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特開2024-48894量子暗号通信ネットワークにおける中継装置および伝送制御方法、ならびにネットワーク管理装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024048894
(43)【公開日】2024-04-09
(54)【発明の名称】量子暗号通信ネットワークにおける中継装置および伝送制御方法、ならびにネットワーク管理装置
(51)【国際特許分類】
H04B 10/70 20130101AFI20240402BHJP
H04B 10/291 20130101ALI20240402BHJP
H04B 10/112 20130101ALI20240402BHJP
【ＦＩ】
H04B10/70
H04B10/291
H04B10/112
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022155039
(22)【出願日】2022-09-28
(71)【出願人】
【識別番号】000004237
【氏名又は名称】日本電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100124811
【弁理士】
【氏名又は名称】馬場 資博
(74)【代理人】
【識別番号】100088959
【弁理士】
【氏名又は名称】境 廣巳
(74)【代理人】
【識別番号】100097157
【弁理士】
【氏名又は名称】桂木 雄二
(74)【代理人】
【識別番号】100187724
【弁理士】
【氏名又は名称】唐鎌 睦
(72)【発明者】
【氏名】今井 浩
【テーマコード（参考）】
5K102
【Ｆターム（参考）】
5K102AA21
5K102AA68
5K102AB11
5K102AH13
5K102AL26
5K102MA03
5K102MB05
5K102MC12
5K102MD01
5K102MD03
5K102MD04
5K102MH04
5K102MH20
5K102MH22
5K102NA02
5K102PC12
5K102PC13
5K102PD05
5K102PD14
5K102PH13
5K102PH15
5K102PH22
5K102PH24
5K102PH31
5K102PH50
5K102RB02
(57)【要約】 （修正有）
【課題】環境の変化により光の伝搬特性が影響を受けやすい光伝送路を用いて、信号の中継および経路切替を容易に実現可能な量子暗号通信ネットワークにおける中継装置、その伝送制御方法、ネットワーク管理装置及び量子暗号通信ネットワークを提供する。
【解決手段】中継装置は、入力側の空間リンクを収容する入力側光学系２０１と、入力側光学系を通して入力した信号光パルスＰｒＱ及び参照光パルスＰｒＬＯのうち参照光パルスのみを光増幅する光増幅器２０５と、出力側の空間リンクを収容し信号光及び光増幅された参照光パルスを出力する出力側光学系２０２と、入力側及び／又は出力側の空間リンクの光減衰率を計算する減衰率計算部２０８と、ネットワーク管理装置の制御下で空間リンクの光減衰率に応じて光増幅器の光増幅率を制御し、入力側光学系及び／又は出力側光学系を制御して空間リンクを選択する制御部２０９と、を有する。
【選択図】図２
【解決手段】中継装置は、入力側の空間リンクを収容する入力側光学系２０１と、入力側光学系を通して入力した信号光パルスＰｒＱ及び参照光パルスＰｒＬＯのうち参照光パルスのみを光増幅する光増幅器２０５と、出力側の空間リンクを収容し信号光及び光増幅された参照光パルスを出力する出力側光学系２０２と、入力側及び／又は出力側の空間リンクの光減衰率を計算する減衰率計算部２０８と、ネットワーク管理装置の制御下で空間リンクの光減衰率に応じて光増幅器の光増幅率を制御し、入力側光学系及び／又は出力側光学系を制御して空間リンクを選択する制御部２０９と、を有する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
量子暗号通信ネットワークにおいて、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを中継する中継装置であって、
少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、
前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、
少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、
前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する減衰率検出部と、
前記量子暗号通信ネットワークのネットワーク管理装置からの制御情報に従って、前記空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する制御部と、
を有することを特徴とする量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、
前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、
少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、
前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する減衰率検出部と、
前記量子暗号通信ネットワークのネットワーク管理装置からの制御情報に従って、前記空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する制御部と、
を有することを特徴とする量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
【請求項2】
前記出力側光学系が複数の出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を選択された出力側の空間リンクへ出力する出力側の光スイッチを有することを特徴とする請求項１に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
【請求項3】
前記入力側光学系が複数の入力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記参照光を選択された入力側の空間リンクから入力する入力側の光スイッチを有することを特徴とする請求項１または２に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
【請求項4】
前記減衰率検出部が、
前記空間リンクに接続された隣接するノードからプローブ光を前記空間リンクを通して受信するプローブ光受信部と、
前記空間リンクを通して到達したプローブ光の強度から前記光減衰率を計算する光減衰率計算部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
前記空間リンクに接続された隣接するノードからプローブ光を前記空間リンクを通して受信するプローブ光受信部と、
前記空間リンクを通して到達したプローブ光の強度から前記光減衰率を計算する光減衰率計算部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
【請求項5】
前記減衰率検出部が、
前記空間リンクに接続された隣接するノードへプローブ光を前記空間リンクを通して送出するプローブ光送信部と、
前記隣接ノードで反射して前記空間リンクを通して戻ってきたプローブ光の強度から前記光減衰率を計算する光減衰率計算部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
前記空間リンクに接続された隣接するノードへプローブ光を前記空間リンクを通して送出するプローブ光送信部と、
前記隣接ノードで反射して前記空間リンクを通して戻ってきたプローブ光の強度から前記光減衰率を計算する光減衰率計算部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
【請求項6】
量子暗号通信ネットワークにおいて、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光と中継する中継装置であって、
少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、
前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、
少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、
前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する減衰率検出部と、
前記光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御する制御部と、
前記光減衰率と隣接ノードが検出した光減衰率とに基づいて、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御し前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する経路選択部と、
を有することを特徴とする量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、
前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、
少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、
前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する減衰率検出部と、
前記光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御する制御部と、
前記光減衰率と隣接ノードが検出した光減衰率とに基づいて、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御し前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する経路選択部と、
を有することを特徴とする量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
【請求項7】
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークのネットワーク管理装置であって、
前記量子暗号通信ネットワークのノードおよび空間リンクからなるネットワーク構成を格納する記憶部と、
前記複数のノードから各ノードが収容する空間リンクの光減衰率を収集する減衰率収集部と、
前記空間リンクの光減衰率に基づいて前記量子暗号通信ネットワークにおける経路を選択し、当該経路を実現する空間リンクを選択するように前記経路上の各中継装置を制御する経路選択制御部と、
を有するネットワーク管理装置。
前記量子暗号通信ネットワークのノードおよび空間リンクからなるネットワーク構成を格納する記憶部と、
前記複数のノードから各ノードが収容する空間リンクの光減衰率を収集する減衰率収集部と、
前記空間リンクの光減衰率に基づいて前記量子暗号通信ネットワークにおける経路を選択し、当該経路を実現する空間リンクを選択するように前記経路上の各中継装置を制御する経路選択制御部と、
を有するネットワーク管理装置。
【請求項8】
前記複数の中継装置の各々が前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器を有し、
前記経路選択制御部が、前記経路上の各中継装置の入力側の空間リンクの光減衰率に応じて、当該中継装置の前記光増幅器の光増幅率を制御することを特徴とする請求項７に記載のネットワーク管理装置。
前記経路選択制御部が、前記経路上の各中継装置の入力側の空間リンクの光減衰率に応じて、当該中継装置の前記光増幅器の光増幅率を制御することを特徴とする請求項７に記載のネットワーク管理装置。
【請求項9】
量子暗号通信ネットワークにおいて、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを中継する中継装置の伝送制御方法であって、
入力側光学系が少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容し、
光増幅器が前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅し、
出力光学系が少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力し、
減衰率検出部が前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出し、
制御部が、前記量子暗号通信ネットワークのネットワーク管理装置からの制御情報に従って、前記空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する、
ことを特徴とする中継装置の伝送制御方法。
入力側光学系が少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容し、
光増幅器が前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅し、
出力光学系が少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力し、
減衰率検出部が前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出し、
制御部が、前記量子暗号通信ネットワークのネットワーク管理装置からの制御情報に従って、前記空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する、
ことを特徴とする中継装置の伝送制御方法。
【請求項10】
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、ネットワーク管理装置により管理される量子暗号通信ネットワークであって、
前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信し、
前記中継装置が、
少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、
前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、
少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、
を有し、
前記ネットワーク管理装置が、各空間リンクの光減衰率を収集し、前記中間装置が収容する空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記送信機と前記受信機との間の中継装置の前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光の経路を選択する、
ことを特徴とする量子暗号通信ネットワーク。
前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信し、
前記中継装置が、
少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、
