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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-13
(45)【発行日】2024-02-21
(54)【発明の名称】光送信機および変調タイミング正誤判定方法
(51)【国際特許分類】
H04L 9/12 20060101AFI20240214BHJP
【ＦＩ】
H04L9/12
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2022530440
(86)(22)【出願日】2020-06-10
(86)【国際出願番号】 JP2020022912
(87)【国際公開番号】W WO2021250829
(87)【国際公開日】2021-12-16
【審査請求日】2022-11-24
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３１年度、国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構、戦略的イノベーション創造プログラム（ＳＩＰ）「光・量子を活用したＳｏｃｉｅｔｙ５．０実現化技術／社会実装に向けた量子暗号装置の研究開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【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】吉野 健一郎
【審査官】行田 悦資
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／０４７７１６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－００１８６８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｌ ９／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定周期の光パルス列を変調してデータ送信を行う光送信機であって、前記光パルス列を少なくとも基準強度とゼロ強度との間で強度変調して第１光パルス列を出力する第１変調器と、
前記第１光パルス列を入力し、その各光パルスを時間的に分離した２連パルスからなる第２光パルス列を出力する非対称干渉計と、
前記第２光パルス列をパルスペア毎に送信データ変調して第３光パルス列を出力する第２変調器と、
前記第３光パルス列の光強度を測定する光強度測定器と、
前記第１変調器の強度変調および前記第２変調器の送信データ変調を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部が、
強度変調パターンに従った前記強度変調により、前記第２光パルス列の前記２連パルスを基準強度あるいはゼロ強度とし、
送信データ変調パターンに従った前記送信データ変調により、前記第２光パルス列の前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とし、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させた時の前記第３光パルス列の光強度に基づいて前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする光送信機。
【請求項2】
前記光強度測定器が前記第３光パルス列の平均光強度を測定することを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
【請求項3】
前記制御部が、前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させ、
前記変化の前の前記第３光パルス列の第１の光強度と前記変化の後の前記第３光パルス列の第２の光強度との比較結果に基づいて、前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光送信機。
【請求項4】
前記強度変調パターンは、前記光パルス列を基準強度とし前記第２光パルス列が基準強度の２連パルスを繰り返す第１強度変調パターンと、前記光パルス列がパルス毎に基準強度とゼロ強度とを交互に繰り返すことで前記第２光パルス列が２連パルスおきに基準強度とゼロ強度とを繰り返す第２強度変調パターンとを有し、前記送信データ変調パターンは、前記パルスペアの一方のパルスがゼロ強度、他方のパルスが基準強度の第１送信データ変調と、前記一方のパルスが基準強度、前記他方のパルスがゼロ強度の第２送信データ変調とを交互に繰り返し、
前記制御部が、
前記送信データ変調パターンを固定した状態で、前記強度変調パターンを前記第１強度変調パターンに設定した時の前記第３光パルス列の第１の光強度と、前記強度変調パターンを前記第２強度変調パターンへ変化させたときの前記第３光パルス列の第２の光強度と、を比較することで前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項１－３のいずれか１項に記載の光送信機。
【請求項5】
前記強度変調パターンは、前記光パルス列がパルス毎に基準強度とゼロ強度とを交互に繰り返すことで前記第２光パルス列が２連パルスおきに基準強度とゼロ強度とを繰り返し、前記送信データ変調パターンは、前記パルスペアの一方のパルスがゼロ強度、他方のパルスが基準強度の第１送信データ変調と、前記一方のパルスが基準強度、前記他方のパルスがゼロ強度の第２送信データ変調とを交互に繰り返し、
前記制御部が、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンの一方のパターンを固定し他方のパターンを所定パターンとした時の前記第３光パルス列の第１の光強度と、前記他方のパターンを反転させたときの前記第３光パルス列の第２の光強度と、を比較することで前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項１－３のいずれか１項に記載の光送信機。
【請求項6】
前記第１変調器がデコイ法に従った強度変調を行う強度変調器であり、前記第２変調器が送信データに従って前記パルスペアに対して位相変調あるいは前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とする強度変調を行う強度・位相変調器であり、
前記光強度測定器は前記第３光パルス列の光強度をモニタするための光検出器を利用し、
前記制御部は、前記パルスペアが前記２連パルスとなるように前記第２変調器の変調タイミングを調整することを特徴とする請求項１－５のいずれか１項に記載の光送信機。
【請求項7】
所定周期の光パルス列を変調してデータ送信を行う光送信機における変調タイミング正誤判定方法であって、第１変調器が前記光パルス列を少なくとも基準強度とゼロ強度との間で強度変調して第１光パルス列を出力し、
非対称干渉計が前記第１光パルス列を入力し、その各光パルスを時間的に分離した２連パルスからなる第２光パルス列を出力し、
第２変調器が前記第２光パルス列をパルスペア毎に送信データ変調して第３光パルス列を出力し、
光強度測定器が前記第３光パルス列の光強度を測定し、
制御部が、前記第１変調器の強度変調および前記第２変調器の送信データ変調を制御することで、
強度変調パターンに従った前記強度変調により、前記第２光パルス列の前記２連パルスを基準強度あるいはゼロ強度とし、
送信データ変調パターンに従った前記送信データ変調により、前記第２光パルス列の前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とし、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させた時の前記第３光パルス列の光強度に基づいて前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする変調タイミング正誤判定方法。
【請求項8】
前記光強度測定器が前記第３光パルス列の平均光強度を測定することを特徴とする請求項７に記載の変調タイミング正誤判定方法。
【請求項9】
前記制御部が、前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させ、
前記変化の前の前記第３光パルス列の第１の光強度と前記変化の後の前記第３光パルス列の第２の光強度との比較結果に基づいて、前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項７または８に記載の変調タイミング正誤判定方法。
【請求項10】
所定周期の光パルス列を少なくとも基準強度とゼロ強度との間で強度変調して第１光パルス列を出力する第１変調器と、前記第１光パルス列を入力し、その各光パルスを時間的に分離した２連パルスからなる第２光パルス列を出力する非対称干渉計と、前記第２光パルス列をパルスペア毎に送信データ変調して第３光パルス列を出力する第２変調器と、前記第３光パルス列の光強度を測定する光強度測定器と、を有する光送信機の制御部としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、強度変調パターンに従った前記強度変調により、前記第２光パルス列の前記２連パルスを基準強度あるいはゼロ強度とする機能と、
