100ns、 (c)150ns、 (d)200ns 这 4 种信号波进行了仿真。 在将 (a) ~ (d) 的信号波输入到宽频带放大器 ( 使用 SHF100AP) 时, 得到图 4 所示那样的输 出信号。任意一个输出信号的 DC 基底都成为大致 0V。根据其结果可知, 在本实施方式中, 即使占空比变大, 也可以抑制 DC 基底的变动。另外, 在该仿真中频率成为 20MHz、 脉冲宽度 成为 10ns, 但如上所述, 在频率为 100MHz 以上、 脉冲宽度为几 ns 的情况下, 也可以期待同样 的效果。
         如对比图 4 和图 11 可知, 在本实施方式中, 与仅对单一的光脉冲施加电脉冲的以
         往技术相比, 施加到信号光脉冲、 参照光脉冲的电脉冲的振幅 ( 即, 电压 ) 是一半的大小即 可。因此, 作为构成调制信号生成器 106 的驱动器, 可以使用与以往技术相比增益小、 并且 饱和输出小的廉价的放大器。
         以下, 说明本实施方式中的量子密码通信方法 ( 即, 步骤 )。
         图 5 是示出使用了本实施方式的相位调制方法的量子密码通信步骤的流程图。
         在量子密码发送装置 101 中, 光子源 102 生成光脉冲, 输入到非对称马赫 - 曾德干 涉计 103。 非对称马赫 - 曾德干涉计 103 根据从光子源 102 输入的光脉冲生成信号光脉冲和 参照光脉冲并输出 ( 步骤 S101 : 光脉冲输出步骤 )。另外, 光子源 102 以及非对称马赫 - 曾 德干涉计 103 的组合是光脉冲输出部的一个例子。信号光脉冲是第 1 光脉冲的一个例子。 参照光脉冲是以规定的时间差追随第 1 光脉冲的第 2 光脉冲的一个例子。
         相位调制装置 100 的调制信号生成器 106 输入具有规定的电压的电脉冲。调制信 号生成器 106 与从非对称马赫 - 曾德干涉计 103 输出信号光脉冲的定时对应地, 将所输入 的电脉冲作为第 1 电脉冲输出。另外, 调制信号生成器 106 使所输入的电脉冲的极性反转, 以与所述规定的时间差 ( 即, 信号光脉冲与参照光脉冲之间的时间差 ) 对应的时间差, 将所 述极性被反转的电脉冲作为第 2 电脉冲而输出 ( 步骤 S101 : 电脉冲输出步骤 )。另外, 调 制信号生成器 106 是电脉冲输出部的一个例子。第 1 电脉冲是具有与数据信号的值对应的 电压 ( 但是, 也可以是以往的一半的电压 ) 的电脉冲, 成为信号光脉冲的调制信号。数据信 号是通过量子密码通信发送的对信息进行编码而得到的, 从量子密码发送装置 101 的输入 装置 ( 未图示, 例如键盘、 鼠标 )、 存储装置 ( 未图示, 例如 HDD(Hard Disk Drive, 硬盘驱动 器 )) 被输入到调制信号生成器 106。第 2 电脉冲是相对第 1 电脉冲具有规定的电位差的电 脉冲, 成为参照光脉冲的调制信号。第 1 电脉冲与第 2 电脉冲之间的电位差优选为可以消 除 DC 分量的程度。在本实施方式中, 通过简单地使第 1 电脉冲和第 2 电脉冲具有相反的极 性, 确保了该电位差。
         相位调制装置 100 的相位调制器 105 输入从调制信号生成器 106 输出的第 1 电脉 冲, 根据所输入的第 1 电脉冲的电压对从非对称马赫 - 曾德干涉计 103 输出的信号光脉冲 进行相位调制。即, 相位调制器 105 将从调制信号生成器 106 输出的第 1 电脉冲施加到从 非对称马赫 - 曾德干涉计 103 输出的信号光脉冲而对该信号光脉冲进行相位调制。另外, 相位调制器 105 输入从调制信号生成器 106 输出的第 2 电脉冲, 根据所输入的第 2 电脉冲 的电压对从非对称马赫 - 曾德干涉计 103 输出的第 2 光脉冲进行相位调制。即, 相位调制 器 105 将从调制信号生成器 106 输出的第 2 电脉冲施加到从非对称马赫 - 曾德干涉计 103 输出的参照光脉冲而对该参照光脉冲进行相位调制 ( 步骤 S102 : 相位调制步骤 )。另外, 相 位调制器 105 是相位调制部的一个例子。