前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、
少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、
を有し、
前記ネットワーク管理装置が、各空間リンクの光減衰率を収集し、前記中間装置が収容する空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記送信機と前記受信機との間の中継装置の前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光の経路を選択する、
ことを特徴とする量子暗号通信ネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は量子暗号通信ネットワークに係り、特に中継技術およびネットワーク管理技術に関する。
【背景技術】
【0002】
光通信の分野において、量子暗号鍵配付(ＱＫＤ)システムは伝送路の高秘匿性を実現するものとして盛んに研究され実用化されつつある。このようなＱＫＤシステムにおいて、近年、光子単位の離散量ではなく、光の直交位相振幅(quadrature-phase amplitude)のような連続量を用いた連続量ＱＫＤが提案されている。特に受信側で直交位相振幅を測定するホモダイン検出は、通常のフォトダイオードを室温で用いても量子雑音限界の測定が可能となり高い量子効率を達成できるとして注目されている（特許文献１）。
【0003】
特許文献１によれば、連続量ＱＫＤでは、送信者（Ａｌｉｃｅ）端末でレーザ光をビームスプリッタにより参照光（以下、ＬＯ（局部発振）光という。）と信号光とに分割し、ＬＯ光とランダムに位相変調された微弱な信号光とを受信者（Ｂｏｂ）端末へ送信する。受信者端末では、到達したＬＯ光をランダムに位相変調した後、そのＬＯ光と同じく到達した微弱な信号光とをビームスプリッタを通して２つの光検出器で検出する。このホモダイン検出により送信側で位相変調された信号光の位相情報を取り出すことができる。
【0004】
このときホモダイン検出後の信号光のレベル平均値は、信号光の光子数をｎ１、ＬＯ光の光子数をｎ０とすれば、上述の特許文献１に記載されているように、２√ｎ１√ｎ０となる。光ファイバの伝送損失は０．２ｄＢ／ｋｍ以上なので、伝送距離５０ｋｍでは１０ｄＢ、すなわち光パワーが１／１０に、伝送距離１００ｋｍでは１／１００に減衰する。したがって、ホモダイン検出後の信号レベルも同様に伝送距離５０ｋｍ、１００ｋｍでは、それぞれ１／１０、１／１００以下となる。
【0005】
このような信号レベルの減衰はホモダイン検出におけるＳＮ比を劣化させる。ＳＮ比の劣化を防止するには、信号レベルを上昇させる必要があるが、伝送路に光増幅器を設ける対策では信号光も増幅され暗号鍵の情報に影響を与えるために採用できない。また送信者端末のレーザ出力を増大させてもよいが、レーザ出力の増大で上記信号レベルの減衰を補おうとすると、たとえばレーザ光源を１０ｍＷ（クラス１）から１Ｗ（クラス４）へ大幅に高める必要があり、装置の大型化、光学部品の耐久性の問題、および伝送時の安全性の低下を招来し実用的ではない（レーザのクラスは１．５μｍ帯の場合）。
【0006】
そこで、特許文献２では、ホモダイン検出におけるＳＮ比を向上させるために受信者端末でＬＯ光だけを増幅する構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２０００－１０１５７０号公報
【特許文献2】特開２００７－２６６７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、上述した背景技術では、光伝送路として光ファイバを用いたシステムが前提とされている。このために、光ファイバよりも減衰率が大きく伝搬特性が環境の影響を受けやすい光伝送路の場合、十分なＳＮ比および出力の安定性を期待することができない。たとえば自由空間を光伝送路として利用する場合、空気中の水蒸気量、温度変化による空気密度の局所的な変動等を考慮する必要がある。特許文献１および２では、このような減衰率の大きい光伝送路を用いた場合の課題が認識されておらず、その対策も全く記載されていない。
【0009】
また、自由空間のように光伝送路の減衰率が大きい場合には遠方に信号を伝送できない。一般的な通信システムでは伝送距離を延ばすために伝送路中に中継器を設けることができる。しかしながらＱＫＤシステムでは量子状態を有する微弱な信号光をそのまま通過させる必要があるために、中継器内で光電変換することができない。このために自由空間を利用したＱＫＤシステムでは長距離化が困難である。
【0010】
さらにＱＫＤシステムでは、送信者（Ａｌｉｃｅ）が微弱な信号光を受信者（Ｂｏｂ）へ送付し、受信者（Ｂｏｂ）が到達した信号光に基づいて暗号鍵を共有する方式が採用されている。したがって信号光の経路切替が可能なネットワークの構築がそもそも想定されていない。
【0011】
そこで、本発明の目的は、環境の変化により光の伝搬特性が影響を受けやすい光伝送路を用いて、信号の中継および経路切替を容易に実現可能な量子暗号通信ネットワーク、中継装置、伝送制御方法およびネットワーク管理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の一態様によれば、量子暗号通信ネットワークにおいて、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを中継する中継装置であって、少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する減衰率検出部と、前記量子暗号通信ネットワークのネットワーク管理装置からの制御情報に従って、前記空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する制御部と、を有することを特徴とする。
本発明の一態様によれば、量子暗号通信ネットワークにおいて、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを中継する中継装置であって、少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する減衰率検出部と、前記光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御する制御部と、前記光減衰率と隣接ノードが検出した光減衰率とに基づいて、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御し前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する経路選択部と、を有することを特徴とする。
本発明の一態様によれば、送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークのネットワーク管理装置であって、前記量子暗号通信ネットワークのノードおよび空間リンクからなるネットワーク構成を格納する記憶部と、前記複数のノードから各ノードが収容する空間リンクの光減衰率を収集する減衰率収集部と、前記空間リンクの光減衰率に基づいて前記量子暗号通信ネットワークにおける経路を選択し、当該経路を実現する空間リンクを選択するように前記経路上の各中継装置を制御する経路選択制御部と、を有する。
本発明の一態様によれば、量子暗号通信ネットワークにおいて、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを中継する中継装置の伝送制御方法であって、入力側光学系が少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容し、光増幅器が前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅し、出力光学系が少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力し、減衰率検出部が前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出し、制御部が、前記量子暗号通信ネットワークのネットワーク管理装置からの制御情報に従って、前記空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する、ことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、ネットワーク管理装置により管理される量子暗号通信ネットワークであって、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信し、前記中継装置が、少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、を有し、前記ネットワーク管理装置が、各空間リンクの光減衰率を収集し、前記中間装置が収容する空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記送信機と前記受信機との間の中継装置の前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光の経路を選択する、ことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、量子暗号通信ネットワークにおいて、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを中継する中継装置であって、少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する減衰率検出部と、前記光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御する制御部と、前記光減衰率と隣接ノードが検出した光減衰率とに基づいて、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御し前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する経路選択部と、を有することを特徴とする。
本発明の一態様によれば、送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークのネットワーク管理装置であって、前記量子暗号通信ネットワークのノードおよび空間リンクからなるネットワーク構成を格納する記憶部と、前記複数のノードから各ノードが収容する空間リンクの光減衰率を収集する減衰率収集部と、前記空間リンクの光減衰率に基づいて前記量子暗号通信ネットワークにおける経路を選択し、当該経路を実現する空間リンクを選択するように前記経路上の各中継装置を制御する経路選択制御部と、を有する。
本発明の一態様によれば、量子暗号通信ネットワークにおいて、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを中継する中継装置の伝送制御方法であって、入力側光学系が少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容し、光増幅器が前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅し、出力光学系が少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力し、減衰率検出部が前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出し、制御部が、前記量子暗号通信ネットワークのネットワーク管理装置からの制御情報に従って、前記空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する、ことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、ネットワーク管理装置により管理される量子暗号通信ネットワークであって、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信し、前記中継装置が、少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、を有し、前記ネットワーク管理装置が、各空間リンクの光減衰率を収集し、前記中間装置が収容する空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記送信機と前記受信機との間の中継装置の前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光の経路を選択する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、環境の変化により光の伝搬特性が影響を受けやすい光伝送路を用いて、信号の中継および経路切替が容易に実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
＜実施形態の概要＞
以下、環境の影響を受けやすい光伝送路として自由空間を例示し、ネットワークを構成するノード間の光伝送路を空間リンクと呼ぶものとする。本発明の実施形態による量子暗号通信ネットワークでは、送信機が量子状態を有する微弱な信号光と量子状態のない通常強度の参照光とをネットワークへ送出し、ネットワーク内の選択された経路を通して受信機へ伝送される。経路上の中継ノードは、制御された増幅率で参照光のみを光増幅し、信号光および増幅された参照光を後段のノードへ転送する。受信機は受信した信号光と参照光とを干渉させることにより信号情報を検出する。
以下、環境の影響を受けやすい光伝送路として自由空間を例示し、ネットワークを構成するノード間の光伝送路を空間リンクと呼ぶものとする。本発明の実施形態による量子暗号通信ネットワークでは、送信機が量子状態を有する微弱な信号光と量子状態のない通常強度の参照光とをネットワークへ送出し、ネットワーク内の選択された経路を通して受信機へ伝送される。経路上の中継ノードは、制御された増幅率で参照光のみを光増幅し、信号光および増幅された参照光を後段のノードへ転送する。受信機は受信した信号光と参照光とを干渉させることにより信号情報を検出する。
【0016】
信号光および参照光が転送される経路は各空間リンクの減衰率に基づいて選択される。経路選択はネットワーク管理装置が各空間リンクの減衰率を参照して実行してもよいし、各ノードが自ノードおよび隣接ノードで検出された減衰率を参照して実行してもよい。こうして減衰率が最も小さい経路、すなわち経路コストが最小の経路を選択することができる。
【0017】
また、空間リンクの減衰率が大きくなると、それに応じて参照光の光増幅率を増大させることで受信側の信号レベルを所定範囲に維持することができる。これにより減衰率が大きく環境の影響を受けやすい空間リンクであっても、受信機でのホモダイン検出におけるＳＮ比の改善および信号出力の安定化が達成される。
【0018】
また各空間ノードの減衰率は、隣接ノード間の空間リンクにプローブ光を送信することで計測できる。自由空間のような環境の影響を受けやすい光伝送路では、距離とともに光強度がどのように減衰するかを示す減衰特性が重要である。本実施形態では、伝搬特性として減衰（あるいは透過）の程度を示す減衰率（あるいは透過率）を計測する。伝搬特性として減衰率を用いる場合、送信時の光強度をPS、受信時の光強度をPR、透過率をγ（０≦γ≦１）とすれば、PR＝γPSとなり、この場合、減衰率は（１－γ）である。
【0019】
なお、減衰率の計測方法は限定されない。隣接ノードの一方から他方へ向けてプローブ光を送信し、他方のノードで減衰率を計測してもよい。また一方のノードが、他方のノードで反射したプローブ光を用いて当該空間リンクの減衰率を計測してもよい。あるいは、一方のノードが他方のノードからのプローブ光を受信して減衰率を計測することも可能である。