送信データ変調パターンに従った前記送信データ変調により、前記第２光パルス列の前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とする機能と、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させた時の前記第３光パルス列の光強度に基づいて前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する機能と、
を前記コンピュータに実現させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は光変調された２連パルスの変調タイミングの正誤を判定する方法およびそれを用いた光送信機に関する。
【背景技術】
【0002】
光通信の分野において、量子暗号鍵配送(ＱＫＤ：Quantum Key Distribution)は伝送路の高秘匿性を実現するものとして期待されており、実用化に向けた研究開発が盛んに行われている。以下、ＱＫＤシステムの送信機（Ａｌｉｃｅ）の一例として、２連光パルスを利用した位相・時間コーディング方式について図１を参照しながら説明する。このような送信機は特許文献１等に記載されている一般的なものである。
【0003】
図１において、レーザ光源は一定周期Ｔで光パルスを出力し、非対称干渉計を通して各光パルスＰを所定時間差ΔＴの２連パルスＰ１およびＰ２に分離する。２連パルスは位相変調または強度変調によって符号化（位相・時間コーディング）され、図１に示す位相基底（Ｙ基底）の２状態Ｙ０、Ｙ１と時間基底の２状態Ｚ０、Ｚ１からなる４状態がランダムに生成される。こうして４状態のいずれかに設定された２連パルスは、その強度が単一光子レベルに減衰された後、光伝送路を通して受信機（Ｂｏｂ）へ送信される。
【0004】
しかしながら、このように減衰して送信される光パルスは真の単一光子パルスではなく、実際には複数個の光子が含まれうる。このような単一光子パルスの疑似性を突いて光子数分割攻撃（ＰＮＳ攻撃：Photon Number Splitting Attack)と呼ばれる盗聴攻撃が可能となる。そこでＰＮＳ攻撃を回避する手段として、光パルスの強度を適宜変化させることでＰＮＳ攻撃の有無を検知するデコイ(decoy)方式が提案された。ＱＫＤシステムにおいてデコイ方式の採用は必須であると考えられている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１０－０２８５２８号公報
【文献】特開２０１５－０１８１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ＱＫＤシステムの高速化に伴いレーザ光源から出力される光パルス列の周期Ｔは短くなるが、２連パルスの時間差ΔＴを考慮するとΔＴ＝Ｔ／２を満たす設定が最も効率が高くなる。ところがΔＴ＝Ｔ／２になると２連パルスの列は等間隔で連続するために、隣接するパルスペアが同じ元パルスＰを分岐した２連パルス（以下、正しいパルスペアという。）であるか否かを区別することができない。そこで、図２に示すように、変調が正しいパルスペアに対して行われた場合と誤ったパルスペアに対して行われた場合とで受信機での誤り率が異なることを利用し、最も誤り率が低くなる変調タイミングを正しいパルスペアでの変調と判定することができる。
【0007】
しかしながら、図２に示すような方法では、受信機と送信機とをセットで使用する必要があり、送信機単体で変調タイミングの調整を行うことができない。また、受信機側での誤り率は変調タイミング以外の種々の要因で変動しうるために、誤り率が高いからといって必ずしも変調タイミングが不備であるとは限らず、判定方法として不確実である。
【0008】
そこで本発明の目的は、送信機単体で変調タイミングの正誤を確実に判定でき、変調タイミングの調整を可能にする変調タイミング正誤判定方法およびそれを用いた光送信機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の第一の態様による光送信機は、所定周期の光パルス列を変調してデータ送信を行う光送信機であって、前記光パルス列を少なくとも基準強度とゼロ強度との間で強度変調して第１光パルス列を出力する第１変調器と、前記第１光パルス列を入力し、その各光パルスを時間的に分離した２連パルスからなる第２光パルス列を出力する非対称干渉計と、前記第２光パルス列をパルスペア毎に送信データ変調して第３光パルス列を出力する第２変調器と、前記第３光パルス列の光強度を測定する光強度測定器と、前記第１変調器の強度変調および前記第２変調器の送信データ変調を制御する制御部と、を有し、前記制御部が、強度変調パターンに従った前記第１光パルス列の強度変調により、前記第２光パルス列の前記２連パルスを基準強度あるいはゼロ強度とし、送信データ変調パターンに従った前記送信データ変調により、前記第２光パルス列の前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とし、前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させた時の前記第３光パルス列の光強度に基づいて前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する。
本発明の第二の態様による変調タイミング正誤判定方法は、所定周期の光パルス列を変調してデータ送信を行う光送信機における変調タイミング正誤判定方法であって、第１変調器が前記光パルス列を少なくとも基準強度とゼロ強度との間で強度変調して第１光パルス列を出力し、非対称干渉計が前記第１光パルス列を入力し、その各光パルスを時間的に分離した２連パルスからなる第２光パルス列を出力し、第２変調器が前記第２光パルス列をパルスペア毎に送信データ変調して第３光パルス列を出力し、光強度測定器が前記第３光パルス列の光強度を測定し、制御部が、前記第１変調器の強度変調および前記第２変調器の送信データ変調を制御することで、強度変調パターンに従った前記第１光パルス列の強度変調により、前記第２光パルス列の前記２連パルスを基準強度あるいはゼロ強度とし、送信データ変調パターンに従った前記送信データ変調により、前記第２光パルス列の前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とし、前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させた時の前記第３光パルス列の光強度に基づいて前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する。
本発明の第三の態様によるプログラムは、所定周期の光パルス列を少なくとも基準強度とゼロ強度との間で強度変調して第１光パルス列を出力する第１変調器と、前記第１光パルス列を入力し、その各光パルスを時間的に分離した２連パルスからなる第２光パルス列を出力する非対称干渉計と、前記第２光パルス列をパルスペア毎に送信データ変調して第３光パルス列を出力する第２変調器と、前記第３光パルス列の光強度を測定する光強度測定器と、を有する光送信機の制御部としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、強度変調パターンに従った前記第１光パルス列の強度変調により、前記第２光パルス列の前記２連パルスを基準強度あるいはゼロ強度とする機能と、送信データ変調パターンに従った前記送信データ変調により、前記第２光パルス列の前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とする機能と、前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させた時の前記第３光パルス列の光強度に基づいて前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する機能と、を前記コンピュータに実現させる。
本発明の第二の態様による変調タイミング正誤判定方法は、所定周期の光パルス列を変調してデータ送信を行う光送信機における変調タイミング正誤判定方法であって、第１変調器が前記光パルス列を少なくとも基準強度とゼロ強度との間で強度変調して第１光パルス列を出力し、非対称干渉計が前記第１光パルス列を入力し、その各光パルスを時間的に分離した２連パルスからなる第２光パルス列を出力し、第２変調器が前記第２光パルス列をパルスペア毎に送信データ変調して第３光パルス列を出力し、光強度測定器が前記第３光パルス列の光強度を測定し、制御部が、前記第１変調器の強度変調および前記第２変調器の送信データ変調を制御することで、強度変調パターンに従った前記第１光パルス列の強度変調により、前記第２光パルス列の前記２連パルスを基準強度あるいはゼロ強度とし、送信データ変調パターンに従った前記送信データ変調により、前記第２光パルス列の前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とし、前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させた時の前記第３光パルス列の光強度に基づいて前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する。