         例如, 在将输入到调制信号生成器 106 的数据信号设成 4 值时 ( 即, 通过量子密码 通信发送的信息是 2 比特的情况 ), 在电脉冲输出步骤 ( 步骤 S101) 中, 从量子密码发送装 置 101 的输入装置、 存储装置向调制信号生成器 106 输入值为 00、 10、 01、 11 中的某一个数 据信号 ( 即, 2 比特的信息 )。调制信号生成器 106 生成与数据信号的值对应的第 1 电脉冲 和第 2 电脉冲, 控制在相位调制步骤 ( 步骤 S102) 中在信号光脉冲与参照光脉冲之间附加 的相位差。 例如, 可以对数据信号的值 00、 10、 01、 11, 依次分配相位差 0、 π、 -π/2、 π/2。 此 处, 相位差 0 在将 n 设成 n > 1 的整数时设为与 2nπ 相同的值。同样地, 相位差 π、 -π/2、π/2 依次设为与 2nπ+π、 2nπ-(π/2)、 2nπ+(π/2) 相同的值。
         发送部 104 将由相位调制装置 100 的相位调制器 105 进行了相位调制的信号光脉 冲和参照光脉冲经由量子通信路径 301 发送到量子密码接收装置 201( 步骤 S103 : 发送步 骤 )。
         在量子密码接收装置 201 中, 接收部 202 从量子密码发送装置 101 经由量子通信 路径 301, 接收相位调制后的信号光脉冲和参照光脉冲并对其进行输出 ( 步骤 S104 : 接收步 骤 )。
         相位调制装置 200 的调制信号生成器 ( 未图示 ) 输入具有规定的电压的电脉冲。 该调制信号生成器与从接收部 202 输出信号光脉冲的定时对应地, 将所输入的电脉冲作为 第 1 电脉冲而输出。另外, 调制信号生成器 106 使所输入的电脉冲的极性反转, 以与所述规 定的时间差 ( 即, 信号光脉冲与参照光脉冲之间的时间差 ) 对应的时间差, 将所述极性被反 转的电脉冲作为第 2 电脉冲而输出 ( 步骤 S104 : 电脉冲输出步骤 )。另外, 与量子密码发送 装置 101 的调制信号生成器 106 同样地, 相位调制装置 200 的调制信号生成器也是电脉冲 输出部的一个例子。第 1 电脉冲是具有与数据信号的值对应的电压 ( 但是, 也可以是以往 的一半的电压 ) 的电脉冲, 成为信号光脉冲的解调信号。数据信号是表示随机数的值的信 号 ( 以下, 简称为 “随机数” ), 从量子密码接收装置 201 的随机数生成器 ( 未图示 ) 被输入 到调制信号生成器。第 2 电脉冲是相对第 1 电脉冲具有规定的电位差的电脉冲, 成为参照 光脉冲的解调信号。 对于第 1 电脉冲与第 2 电脉冲之间的电位差, 与量子密码发送装置 101 的调制信号生成器 106 相同。 相位调制装置 200 的相位调制器 206 输入从调制信号生成器输出的第 1 电脉冲, 根据所输入的第 1 电脉冲的电压对由接收部 202 接收到的信号光脉冲进行相位调制。即, 相位调制器 206 将从调制信号生成器输出的第 1 电脉冲施加到从接收部 202 输出的信号光 脉冲而对该信号光脉冲进行相位解调。另外, 相位调制器 206 输入从调制信号生成器输出 的第 2 电脉冲, 根据所输入的第 2 电脉冲的电压对由接收部 202 接收到的第 2 光脉冲进行 相位调制。 即, 相位调制器 206 将从调制信号生成器输出的第 2 电脉冲施加到从接收部 202 输出的参照光脉冲而对该参照光脉冲进行相位解调 ( 步骤 S105 : 相位解调步骤 )。另外, 相 位调制器 206 是相位调制部的一个例子, 可以使用与量子密码发送装置 101 的相位调制器 105 相同的结构。
         光子检测器 204、 205 中的某一个对由相位调制器 206 进行了相位解调的信号光脉 冲与参照光脉冲之间的相位差进行检测。另外, 光子检测器 204、 205 是相位差检测部的一 个例子 ( 步骤 S106 : 相位差检测步骤 )。