【0020】
以下、本発明の実施形態および実施例について図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態および実施例に記載されている構成要素は単なる例示であって、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨ではない。
【0021】
１．ネットワーク
図１に例示するように、本発明の第１実施形態による量子暗号通信ネットワークはＱＫＤネットワーク１０、ネットワーク管理装置１１、および通信ネットワークＮＥＴを含む。ＱＫＤネットワーク１０は複数のノードが空間リンクにより接続された構成を有し、複数のノードは送信機（Ａｌｉｃｅ）と、受信機（Ｂｏｂ）と、送信機（Ａｌｉｃｅ）と受信機（Ｂｏｂ）とを接続する複数の中継装置とを含む。
図１に例示するように、本発明の第１実施形態による量子暗号通信ネットワークはＱＫＤネットワーク１０、ネットワーク管理装置１１、および通信ネットワークＮＥＴを含む。ＱＫＤネットワーク１０は複数のノードが空間リンクにより接続された構成を有し、複数のノードは送信機（Ａｌｉｃｅ）と、受信機（Ｂｏｂ）と、送信機（Ａｌｉｃｅ）と受信機（Ｂｏｂ）とを接続する複数の中継装置とを含む。
【0022】
以下、説明を簡略化するために、送信機（Ａｌｉｃｅ）と受信機（Ｂｏｂ）との間に２つの中継装置Ｒ１およびＲ２が配置されているものとする。ここでは、送信機（Ａｌｉｃｅ）と中継装置Ｒ１およびＲ１とが空間リンクＬ１およびＬ２によりそれぞれ接続されている。また、中継装置Ｒ１とＲ１とは空間リンクＬ３により接続され、さらに中継装置Ｒ１およびＲ１とは空間リンクＬ４およびＬ５によりそれぞれ受信機（Ｂｏｂ）に接続されている。通信ネットワークＮＥＴは通常のパケット通信等が可能な古典的ネットワークであり、ＱＫＤネットワーク１０のノード間および各ノードとネットワーク管理装置１１との間を通信可能に接続する。
【0023】
ネットワーク管理装置１１は、ネットワーク内の各空間リンクの減衰率（１－γ）を収集し、収集された減衰率に基づいて中継装置で参照光の光増幅率を制御することができる。参照光の光増幅は受信機（Ｂｏｂ）でのホモダイン検出におけるＳＮ比を改善し、信号出力を安定化させる。またネットワーク管理装置１１は、収集された減衰率を参照することでＱＫＤネットワーク１０内で総減衰率（コスト）が最小となる最適経路（たとえば図中の経路ＲＴ）を選択することができる。
【0024】
送信機（Ａｌｉｃｅ）は量子状態を有する微弱な信号光ＰＱと量子状態のない通常強度の参照光ＰＬＯとを経路ＲＴ上の空間リンクＬ１を通して中継装置Ｒ１へ伝送する。中継装置Ｒ１は参照光ＰＬＯのみを光増幅し、信号光ＰＱおよび増幅された参照光ＰＬＯを空間リンクＬ４を通して受信機（Ｂｏｂ）へ転送する。受信機（Ｂｏｂ）は受信した信号光ＰＱと参照光ＰＬＯとを干渉させることにより信号情報を検出する。
【0025】
以下、中継装置Ｒ、送信機（Ａｌｉｃｅ）、受信機（Ｂｏｂ）およびネットワーク管理装置１１の詳細な構成および機能について説明する。
【0026】
２．第１実施例
本発明の第１実施例によれば、ノード間の空間リンクにプローブ光を一方向に伝送することで、当該空間リンクの光減衰率を検出する。検出された光減衰率に基づいて参照光の光増幅率が制御され、空間リンクの経路選択が行われる。
本発明の第１実施例によれば、ノード間の空間リンクにプローブ光を一方向に伝送することで、当該空間リンクの光減衰率を検出する。検出された光減衰率に基づいて参照光の光増幅率が制御され、空間リンクの経路選択が行われる。
【0027】
２．１）中継装置
複数の中継装置（図１ではＲ１およびＲ２）は、入力側／出力側の空間リンクの本数が異なるだけで、基本的に同様の構成を有する。そこで、以下の記述では一般化された中継装置を中継装置Ｒとし、入力側および出力側に複数の空間リンクが収容される場合を例示する。なお、１つの空間リンクが収容される場合は、光スイッチが不要であることは言うまでもない。
複数の中継装置（図１ではＲ１およびＲ２）は、入力側／出力側の空間リンクの本数が異なるだけで、基本的に同様の構成を有する。そこで、以下の記述では一般化された中継装置を中継装置Ｒとし、入力側および出力側に複数の空間リンクが収容される場合を例示する。なお、１つの空間リンクが収容される場合は、光スイッチが不要であることは言うまでもない。
【0028】
図２に例示するように、中継装置Ｒは入力側光学系２０１および出力側光学系２０２を有する。入力側光学系２０１はｎ個（ｎ≧１）の入力側空間リンクを収容する。ここでは、便宜上、空間リンクＬｉおよびＬｊが記載されているが、１つの空間リンクでもよいし、複数の空間リンクであってもよい。
【0029】
入力側光学系２０１はビームエクスパンダＢＥｉおよびＢＥｊと、光スイッチＳＷ１とを含む。ビームエクスパンダＢＥｉおよびＢＥｊはそれぞれ前段の隣接ノードの出力側光学系と光軸が一致するように設置され、空間リンクＬｉおよびＬｊを通してそれぞれ接続される。ビームエクスパンダＢＥｉの出力ポートは光ファイバを通して光スイッチＳＷ１の入力ポートＰ１ｉに、ビームエクスパンダＢＥｊの出力ポートは光ファイバを通して光スイッチＳＷ１の入力ポートＰ１ｊに、それぞれ光学的に接続されている。光スイッチＳＷ１は、後述するように複数の入力ポートからの一つの光信号を選択して出力ポートＰ１０から出力する。こうして光スイッチＳＷ１は入力側の空間リンクＬｉおよびＬｊを択一的に選択することができる。
【0030】
出力側光学系２０２は光スイッチＳＷ１と送信光学系ＢＥｐおよびＢＥｑとを含む。光スイッチＳＷ２の出力ポートＰ２ｐおよびＰ２ｑは送信光学系ＢＥｐおよびＢＥｑのそれぞれの入力ポートに光ファイバを通して光学的に接続される。送信光学系ＢＥｐおよびＢＥｑはそれぞれ後段の隣接ノードの入力側光学系と光軸が一致するように設置され、空間リンクＬｐおよびＬｑを通してそれぞれ接続される。光スイッチＳＷ２は、後述するように複数の入力ポートからの光信号を出力ポートＰ２ｐおよびＰ２ｑの一方へ出力する。こうして光スイッチＳＷ２は出力側の空間リンクＬｐおよびＬｑを択一的に選択することができる。
【0031】
さらに、送信光学系ＢＥｐおよびＢＥｑにはプローブ光の送信機構が設けられ、送信光学系ＢＥｐおよびＢＥｑからそれぞれ所定のプローブ光Ｓｐｒを空間リンクＬｐおよびＬｑへ送出する。プローブ光の送信機構を含む送信光学系ＢＥｐおよびＢＥｑについては後述する（図３参照）。
【0032】
なお、空間リンクＬｉおよびＬｊにおける空気の揺らぎ等の外乱が発生すると、ビームエクスパンダＢＥｉあるいはＢＥｊの出力光が光ファイバのコアに正しく集光しない場合がある。また空間リンクＬｉおよびＬｊにおける水蒸気や微粒子等の外乱によりビームエクスパンダＢＥｉあるいはＢＥｊの出力光の強度が大きく低下する場合もある。本実施例によれば、プローブ光Ｓｐｒの減衰率を計測し、減衰率に応じて受信参照光を増幅することにより、外乱に起因する受信強度の低下および変動を相殺することができる。以下、詳述する。
【0033】
図２において、中継装置Ｒは、入力側光学系２０１および出力側光学系２０２の他に、信号中継部（２０３～２０７）、プローブ検出部（ＰＤおよび２０８）、制御部２０９、およびプローブ光を出射するレーザ光源２１０を含む。信号中継部は信号光学系および参照光学系からなる。信号光学系は、偏光ビームスプリッタ２０３および無偏光ビームスプリッタ２０７から構成される。参照光学系は、偏光ビームスプリッタ２０３、ダイクロイックミラー（ＤＭ）２０４、光増幅器２０５、ミラー２０６および無偏光ビームスプリッタ２０７から構成される。プローブ検出部はＤＭ２０４、光検出器ＰＤおよび減衰率計算部２０８を含む。
【0034】
光スイッチＳＷ１の出力ポートＰ１０は光ファイバを通して偏光ビームスプリッタ２０３の入力ポートに接続されている。偏光ビームスプリッタ２０３は、光スイッチＳＷ１から受信参照光パルスＰｒＬＯおよび受信信号光パルスＰｒＱと、受信プローブ光Ｓｒｐｒと、を入力する。後述するように受信参照光パルスＰｒＬＯと信号光パルスＰｒＱとは偏光面が直交している。
【0035】
受信信号光パルスＰｒＱはそのまま偏光ビームスプリッタ２０３および無偏光ビームスプリッタ２０７を透過して出力側光学系２０２の光スイッチＳＷ２の入力ポートＰ２０に入射する。他方、受信参照光パルスＰｒＬＯは偏光ビームスプリッタ２０３で反射し、ダイクロイックミラー（ＤＭ）２０４で反射して光増幅器２０５へ入射する。ＤＭ２０４は、後述するように波長λ２の光を透過し、その他の波長（λ１を含む）の光を反射するように構成されている。光増幅器２０５はたとえばＥＤＦＡあるいはＳＯＡであり、受光参照光パルスＰｒＬＯを波長および位相を維持したまま増幅する。光増幅器２０５で光増幅された受信参照光パルスＰｒＬＯはミラー２０６および無偏光ビームスプリッタ２０７で反射して出力側光学系２０２の光スイッチＳＷ２の入力ポートＰ２０に入射する。
【0036】
詳細は後述するが、送信器（Ａｌｉｃｅ）は参照光パルスＰＬＯと信号光パルスＰＱとを所定の時間差を有する２連パルスとして送信し、受信機（Ｂｏｂ）は受信した信号光ＰＱと参照光ＰＬＯとを干渉させることにより信号情報を検出する。したがって、経路上の中継装置Ｒにおいて参照光パルスＰＬＯと信号光パルスＰＱとの時間差は維持される必要がある。図２では、偏光ビームスプリッタ２０３および無偏光ビームスプリッタ２０７との間の信号光経路Ｑと参照光経路ＬＯとは同一の光路長に設定される。なお、無偏光ビームスプリッタ２０７は同様の作用が得られる偏光ビームスプリッタとしてもよい。この場合、参照光パルスＰＬＯはすべて反射、信号光パルスＰＱはすべて透過となる。
【0037】
また、受信プローブ光Ｓｒｐｒは、後述するように受信参照光パルスＰｒＬＯと同じ偏光面を有するが異なる波長λ２を有する。したがって、受信プローブ光Ｓｒｐｒは偏光ビームスプリッタ２０３で反射してＤＭ２０４を透過する。ＤＭ２０４を透過した受信プローブ光Ｓｒｐｒは光検出器ＰＤにより検出され、検出信号が減衰率計算部２０８へ出力される。減衰率計算部２０８は、光検出器ＰＤにより得られた受信プローブ光Ｓｒｐｒの受信強度と送信側プローブ光Ｓｐｒの所定強度とを用いて減衰率（１－γ）を計算する。
【0038】
減衰率（１－γ）は、自由空間の空間リンクでの伝送損失だけでなく、ビームエクスパンダでの受信プローブ光Ｓｒｐｒの強度低下も反映する。受信プローブ光Ｓｒｐｒの減衰は、自由空間の外乱によるビームエクスパンダの出力光の集光位置ずれ等によっても発生し得るからである。
【0039】
制御部２０９は光増幅器２０５の光増幅率制御を行う。光増幅器２０５は減衰率（１－γ）に応じた光増幅率で受信参照光ＬＯを増幅し、それによって受信機（Ｂｏｂ）での信号出力Ｉｏｕｔの信号レベルを所定範囲に維持することが可能である。制御部２０９は、予め測定により決定された関数を用意しておき、光増幅率を減衰率（１－γ）の関数として計算することができる。あるいは予め測定により減衰率（１－γ）と増幅率との対応テーブルを用意しておき、それを参照して減衰率（１－γ）に対する光増幅率を求めることもできる。なお、光増幅器２０５の光増幅率の制御は減衰率（１－γ）あるいはその変化量が所定閾値を超えたときに実行されてもよい。なお、制御部２０９は、ネットワーク管理装置１１からの制御情報に従って光増幅器２０５の光増幅率制御を行ってもよい。
【0040】
更に制御部２０９は入力側の光スイッチＳＷ１および出力側の光スイッチＳＷ２の切替制御を行う。本実施例では、ネットワーク管理装置１１からの切替制御情報に従って入力側の光スイッチＳＷ１および出力側の光スイッチＳＷ２を切り替え、最も経路コストの低くなる入力側および出力側の空間リンクが選択される。
【0041】
上述した減衰率計算部２０８および制御部２０９の機能は、図示しないメモリに格納されたプログラムをプロセッサあるいはＣＰＵ(Central Processing Unit)上で実行することにより実現することもできる。
【0042】
２．２）光減衰率の検出機構
図３に例示するように、隣接するノード１０１および１１０が任意の空間リンクＬを通して接続されているものとする。ノード１０１は送信光学系１０２を有し、送信光学系１０２が波長λ１のレーザ光Ｐと波長λ２のプローブ光Ｓｐｒを空間リンクＬへ送出する。プローブ光Ｓｐｒは所定パルス幅のパルス光あるいは一定時間持続する波長λ２（≠λ１）のレーザ光であり、制御された強度を有する。送信光学系１０２の構成は図２における送信光学系ＢＥｐおよびＢＥｑに採用され得る。
図３に例示するように、隣接するノード１０１および１１０が任意の空間リンクＬを通して接続されているものとする。ノード１０１は送信光学系１０２を有し、送信光学系１０２が波長λ１のレーザ光Ｐと波長λ２のプローブ光Ｓｐｒを空間リンクＬへ送出する。プローブ光Ｓｐｒは所定パルス幅のパルス光あるいは一定時間持続する波長λ２（≠λ１）のレーザ光であり、制御された強度を有する。送信光学系１０２の構成は図２における送信光学系ＢＥｐおよびＢＥｑに採用され得る。
【0043】
送信光学系１０２はビームエクスパンダ１０３、１０４およびダイクロイックミラー（ＤＭ）１０５を含む。ビームエクスパンダ１０３および１０４は入力ポートの光ファイバから入力した光ビームをそれより大きい直径のコリメート光ビームに変換する光学素子である。本実施例におけるＤＭ１０５は波長λ１の光を透過し、その他の波長（λ２を含む）の光を反射するように構成されている。したがって、波長λ１のレーザ光Ｐ（ここでは参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱ）はＤＭ１０５を透過し、波長λ２のプローブ光ＳＰｒは反射する。
【0044】
ビームエクスパンダ１０３および１０４はそれらの光軸により規定される平面上で、それらの光軸が直交するように配置される。ＤＭ１０５は、ビームエクスパンダ１０３の出射光の進行方向に対して反時計回りに４５°傾斜し、ビームエクスパンダ１０４の出射光の進行方向に対して時計回りに４５°傾斜した姿勢で配置される。したがって、ビームエクスパンダ１０３から出射する波長λ１の光はＤＭ１０５を透過して空間リンクＬへ送出され、ビームエクスパンダ１０４から出射した波長λ２の光はＤＭ１０５で反射して同じ空間リンクＬへ送出される。
【0045】
ノード１１０はビームエクスパンダ１１１およびＤＭ１１２からなる受信光学系を有する。ビームエクスパンダ１１１は空間リンクＬを通して到達した波長λ１のレーザ光Ｐｒと波長λ２のプローブ光ＳｒＰｒを受光する。この例におけるＤＭ１１２は、レーザ光Ｐｒとプローブ光ＳｒＰｒとを分離する光学素子であり、波長λ１の光を透過し、その他の波長（λ２を含む）の光を反射するように構成されている。したがって、波長λ１のレーザ光ＰｒはＤＭ１０５を透過し、波長λ２のプローブ光ＳｒＰｒは反射する。
【0046】
ＤＭ１１２で反射した受信プローブ光Ｓｒｐｒは光検出器ＰＤにより検出され、検出信号が減衰率計算部１１３へ出力される。減衰率計算部１１３は、光検出器ＰＤにより得られた受信プローブ光Ｓｒｐｒの受信強度と送信側プローブ光Ｓｐｒの所定強度とを用いて減衰率（１－γ）を計算する。減衰率（１－γ）はネットワーク管理装置１１へ通知される。
【0047】
減衰率（１－γ）は、自由空間３００での伝送損失だけでなく、ビームエクスパンダ２１０での受信プローブ光Ｓｒｐｒの強度低下も反映する。すなわち、受信プローブ光Ｓｒｐｒの減衰は、上述したように自由空間３００の外乱によるビームエクスパンダ２１０の出力光の集光位置ずれ等によっても発生し得る。
【0048】
２．３）光スイッチ機構
