反压缩态光产生器制造技术

为了实现利用了反压缩态光的光通信，必须发明专利技术仅以具有长期可靠性的部件就容易实现足够强度的反压缩态的方法。本发明专利技术所采用的方法是，仅以具有长期可靠性的光通信用部件构筑反压缩态光产生系统。以强度调制器使连续激发的ＬＤ光脉冲化，并用光学放大器放大。放大的脉冲光因在光纤（１）的高阶孤子压缩效应而短脉冲化且峰值强度变强，通过光纤（２）的传播使得在位相方向涨落增强。由于用光学放大器使初始涨落增强，在位相方向增强的涨落也随之变大，从而得到足够的反压缩态强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及反压缩态光产生器(アンチスクイズド光生成器)，尤其涉及量子通信、量子密码以及光通信。
技术介绍
对通信中保密性的要求从古至未来都是永恒的主题，近年来的网络社会中，密码学的发展确保了该要求得以满足。现在普及的公开键密码等的安全性是把着眼点放在解码需要不现实的长时间上，但计算机技术一直在进步，公开键密码等在将来难以永久保证其安全性。另一方面，现在研究活跃的量子密码从物理原理上来说安全性可得到保证，即使技术上进步，安全性也不会下降，希望它得以实现。目前实现性最高的量子密码有使用了微弱LD光的量子键传送方式(非专利文献1)。该方式对在信号发送者和接收者之间必要的共通键的共有利用量子力学法则，共通键共有后进行通常的密码通信。在共有共通键的过程中利用专用的光回路，用不到一个光子数的超微弱光构成一个信号来传送随机数信号。由于使一个信号不到一个光子数，即使有窃听，正常的接受者也可发现有人窃听，仅用不被窃听而可以确定安全地接受的随机数数据作为共通键。本方式在密码学中其安全性已得到证明，但需要专用线路，此外，由于对于一个信号使用不到一个光子数，传送损耗极小，例如传送100km的话，键产生速率为几个bps的程度。由于这些缺点，可以想象到使用微弱LD光的量子键传送方式的导入其用途会被限定。对此，Yuen等提出了使用介观(所谓介观mesoscopic是指宏观(macroscopic)和微观(microscopic)中间的意思)的数目的光子，传送不限于键传送的信号的量子力学方式的方案(非专利文献2)。光的2个正交位相成分(或者强度和位相的对)在量子力学涨落的精度以下不能同时被确定。在使用了位相调制方式的光传送接收系统中，使送信基底精细变化，相邻的送信基底包含在量子涨落的范围内的话，不知道送信基底的窃听者就不能从窃听到的信号中获取有用的信息。该方式确实在量子涨落的范围内基底不确定，但也有在使基底变化的过程中以通常的密码利用所使用的模拟随机数时，信号所相当的光子数很大时，必须到通常的经典密码程度的安全性的报道(非专利文献3)，还尚在研究阶段。Yuen等的方法是从利用不到一个光子的超微弱光中脱离出来，把传送不限于键发送的信号置于念头之中而专利技术出来的，可以说是接近现实立场的专利技术。然而，该方法中以所说的一般光通信系统中使用的宏观的光量为前提，为了导入一般的光通信系统，还需要进一步的专利技术。量子力学性质一般在微观领域才显著，在光量为宏观的情况下一般量子力学性质难以表现出来。我们知道在宏观的光量也表现出量子力学性质的光的状态为压缩态。压缩态是控制真空或激光的输出光的相干态的涨落而得到的(相干态的涨落等于真空的涨落)，在真空(相干态)中2个正交位相成分的涨落的大小相等，而在压缩态中，一个正交位相成分的涨落小，另一个大。正交位相空间上的真空涨落(相干态的涨落)的面积是不能比它更小的最小的涨落，基于该真空涨落(称为量子涨落)的噪声水平称为标准量子极限。压缩态的涨落减小了的成分突破了标准量子极限而受到关注，压缩态若其一部分损失的话，由于真空涨落的流入，涨落变小了的正交位相成分简单地成为真空涨落(相干态的涨落)水平，因此，注目于涨落减小的成分，对损失不可避免的光通信应用压缩态是几乎不可能的。另一方面，在压缩态中，涨落变大了的成分(反压缩态成分)即使因损失而真空涨落增大，涨落的大致特性也由原来的扩展涨落的反压缩态成分决定，即使有损失也仅是该部分涨落变小，不容易回归到真空涨落(相干态的涨落)水平。即，反压缩态成分具有与通常的经典光通信相同程度的耐损失的能力。根据同样的考察，对于光学放大，涨落减小到真空涨落以下的成分不能维持其性质，另一方面，对涨落增大了的成分则有耐力。着眼于这一点，利用涨落放大了的成分做成难以窃听的光通信法在未公布的专利文献1中有记述。在专利文献1的方法中，信号取2个值，在位相空间随机选取相当于基底的轴。使基底轴的正负方向分别对应该2值的信号，在垂直于该基底轴方向上的涨落变大。