本発明の第三の態様によるプログラムは、所定周期の光パルス列を少なくとも基準強度とゼロ強度との間で強度変調して第１光パルス列を出力する第１変調器と、前記第１光パルス列を入力し、その各光パルスを時間的に分離した２連パルスからなる第２光パルス列を出力する非対称干渉計と、前記第２光パルス列をパルスペア毎に送信データ変調して第３光パルス列を出力する第２変調器と、前記第３光パルス列の光強度を測定する光強度測定器と、を有する光送信機の制御部としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、強度変調パターンに従った前記第１光パルス列の強度変調により、前記第２光パルス列の前記２連パルスを基準強度あるいはゼロ強度とする機能と、送信データ変調パターンに従った前記送信データ変調により、前記第２光パルス列の前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とする機能と、前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させた時の前記第３光パルス列の光強度に基づいて前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する機能と、を前記コンピュータに実現させる。
【発明の効果】
【0010】
上述したように、本発明によれば、送信機単体で変調タイミングの正誤を確実に判定でき変調タイミングの調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】背景技術としての量子鍵配送システムにおける送信機の一例を示す模式的構成図である。
【図2】背景技術としての変調タイミングの正誤判定を説明するための模式図である。
【図3】本発明の一実施形態による光送信機の概略的構成を示すブロック図である。
【図4】本実施形態で使用されるデコイ法の一例を説明するための模式図である。
【図5】本発明の第１実施例による変調タイミング正誤判定方法を示すフローチャートである。
【図7】本発明の第２実施例による変調タイミング正誤判定方法を示すフローチャートである。
【図9】本発明の第３実施例による変調タイミング正誤判定方法を示すフローチャートである。
【図11】本発明の一実施形態による変調タイミング正誤判定方法を適用した光送信機の概略的構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
＜実施形態の概要＞
非対称干渉計の出力光パルス列は２連パルスから構成されるが、どのパルスペアが２連パルス（正しいパルスペア）であるか判別できない。そこで、本発明の実施形態によれば、非対称干渉計の入力側の強度変調と非対称干渉計の出力側の送信データ変調とをそれぞれ特定パターンに設定する。このパターンのいずれかを変化させ、送信データ変調後の光パルス列の光強度を測定することで変調タイミングの正誤を判定する。
非対称干渉計の出力光パルス列は２連パルスから構成されるが、どのパルスペアが２連パルス（正しいパルスペア）であるか判別できない。そこで、本発明の実施形態によれば、非対称干渉計の入力側の強度変調と非対称干渉計の出力側の送信データ変調とをそれぞれ特定パターンに設定する。このパターンのいずれかを変化させ、送信データ変調後の光パルス列の光強度を測定することで変調タイミングの正誤を判定する。
【0013】
より詳しくは、非対称干渉計の入力光パルス列を第１のパターンで強度変調し、非対称干渉計の出力光パルス列を第２のパターンでパルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度にする送信データ変調を行う。第１および第２のパターンのいずれかを変化させ、それによる送信データ変調後の光パルス列の光強度の変化を監視する。この光強度が変化する、あるいは変化しないことを検出するだけで、送信データ変調が正しいパルスペアに対して行われたか否か、すなわち変調タイミングの正誤を判定することができる。
【0014】
位相・時間基底コーディングを採用したデコイ方式の光送信機であれば、デコイ強度変調と時間基底とを所定パターンで設定することにより送信機内の光強度測定だけで変調タイミングの正誤を判定することができる。送信機単体で変調タイミングの正誤を判定できるので、別の変動要因を排除でき、確実な変調タイミング調整が可能となる。
【0015】
以下、一方向型干渉計システムを一例として、本発明の実施形態および実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0016】
＜実施形態＞
図３において、光送信機１０は、レーザ光源１０１、強度変調器１０２、非対称干渉計１０３、強度・位相変調器１０４、光分岐部１０５および減衰器１０６を有する。強度変調器１０２はデコイ用として、強度・位相変調器１０４は位相・時間基底コーディング用として使用されるが、本実施形態では後述する変調タイミング正誤判定に利用される。
図３において、光送信機１０は、レーザ光源１０１、強度変調器１０２、非対称干渉計１０３、強度・位相変調器１０４、光分岐部１０５および減衰器１０６を有する。強度変調器１０２はデコイ用として、強度・位相変調器１０４は位相・時間基底コーディング用として使用されるが、本実施形態では後述する変調タイミング正誤判定に利用される。
【0017】
非対称干渉計１０３は光路長が異なる２つの光導波路からなり、レーザ光源１０１から出力された周期Ｔ（たとえば８００ｐｓ）の光パルスごとに所定遅延時間Δｔ＝Ｔ／２だけ分離した２連パルスを生成する。
【0018】
強度・位相変調器１０４は、図１で説明したように、非対称干渉計１０３の出力光パルス列に対して、パルスペア毎に位相変調または強度変調（位相・時間コーディング）を実行する。強度・位相変調器１０４の出力光パルス列は光分岐部１０５を通して減衰器１０６へ出力され、光分岐部１０５で分岐した一部が光強度測定器１０７へ入射する。減衰器１０６は、強度・位相変調器１０４の出力光パルス列の光強度を単一光子レベルまで減衰させ送信する。
【0019】
光強度測定器１０７は光分岐部１０５で分岐した出力光パルス列を入力し、出力光パルスの平均光強度を測定する。一般に、光送信機には変調後の出力レベル（直流ドリフト成分）を監視する光センサが設けられており（たとえば特許文献１参照）、この光センサを本実施形態における光強度測定器１０７として利用することができる。
【0020】
光送信機１０に設けられたプロセッサ２００は、プログラムメモリ２０１に格納されたプログラムを実行することで、通信のためのデータ処理に加えて、本実施形態による変調タイミング正誤判定機能を実装できる。本実施形態では、プロセッサ２００に変調タイミング正誤判定部２０２の機能が実装される。変調器ドライバ２０３は、変調タイミング正誤判定部２０２の制御の下で、強度変調器１０２をデコイ用に、強度・位相変調器１０４を位相・時間基底コーディング用にそれぞれ駆動する。変調タイミング正誤判定部２０２は変調器ドライバ２０３を後述するように制御し、光強度測定器１０７から入力した光強度データを用いて変調タイミング正誤を判定する。なおメモリ２０４は光強度データの格納等に用いる作業用メモリである。
【0021】
図４に例示するように、デコイ法は、送信光パルスの一部に強度の異なるパルスをおとり（decoy）としてランダムに混ぜる方式であり、多くの場合、信号光Ｓ（基準強度）、デコイ光Ｄ（０．４ｘ基準強度）、真空Ｖ（ゼロ強度）の３種類を使用し、たとえばそれぞれ９０％、５％、５％程度の割合で混合される。これに対して本実施形態による変調タイミング正誤判定方法では、強度変調器１０２がレーザ光源１０１からの光パルス列に対して信号光Ｓ／真空Ｖの強度変調を行う。以下、強度変調器１０２による強度変調（Ｓ／Ｖ）をデコイ変調という。
【0022】
強度・位相変調器１０４は、通常の光通信では、非対称干渉計１０３からのパルスペアに対して、図１に示すような送信データビット０／１に応じた位相変調あるいは強度変調（Ｙ０／Ｙ１／Ｚ０／Ｚ１）を行う。これに対して本実施形態による変調タイミング正誤判定方法では、強度・位相変調器１０４が時間基底コーディング（Ｚ０／Ｚ１）の強度変調を行う。時間基底コーディング（Ｚ０／Ｚ１）とは、図１に示すように、送信データに応じてパルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度にする強度変調である。以下、強度・位相変調器１０４による時間基底コーディング（Ｚ０／Ｚ１）の強度変調を送信データ変調という。
【0023】