中継装置Ｒにおける入力側の光スイッチＳＷ１および出力側の光スイッチＳＷ２（以下、両方を示す場合、光スイッチＳＷと記す。）は、光のまま経路を選択可能であればよく、ｎおよびｍを任意の整数とすれば、ｎ入力１出力あるいは１入力ｍ出力のスイッチ素子である。このような光スイッチＳＷの構成例を以下に示す。
中継装置Ｒにおける入力側の光スイッチＳＷ１および出力側の光スイッチＳＷ２（以下、両方を示す場合、光スイッチＳＷと記す。）は、光のまま経路を選択可能であればよく、ｎおよびｍを任意の整数とすれば、ｎ入力１出力あるいは１入力ｍ出力のスイッチ素子である。このような光スイッチＳＷの構成例を以下に示す。
【0049】
＜例１＞
図４に例示する光スイッチＳＷは１入力２出力のプリズム移動型光スイッチである。光スイッチＳＷには１つの入力ポートＰ０と２つの出力ポートＰＴ１およびＰＴ２が設けられている。ポートＰ０、ＰＴ１およびＰＴ２にはそれぞれグリンレンズＧＬ０、ＧＬ１およびＧＬ２が接続され、これらグリンレンズがプリズム２１０に対向配置されている。プリズム２１０は二等辺三角形の断面を有し、その底辺方向（矢印２１２方向）に移動可能である。アクチュエータ２１１は制御部２０９の制御によりプリズム２１０を位置Ｓ１と位置Ｓ２のいずれかの位置に移動させる。
図４に例示する光スイッチＳＷは１入力２出力のプリズム移動型光スイッチである。光スイッチＳＷには１つの入力ポートＰ０と２つの出力ポートＰＴ１およびＰＴ２が設けられている。ポートＰ０、ＰＴ１およびＰＴ２にはそれぞれグリンレンズＧＬ０、ＧＬ１およびＧＬ２が接続され、これらグリンレンズがプリズム２１０に対向配置されている。プリズム２１０は二等辺三角形の断面を有し、その底辺方向（矢印２１２方向）に移動可能である。アクチュエータ２１１は制御部２０９の制御によりプリズム２１０を位置Ｓ１と位置Ｓ２のいずれかの位置に移動させる。
【0050】
プリズム２１０が位置Ｓ１にある場合、入力ポートＰ０から入力したレーザ光はグリンレンズＧＬ０によりコリメートされた後、プリズム２１０の２つの等辺面で全反射してグリンレンズＧＬ１へ出射する。グリンレンズＧＬ１により集光されたレーザ光は出力ポートＰＴ１から出射する。すなわちプリズム２１０が位置Ｓ１にあれば、入力ポートＰ０は出力ポートＰＴ１と接続される。同様に、プリズム２１０が位置Ｓ２にあれば、入力ポートＰ０は出力ポートＰＴ２と接続される。こうしてプリズム２１０を移動させることで、出力ポートを選択することができる。
【0051】
＜例２＞
図５に例示する光スイッチＳＷは、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーアレイを用いたｎ入力ｍ出力の光スイッチである。入力側の光ファイバアレイ２２０の任意の光ファイバから入力したレーザ光はマイクロレンズアレイ２２１によりコリメートされ、MEMSミラーアレイ２２２および２２３でそれぞれ反射した後、マイクロレンズアレイ２２４により集光され、出力側の光ファイバアレイ２２５から出射する。ドライバイ２２６は、制御部２０９の制御により、MEMSミラーアレイ２２２および２２３におけるそれぞれのMEMSミラーの傾斜角を正確に制御する。これにより各MEMSミラーの反射光を偏向させることができ、任意の入力側光ファイバから入力したレーザ光をマイクロレンズアレイ２２４の任意のマイクロレンズに到達させることができる。このようにMEMSミラーの傾斜角を正確に制御することで任意の入出力光ファイバ間を接続することができる。
図５に例示する光スイッチＳＷは、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーアレイを用いたｎ入力ｍ出力の光スイッチである。入力側の光ファイバアレイ２２０の任意の光ファイバから入力したレーザ光はマイクロレンズアレイ２２１によりコリメートされ、MEMSミラーアレイ２２２および２２３でそれぞれ反射した後、マイクロレンズアレイ２２４により集光され、出力側の光ファイバアレイ２２５から出射する。ドライバイ２２６は、制御部２０９の制御により、MEMSミラーアレイ２２２および２２３におけるそれぞれのMEMSミラーの傾斜角を正確に制御する。これにより各MEMSミラーの反射光を偏向させることができ、任意の入力側光ファイバから入力したレーザ光をマイクロレンズアレイ２２４の任意のマイクロレンズに到達させることができる。このようにMEMSミラーの傾斜角を正確に制御することで任意の入出力光ファイバ間を接続することができる。
【0052】
＜例３＞
図６は図２における出力側光学系２０２の別の例であり、ビームエクスパンダと偏光器を組み込むことで光スイッチＳＷと同様の機能を実現することができる。図６におけるビームエクスパンダ２３１、２３２およびＤＭ２３３は、図３における送信光学系１０２のビームエクスパンダ１０３、１０４およびＤＭ１０５にそれぞれ対応し、同等の機能を有する。光偏向器２３４は垂直偏向ドライバ２３５および水平偏向ドライバ２３６により送信ビームを所望の方向へ偏向することができる。このような光偏向器２３４としては、たとえば電気光学効果あるいは音響光学効果を利用した偏向器を用いることができる。
図６は図２における出力側光学系２０２の別の例であり、ビームエクスパンダと偏光器を組み込むことで光スイッチＳＷと同様の機能を実現することができる。図６におけるビームエクスパンダ２３１、２３２およびＤＭ２３３は、図３における送信光学系１０２のビームエクスパンダ１０３、１０４およびＤＭ１０５にそれぞれ対応し、同等の機能を有する。光偏向器２３４は垂直偏向ドライバ２３５および水平偏向ドライバ２３６により送信ビームを所望の方向へ偏向することができる。このような光偏向器２３４としては、たとえば電気光学効果あるいは音響光学効果を利用した偏向器を用いることができる。
【0053】
波長λ１のレーザ光Ｐ（ここでは参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱ）はビームエクスパンダ２３１によりビーム径が拡張された後、ＤＭ２３３を透過して光偏向器２３４へ入射する。波長λ２のプローブ光ＳＰｒはビームエクスパンダ２３２によりビーム径が拡張された後、ＤＭ２３３で反射し、レーザ光Ｐと同様の方向から光偏向器２３４へ入射する。
【0054】
光偏向器２３４は、レーザ光Ｐおよびプローブ光ＳＰｒを複数の方向へ偏向できる。本実施例では、レーザ光Ｐおよびプローブ光ＳＰｒは複数の空間リンクＬのうち選択された一つの空間リンクへ送出される。図６に示す例では、偏向角θ＝０°の方向の空間リンクＬ、偏向角０°＜θ＜４０°の方向の空間リンクＬ、および偏向角－４０°＜θ＜０°の方向の空間リンクＬの３つの空間リンクを選択可能である。
【0055】
２．４）送信機
図７において、送信機３００は上記した送信機（Ａｌｉｃｅ）に対応する。送信機３００は、信号光学系（３０１～３０８）、プローブ光学系を含む出力側光学系３０９および制御部３１０を有し、さらに出力側光学系３０９へプローブ光ＳＰｒを供給するレーザ光源３１１を有する。プローブ光学系を含む出力側光学系３０９としては図２および図３あるいは図６に例示する出力側光学系２０２が採用され得る。
図７において、送信機３００は上記した送信機（Ａｌｉｃｅ）に対応する。送信機３００は、信号光学系（３０１～３０８）、プローブ光学系を含む出力側光学系３０９および制御部３１０を有し、さらに出力側光学系３０９へプローブ光ＳＰｒを供給するレーザ光源３１１を有する。プローブ光学系を含む出力側光学系３０９としては図２および図３あるいは図６に例示する出力側光学系２０２が採用され得る。
【0056】
信号光学系は、レーザ光源３０１、無偏光ビームスプリッタ（ＢＳ）３０２、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３０３、ミラー３０４、半波長板３０５、減衰器３０６、位相変調器３０７およびミラー３０８を含む。後述するように、信号光学系はレーザ光源３０１の出力パルスＰから偏光面が互いに直交し時間的に分離した参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱを生成する。参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱは出力側光学系３０９により選択された空間リンクＬ１あるいはＬ２へ送出される。
【0057】
プローブ光学系はレーザ光源３１１を含み、レーザ光源３１１は、レーザ光源３０１と同様に直線偏光のレーザ光であるプローブ光Ｓｐｒを出射し、これをプローブ光Ｓｐｒとして出力側光学系３０９を通して選択された空間リンクＬ１あるいはＬ２へ送出する。プローブ光Ｓｐｒは所定パルス幅のパルス光あるいは一定時間持続するレーザ光である。なお、レーザ光源３０１は波長λ１のレーザ光を出力し、レーザ光源３１１は波長λ１とは異なる波長λ２のレーザ光を出力する。
【0058】
出力側光学系３０９は、図２に例示する光スイッチＳＷ１と送信光学系ＥＢｐおよびＥＢｑとから構成される出力側光学系２０２であってもよいし、図６に例示する出力側光学系２０２であってもよい。レーザ光源３１１から出射されたプローブ光Ｓｐｒは、上記参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱと共に、選択された空間リンクＬ１あるいはＬ２へ送出される。
【0059】
制御部３１０は、レーザ光源３０１、減衰器３０６および位相変調器３０７を制御し、上述した参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱを生成する。また制御部３１０はレーザ光源１１１を制御し、所定周期のタイミングあるいは所望のタイミングでプローブ光Ｓｐｒを出力させることができる。また、制御部３１０は、ネットワーク管理装置１１からの制御情報に従って、出力側光学系３０９の空間リンク切替制御を行う。
【0060】
レーザ光源３０１は波長λ１で直線偏光の光パルスＰを無偏光ビームスプリッタ３０２の入力ポートへ出力する。光パルスＰは無偏光ビームスプリッタ３０２により２分割され、一方の光パルスが参照光側の経路ＲＬＯへ、他方の光パルスが信号光側の経路ＲＱへそれぞれ送出される。参照光側の経路ＲＬＯの光パルスはそのまま偏光ビームスプリッタ３０３を透過し、量子状態を持たない通常強度の参照光パルスＰＬＯとして出力側光学系３０９に入射する。
【0061】
信号光側の経路ＲＱは、ミラー３０４、半波長板３０５、減衰器３０６、位相変調器３０７およびミラー３０８からなり、参照光側の経路ＲＬＯより長い光路を有する。半波長板３０５は経路ＲＱの光パルスの偏光面を９０度回転させ、減衰器３０６はその光パルスを量子状態を有する微弱光に減衰させる。位相変調器３０７は微弱光パルスに対して位相変調を実行し信号光パルスＰＱを生成する。信号光パルスＰＱはミラー３０８で反射して偏光ビームスプリッタ３０３へ入射する。なお減衰器３０６と位相変調器３０７は光パルスの進行方向に対して逆の配列順であってもよい。
【0062】
信号光パルスＰＱは半波長板３０５により偏光面が９０°回転しているので、偏光ビームスプリッタ３０３で反射され、出力側光学系３０９に入射する。ただし、信号光パルスＰＱは、経路ＲＱと経路ＲＬＯとの光路長の差に起因する時間だけ参照光パルスＰＬＯより遅れて出力側光学系３０９に入射する。こうして、１つの光パルスＰから互いに偏光面が直交し時間的に分離した参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱが生成される。なお、無偏光ビームスプリッタ３０２を偏光ビームスプリッタとした場合は半波長板３０５を用いなくてもよい。
【0063】
位相変調器３０７は、制御部３１０の制御により、減衰器３０６から出力された微弱光パルスに対して暗号鍵の原乱数に従った４通りの位相変調（０°、９０°、１８０°、２７０°）を実行して信号光パルスＰＱを生成する。こうして通常強度の参照光パルスＰＬＯと位相変調された信号光パルスＰＱとからなる２連パルス列が出力側光学系３０９に入射する。
【0064】
このように制御部３１０が出力側光学系３０９の切替制御を行うことで、選択された空間リンクを通して、参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱからなる波長λ１の２連パルス列と、所定のタイミングで所定時間持続する波長λ２のプローブ光Ｓｐｒとが伝送される。
【0065】
上述した制御部３１０の機能は、図示しないメモリに格納されたプログラムをプロセッサあるいはＣＰＵ(Central Processing Unit)上で実行することにより実現することもできる。
【0066】
２．２）受信機
図８に示すように、受信機４００は上記受信機（Ｂｏｂ）に対応する。受信機４００は入力側光学系４０１により選択された空間リンクＬ４あるいはＬ５を通して、前段のノードから参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱとプローブ光Ｓｐｒとを入力する。入力側光学系４０１は図２に例示する入力側光学系２０１と同じ構成を有するものとする。
図８に示すように、受信機４００は上記受信機（Ｂｏｂ）に対応する。受信機４００は入力側光学系４０１により選択された空間リンクＬ４あるいはＬ５を通して、前段のノードから参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱとプローブ光Ｓｐｒとを入力する。入力側光学系４０１は図２に例示する入力側光学系２０１と同じ構成を有するものとする。
【0067】
図８において、受信機（Ｂｏｂ）は、入力側光学系４０１の他に、信号受信部（４０２～４０９）およびプローブ検出部（ＰＤ３、４１０）と制御部４１１とを含む。信号受信部は信号光学系、参照光学系および信号検出部からなる。信号光学系は、偏光ビームスプリッタ４０２、半波長板４０３および無偏光ビームスプリッタ４０４から構成される。参照光学系は、偏光ビームスプリッタ４０２、ダイクロイックミラー（ＤＭ）４０５、光増幅器４０６、位相変調器４０７、ミラー４０８および無偏光ビームスプリッタ４０４から構成される。信号検出部は光検出器ＰＤ１、ＰＤ２および差分演算部４０９から構成される。プローブ検出部は、ＤＭ４０５、光検出器ＰＤ３および減衰率計算部４１０を有する。
【0068】
受信機４００の入力側光学系４０１の出力ポートは光ファイバを通して偏光ビームスプリッタ４０２の入力ポートに接続されている。偏光ビームスプリッタ２０１は入力側光学系４０１から受信参照光パルスＰｒＬＯおよび受信信号光パルスＰｒＱと、受信プローブ光Ｓｒｐｒと、を入力する。上述したように、受信参照光パルスＰｒＬＯと信号光パルスＰｒＱとは偏光面が直交している。
【0069】
受信信号光パルスＰｒＱはそのまま偏光ビームスプリッタ４０２を透過し、半波長板４０３へ入射する。半波長板４０３は偏光面を９０度回転させる。したがって半波長板４０３を透過した受信信号光パルスＰｒＱは受信参照光パルスＰｒＬＯと同じ偏光面となり、無偏光ビームスプリッタ４０４の第１の入力ポートに入射する。
【0070】
他方、受信参照光パルスＰｒＬＯは偏光ビームスプリッタ４０２で反射し、偏光ビームスプリッタ４０２の第２の出力ポートから出射してＤＭ４０５で反射する。ＤＭ４０５で反射した受信参照光パルスＰｒＬＯは、光増幅器４０６、位相変調器４０７およびミラー４０８を通して無偏光ビームスプリッタ４０４の第２の入力ポートに入射する。受信プローブ光Ｓｒｐｒは送信機３００のレーザ光源３１１から出射されたプローブ光Ｓｐｒが到達したものであるから、受信参照光パルスＰｒＬＯと同様に偏光ビームスプリッタ４０２で反射する。
【0071】
ＤＭ４０５は波長λ２の光を透過し、その他の波長（λ１を含む）の光を反射するように構成されている。したがって、ＤＭ４０５は波長λ１の参照光パルスＰｒＬＯを反射し、波長λ２の受信プローブ光Ｓｒｐｒを透過させる。
【0072】