         例如, 在将输入到量子密码发送装置 101 的调制信号生成器 106 的数据信号设成 4 值时 ( 即, 通过量子密码通信发送的信息是 2 比特的情况 ), 在接收步骤 ( 步骤 S104) 中, 通过接收部 202 接收作为相位差为 0、 π、 -π/2、 π/2 中的某一个的 2 连光脉冲。在电脉 冲输出步骤 ( 步骤 S104) 中, 从量子密码接收装置 201 的随机数生成器对调制信号生成器 输入值为 0 或者 1 的随机数 ( 即, 1 比特的随机数 )。调制信号生成器生成与随机数的值对 应的第 1 电脉冲和第 2 电脉冲, 对在相位解调步骤 ( 步骤 S105) 中施加到信号光脉冲和参 照光脉冲的相位调制的量进行控制 ( 即, 对在信号光脉冲与参照光脉冲之间施加的相位差 进行控制 )。例如, 可以对随机数的值 0、 1, 依次分配相位调制的量 0、 π/2。
         在电脉冲输出步骤 ( 步骤 S104) 中随机数的值为 0 的情况下, 相位解调步骤 ( 步 骤 S105) 中的相位调制的量成为 0。因此, 在接收步骤 ( 步骤 S104) 中接收到的相位差 0、 π、 -π/2、 π/2 的 2 连光脉冲在相位解调步骤 ( 步骤 S105) 中, 依次成为相位差 0、 π、 -π/2、 π/2 的 2 连光脉冲 ( 即, 未进行相位调制 )。例如, 如果作为光子检测器 204 使 用对相位差 0 的光子进行检测的光子检测器, 作为光子检测器 205 使用对相位差 π 的光子 进行检测的光子检测器, 则在相位差检测步骤 ( 步骤 S106) 中, 光子检测器 204 可以检测相 位差 0 的 2 连光脉冲, 光子检测器 205 可以检测相位差 π 的 2 连光脉冲。在光子检测器 204 检测到相位差 0 的 2 连光脉冲的情况下, 可知输入到量子密码发送装置 101 的调制信 号生成器 106 中的数据信号的值是 00。在光子检测器 205 检测到相位差 π 的 2 连光脉冲 的情况下, 可知输入到量子密码发送装置 101 的调制信号生成器 106 中的数据信号的值是 10。在相位差检测步骤 ( 步骤 S106) 中得知的数据信号的值 ( 即, 2 比特的信息 ) 例如通过 量子密码接收装置 201 的输出装置 ( 未图示, 例如 LCD(Liquid Crystal Display, 液晶显 示器 )) 输出。然后, 通过量子密码接收装置 201 的处理装置 ( 未图示, 例如 CPU(Central Processing Unit, 中央处理单元 )), 例如用作密码密钥信息或者其一部分。
         另一方面, 在电脉冲输出步骤 ( 步骤 S104) 中随机数的值为 1 的情况下, 相位解调 步骤 ( 步骤 S105) 中的相位调制的量成为 π/2。因此, 在接收步骤 ( 步骤 S104) 中接收到 的相位差 0、 π、 -π/2、 π/2 的 2 连光脉冲在相位解调步骤 ( 步骤 S105) 中, 依次成为相位 差 π/2、 -π/2、 0、 π 的 2 连光脉冲。例如, 如上所述, 如果作为光子检测器 204 使用对相 位差 0 的光子进行检测的光子检测器, 作为光子检测器 205 使用对相位差 π 的光子进行检 测的光子检测器, 则在相位差检测步骤 ( 步骤 S106) 中, 光子检测器 204 可以检测相位差 0 的 2 连光脉冲, 光子检测器 205 可以检测相位差 π 的 2 连光脉冲。在光子检测器 204 检测 到相位差 0 的 2 连光脉冲的情况下, 可知输入到量子密码发送装置 101 的调制信号生成器 106 中的数据信号的值是 01。在光子检测器 205 检测到相位差 π 的 2 连光脉冲的情况下, 可知输入到量子密码发送装置 101 的调制信号生成器 106 中的数据信号的值是 11。 在相位 差检测步骤 ( 步骤 S106) 中得知的数据信号的值 ( 即, 2 比特的信息 ) 例如如上所述, 通过 量子密码接收装置 201 的输出装置 ( 未图示 ) 输出。然后, 通过量子密码接收装置 201 的 处理装置 ( 未图示 ), 例如用作密码密钥信息或者其一部分。
         如以上说明, 根据本实施方式, 相位调制部 ( 例如, 相位调制器 105、 206) 根据第 1 电脉冲的电压对第 1 光脉冲 ( 例如, 信号光脉冲 ) 进行相位调制, 并且根据相对第 1 电脉冲 具有规定的电位差的第 2 电脉冲的电压对第 2 光脉冲 ( 例如, 参照光脉冲 ) 进行相位调制, 从而可以在 2 连光脉冲的高速相位调制时, 进行高精度的相位调制。另外, 通过将具备这样 的相位调制部的相位调制装置 ( 例如, 相位调制装置 100、 200) 嵌入到量子密码通信装置 ( 例如, 量子密码发送装置 101、 量子密码接收装置 201) 中, 通信质量提高。