本実施形態によれば、強度変調器１０２がレーザ光源１０１からの入力光パルス列をＳ／Ｖパターンでデコイ変調し、非対称干渉計１０３の出力光パルス列をＺ０／Ｚ１パターンで送信データ変調を行う。Ｓ／ＶパターンおよびＺ０／Ｚ１パターンのいずれかを変化させ、それによる強度・位相変調器１０４からの出力光パルス列の光強度を光強度測定器１０７により監視する。変調タイミング正誤判定部２０２は、パターン変化の前後で光強度が変化する、あるいは変化しないことを検出し、強度・位相変調器１０４による送信データ変調が正しいパルスペアに対して行われたか否か、すなわち変調タイミングの正誤を判定することができる。
【0024】
【0025】
１．第１実施例
本発明の第１実施例によれば、送信データ変調パターンを固定し、デコイ変調パターンを変化させることで変調タイミングの正誤を判定する。図５は本実施例の動作フローを示し、図６は当該動作フローに対応した具体的な光パルス列の一例を示す。
本発明の第１実施例によれば、送信データ変調パターンを固定し、デコイ変調パターンを変化させることで変調タイミングの正誤を判定する。図５は本実施例の動作フローを示し、図６は当該動作フローに対応した具体的な光パルス列の一例を示す。
【0026】
図５において、変調タイミング正誤判定部２０２は変調器ドライバ２０３により強度・位相変調器１０４の送信データ変調パターンを「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」に固定する（動作Ｓ３０１）。続いて、変調タイミング正誤判定部２０２は変調器ドライバ２０３により強度変調器１０２のデコイ変調パターンを「ＳＳＳＳ・・・」に設定し、そのときの強度・位相変調器１０４の出力光パルス列の平均光強度Ａを光強度測定器１０７から入力してメモリ２０４に保持する（動作Ｓ３０２）。
【0027】
続いて、変調タイミング正誤判定部２０２は変調器ドライバ２０３により強度変調器１０２のデコイ変調パターンを「ＳＳＳＳ・・・」から「ＳＶＳＶ・・・」に変更し、そのときの強度・位相変調器１０４の出力光パルス列の平均光強度Ｂを光強度測定器１０７から入力してメモリ２０４に保持する（動作Ｓ３０３）。
【0028】
続いて、変調タイミング正誤判定部２０２はメモリ２０４に格納した光強度ＡとＢを比較し（動作Ｓ３０４）、光強度Ｂが光強度Ａのほぼ半分の大きさであれば（Ｂ＝～Ａ／２）、送信データ変調を行ったパルスペアが２連パルス（正しいパルスペア）であると判定して処理を終了する（動作Ｓ３０５）。
【0029】
他方、光強度Ｂが光強度Ａとほぼ等しいか、ほぼゼロであれば（Ｂ＝～Ａ ｏｒ ０）、送信データ変調を行ったパルスペアが２連パルスではない、すなわち誤ったパルスペアであると判定する。送信データ変調が誤ったパルスペアに対して行われた場合、変調タイミング正誤判定部２０２は変調器ドライバ２０３により強度・位相変調器１０４の送信データ変調のタイミングをＴ／２だけシフトさせ（動作Ｓ３０６）、上記動作Ｓ３０２～Ｓ３０４を再度実行する。これにより光強度Ｂが光強度Ａのほぼ半分の大きさになれば（Ｂ＝～Ａ／２）、送信データ変調を行ったパルスペアが正しいパルスペアになったと判定して処理を終了する（動作Ｓ３０５）。次に図６を参照しながら、上記動作Ｓ３０１～Ｓ３０６を光パルス列の一例を参照しながら説明する。
【0030】
図６の（Ｓ３０１）で示すように、送信データ変調パターンを「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」に固定することで、非対称干渉計１０３の出力光パルス列に対してＺ０，Ｚ１の強度変調が繰り返される。
【0031】
次に、図６の（Ｓ３０２）で示すように、デコイ変調パターンを「ＳＳＳＳ・・・」に設定すると、レーザ光源１０１の出力パルス列でゼロ強度になる光パルスはないので、強度・位相変調器１０４は送信データ変調パターン「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」の光パルス列を出力し、その平均光強度Ａがメモリ２０４に保持される。
【0032】
続いて、図６の（Ｓ３０３、Ｓ３０５）に示すように、デコイ変調パターンを「ＳＳＳＳ・・・」から「ＳＶＳＶ・・・」に変更すると、デコイ変調パターンの「Ｖ」となる光パルスに対応する２連パルスだけがゼロ強度となる。言い換えれば、デコイ変調パターンの「Ｓ」と「Ｖ」は２連パルスの位置を示す指標となり得る。送信データ変調パターン「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」が変調するパルスペアが正しく２連パルスであれば、送信データ変調パターン「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」のうち「Ｚ１」のパルスペアだけがゼロ強度となり、「Ｚ０」のパルスペアはそのまま出力され、その平均光強度Ｂがメモリ２０４に保持される。したがって、送信データ変調パターン「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」が２連パルス（正しいパルスペア）を変調していれば、光強度Ｂは光強度Ａの１／２となるはずである。
【0033】
これに対して、図６の（Ｓ３０３、Ｓ３０４）に示すように、送信データ変調パターン「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」により変調されるパルスペアが２連パルスより１パルス分（Ｔ／２）後方にずれていれば、すべてのパルスがゼロ強度となり、平均光強度Ｂはほぼゼロとなる。また、送信データ変調パターン「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」により変調されるパルスペアが２連パルスより１パルス分（Ｔ／２）前方にずれていれば、デコイ変調パターンの「Ｓ」の位置で２つの光パルスが基準強度となり、平均光強度ＢはＡとほぼ等しくなる。
【0034】
送信データ変調されるパルスペアは２連パルスよりＴ／２前方にずれるか後方にずれる場合だけであるから、平均光強度Ｂの値はＡ／２、０あるいはＡのいずれかであり、この３つの値に限られる。よって、平均光強度Ｂ＝Ａ／２であれば「正しいパルスペア」、平均光強度Ｂがそれ以外であれば「誤ったパルスペア」であると判定できる。誤ったパルスペアで送信データ変調している場合には、送信データ変調タイミングをＴ／２だけ前方あるいは後方にシフトするだけで正しいパルスペアでの送信データ変調が可能となる。
【0035】
２．第２実施例
本発明の第２実施例によれば、デコイ変調パターンを固定し、送信データ変調パターンを変化させることで変調タイミングの正誤を判定する。図７は本実施例の動作フローを示し、図８は当該動作フローに対応した具体的な光パルス列の一例を示す。
本発明の第２実施例によれば、デコイ変調パターンを固定し、送信データ変調パターンを変化させることで変調タイミングの正誤を判定する。図７は本実施例の動作フローを示し、図８は当該動作フローに対応した具体的な光パルス列の一例を示す。
【0036】
図７において、変調タイミング正誤判定部２０２は変調器ドライバ２０３により強度変調器１０２のデコイ変調パターンを「ＳＶＳＶ・・・」に固定する（動作Ｓ４０１）。続いて、変調タイミング正誤判定部２０２は変調器ドライバ２０３により強度・位相変調器１０４の送信データ変調パターンを「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」に設定し、そのときの強度・位相変調器１０４の出力光パルス列の平均光強度Ａを光強度測定器１０７から入力してメモリ２０４に保持する（動作Ｓ４０２）。
【0037】
続いて、変調タイミング正誤判定部２０２は変調器ドライバ２０３により強度・位相変調器１０４の送信データ変調パターンを「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」から「Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０・・・」に反転させ、そのときの強度・位相変調器１０４の出力光パルス列の平均光強度Ｂを光強度測定器１０７から入力してメモリ２０４に保持する（動作Ｓ４０３）。
【0038】
続いて、変調タイミング正誤判定部２０２はメモリ２０４に格納した光強度ＡとＢを比較し（動作Ｓ４０４）、光強度Ｂが光強度Ａとほぼ等しい場合（Ｂ＝～Ａ）、送信データ変調を行ったパルスペアが２連パルス（正しいパルスペア）であると判定して処理を終了する（動作Ｓ４０５）。
【0039】
他方、光強度Ｂがほぼゼロあるいは光強度Ａのほぼ２倍であれば（Ｂ＝～０ ｏｒ ～２Ａ）、送信データ変調を行ったパルスペアが２連パルスではない、すなわち誤ったパルスペアであると判定する。送信データ変調が誤ったパルスペアに対して行われた場合、変調タイミング正誤判定部２０２は変調器ドライバ２０３により強度・位相変調器１０４の送信データ変調のタイミングをＴ／２だけシフトさせ（動作Ｓ４０６）、上記動作Ｓ４０２～Ｓ４０４を再度実行する。これにより光強度Ｂが光強度Ａとほぼ等しくなれば（Ｂ＝～Ａ）、送信データ変調を行ったパルスペアが正しいパルスペアになったと判定して処理を終了する（動作Ｓ４０５）。次に図８を参照しながら、上記動作Ｓ４０１～Ｓ４０６を光パルス列の一例を参照しながら説明する。
【0040】