ここで受信信号光パルスＰｒＱの経路は送信機３００の経路ＲＬＯと同じ長さであり、受信参照光パルスＰｒＬＯの経路は送信機３００の経路ＲＱと同じ長さである。また図２に示したように、中継装置Ｒでは偏光ビームスプリッタ２０３および無偏光ビームスプリッタ２０７との間の信号光経路Ｑと参照光経路ＬＯとは同一の光路長に設定されている。したがって、無偏光ビームスプリッタ４０４の第１および第２の入力ポートにそれぞれ入射する受信信号光パルスＰｒＱおよび受信参照光パルスＰｒＬＯは、送信機３００の偏光ビームスプリッタ３０２から同じ長さの異なる光路を通して無偏光ビームスプリッタ２０３に到達する。これにより送信機３００および受信機４００の光学的構成は一つの干渉計を構成している。
【0073】
光増幅器４０６はたとえばＥＤＦＡあるいはＳＯＡであり、受光参照光パルスＰｒＬＯを波長および位相を維持したまま増幅する。光増幅器４０６の増幅率は制御部４１１により制御される。位相変調器４０７は光増幅された受光参照光パルスＰｒＬＯを位相変調する。位相変調器４０７の位相変調は制御部４１１により制御される。上述したように、送信機３００の位相変調器３０７は送信する信号光パルスＰＱに対して４通りの位相変調（０°、９０°、１８０°、２７０°）を施すが、受信機４００の位相変調器４０７は受信参照光パルスＰｒＬＯに対して２通りの位相変調（０°、９０°）を施す。このように位相変調された受信参照光パルスＰｒＬＯがミラー４０８で反射して無偏光ビームスプリッタ４０４に入射する。
【0074】
無偏光ビームスプリッタ４０４は、半波長板４０３により偏光面が９０度回転した受信信号光パルスＰｒＱと、光増幅され位相変調された受信参照光パルスＰｒＬＯと、を入力する。無偏光ビームスプリッタ４０４は光の透過率と反射率とが等しく、受信信号光パルスＰｒＱと受信参照光パルスＰｒＬＯとを重ねて２つの出力ポートから出射する。無偏光ビームスプリッタ４０４の２つの出力ポートにはそれぞれ光伝送路を通して光検出器ＰＤ１、ＰＤ２が光学的に接続されている。光検出器ＰＤ１、ＰＤ２は無偏光ビームスプリッタ４０４の２つの出力ポートからの出射光をそれぞれ受光する。光検出器ＰＤ１、ＰＤ２としては通常のフォトダイオードが室温で用いられる。
【0075】
光検出器ＰＤ１、ＰＤ２からそれぞれ出力される検出信号は差分演算部４０９で差分演算され、その結果である差信号がホモダイン検出により得られる信号出力Ｉｏｕｔとして出力される。
【0076】
他方、ＤＭ４０５を透過した受信プローブ光Ｓｒｐｒは光検出器ＰＤ３により検出され、検出信号が減衰率計算部４１０へ出力される。減衰率計算部４１０は、光検出器ＰＤ３により得られた受信プローブ光Ｓｒｐｒの受信強度と送信側プローブ光Ｓｐｒの所定強度とを用いて減衰率（１－γ）を計算する。
【0077】
減衰率（１－γ）は、選択された空間リンクでの伝送損失だけでなく、入力光学系４０１のビームエクスパンダでの受信プローブ光Ｓｒｐｒの強度低下も反映する。すなわち、受信プローブ光Ｓｒｐｒの減衰は、上述したように空間リンクの外乱によるビームエクスパンダの出力光の集光位置ずれ等によっても発生し得る。
【0078】
制御部４１１は上述した入力側光学系４０１の経路切替制御、位相変調器４０７の位相制御および光増幅器４０６の光増幅率制御を行う。経路切替制御はネットワーク管理装置１１からの制御情報により実行され、入力側光学系４０１の光スイッチＳＷ１（図２参照）の切替制御を行うことで、空間リンクＬ４あるいはＬ５を選択することができる。
【0079】
光増幅器４０６の光増幅率制御については、光増幅器４０６が減衰率（１－γ）に応じた光増幅率で受信参照光ＰｒＬＯを増幅し、それによって信号出力Ｉｏｕｔの信号レベルを所定範囲に維持することができる。制御部４１１は、予め測定により決定された関数を用意しておき、光増幅率を減衰率（１－γ）の関数として計算することができる。あるいは予め測定により減衰率（１－γ）と増幅率との対応テーブルを用意しておき、それを参照して減衰率（１－γ）に対する光増幅率を求めることもできる。なお、光増幅器４０６の光増幅率の制御は減衰率（１－γ）あるいはその変化量が所定閾値を超えたときに実行されてもよい。
【0080】
上述した減衰率計算部４１０および制御部４１１の機能は、図示しないメモリに格納されたプログラムをプロセッサあるいはＣＰＵ(Central Processing Unit)上で実行することにより実現することもできる。
【0081】
３．第２実施例
本発明の第２実施例によれば、ノード間の空間リンクでプローブ光を往復させることにより当該空間リンクの光減衰率を検出する。検出された光減衰率に基づいて参照光の光増幅率が制御され、空間リンクの経路選択が行われる。以下、上述した第１実施例の構成と同一の構成要素には同一の参照番号を付して説明は簡略化する。
本発明の第２実施例によれば、ノード間の空間リンクでプローブ光を往復させることにより当該空間リンクの光減衰率を検出する。検出された光減衰率に基づいて参照光の光増幅率が制御され、空間リンクの経路選択が行われる。以下、上述した第１実施例の構成と同一の構成要素には同一の参照番号を付して説明は簡略化する。
【0082】
３．１）中継装置
図９に例示するように、中継装置Ｒは入力側光学系２０１および出力側光学系２０２を有し、これらの構成は第１実施例（図２～図６）と同様である。また、信号中継部（２０３～２０７）もミラー２０４ａを除いて第１実施例と同様の構成である。ミラー２０４ａは、本実施例ではで受信参照光ＰｒＬＯを反射すればよいので、ダイクロイックミラー（ＤＭ）である必要はない。本実施例と第１実施例との差異は以下の通りである。
図９に例示するように、中継装置Ｒは入力側光学系２０１および出力側光学系２０２を有し、これらの構成は第１実施例（図２～図６）と同様である。また、信号中継部（２０３～２０７）もミラー２０４ａを除いて第１実施例と同様の構成である。ミラー２０４ａは、本実施例ではで受信参照光ＰｒＬＯを反射すればよいので、ダイクロイックミラー（ＤＭ）である必要はない。本実施例と第１実施例との差異は以下の通りである。
【0083】
本実施例による中継装置Ｒは、入力側光学系２０１と偏光ビームスプリッタ２０３との間にダイクロイックミラー（ＤＭ）２５０が設けられている。ＤＭ２５０は波長λ１の光を透過し、波長λ２の光を反射するように構成されている。したがって、波長λ１の参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱはＤＭ２５０を透過し、波長λ２の受信プローブ光ＳｒＰｒはＤＭ２５０で反射する。ＤＭ２５０で反射した受信プローブ光ＳｒＰｒは選択された空間リンクを通して送信側ノードへ戻される。
【0084】
また中継装置Ｒは、無偏光ビームスプリッタ２０７と出力側光学系２０２との間にダイクロイックミラー（ＤＭ）２５１が設けられている。ＤＭ２５１もＤＭ２５０と同様に、波長λ１の参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱを透過させ、波長λ２の反射受信プローブ光Ｓｒ’Ｐｒを反射する。反射受信プローブ光Ｓｒ’ＰｒはＤＭ２５１からプローブ光検出器ＰＤへ入射し、その検出信号が減衰率計算部２５２へ出力される。減衰率計算部２５２は、光検出器ＰＤにより得られた受信プローブ光Ｓｒ’ｐｒの受信強度とレーザ光源２１０から出射されるプローブ光Ｓｐｒの所定強度とを用いて減衰率（１－γ）を計算する。
【0085】
なお、プローブ光ＳＰｒは空間リンクを往復して戻ってくるので、戻ってくる反射受信プローブ光Ｓｒ’Ｐｒが十分大きな強度となるようにレーザ光源２１０が出射するプローブ光ＳＰｒの強度が制御される。
【0086】
制御部２０９は、ネットワーク管理装置１１からの制御情報に従って上記第１実施例と同様に光増幅器２０５の光増幅率制御を行うことができる。あるいは、出力側の空間リンクの光減衰率（１－γ）に応じて、光増幅器２０５の光増幅率を制御することもできる。このような中継装置での増幅制御により、受信機（Ｂｏｂ）での信号出力Ｉｏｕｔの信号レベルを所定範囲に維持することが可能となる。
【0087】
更に制御部２０９は、空間リンクの光減衰率に応じて、入力側の光スイッチＳＷ１および出力側の光スイッチＳＷ２の切替制御を行う。本実施例では、ネットワーク管理装置１１からの切替制御情報に従って入力側の光スイッチＳＷ１および出力側の光スイッチＳＷ２を切り替え、最も経路コストの低くなる入力側および出力側の空間リンクが選択される。
【0088】
上述した減衰率計算部２５２および制御部２０９の機能は、図示しないメモリに格納されたプログラムをプロセッサあるいはＣＰＵ(Central Processing Unit)上で実行することにより実現することもできる。
【0089】
３．２）光減衰率の検出機構
本実施例による減衰率（１－γ）の検出機構は以下の通りである。
本実施例による減衰率（１－γ）の検出機構は以下の通りである。
【0090】
図１０に例示するように、隣接するノード５０１および５１０が任意の空間リンクＬを通して接続されているものとする。ノード５０１は送信光学系５０２、ダイクロイックミラー（ＤＭ）５０６、光検出器ＰＤおよび減衰率計算部５０７を有する。送信光学系５０２が波長λ１のレーザ光Ｐと波長λ２のプローブ光Ｓｐｒを同じ空間リンクＬへ送出する。プローブ光Ｓｐｒは所定パルス幅のパルス光あるいは一定時間持続する波長λ２（≠λ１）のレーザ光であり、制御された強度を有する。送信光学系５０２の構成は、図９における送信光学系ＢＥｐおよびＢＥｑに採用され得る。
【0091】
送信光学系５０２はビームエクスパンダ５０３、５０４およびダイクロイックミラー（ＤＭ）５０５を含む。ビームエクスパンダ５０３および５０４は入力ポートの光ファイバから入力した光ビームをそれより大きい直径のコリメート光ビームに変換する光学素子である。本実施例におけるＤＭ５０５は、波長λ１の光を透過し、その他の波長（λ２を含む）の光の一部を反射し一部を透過するように構成されている。したがって、波長λ１の参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱはＤＭ５０５を透過し、波長λ２のプローブ光ＳＰｒは部分的に反射し、反射受信プローブ光Ｓｒ’Ｐｒは部分的に透過する。なお、ビームエクスパンダ５０３、５０４およびＤＭ５０５の相対的位置関係は第１実施例（図３）で説明した通りである。
【0092】
また本実施例におけるＤＭ５０６は波長λ１の光を透過し、その他の波長（λ２を含む）の光を反射するように構成されている。したがって、波長λ１のレーザ光Ｐ（ここでは参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱ）はＤＭ５０６を透過し、波長λ２の反射受信プローブ光Ｓｒ’Ｐｒは反射する。
【0093】
ノード５１０はビームエクスパンダ５１１およびＤＭ５１２からなる受信光学系を有する。ビームエクスパンダ５１１は空間リンクＬを通して到達した波長λ１のレーザ光Ｐｒと波長λ２のプローブ光ＳｒＰｒを受光する。ＤＭ５１２は波長λ１の光を透過し、その他の波長（λ２を含む）の光を反射するように構成されている。したがって、波長λ１のレーザ光Ｐｒは透過し、波長λ２のプローブ光ＳｒＰｒは反射して同じ空間リンクへ戻される。
【0094】
ノード５１０で反射して戻された反射受信プローブ光Ｓｒ’ｐｒは一部がＤＭ５０５を透過し、ビームエクスパンダ５０３で集光された後、ＤＭ５０６で反射して光検出器ＰＤへ入射する。光検出器ＰＤは検出信号を減衰率計算部５０７へ出力し、減衰率計算部５０７は光検出器ＰＤにより得られた受信プローブ光Ｓｒ’ｐｒの受信強度と送信側プローブ光Ｓｐｒの所定強度とを用いて減衰率（１－γ）を計算する。こうして得られた減衰率（１－γ）はネットワーク管理装置１１へ通知される。
【0095】
【0096】
３．３）送信機
図１１に例示するように、送信機６００は上記した送信機（Ａｌｉｃｅ）に対応する。第１実施例による送信機３００（図７）と同様に、送信機６００は信号光学系（３０１～３０８）を有する。第１実施例による送信機３００との相違点は以下の通りである。
図１１に例示するように、送信機６００は上記した送信機（Ａｌｉｃｅ）に対応する。第１実施例による送信機３００（図７）と同様に、送信機６００は信号光学系（３０１～３０８）を有する。第１実施例による送信機３００との相違点は以下の通りである。
【0097】
出力側光学系６１０は、図９における出力側光学系２０２と図１０における送信光学系５０２とを組み合わせた構成と基本的に同じ構成を有する。また、偏光ビームスプリッタ３０３と出力側光学系６１０との間にダイクロイックミラー（ＤＭ）６１１が設けられている。ＤＭ６１１は波長λ１の参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱを透過させ、送信先のノードから反射して戻ってきた波長λ２の反射受信プローブ光Ｓｒ’Ｐｒを反射する。
【0098】
反射受信プローブ光Ｓｒ’ＰｒはＤＭ６１１からプローブ光検出器ＰＤへ入射する。反射受信プローブ光Ｓｒ’ｐｒは光検出器ＰＤにより検出され、その検出信号が減衰率計算部６１２へ出力される。減衰率計算部６１２は反射受信プローブ光Ｓｒ’ｐｒの受信強度とレーザ光源３１１の送信側プローブ光Ｓｐｒの所定強度とを用いて減衰率（１－γ）を計算する。
【0099】
制御部６１３は、検出された減衰率（１－γ）に応じて、出力側光学系の光スイッチＳＷ２の切替制御を行う。本実施例では、ネットワーク管理装置１１からの切替制御情報に従って出力側の光スイッチＳＷ２を切り替え、最も経路コストの低くなる出力側の空間リンクＬ１あるいはＬ２が選択される。
【0100】
上述した減衰率計算部６１２および制御部６１３の機能は、図示しないメモリに格納されたプログラムをプロセッサあるいはＣＰＵ(Central Processing Unit)上で実行することにより実現することもできる。
【0101】
３．４）受信機
図１２に例示するように、本実施例による受信機７００は上記した受信機（Ｂｏｂ）に対応する。第１実施例による受信機４００（図８）と同様に、受信機７００は入力側光学系４０１および信号光学系（４０２～４０９）を有する。第１実施例による受信機４００との相違点は以下の通りである。
図１２に例示するように、本実施例による受信機７００は上記した受信機（Ｂｏｂ）に対応する。第１実施例による受信機４００（図８）と同様に、受信機７００は入力側光学系４０１および信号光学系（４０２～４０９）を有する。第１実施例による受信機４００との相違点は以下の通りである。
【0102】
偏光ビームスプリッタ４０２と入力側光学系４０１との間にダイクロイックミラー（ＤＭ）７０１が設けられている。ＤＭ７０１は波長λ１の参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱを透過させ、波長λ２の受信プローブ光ＳｒＰｒを反射するように構成されている。ＤＭ７０１で反射した受信プローブ光ＳｒＰｒは選択された空間リンクを通して送信側ノードへ戻される。これ以外は第１実施例による受信機４００（図８）と同様の構成であるから、説明は省略する。なお、上述した制御部７０２の機能は、図示しないメモリに格納されたプログラムをプロセッサあるいはＣＰＵ(Central Processing Unit)上で実行することにより実現することもできる。
【0103】
３．５）光減衰率検出機構の変形例
図１３に例示する減衰率検出機構は図１０に例示する減衰率検出機構の変形例である。図１０と同じ構成要素には同一参照番号を付している。この変形例によれば、図１０におけるＤＭ５０６の代わりに光サーキュレータ５２０を用いて反射受信プローブ光Ｓｒ’Ｐｒを分離する。
図１３に例示する減衰率検出機構は図１０に例示する減衰率検出機構の変形例である。図１０と同じ構成要素には同一参照番号を付している。この変形例によれば、図１０におけるＤＭ５０６の代わりに光サーキュレータ５２０を用いて反射受信プローブ光Ｓｒ’Ｐｒを分離する。