         如上所述, 本实施方式的相位调制装置是采用在作为具有时间差的 2 个光脉冲的 信号光脉冲与参照光脉冲之间的相位差中载置信息的相位调制方式, 且具备量子密码的相 位调制器和调制信号生成器的相位调制装置。在该相位调制装置中, 信号光脉冲和参照光 脉冲通过相位调制器, 根据有无调制信号而接受相位调制。调制信号生成器输出调制用电 脉冲信号。通过相位调制用数据信号选择调制用电脉冲信号的振幅。调制用电脉冲信号的 输出定时与触发信号同步。 根据信号光脉冲和参照光脉冲之间的时间差生成调制用电脉冲信号, 由极性相互反转了的 2 个调制用电脉冲信号构成。对信号光脉冲和参照光脉冲, 分别 施加极性反转了的相位调制。
         实施方式 2.
         对于本实施方式, 主要说明与实施方式 1 的差异。
         嵌入了本实施方式的相位调制装置 100、 200 的量子密码通信装置与实施方式 1 同 样地, 可以取图 1 所示那样的结构。相位调制装置 100 的结构与图 2 所示的实施方式 1 的 结构相同。
         如图 3 所示, 在实施方式 1 中, 如果输入了触发信号, 则调制信号生成器 106 与信 号光脉冲通过相位调制器 105 的定时对应地, 将数据信号指定的振幅的第 1 电脉冲施加到 相位调制器 105。 然后, 调制信号生成器 106 与参照光脉冲通过相位调制器 105 的定时对应 地, 将与施加到信号光脉冲的电脉冲相比极性相反且振幅为相同的大小的第 2 电脉冲施加 到相位调制器 105。图 3 的第 1 电脉冲、 第 2 电脉冲是使脉冲宽度与信号光脉冲、 参照光脉 冲的脉冲宽度对应的矩形波, 但第 1 电脉冲、 第 2 电脉冲的脉冲宽度也可以更宽。
         图 6 是示出本实施方式的相位调制装置 100 中的相位调制的定时以及电脉冲的波 形的时序图。 如图 6 所示, 第 1 电脉冲、 第 2 电脉冲、 即施加到相位调制器 105 的电脉冲的脉冲 宽度也可以不与光脉冲的脉冲宽度对应, 而设成脉冲周期的 50%。即, 从调制信号生成器 106 输出的第 1 电脉冲和第 2 电脉冲的占空比也可以是 50%。由此, 可以易于制作电脉冲, 所以相位调制装置 100 的安装变得简单。另外, 对于相位调制装置 200 也是同样的。
         实施方式 3.
         图 7 是示出图 2 所示的实施方式 1 的相位调制装置 100( 特别地, 调制信号生成器 106) 的详细结构的一个例子的图。
         在图 7 中, 调制信号生成器 106 具备电脉冲生成器 107、 延迟线 108、 差动放大器 109。
         电脉冲生成器 107 与触发信号的输入同步地, 生成通过数据信号设定的振幅的电 脉冲。电脉冲生成器 107 将所生成的电脉冲作为信号脉冲调制信号和参照脉冲调制信号而 从 2 个输出端口输出。此时, 信号脉冲调制信号和参照脉冲调制信号的振幅相同。信号脉 冲调制信号直接输入到差动放大器 109。 另一方面, 参照脉冲调制信号经由附加与信号光脉 冲和参照光脉冲之间的时间差相当的延迟的延迟线 108, 输入到差动放大器 109 的逆变器 输入端口。差动放大器 109 根据相位调制器 105 的特性适合地进行了信号放大之后, 将所 放大的信号脉冲调制信号以及参照脉冲调制信号施加到相位调制器 105。
         在本实施方式中, 通过取所述那样的结构, 可以容易地生成图 2 的时序图所示那 样的极性相互反转了的有时间差的 2 连电脉冲。
         如上所述, 本实施方式的相位调制装置的调制信号生成器对通过数据信号进行了 振幅调制的电脉冲信号进行 2 通道输出。在该调制信号生成器中, 所输出的 2 个信号中的 1 个信号直接输入到差动放大器而用于信号光脉冲调制。另 1 个信号通过延迟线与光脉冲 的时间差对应地延迟之后, 输入到差动放大器的逆变器输入而用于参照光脉冲调制。各信 号通过差动放大器被放大为适合的相位调制电压而输出。
         实施方式 4.