図８の（Ｓ４０１）で示すように、デコイ変調パターンを「ＳＶＳＶ・・・」に固定することで、非対称干渉計１０３の出力光パルス列は、Ｓに対応する光パルスの２連パルスが基準強度、Ｖに対応する光パルスの２連パルスがゼロ強度となる強度変調が繰り返される。
【0041】
次に、図８の（Ｓ４０２）で示すように、送信データ変調パターンをあるタイミングで「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」に設定し、Ｓに対応する光パルスの２連パルスがＺ０で変調されたものとする。この場合、強度・位相変調器１０４の出力光パルス列の平均光強度Ａがメモリ２０４に保持される。
【0042】
続いて、図８の（Ｓ４０３、Ｓ４０５）に示すように、送信データ変調パターンを「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」から「Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０・・・」に反転させ、そのときの強度・位相変調器１０４の出力光パルス列の平均光強度Ｂを光強度測定器１０７から入力してメモリ２０４に保持する。送信データ変調されるパルスペアが正しく２連パルスであれば、Ｓに対応する光パルスの２連パルスがＺ０からＺ１に変わるだけであるから、平均光強度Ｂは光強度Ａと同じはずである。
【0043】
これに対して、図８の（Ｓ４０３、Ｓ４０４）に示すように、送信データ変調パターン「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」により変調されるパルスペアが２連パルスより１パルス分（Ｔ／２）後方にずれていれば、すべてのパルスがゼロ強度となり、平均光強度Ｂはほぼゼロとなる。また、送信データ変調パターン「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」により変調されるパルスペアが２連パルスより１パルス分（Ｔ／２）前方にずれていれば、デコイ変調パターンの「Ｓ」の位置で２つの光パルスが基準強度となり、平均光強度ＢはＡのほぼ２倍になる。
【0044】
送信データ変調されるパルスペアは２連パルスよりＴ／２前方にずれるか後方にずれる場合だけであるから、平均光強度Ｂの値は～Ａ、～０あるいは～２Ａのいずれかであり、この３つの値に限られる。よって、平均光強度Ｂ＝～Ａであれば「正しいパルスペア」、平均光強度Ｂがそれ以外であれば「誤ったパルスペア」であると判定できる。誤ったパルスペアで送信データ変調している場合には、送信データ変調タイミングをＴ／２だけ前方あるいは後方にシフトするだけで正しいパルスペアでの送信データ変調が可能となる。
【0045】
３．第３実施例
本発明の第３実施例によれば、送信データ変調パターンを固定し、デコイ変調パターンを変化させることで変調タイミングの正誤を判定する。図９は本実施例の動作フローを示し、図１０は当該動作フローに対応した具体的な光パルス列の一例を示す。
本発明の第３実施例によれば、送信データ変調パターンを固定し、デコイ変調パターンを変化させることで変調タイミングの正誤を判定する。図９は本実施例の動作フローを示し、図１０は当該動作フローに対応した具体的な光パルス列の一例を示す。
【0046】
図９において、変調タイミング正誤判定部２０２は変調器ドライバ２０３により強度・位相変調器１０４の送信データ変調パターンを「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」に固定する（動作Ｓ５０１）。続いて、変調タイミング正誤判定部２０２は変調器ドライバ２０３により強度変調器１０２のデコイ変調パターンを「ＳＶＳＶ・・・」に設定し、そのときの強度・位相変調器１０４の出力光パルス列の平均光強度Ａを光強度測定器１０７から入力してメモリ２０４に保持する（動作Ｓ５０２）。
【0047】
続いて、変調タイミング正誤判定部２０２は変調器ドライバ２０３により強度変調器１０２のデコイ変調パターンを「ＳＶＳＶ・・・」から「ＶＳＶＳ・・・」に反転させ、そのときの強度・位相変調器１０４の出力光パルス列の平均光強度Ｂを光強度測定器１０７から入力してメモリ２０４に保持する（動作Ｓ５０３）。
【0048】
続いて、変調タイミング正誤判定部２０２はメモリ２０４に格納した光強度ＡとＢを比較し（動作Ｓ５０４）、光強度Ｂが光強度Ａとほぼ等しい大きさであれば（Ｂ＝～Ａ）、送信データ変調を行ったパルスペアが２連パルス（正しいパルスペア）であると判定して処理を終了する（動作Ｓ５０５）。
【0049】
他方、光強度Ｂがほぼ０あるいは光強度Ａのほぼ２倍の場合（Ｂ＝～０ ｏｒ ～２Ａ）、送信データ変調を行ったパルスペアが２連パルスではない、すなわち誤ったパルスペアであると判定する。送信データ変調が誤ったパルスペアに対して行われた場合、変調タイミング正誤判定部２０２は変調器ドライバ２０３により強度・位相変調器１０４の送信データ変調のタイミングをＴ／２だけシフトさせ（動作Ｓ５０６）、上記動作Ｓ５０２～Ｓ５０４を再度実行する。これにより光強度Ｂが光強度Ａとほぼ同じ値になれば（Ｂ＝～Ａ）、送信データ変調を行ったパルスペアが正しいパルスペアになったと判定して処理を終了する（動作Ｓ５０５）。次に図１０を参照しながら、上記動作Ｓ５０１～Ｓ５０６を光パルス列の一例を参照しながら説明する。
【0050】
図１０の（Ｓ５０１）で示すように、送信データ変調パターンを「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」に固定することで、非対称干渉計１０３の出力光パルス列に対してＺ０，Ｚ１の強度変調が繰り返される。
【0051】
次に、図１０の（Ｓ５０２）で示すように、デコイ変調パターンを「ＳＶＳＶ・・・」に設定すると、レーザ光源１０１の出力パルス列は１パルス毎にゼロ強度となる。強度・位相変調器１０４は、このＳに対応する光パルスの２連パルスをパルスペアとしてＺ０の送信データ変調を行うものとし、その時の平均光強度Ａがメモリ２０４に保持される。
【0052】
続いて、図１０の（Ｓ５０３、Ｓ５０５）に示すように、デコイ変調パターンを「ＳＶＳＶ・・・」から「ＶＳＶＳ・・・」に反転させると、デコイ変調パターンの「Ｖ」となる光パルスに対応する２連パルスだけがゼロ強度となる。送信データ変調パターン「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」により変調されるパルスペアが正しく２連パルスであれば、送信データ変調パターン「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」のうち「Ｚ０」のパルスペアだけがゼロ強度となり、「Ｚ１」のパルスペアはそのまま出力され、その平均光強度Ｂがメモリ２０４に保持される。したがって、送信データ変調パターン「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」が２連パルス（正しいパルスペア）を変調していれば、光強度Ｂは光強度Ａにほぼ等しくなるはずである。
【0053】
これに対して、図１０の（Ｓ５０３、Ｓ５０４）に示すように、送信データ変調パターン「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」により変調されるパルスペアが２連パルスより１パルス分（Ｔ／２）後方にずれていれば、すべてのパルスがゼロ強度となり、平均光強度Ｂはほぼゼロとなる。また、送信データ変調パターン「Ｚ０，Ｚ１，Ｚ０，Ｚ１・・・」により変調されパルスペアが２連パルスより１パルス分（Ｔ／２）前方にずれていれば、デコイ変調パターンの「Ｓ」の位置で２つの光パルスが基準強度となり、平均光強度ＢはＡのほぼ２倍となる。
【0054】
送信データ変調されるパルスペアは２連パルスよりＴ／２前方にずれるか後方にずれる場合だけであるから、平均光強度Ｂの値は～Ａ、～０あるいは～２Ａのいずれかであり、この３つの値に限られる。よって、平均光強度Ｂ＝～Ａであれば「正しいパルスペア」、平均光強度Ｂがそれ以外であれば「誤ったパルスペア」であると判定できる。誤ったパルスペアで送信データ変調している場合には、送信データ変調タイミングをＴ／２だけ前方あるいは後方にシフトするだけで正しいパルスペアでの送信データ変調が可能となる。
【0055】
４．ＱＫＤシステムへの適用例
上述した変調タイミング正誤判定機能を有する光送信機１０は、ＱＫＤシステムの光送信機（ＡＬＩＣＥ）に適用される。
上述した変調タイミング正誤判定機能を有する光送信機１０は、ＱＫＤシステムの光送信機（ＡＬＩＣＥ）に適用される。
【0056】
図１１に例示するように、ＱＫＤシステムのＡＬＩＣＥ１００は、図３に示す光送信機１０の基本的構成とほぼ同じであるから、同一参照番号を付して詳細な説明は省略する。ＡＬＩＣＥ１００では、プロセッサ２００が上述した変調タイミング正誤判定機能を有し、さらに強度・位相変調器１０４を駆動し、非対称干渉計１０３から出力される２連光パルス列に対して、図１に示す位相・時間基底コーディングに従った送信データ変調を実行する。このように送信データに従って変調された２連パルス列が減衰器１０６により単一光子レベルに減衰された後、光伝送路を通してＢＯＢ（光受信機）へ送信される。
【0057】