【0104】
図１３において、ノード５０１は送信光学系５０２、光サーキュレータ５２０およびプローブ光検出器ＰＤおよび減衰率計算部５０７を含む。送信光学系５０２は、図１０と同様にビームエクスパンダ５０３および５０４とＤＭ５０５ａとからなる。光サーキュレータ５２０はプローブ光Ｓｐｒをビームエクスパンダ５０４へ出力し、ノード５１０から戻ってきた反射受信プローブ光Ｓｒ’Ｐｒをビームエクスパンダ５０４からプローブ光検出器ＰＤへ出力する。本実施例によれば、ＤＭ５０５ａは、波長λ１の参照光パルスＰＬＯおよび信号光パルスＰＱを透過させ、波長λ２のプローブ光ＳＰおよび反射受信プローブ光Ｓｒ’Ｐｒを反射させるように構成される。
【0105】
このように光サーキュレータ５２０を設けることで、反射受信プローブ光Ｓｒ’Ｐｒはビームエックスパンダ５０４からプローブ光検出器ＰＤへ入射する。上述したように、減衰率計算部５０７は反射受信プローブ光Ｓｒ’Ｐｒの強度を用いて減衰率（１－γ）を計算し、この減衰率（１－γ）がネットワーク管理装置１１へ通知される。
【0106】
４．ネットワーク管理装置
上述したネットワーク管理装置１１は、各空間リンクの減衰率をＱＫＤネットワーク１０の各ノードから収集し、空間リンクの光減衰率に従って中継装置Ｒでの参照光の光増幅率制御および経路選択制御を実行する。
上述したネットワーク管理装置１１は、各空間リンクの減衰率をＱＫＤネットワーク１０の各ノードから収集し、空間リンクの光減衰率に従って中継装置Ｒでの参照光の光増幅率制御および経路選択制御を実行する。
【0107】
図１４に例示するように、ネットワーク管理装置１１は、ＱＫＤネットワーク１０のネットワーク構成をネットワーク構成記憶部２１に保持している。減衰率収集部２２は、ＱＫＤネットワーク１０の各ノードに対して定期的に減衰率検出を指示し、検出した空間リンクの減衰率を収集してリンク情報として保持する。経路選択制御部２３は、収集された空間リンクの減衰率を参照して、送信機（Ａｌｉｃｅ）から受信機（Ｂｏｂ）までの経路コストが最も小さくなる経路を選択する。また増幅率制御部２４は、各中継装置Ｒに対して、接続された空間リンクの減衰率に応じた光増幅率を計算する。通信部２５は通信ネットワークＮＥＴを通してＱＫＤネットワーク１０の各ノードとの間で情報通信を可能にする。制御部２６は、減衰率の収集、経路選択制御、増幅率制御およびＱＫＤネットワーク１０内の各ノードとの通信制御を実行する。
【0108】
ネットワーク管理装置１１はコンピュータにより実現することもできる。上述した減衰率収集部２２、経路選択制御部２３、増幅率制御部２４および制御部２６の機能は、図示しないメモリに格納されたプログラムをプロセッサあるいはＣＰＵ(Central Processing Unit)上で実行することにより実現可能である。ネットワーク管理装置１１の制御の一例を図１５に示す。
【0109】
図１５において、ネットワーク管理装置１１は、所定のタイムスロット毎の補正タイミングであるか否かを判断する（動作８０１）。補正タイミングであれば（動作８０１のＹＥＳ）、減衰率収集部２２は、各ノードに対してプローブ光Ｓｐｒによる空間リンクの減衰率の計測を指示し、計測された減衰率を収集する（動作８０２）。続いて、経路選択制御部２３は、収集された減衰率に応じて送信機（Ａｌｉｃｅ）から受信機（Ｂｏｂ）までの最適経路を選択する（動作８０３）。増幅率制御部２４は、経路上の中継装置Ｒに対して、接続された空間リンクの減衰率に応じた光増幅率を計算する（動作８０４）。続いて、制御部２６は、経路上の送信機（Ａｌｉｃｅ）、中継装置Ｒおよび受信機（Ｂｏｂ）に対して、経路の切替を指示し増幅率を設定する制御情報を送信する（動作８０５）。なお、補正タイミング以外では（動作８０１のＮＯ）、動作８０２～８０５は実行されず、前回設定された経路および光増幅率が維持される。
【0110】
なお、中継装置Ｒや受信機（Ｂｏｂ）での光増幅率制御については、ネットワーク管理装置１１からの制御によらず、各ノードで実行するもできる。たとえば図２に例示する第１実施例の中継装置Ｒでは、減衰率計算部２０８により計算された入力側の空間リンクの減衰率に応じて、制御部２０９が光増幅器２０５の増幅率を制御してもよい。また、図９に例示する第２実施例の中継装置Ｒでは、減衰率計算部２５２により計算された出力側の空間リンクの減衰率に応じて、制御部２０９が光増幅器２０５の増幅率を制御してもよい。
【0111】
５．第３実施例
上述した実施例では、空間リンクの光減衰率に従って参照光の光増幅率制御および経路選択制御が実行される。本発明の第３実施例によれば、上記光増幅率制御および経路選択制御に加えて、送信機（Ａｌｉｃｅ）において送信光パルスの強度およびパルス幅を減衰率に応じて変調する。より詳しくは、送信光パルスのエネルギを変化させずに、減衰率に応じて送信パルスの強度を大きくしパルス幅を狭くする。
上述した実施例では、空間リンクの光減衰率に従って参照光の光増幅率制御および経路選択制御が実行される。本発明の第３実施例によれば、上記光増幅率制御および経路選択制御に加えて、送信機（Ａｌｉｃｅ）において送信光パルスの強度およびパルス幅を減衰率に応じて変調する。より詳しくは、送信光パルスのエネルギを変化させずに、減衰率に応じて送信パルスの強度を大きくしパルス幅を狭くする。
【0112】
たとえば、減衰が所定範囲内である場合（減衰率（１－γ）＜δ）を通常状態とする。送信光パルスの強度をＰ、パルス幅をｔとすれば、減衰率（１－γ）がδ以上に増大したとき、送信パルスの強度をＰ／γに、パルス幅をγｔに変化させる。これによりパルスあたりのエネルギＥは、透過率γあるいは減衰率（１－γ）に依存することなくＥ＝Ｐｔで一定となる。
【0113】
このように空間リンクでの光減衰率に応じて、送信光パルスのエネルギを変化させずに、レーザ光の減衰を補うように送信光パルスの強度およびパルス幅を変調する。これにより受信機（Ｂｏｂ）においてホモダイン検出された信号レベルを所定範囲に維持することができる。すなわち減衰率が大きく環境の影響を受けやすい光伝送路の場合であっても、ホモダイン検出におけるＳＮ比の改善および信号出力の安定化が達成される。
【0114】
図１６に例示するように、本発明の第３実施例による量子暗号通信ネットワークはＱＫＤネットワーク１０、ネットワーク管理装置１１ａ、および通信ネットワークＮＥＴを含む。ＱＫＤネットワーク１０は複数のノードが空間リンクにより接続された構成を有し、複数のノードは送信機（Ａｌｉｃｅ）と、受信機（Ｂｏｂ）と、送信機（Ａｌｉｃｅ）と受信機（Ｂｏｂ）とを接続する複数の中継装置とを含む。以下、ＱＫＤネットワーク１０は、図１６に例示するように送信機（Ａｌｉｃｅ）と、受信機（Ｂｏｂ）と、中継装置Ｒ１およびＲ２とが空間リンクＬ１～Ｌ５により接続されたネットワーク構成を有するものとする。
【0115】
ネットワーク管理装置１１ａは、ネットワーク内の各空間リンクの減衰率（１－γ）を収集し、収集された減衰率に基づいて中継装置で参照光の光増幅率を制御することができる。またネットワーク管理装置１１ａは、収集された減衰率を参照することでＱＫＤネットワーク１０内で総減衰率（コスト）が最小となる最適経路（たとえば図中の経路ＲＴ）を選択することができる。さらにネットワーク管理装置１１ａは、各空間リンクの減衰率（１－γ）と選択された経路上の中継装置における光増幅率とを用いて、経路減衰率を推定する。ネットワーク管理装置１１ａは、経路減衰率に応じて送信機（Ａｌｉｃｅ）を制御し、送信光パルスの強度およびパルス幅を上述したように変調することができる。
【0116】
以下、第２実施例による中継装置Ｒ（図９）、送信機６００（図１１）および受信機７００（図１２）からなるＱＫＤネットワーク１０を一例として、第３実施例による伝送制御方法について図１７を参照しながら説明する。図面を簡略化するために、光パルスを矩形状に近似し、そのピーク値をパルスパワー（強度）[W]、半値幅をパルス幅[s]とする。またＱＫＤネットワーク１０内の経路ＲＴが選択された場合について説明する。
【0117】
図１７において、まず送信機６００から経路ＲＴへ送出される送信光パルスのパワー（強度）をＰ[W]、パルス幅をｔ[s]とすると、送信光パルスのエネルギＥ[J]はＥ＝Ｐｔである。送信光パルスは経路ＲＴを伝搬し受信機７００に到達する（ステップＳ１）。受信機７００で受信される受信光パルスは経路ＲＴにおいて強度が減衰している。その時の経路減衰率を（１－γ）とする（γは経路透過率）。この場合、ネットワーク管理装置１１ａは、空間リンクＬ１およびＬ４のそれぞれの光減衰率と中継装置Ｒ１での光増幅率とから経路減衰率（１－γ）を計算する（ステップＳ２）。受信機７００での受信光パルスのエネルギＥは、Ｅ＝γＰｔで表される。
【0118】
送信機６００の制御部６１３は、送信光パルス当たりのエネルギＥを変化させることなく、経路減衰率（１－γ）に応じて送信光パルスの強度およびパルス幅を変化させる（ステップＳ３）。より詳しくは、パルス幅をｔからγｔに短縮し、強度をＰからＰ／γに増大させる。これによりパルス当たりのエネルギＥはＥ＝Ｐｔに維持される。
【0119】
このように強度およびパルス幅が変調された送信光パルスを送信すると（ステップＳ４）、受信機７００は、パルス幅γｔで強度Ｐの受信光パルスを受信することができる。この時のパルス当たりのエネルギＥはＥ＝γＰｔであり、ステップＳ１における変調前の受信光パルスのエネルギと同じになる。
【0120】
したがって、受信機７００の光検出器ＰＤ１、ＰＤ２で検出される受信光パルスの強度の変動を防止することができ、信号出力ＩｏｕｔのＳＮ比と共に信号出力Ｉｏｕｔの安定性を改善することができる。さらにパルス当たりのエネルギーＥがパルス幅とパルス強度を変化させても変わらないために、本実施例によるパルス変調を参照光ＬＯおよび信号光Ｑの両方に適用させることができる。
【0121】
以上述べたように、ネットワーク管理装置１１ａは経路減衰率に従って送信パルスの強度およびパルス幅を制御する。これにより、受信機７００においてホモダイン検出により得られた信号出力ＩｏｕｔのＳＮ比および出力安定性を改善することができる。また、量子暗号通信の不正傍受を検出した時に、中継装置で空間リンクＬを切り替えたとしても切替前後の伝送損失の違いにも対応が可能である。
【0122】
６．第２実施形態
上述したように、本発明の第１実施形態によれば、各空間リンクの減衰率収集、減衰率による光増幅率制御および経路選択制御はネットワーク管理装置１１により実行されるが、本発明はこのような集中制御方式に限定されない。ＱＫＤネットワークの各ノードが隣接ノードと減衰率情報をやり取りしながら同様の機能を分散的に実現することもできる。
上述したように、本発明の第１実施形態によれば、各空間リンクの減衰率収集、減衰率による光増幅率制御および経路選択制御はネットワーク管理装置１１により実行されるが、本発明はこのような集中制御方式に限定されない。ＱＫＤネットワークの各ノードが隣接ノードと減衰率情報をやり取りしながら同様の機能を分散的に実現することもできる。
【0123】
図１８に例示するように、本発明の第２実施形態による量子暗号通信ネットワークはＱＫＤネットワーク１２および通信ネットワークＮＥＴを含む。ＱＫＤネットワーク１２は複数のノードが空間リンクにより接続された構成を有し、複数のノードは送信機（Ａｌｉｃｅ）と、受信機（Ｂｏｂ）と、送信機（Ａｌｉｃｅ）と受信機（Ｂｏｂ）とを接続する複数の中継装置とを含む。
【0124】
ＱＫＤネットワーク１２の各ノードには、自ノードの空間リンクに関する減衰率情報と隣接ノードの空間リンクに関する減衰率情報とが経路リンク情報ＲＴＩとして保持されている。各ノードは経路リンク情報ＲＴＩを参照することで経路コストのより小さいルートを選択することができる。このような中継装置Ｒａ（Ｒ１ａおよびＲ２ａ）を図１９に例示する。中継装置Ｒａは第２実施例（図１１）の減衰率検出方式を採用しているが、第１実施例（図２）の減衰率検出方式であっても同様である。
【0125】
【0126】
本実施形態による中継装置Ｒａには、経路選択部９０１および制御部９０２が設けられている。制御部９０２は、隣接ノード（別の中継装置、送信機あるいは受信機）との間で通信ネットワークＮＥＴを通して減衰率情報のやり取りを行い、ＱＫＤネットワーク１２のリンク減衰率情報を経路リンク情報ＲＴＩとして経路選択部９０１に保持する。リンク減衰率情報は、自ノード（中継装置Ｒａ）に接続された空間リンクの減衰率と、隣接ノードに接続された空間リンクの減衰率とを含む。
【0127】
制御部９０２は、経路リンク情報ＲＴＩを参照して入力側光学系２０１の光スイッチＳＷ１および出力光学系２０２の光スイッチＳＷ２を制御し、経路コストがより小さい経路を選択する。また制御部９０２は選択された空間リンクの減衰率に応じて光増幅器２０５の増幅率を制御する。
【0128】
なお、上述した減衰率計算部２５２、経路選択部９０１および制御部９０２の機能は、図示しないメモリに格納されたプログラムをプロセッサあるいはＣＰＵ(Central Processing Unit)上で実行することにより実現可能である。
【0129】
７．付記
上述した実施形態および実施例の一部あるいは全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これらに限定されるものではない。
（付記１）
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークにおける前記中継装置であって、
少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、
前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、
少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、
前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する減衰率検出部と、
前記ネットワーク管理装置からの制御情報に従って、前記空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する制御部と、
を有することを特徴とする量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
（付記２）
前記出力側光学系が複数の出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を選択された出力側の空間リンクへ出力する出力側の光スイッチを有することを特徴とする付記１に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
（付記３）
前記入力側光学系が複数の入力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記参照光を選択された入力側の空間リンクから入力する入力側の光スイッチを有することを特徴とする付記１または２に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
（付記４）
前記減衰率検出部が、
前記空間リンクに接続された隣接するノードからプローブ光を前記空間リンクを通して受信するプローブ光受信部と、
前記空間リンクを通して到達したプローブ光の強度から前記光減衰率を計算する光減衰率計算部と、
を有することを特徴とする付記１に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
（付記５）
前記減衰率検出部が、
前記空間リンクに接続された隣接するノードへプローブ光を前記空間リンクを通して送出するプローブ光送信部と、
前記隣接ノードで反射して前記空間リンクを通して戻ってきたプローブ光の強度から前記光減衰率を計算する光減衰率計算部と、