         对于本实施方式, 主要说明与实施方式 1 的差异。
         嵌入了本实施方式的相位调制装置 100、 200 的量子密码通信装置与实施方式 1 同 样地, 可以取图 1 所示那样的结构。相位调制装置 100 的结构与图 2 所示的实施方式 1 的 结构相同。
         如图 3 所示, 在实施方式 1 中, 如果输入了触发信号, 则调制信号生成器 106 与信 号光脉冲通过相位调制器 105 的定时对应地, 将数据信号指定的振幅的第 1 电脉冲施加到 相位调制器 105。 然后, 调制信号生成器 106 与参照光脉冲通过相位调制器 105 的定时对应 地, 将与施加到信号光脉冲的电脉冲相比极性相反且振幅为相同的大小的第 2 电脉冲施加 到相位调制器 105。图 3 的第 1 电脉冲、 第 2 电脉冲是使脉冲宽度与信号光脉冲、 参照光脉 冲的脉冲宽度对应的矩形波, 但第 1 电脉冲、 第 2 电脉冲也可以并非矩形波。
         图 8 是示出本实施方式的相位调制装置 100 中的相位调制的定时以及电脉冲的波 形的时序图。
         如图 8 所示, 第 1 电脉冲、 第 2 电脉冲、 即施加到相位调制器 105 的电脉冲的波形 也可以是锯齿状的波形。即, 从调制信号生成器 106 输出的第 1 电脉冲和第 2 电脉冲也可 以是锯齿波。由此, 即使 2 连光脉冲通过相位调制器 105 的定时与对相位调制器 105 施加 2 连电脉冲的定时稍微偏移, 也可以施加具有必要的电位差的 2 连电脉冲。即, 通过施加锯 齿状的电脉冲, 即使电脉冲的定时相对光脉冲不精确而稍微偏移, 相对信号光脉冲和参照 光脉冲的相位调制的量之差也恒定, 所以可以实现精确的相位调制。 另外, 对于相位调制装 置 200 也是同样的。
         在图 8 中, 示出了锯齿状波的扫描范围比光脉冲的时间差稍微长的例子, 但扫描 范围也可以等于或者短于光脉冲的时间差。另外, 也可以使扫描范围等于脉冲周期。即, 也 可以与实施方式 2 同样地, 施加横跨脉冲周期的整体的扫描。
         如上所述, 本实施方式的相位调制装置是采用在作为具有时间差的 2 个光脉冲的 信号光脉冲与参照光脉冲之间的相位差中载置信息的相位调制方式, 且具备量子密码的相 位调制器和调制信号生成器的相位调制装置。在该相位调制装置中, 信号光脉冲和参照光 脉冲通过相位调制器, 根据有无调制信号而受到相位调制。调制信号生成器输出调制用电 脉冲信号。通过相位调制用数据信号选择调制用电脉冲信号的振幅。调制用电脉冲信号的 输出定时与触发信号同步。调制用电脉冲信号是消除 DC 分量的单发 (one-shot) 的锯齿 波状, 具有与信号光脉冲和参照光脉冲之间的时间差相同程度或者比该时间差长的扫描时 间。对信号光脉冲和参照光脉冲, 分别施加极性反转了的相位调制。
         以上, 说明了本发明的实施方式, 但也可以将它们中的 2 个以上的实施方式组合 而实施?;蛘?, 也可以部分性地实施它们中的 1 个实施方式?;蛘?, 也可以部分性地组合实 施它们中的 2 个以上的实施方式。

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