図１２に示すように、ＡＬＩＣＥ１００では、プロセッサ２００が強度変調器１０２により強度変調（Ｓ／Ｖ）を、強度・位相変調器１０４により送信データ変調（Ｚ０／Ｚ１）を実行し、光強度測定器１０７からの光強度測定値をモニタしながら上述した変調タイミング正誤判定を実行し、誤ったパルスペアで変調を行った場合にはタイミングをシフトさせて調整する（動作Ｓ６０１）。
【0058】
こうして変調タイミングを正しく設定した後で、プロセッサ２００は、強度変調器１０２により強度変調（Ｓ／Ｖ／Ｄ）を、強度・位相変調器１０４により量子暗号鍵（乱数）に従った送信データ変調（Ｙ０／Ｙ１／Ｚ０／Ｚ１）を実行することで、量子暗号鍵（乱数）を配送する（動作Ｓ６０２）。本実施形態によれば、ＡＬＩＣＥ１００だけで変調タイミングの調整（動作Ｓ６０１）が可能となり、送信側の装置を初期調整する時あるいは障害発生時に送信機単体で変調タイミングを正しく調整することができる。
【0059】
５．付記
上述した実施形態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）
所定周期の光パルス列を変調してデータ送信を行う光送信機であって、
前記光パルス列を少なくとも基準強度とゼロ強度との間で強度変調して第１光パルス列を出力する第１変調器と、
前記第１光パルス列を入力し、その各光パルスを時間的に分離した２連パルスからなる第２光パルス列を出力する非対称干渉計と、
前記第２光パルス列をパルスペア毎に送信データ変調して第３光パルス列を出力する第２変調器と、
前記第３光パルス列の光強度を測定する光強度測定器と、
前記第１変調器の強度変調および前記第２変調器の送信データ変調を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部が、
強度変調パターンに従った前記第１光パルス列の強度変調により、前記第２光パルス列の前記２連パルスを基準強度あるいはゼロ強度とし、
送信データ変調パターンに従った前記送信データ変調により、前記第２光パルス列の前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とし、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させた時の前記第３光パルス列の光強度に基づいて前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする光送信機。
（付記２）
前記光強度測定器は前記第３光パルス列の平均光強度を測定することを特徴とする付記１に記載の光送信機。
（付記３）
前記制御部が、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させ、
前記パターン変化前の前記第３光パルス列の第１の光強度と前記パターン変化後の前記第３光パルス列の第２の光強度との比較結果に基づいて、前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記１または２に記載の光送信機。
（付記４）
前記強度変調パターンは、前記光パルス列を基準強度とし前記第２光パルス列が基準強度の２連パルスを繰り返す第１強度変調パターンと、前記光パルス列がパルス毎に基準強度とゼロ強度とを交互に繰り返すことで前記第２光パルス列が２連パルスおきに基準強度とゼロ強度とを繰り返す第２強度変調パターンとを有し、
前記送信データ変調パターンは、前記パルスペアの一方のパルスがゼロ強度、他方のパルスが基準強度の第１送信データ変調と、前記一方のパルスが基準強度、前記他方のパルスがゼロ強度の第２送信データ変調とを交互に繰り返し、
前記制御部が、
前記送信データ変調パターンを固定した状態で、前記強度変調パターンを前記第１強度変調パターンに設定した時の前記第３光パルス列の第１の光強度と、前記強度変調パターンを前記第２強度変調パターンへ変化させたときの前記第３光パルス列の第２の光強度と、を比較することで前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の光送信機。
（付記５）
前記強度変調パターンは、前記光パルス列がパルス毎に基準強度とゼロ強度とを交互に繰り返すことで前記第２光パルス列が２連パルスおきに基準強度とゼロ強度とを繰り返し、
前記送信データ変調パターンは、前記パルスペアの一方のパルスがゼロ強度、他方のパルスが基準強度の第１送信データ変調と、前記一方のパルスが基準強度、前記他方のパルスがゼロ強度の第２送信データ変調とを交互に繰り返し、
前記制御部が、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンの一方のパターンを固定し他方のパターンを所定パターンとした時の前記第３光パルス列の第１の光強度と、前記他方のパターンを反転させたときの前記第３光パルス列の第２の光強度と、を比較することで前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の光送信機。
（付記６）
前記第１変調器がデコイ法に従った強度変調を行う強度変調器であり、
前記第２変調器が前記送信データに従って前記パルスペアに対して位相変調あるいは前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とする強度変調を行う強度・位相変調器であり、
前記光強度測定器は前記第３光パルス列の光強度をモニタするための光検出器を利用し、
前記制御部は、前記パルスペアが前記２連パルスとなるように前記第２変調器の変調タイミングを調整することを特徴とする付記１－５のいずれか１項に記載の光送信機。
（付記７）
所定周期の光パルス列を変調してデータ送信を行う光送信機における変調タイミング正誤判定方法であって、
第１変調器が前記光パルス列を少なくとも基準強度とゼロ強度との間で強度変調して第１光パルス列を出力し、
非対称干渉計が前記第１光パルス列を入力し、その各光パルスを時間的に分離した２連パルスからなる第２光パルス列を出力し、
第２変調器が前記第２光パルス列をパルスペア毎に送信データ変調して第３光パルス列を出力し、
光強度測定器が前記第３光パルス列の光強度を測定し、
制御部が前記前記第１変調器の強度変調および前記第２変調器の送信データ変調を制御して、
強度変調パターンに従った前記第１光パルス列の強度変調により、前記第２光パルス列の前記２連パルスを基準強度あるいはゼロ強度とし、
送信データ変調パターンに従った前記送信データ変調により、前記第２光パルス列の前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とし、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させた時の前記第３光パルス列の光強度に基づいて前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする変調タイミング正誤判定方法。
（付記８）
前記光強度測定器は前記第３光パルス列の平均光強度を測定することを特徴とする付記７に記載の変調タイミング正誤判定方法。
（付記９）
前記制御部が、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させ、
前記パターン変化前の前記第３光パルス列の第１の光強度と前記パターン変化後の前記第３光パルス列の第２の光強度との比較結果に基づいて、前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記７または８に記載の変調タイミング正誤判定方法。
（付記１０）
前記強度変調パターンは、前記光パルス列を基準強度とし前記第２光パルス列が基準強度の２連パルスを繰り返す第１強度変調パターンと、前記光パルス列がパルス毎に基準強度とゼロ強度とを交互に繰り返すことで前記第２光パルス列が２連パルスおきに基準強度とゼロ強度とを繰り返す第２強度変調パターンとを有し、
前記送信データ変調パターンは、前記パルスペアの一方のパルスがゼロ強度、他方のパルスが基準強度の第１送信データ変調と、前記一方のパルスが基準強度、前記他方のパルスがゼロ強度の第２送信データ変調とを交互に繰り返し、
前記制御部が、
前記送信データ変調パターンを固定した状態で、前記強度変調パターンを前記第１強度変調パターンに設定した時の前記第３光パルス列の第１の光強度と、前記強度変調パターンを前記第２強度変調パターンへ変化させたときの前記第３光パルス列の第２の光強度と、を比較することで前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記７－９のいずれか１項に記載の変調タイミング正誤判定方法。
（付記１１）
前記強度変調パターンは、前記光パルス列がパルス毎に基準強度とゼロ強度とを交互に繰り返すことで前記第２光パルス列が２連パルスおきに基準強度とゼロ強度とを繰り返し、
前記送信データ変調パターンは、前記パルスペアの一方のパルスがゼロ強度、他方のパルスが基準強度の第１送信データ変調と、前記一方のパルスが基準強度、前記他方のパルスがゼロ強度の第２送信データ変調とを交互に繰り返し、