を有することを特徴とする付記１に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
上述した実施形態および実施例の一部あるいは全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これらに限定されるものではない。
（付記１）
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークにおける前記中継装置であって、
少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、
前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、
少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、
前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する減衰率検出部と、
前記ネットワーク管理装置からの制御情報に従って、前記空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する制御部と、
を有することを特徴とする量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
（付記２）
前記出力側光学系が複数の出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を選択された出力側の空間リンクへ出力する出力側の光スイッチを有することを特徴とする付記１に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
（付記３）
前記入力側光学系が複数の入力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記参照光を選択された入力側の空間リンクから入力する入力側の光スイッチを有することを特徴とする付記１または２に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
（付記４）
前記減衰率検出部が、
前記空間リンクに接続された隣接するノードからプローブ光を前記空間リンクを通して受信するプローブ光受信部と、
前記空間リンクを通して到達したプローブ光の強度から前記光減衰率を計算する光減衰率計算部と、
を有することを特徴とする付記１に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
（付記５）
前記減衰率検出部が、
前記空間リンクに接続された隣接するノードへプローブ光を前記空間リンクを通して送出するプローブ光送信部と、
前記隣接ノードで反射して前記空間リンクを通して戻ってきたプローブ光の強度から前記光減衰率を計算する光減衰率計算部と、
を有することを特徴とする付記１に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
【0130】
（付記６）
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークにおける前記中継装置であって、
少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、
前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、
少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、
前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する減衰率検出部と、
前記光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御する制御部と、
前記光減衰率と隣接ノードが検出した光減衰率とに基づいて、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御し前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する経路選択部と、
を有することを特徴とする量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
（付記７）
前記出力側光学系が複数の出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を選択された出力側の空間リンクへ出力する出力側の光経路切替部を有することを特徴とする付記６に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
（付記８）
前記入力側光学系が複数の入力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記参照光を選択された入力側の空間リンクから入力する入力側の光経路切替部を有することを特徴とする付記６または７に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
（付記９）
前記減衰率検出部が、
前記空間リンクに接続された隣接するノードからプローブ光を前記空間リンクを通して受信するプローブ光受信部と、
前記空間リンクを通して到達したプローブ光の強度から前記光減衰率を計算する光減衰率計算部と、
を有することを特徴とする付記６に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
（付記１０）
前記減衰率検出部が、
前記空間リンクに接続された隣接するノードへプローブ光を前記空間リンクを通して送出するプローブ光送信部と、
前記隣接ノードで反射して前記空間リンクを通して戻ってきたプローブ光の強度から前記光減衰率を計算する光減衰率計算部と、
を有することを特徴とする付記６に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークにおける前記中継装置であって、
少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、
前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、
少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、
前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する減衰率検出部と、
前記光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御する制御部と、
前記光減衰率と隣接ノードが検出した光減衰率とに基づいて、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御し前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する経路選択部と、
を有することを特徴とする量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
（付記７）
前記出力側光学系が複数の出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を選択された出力側の空間リンクへ出力する出力側の光経路切替部を有することを特徴とする付記６に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
（付記８）
前記入力側光学系が複数の入力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記参照光を選択された入力側の空間リンクから入力する入力側の光経路切替部を有することを特徴とする付記６または７に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
（付記９）
前記減衰率検出部が、
前記空間リンクに接続された隣接するノードからプローブ光を前記空間リンクを通して受信するプローブ光受信部と、
前記空間リンクを通して到達したプローブ光の強度から前記光減衰率を計算する光減衰率計算部と、
を有することを特徴とする付記６に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
（付記１０）
前記減衰率検出部が、
前記空間リンクに接続された隣接するノードへプローブ光を前記空間リンクを通して送出するプローブ光送信部と、
前記隣接ノードで反射して前記空間リンクを通して戻ってきたプローブ光の強度から前記光減衰率を計算する光減衰率計算部と、
を有することを特徴とする付記６に記載の量子暗号通信ネットワークにおける中継装置。
【0131】
（付記１１）
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークのネットワーク管理装置であって、
前記量子暗号通信ネットワークのノードおよび空間リンクからなるネットワーク構成を格納する記憶部と、
前記複数のノードから各ノードが収容する空間リンクの光減衰率を収集する減衰率収集部と、
前記空間リンクの光減衰率に基づいて前記量子暗号通信ネットワークにおける経路を選択し、当該経路を実現する空間リンクを選択するように前記経路上の各中継装置を制御する経路選択制御部と、
を有するネットワーク管理装置。
（付記１２）
前記複数の中継装置の各々が前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器を有し、
前記経路選択制御部が、前記経路上の各中継装置の入力側の空間リンクの光減衰率に応じて、当該中継装置の前記光増幅器の光増幅率を制御することを特徴とする付記１１に記載のネットワーク管理装置。
（付記１３）
前記経路上の各中継装置が、入力側の空間リンクの光減衰率に応じて、前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器を有することを特徴とする付記１１に記載のネットワーク管理装置。
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークのネットワーク管理装置であって、
前記量子暗号通信ネットワークのノードおよび空間リンクからなるネットワーク構成を格納する記憶部と、
前記複数のノードから各ノードが収容する空間リンクの光減衰率を収集する減衰率収集部と、
前記空間リンクの光減衰率に基づいて前記量子暗号通信ネットワークにおける経路を選択し、当該経路を実現する空間リンクを選択するように前記経路上の各中継装置を制御する経路選択制御部と、
を有するネットワーク管理装置。
（付記１２）
前記複数の中継装置の各々が前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器を有し、
前記経路選択制御部が、前記経路上の各中継装置の入力側の空間リンクの光減衰率に応じて、当該中継装置の前記光増幅器の光増幅率を制御することを特徴とする付記１１に記載のネットワーク管理装置。
（付記１３）
前記経路上の各中継装置が、入力側の空間リンクの光減衰率に応じて、前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器を有することを特徴とする付記１１に記載のネットワーク管理装置。
【0132】
（付記１４）
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークにおける前記中継装置の伝送制御方法であって、
入力側光学系が少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容し、
光増幅器が前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅し、
出力光学系が少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力し、
減衰率検出部が前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出し、
制御部が、前記ネットワーク管理装置からの制御情報に従って、前記空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する、
ことを特徴とする中継装置の伝送制御方法。
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークにおける前記中継装置の伝送制御方法であって、
入力側光学系が少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容し、
光増幅器が前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅し、
出力光学系が少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力し、
減衰率検出部が前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出し、
制御部が、前記ネットワーク管理装置からの制御情報に従って、前記空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する、
ことを特徴とする中継装置の伝送制御方法。
【0133】
（付記１５）
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークにおける前記中継装置の伝送制御方法であって、
入力側光学系が少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容し、
光増幅器が前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅し、
出力光学系が少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力し、
減衰率検出部が前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出し、
制御部が、前記光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、
経路選択部が、前記光減衰率および隣接ノードが検出した光減衰率に基づいて、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御し前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する、
ことを特徴とする中継装置の伝送制御方法。
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークにおける前記中継装置の伝送制御方法であって、
入力側光学系が少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容し、
光増幅器が前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅し、
出力光学系が少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力し、
減衰率検出部が前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出し、
制御部が、前記光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、