使正常的接受者知道基底轴的随机性，使用与该基底相关的信息，正常的接受者在投影到不受放大的涨落的影响的方向上进行测量(通常的零差检测)。根据正常的接受者知道随机的基底轴的前提条件，信号的接受不会变得困难，同时信号在与涨落放大了的方向垂直的方向上重叠，信号的信噪比(S/N比)也不变差。另一方面，即使有窃听者，没有与基底轴的随机性相关的信息的话，只检测到包含放大的涨落的信号，S/N比大幅变差。即，窃听者的检测误差率与正常接受者相比大幅增加，这就强化了通信的安全性。为了发送者和接受者共有用于信号基底的信息，利用使用了种子键的模拟随机数产生器。使用了种子键的模拟随机数产生在目前的密码通信中是常用的方法，使用了反压缩态光的方法除了通常的密码通信的安全性以外，还附加了因放大的涨落导致的窃听困难性，是强化了物理法则上的安全性的通信法。再有，该方法中与信号强度一致并增大反压缩的强度的话，可达到与光强度无关的同样的检测误差率，因而是具有在通常的光通信中使用的宏观的光子数中也可使用的具有量子力学性质的通信方法。由于一个正交位相成分的涨落的放大是在压缩态光产生时自动达成的，所以基本上反压缩态光的产生只要可进行压缩光产生即可。然而，至此专利技术的压缩态光产生的方法始终是想产生压缩，而不是用于进行安全的光通信的具有宏观的振幅(强度)的反压缩光的产生。例如，有使用了简并参量下转换的方法以角频率2ω的光为激发光使无输入(真空)的角频率ω的光随位相而放大，得到几个dB左右压缩了的真空(非专利文献4、5)的方法。提出了使用了光纤的x效应的各种方法。x效应是折射率随光强改变的现象，使光强度为I，折射率由n＝n0+n2I给出。在此，n0表示线性折射率，n2是给出非线性折射率的系数。在光的振幅方向(强度)有涨落的话，折射率因x效应涨落，结果，在位相方向上涨落增大。增大的位相方向的涨落与振幅相比足够小的话，涨落改变并维持正交位相空间内的涨落的面积，存在伴随着位相方向涨落增大涨落减小的方向。此即压缩态。意在利用该原理产生疑似的压缩态真空的有对称型光纤干涉计的方法(非专利文献6、7；未公布的专利文献2)，意图在具有振幅并在振幅方向压缩了的光的产生的有非对称型光纤干涉计的方法(非专利文献8、9)。这些方法都是意在压缩态光产生的方法，而不是意图光通信用的反压缩态光产生的方法。需要固体激光器或光纤激光器作为激发光源，需要高稳定的光干涉计。此外，还不满足光通信中所必要的长期可靠性、无维护地工作、高的重复率、低抖动、脉冲间相干等要求。因此，要实现未公布的专利文献1中所示的安全的光通信，必须专利技术反压缩态光源。特开2006-191410号公报非专利文献1-N.Gisin，G.Ribordy，W.Tittel，and H.Zbinden，Reviews ofModern Physics 74，145-195(2002). 非专利文献2-G.A.Barbosa，E.Corndorf，P.Kumar，and H.Yuen，PhysicalReview Letters 90，No.22，227901(2003). 非专利文献3-T.Nishioka，T.Hasegawa，H.Ishizuka，K.Imafu本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反压缩态光产生器，是具备激光光源、把来自所述激光光源的输出光变成脉冲光的强度调制器（使此时的脉冲时间宽度的半高宽为△Ｔ）、放大所述脉冲光的光学放大器（使放大后的峰值强度为Ｐ↓［０］）、对所述激光光源的发振波长λ表现出异常色散的光纤（１）以及异常色散的大小比光纤（１）更小的光纤（２）的光学系统，其特征在于，使从以Ｔ↓［０］＝△Ｔ／（２×０．８８１３７）定义的脉冲宽度Ｔ↓［０］、在所述光纤１的发振波长λ的群速度色散β↓［２］、在所述光纤（１）的λ的非线性系数γ根据公式Ｎ↑［２］＝γＰ↓［０］Ｔ↓［０］↑［２］／｜β↓［２］｜得出的孤子阶数Ｎ在２以上来设定△Ｔ、Ｐ↓［０］、β↓［２］各参数，在由各参数设定后的孤子阶数Ｎ和孤子周期ｚ↓［０］＝（π／２）Ｔ↓［０］↑［２］／｜β↓［２］｜所决定的光纤长度ｚ↓［ｏｐｔ］＝ｚ↓［０］（０．３２／Ｎ＋１．１／Ｎ↑［２］）的６０－１５０％范围设定光纤（１）的长度，光纤（２）的长度在从１ｋｍ到１００ｋｍ的范围，最终输出在位相方向噪声增大的光。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：户丸辰也，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]