前記制御部が、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンの一方のパターンを固定し他方のパターンを所定パターンとした時の前記第３光パルス列の第１の光強度と、前記他方のパターンを反転させたときの前記第３光パルス列の第２の光強度と、を比較することで前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記７－９のいずれか１項に記載の変調タイミング正誤判定方法。
（付記１２）
所定周期の光パルス列を少なくとも基準強度とゼロ強度との間で強度変調して第１光パルス列を出力する第１変調器と、前記第１光パルス列を入力し、その各光パルスを時間的に分離した２連パルスからなる第２光パルス列を出力する非対称干渉計と、前記第２光パルス列をパルスペア毎に送信データ変調して第３光パルス列を出力する第２変調器と、前記第３光パルス列の光強度を測定する光強度測定器と、を有する光送信機の制御部としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
強度変調パターンに従った前記第１光パルス列の強度変調により、前記第２光パルス列の前記２連パルスを基準強度あるいはゼロ強度とする機能と、
送信データ変調パターンに従った前記送信データ変調により、前記第２光パルス列の前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とする機能と、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させた時の前記第３光パルス列の光強度に基づいて前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する機能と、
を前記コンピュータに実現させることを特徴とするプログラム。
（付記１３）
前記光強度測定器は前記第３光パルス列の平均光強度を測定することを特徴とする付記１２に記載のプログラム。
（付記１４）
前記制御部が、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させ、
前記パターン変化前の前記第３光パルス列の第１の光強度と前記パターン変化後の前記第３光パルス列の第２の光強度との比較結果に基づいて、前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記１２または１３に記載のプログラム。
（付記１５）
前記強度変調パターンは、前記光パルス列を基準強度とし前記第２光パルス列が基準強度の２連パルスを繰り返す第１強度変調パターンと、前記光パルス列がパルス毎に基準強度とゼロ強度とを交互に繰り返すことで前記第２光パルス列が２連パルスおきに基準強度とゼロ強度とを繰り返す第２強度変調パターンとを有し、
前記送信データ変調パターンは、前記パルスペアの一方のパルスがゼロ強度、他方のパルスが基準強度の第１送信データ変調と、前記一方のパルスが基準強度、前記他方のパルスがゼロ強度の第２送信データ変調とを交互に繰り返し、
前記送信データ変調パターンを固定した状態で、前記強度変調パターンを前記第１強度変調パターンに設定した時の前記第３光パルス列の第１の光強度を取得し、
前記強度変調パターンを前記第２強度変調パターンへ変化させたときの前記第３光パルス列の第２の光強度を取得し、
前記第１の光強度と前記第２の光強度とを比較することで前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記１２－１４のいずれか１項に記載のプログラム。
（付記１６）
前記強度変調パターンは、前記光パルス列がパルス毎に基準強度とゼロ強度とを交互に繰り返すことで前記第２光パルス列が２連パルスおきに基準強度とゼロ強度とを繰り返し、
前記送信データ変調パターンは、前記パルスペアの一方のパルスがゼロ強度、他方のパルスが基準強度の第１送信データ変調と、前記一方のパルスが基準強度、前記他方のパルスがゼロ強度の第２送信データ変調とを交互に繰り返し、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンの一方のパターンを固定し他方のパターンを所定パターンとした時の前記第３光パルス列の第１の光強度を取得し、
前記他方のパターンを反転させたときの前記第３光パルス列の第２の光強度を取得し、
前記第１の光強度と前記第２の光強度とを比較することで前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記１２－１４のいずれか１項に記載のプログラム。
（付記１７）
付記１－７のいずれか１項に記載の光送信機からなる量子鍵配送（ＱＫＤ）システム。
上述した実施形態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）
所定周期の光パルス列を変調してデータ送信を行う光送信機であって、
前記光パルス列を少なくとも基準強度とゼロ強度との間で強度変調して第１光パルス列を出力する第１変調器と、
前記第１光パルス列を入力し、その各光パルスを時間的に分離した２連パルスからなる第２光パルス列を出力する非対称干渉計と、
前記第２光パルス列をパルスペア毎に送信データ変調して第３光パルス列を出力する第２変調器と、
前記第３光パルス列の光強度を測定する光強度測定器と、
前記第１変調器の強度変調および前記第２変調器の送信データ変調を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部が、
強度変調パターンに従った前記第１光パルス列の強度変調により、前記第２光パルス列の前記２連パルスを基準強度あるいはゼロ強度とし、
送信データ変調パターンに従った前記送信データ変調により、前記第２光パルス列の前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とし、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させた時の前記第３光パルス列の光強度に基づいて前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする光送信機。
（付記２）
前記光強度測定器は前記第３光パルス列の平均光強度を測定することを特徴とする付記１に記載の光送信機。
（付記３）
前記制御部が、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させ、
前記パターン変化前の前記第３光パルス列の第１の光強度と前記パターン変化後の前記第３光パルス列の第２の光強度との比較結果に基づいて、前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記１または２に記載の光送信機。
（付記４）
前記強度変調パターンは、前記光パルス列を基準強度とし前記第２光パルス列が基準強度の２連パルスを繰り返す第１強度変調パターンと、前記光パルス列がパルス毎に基準強度とゼロ強度とを交互に繰り返すことで前記第２光パルス列が２連パルスおきに基準強度とゼロ強度とを繰り返す第２強度変調パターンとを有し、
前記送信データ変調パターンは、前記パルスペアの一方のパルスがゼロ強度、他方のパルスが基準強度の第１送信データ変調と、前記一方のパルスが基準強度、前記他方のパルスがゼロ強度の第２送信データ変調とを交互に繰り返し、
前記制御部が、
前記送信データ変調パターンを固定した状態で、前記強度変調パターンを前記第１強度変調パターンに設定した時の前記第３光パルス列の第１の光強度と、前記強度変調パターンを前記第２強度変調パターンへ変化させたときの前記第３光パルス列の第２の光強度と、を比較することで前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の光送信機。
（付記５）
前記強度変調パターンは、前記光パルス列がパルス毎に基準強度とゼロ強度とを交互に繰り返すことで前記第２光パルス列が２連パルスおきに基準強度とゼロ強度とを繰り返し、
前記送信データ変調パターンは、前記パルスペアの一方のパルスがゼロ強度、他方のパルスが基準強度の第１送信データ変調と、前記一方のパルスが基準強度、前記他方のパルスがゼロ強度の第２送信データ変調とを交互に繰り返し、
前記制御部が、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンの一方のパターンを固定し他方のパターンを所定パターンとした時の前記第３光パルス列の第１の光強度と、前記他方のパターンを反転させたときの前記第３光パルス列の第２の光強度と、を比較することで前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の光送信機。
（付記６）
前記第１変調器がデコイ法に従った強度変調を行う強度変調器であり、
前記第２変調器が前記送信データに従って前記パルスペアに対して位相変調あるいは前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とする強度変調を行う強度・位相変調器であり、
前記光強度測定器は前記第３光パルス列の光強度をモニタするための光検出器を利用し、