経路選択部が、前記光減衰率および隣接ノードが検出した光減衰率に基づいて、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御し前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する、
ことを特徴とする中継装置の伝送制御方法。
【0134】
（付記１６）
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、ネットワーク管理装置により管理される量子暗号通信ネットワークであって、
前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信し、
前記中継装置が、
少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、
前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、
少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、
を有し、
前記ネットワーク管理装置が、各空間リンクの光減衰率を収集し、前記中間装置が収容する空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記送信機と前記受信機との間の中継装置の前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光の経路を選択する、
ことを特徴とする量子暗号通信ネットワーク。
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、ネットワーク管理装置により管理される量子暗号通信ネットワークであって、
前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信し、
前記中継装置が、
少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、
前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、
少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、
を有し、
前記ネットワーク管理装置が、各空間リンクの光減衰率を収集し、前記中間装置が収容する空間リンクの光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記送信機と前記受信機との間の中継装置の前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光の経路を選択する、
ことを特徴とする量子暗号通信ネットワーク。
【0135】
（付記１７）
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続された量子暗号通信ネットワークであって、
前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信し、
前記中継装置が、
少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、
前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、
少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、
前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する減衰率検出部と、
前記光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御する制御部と、
前記光減衰率と隣接ノードが検出した光減衰率とに基づいて、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御し前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する経路選択部と、
を有することを特徴とする量子暗号通信ネットワーク。
（付記１８）
前記出力側光学系が複数の出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を選択された出力側の空間リンクへ出力する出力側の光経路切替部を有することを特徴とする付記１６または１７に記載の量子暗号通信ネットワーク。
（付記１９）
前記入力側光学系が複数の入力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記参照光を選択された入力側の空間リンクから入力する入力側の光経路切替部を有することを特徴とする付記１６または１７に記載の量子暗号通信ネットワーク。
（付記２０）
前記空間リンクに接続された隣接するノードの一方のノードが前記信号光および前記参照光と共に所定強度のプローブ光を前記空間リンクへ送出するプローブ光送信部を有し、
他方のノードが、前記空間リンクを通して到達したプローブ光の強度から前記光減衰率を計算する光減衰率計算部を有する、
ことを特徴とする付記１６または１７に記載の量子暗号通信ネットワーク。
（付記２１）
前記空間リンクに接続された隣接するノードの一方のノードが、
前記信号光および前記参照光と共に所定強度のプローブ光を前記空間リンクへ送出するプローブ光送信部と、
他方のノードで反射して前記空間リンクを通して戻ってきたプローブ光の強度から前記光減衰率を計算する光減衰率計算部と、
を有する、
ことを特徴とする付記１６または１７に記載の量子暗号通信ネットワーク。
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続された量子暗号通信ネットワークであって、
前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信し、
前記中継装置が、
少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容する入力側光学系と、
前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅する光増幅器と、
少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力する出力側光学系と、
前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する減衰率検出部と、
前記光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御する制御部と、
前記光減衰率と隣接ノードが検出した光減衰率とに基づいて、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御し前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する経路選択部と、
を有することを特徴とする量子暗号通信ネットワーク。
（付記１８）
前記出力側光学系が複数の出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を選択された出力側の空間リンクへ出力する出力側の光経路切替部を有することを特徴とする付記１６または１７に記載の量子暗号通信ネットワーク。
（付記１９）
前記入力側光学系が複数の入力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記参照光を選択された入力側の空間リンクから入力する入力側の光経路切替部を有することを特徴とする付記１６または１７に記載の量子暗号通信ネットワーク。
（付記２０）
前記空間リンクに接続された隣接するノードの一方のノードが前記信号光および前記参照光と共に所定強度のプローブ光を前記空間リンクへ送出するプローブ光送信部を有し、
他方のノードが、前記空間リンクを通して到達したプローブ光の強度から前記光減衰率を計算する光減衰率計算部を有する、
ことを特徴とする付記１６または１７に記載の量子暗号通信ネットワーク。
（付記２１）
前記空間リンクに接続された隣接するノードの一方のノードが、
前記信号光および前記参照光と共に所定強度のプローブ光を前記空間リンクへ送出するプローブ光送信部と、
他方のノードで反射して前記空間リンクを通して戻ってきたプローブ光の強度から前記光減衰率を計算する光減衰率計算部と、
を有する、
ことを特徴とする付記１６または１７に記載の量子暗号通信ネットワーク。
【0136】
（付記２２）
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークにおける前記中継装置としてコンプータを機能させるプログラムであって、
入力側光学系が少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容し、光増幅器が前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅し、出力光学系が少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力し、
前記プログラムが、
前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する機能と、
前記光減衰率をネットワーク管理装置へ通知し、前記ネットワーク管理装置からの前記空間リンクの光減衰率に応じた制御情報に従って、前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する機能と、
を前記コンピュータで実現することを特徴とするプログラム。
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークにおける前記中継装置としてコンプータを機能させるプログラムであって、
入力側光学系が少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容し、光増幅器が前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅し、出力光学系が少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力し、
前記プログラムが、
前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する機能と、
前記光減衰率をネットワーク管理装置へ通知し、前記ネットワーク管理装置からの前記空間リンクの光減衰率に応じた制御情報に従って、前記光増幅器の光増幅率を制御し、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御して前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する機能と、
を前記コンピュータで実現することを特徴とするプログラム。
【0137】
（付記２３）
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークにおける前記中継装置としてコンプータを機能させるプログラムであって、
入力側光学系が少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容し、光増幅器が前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅し、出力光学系が少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力し、
前記プログラムが、
前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する機能と、
前記光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御する機能と、
前記光減衰率および隣接ノードが検出した光減衰率に基づいて、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御し前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する機能と、
を前記コンピュータで実現することを特徴とするプログラム。
送信機、受信機および複数の中継装置を含む複数のノードがそれぞれ空間リンクで接続され、前記送信機が、コヒーレント光から量子状態を有する微弱な信号光と量子状態を有しない参照光とを生成し、前記信号光および前記参照光を少なくとも１つの中継装置を通して前記受信機へ送信する量子暗号通信ネットワークにおける前記中継装置としてコンプータを機能させるプログラムであって、
入力側光学系が少なくとも１つの入力側の空間リンクを収容し、光増幅器が前記入力側光学系を通して入力した前記信号光および前記参照光のうち前記参照光のみを光増幅し、出力光学系が少なくとも１つの出力側の空間リンクを収容し、前記信号光および前記光増幅された参照光を出力し、
前記プログラムが、
前記入力側または前記出力側の空間リンクあるいは前記入力側および前記出力側の空間リンクの光減衰率を検出する機能と、
前記光減衰率に応じて前記光増幅器の光増幅率を制御する機能と、
前記光減衰率および隣接ノードが検出した光減衰率に基づいて、前記入力側光学系および前記出力側光学系の少なくとも一方を制御し前記信号光および前記参照光を伝送する空間リンクを選択する機能と、
を前記コンピュータで実現することを特徴とするプログラム。
【産業上の利用可能性】
【0138】
本発明は量子鍵配送システムに適用可能である。
【符号の説明】
【0139】
１０、１２ ＱＫＤネットワーク
１１ ネットワーク管理装置
１０２ 送信光学系
１０３、１０４ ビームエクスパンダ
１０５、１１２ ダイクロイックミラー（ＤＭ）
２０１、４０１ 入力側光学系
２０２、３０９ 出力側光学系
２０３ 偏光ビームスプリッタ
２０４、２５０，４０５、５０５、５０６ ダイクロイックミラー（ＤＭ）
２０５ 光増幅器
２０６ ミラー
２０７ 無偏光ビームスプリッタ
２０８、２５２，４１０、６１２ 減衰率計算部
２０９、４１１ 制御部
２１０ レーザ光源
４０５ ダイクロイックミラー（ＤＭ）
５０５、５０６ ダイクロイックミラー（ＤＭ）
Ｌ、Ｌ１～Ｌ５ 空間リンク
ＰＤ、ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３ 光検出器
ＳＷ１、ＳＷ２ 光スイッチ
ＢＥｉ、ＢＥｊ ビームエクスパンダ
ＢＥｐ、ＢＥｑ 送信光学系
ＮＥＴ 通信ネットワーク
１１ ネットワーク管理装置
１０２ 送信光学系
１０３、１０４ ビームエクスパンダ
１０５、１１２ ダイクロイックミラー（ＤＭ）
２０１、４０１ 入力側光学系
２０２、３０９ 出力側光学系
２０３ 偏光ビームスプリッタ
２０４、２５０，４０５、５０５、５０６ ダイクロイックミラー（ＤＭ）
２０５ 光増幅器
２０６ ミラー
２０７ 無偏光ビームスプリッタ
２０８、２５２，４１０、６１２ 減衰率計算部
２０９、４１１ 制御部
２１０ レーザ光源
４０５ ダイクロイックミラー（ＤＭ）
５０５、５０６ ダイクロイックミラー（ＤＭ）
Ｌ、Ｌ１～Ｌ５ 空間リンク
ＰＤ、ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３ 光検出器
ＳＷ１、ＳＷ２ 光スイッチ
ＢＥｉ、ＢＥｊ ビームエクスパンダ
ＢＥｐ、ＢＥｑ 送信光学系
ＮＥＴ 通信ネットワーク
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