前記制御部は、前記パルスペアが前記２連パルスとなるように前記第２変調器の変調タイミングを調整することを特徴とする付記１－５のいずれか１項に記載の光送信機。
（付記７）
所定周期の光パルス列を変調してデータ送信を行う光送信機における変調タイミング正誤判定方法であって、
第１変調器が前記光パルス列を少なくとも基準強度とゼロ強度との間で強度変調して第１光パルス列を出力し、
非対称干渉計が前記第１光パルス列を入力し、その各光パルスを時間的に分離した２連パルスからなる第２光パルス列を出力し、
第２変調器が前記第２光パルス列をパルスペア毎に送信データ変調して第３光パルス列を出力し、
光強度測定器が前記第３光パルス列の光強度を測定し、
制御部が前記前記第１変調器の強度変調および前記第２変調器の送信データ変調を制御して、
強度変調パターンに従った前記第１光パルス列の強度変調により、前記第２光パルス列の前記２連パルスを基準強度あるいはゼロ強度とし、
送信データ変調パターンに従った前記送信データ変調により、前記第２光パルス列の前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とし、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させた時の前記第３光パルス列の光強度に基づいて前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする変調タイミング正誤判定方法。
（付記８）
前記光強度測定器は前記第３光パルス列の平均光強度を測定することを特徴とする付記７に記載の変調タイミング正誤判定方法。
（付記９）
前記制御部が、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させ、
前記パターン変化前の前記第３光パルス列の第１の光強度と前記パターン変化後の前記第３光パルス列の第２の光強度との比較結果に基づいて、前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記７または８に記載の変調タイミング正誤判定方法。
（付記１０）
前記強度変調パターンは、前記光パルス列を基準強度とし前記第２光パルス列が基準強度の２連パルスを繰り返す第１強度変調パターンと、前記光パルス列がパルス毎に基準強度とゼロ強度とを交互に繰り返すことで前記第２光パルス列が２連パルスおきに基準強度とゼロ強度とを繰り返す第２強度変調パターンとを有し、
前記送信データ変調パターンは、前記パルスペアの一方のパルスがゼロ強度、他方のパルスが基準強度の第１送信データ変調と、前記一方のパルスが基準強度、前記他方のパルスがゼロ強度の第２送信データ変調とを交互に繰り返し、
前記制御部が、
前記送信データ変調パターンを固定した状態で、前記強度変調パターンを前記第１強度変調パターンに設定した時の前記第３光パルス列の第１の光強度と、前記強度変調パターンを前記第２強度変調パターンへ変化させたときの前記第３光パルス列の第２の光強度と、を比較することで前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記７－９のいずれか１項に記載の変調タイミング正誤判定方法。
（付記１１）
前記強度変調パターンは、前記光パルス列がパルス毎に基準強度とゼロ強度とを交互に繰り返すことで前記第２光パルス列が２連パルスおきに基準強度とゼロ強度とを繰り返し、
前記送信データ変調パターンは、前記パルスペアの一方のパルスがゼロ強度、他方のパルスが基準強度の第１送信データ変調と、前記一方のパルスが基準強度、前記他方のパルスがゼロ強度の第２送信データ変調とを交互に繰り返し、
前記制御部が、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンの一方のパターンを固定し他方のパターンを所定パターンとした時の前記第３光パルス列の第１の光強度と、前記他方のパターンを反転させたときの前記第３光パルス列の第２の光強度と、を比較することで前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記７－９のいずれか１項に記載の変調タイミング正誤判定方法。
（付記１２）
所定周期の光パルス列を少なくとも基準強度とゼロ強度との間で強度変調して第１光パルス列を出力する第１変調器と、前記第１光パルス列を入力し、その各光パルスを時間的に分離した２連パルスからなる第２光パルス列を出力する非対称干渉計と、前記第２光パルス列をパルスペア毎に送信データ変調して第３光パルス列を出力する第２変調器と、前記第３光パルス列の光強度を測定する光強度測定器と、を有する光送信機の制御部としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
強度変調パターンに従った前記第１光パルス列の強度変調により、前記第２光パルス列の前記２連パルスを基準強度あるいはゼロ強度とする機能と、
送信データ変調パターンに従った前記送信データ変調により、前記第２光パルス列の前記パルスペアのいずれか一方のパルスをゼロ強度とする機能と、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させた時の前記第３光パルス列の光強度に基づいて前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する機能と、
を前記コンピュータに実現させることを特徴とするプログラム。
（付記１３）
前記光強度測定器は前記第３光パルス列の平均光強度を測定することを特徴とする付記１２に記載のプログラム。
（付記１４）
前記制御部が、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンのいずれかを変化させ、
前記パターン変化前の前記第３光パルス列の第１の光強度と前記パターン変化後の前記第３光パルス列の第２の光強度との比較結果に基づいて、前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記１２または１３に記載のプログラム。
（付記１５）
前記強度変調パターンは、前記光パルス列を基準強度とし前記第２光パルス列が基準強度の２連パルスを繰り返す第１強度変調パターンと、前記光パルス列がパルス毎に基準強度とゼロ強度とを交互に繰り返すことで前記第２光パルス列が２連パルスおきに基準強度とゼロ強度とを繰り返す第２強度変調パターンとを有し、
前記送信データ変調パターンは、前記パルスペアの一方のパルスがゼロ強度、他方のパルスが基準強度の第１送信データ変調と、前記一方のパルスが基準強度、前記他方のパルスがゼロ強度の第２送信データ変調とを交互に繰り返し、
前記送信データ変調パターンを固定した状態で、前記強度変調パターンを前記第１強度変調パターンに設定した時の前記第３光パルス列の第１の光強度を取得し、
前記強度変調パターンを前記第２強度変調パターンへ変化させたときの前記第３光パルス列の第２の光強度を取得し、
前記第１の光強度と前記第２の光強度とを比較することで前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記１２－１４のいずれか１項に記載のプログラム。
（付記１６）
前記強度変調パターンは、前記光パルス列がパルス毎に基準強度とゼロ強度とを交互に繰り返すことで前記第２光パルス列が２連パルスおきに基準強度とゼロ強度とを繰り返し、
前記送信データ変調パターンは、前記パルスペアの一方のパルスがゼロ強度、他方のパルスが基準強度の第１送信データ変調と、前記一方のパルスが基準強度、前記他方のパルスがゼロ強度の第２送信データ変調とを交互に繰り返し、
前記強度変調パターンおよび前記送信データ変調パターンの一方のパターンを固定し他方のパターンを所定パターンとした時の前記第３光パルス列の第１の光強度を取得し、
前記他方のパターンを反転させたときの前記第３光パルス列の第２の光強度を取得し、
前記第１の光強度と前記第２の光強度とを比較することで前記パルスペアが前記２連パルスであるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記１２－１４のいずれか１項に記載のプログラム。
（付記１７）
付記１－７のいずれか１項に記載の光送信機からなる量子鍵配送（ＱＫＤ）システム。
【産業上の利用可能性】
【0060】
本発明は非対称干渉計からなるＱＫＤシステムに適用可能である。
【符号の説明】
【0061】
１０ 光送信機
１０１ レーザ光源
１０２ 強度変調器（デコイ）
１０３ 非対称干渉計
１０４ 強度・位相変調器（基底、ビット）
１０５ 光分岐器
１０６ 減衰器
１０７ 光強度測定器
２００ プロセッサ
２０１ プログラムメモリ
２０２ 変調タイミング正誤判定部
２０３ 変調器ドライバ
２０４ メモリ
１０１ レーザ光源
１０２ 強度変調器（デコイ）
１０３ 非対称干渉計
１０４ 強度・位相変調器（基底、ビット）
１０５ 光分岐器
１０６ 減衰器
１０７ 光強度測定器
２００ プロセッサ
２０１ プログラムメモリ
２０２ 変調タイミング正誤判定部
２０３ 変調器ドライバ
２０４ メモリ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】