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公開番号2024146775
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-15
出願番号2024027624
出願日2024-02-27
発明の名称ビームステアリングを備える光受信機および送信機
出願人株式会社東芝
代理人弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
主分類H04B 10/112 20130101AFI20241004BHJP(電気通信技術)
要約【解決手段】光システム100は、ビーム分離器102と、入来光信号106を受信し、入来光信号106をビーム分離器102に出力するビームステアリングデバイスと、第1の通信サブシステム108a、第2の通信サブシステム108bおよびトラッキングサブシステム108cを備える複数のサブシステム108とを備え、ビーム分離器102は、入来光信号106を、第1の光帯域内の第1の信号110aと、第2の光帯域内の第2の信号110bと、第3の光帯域内の入力ビーコン信号110cとに分離し、トラッキングサブシステム108cは、入力ビーコン信号110cの第1の部分に基づいて入力ビーコン信号110cの整合を決定することと、決定に基づいてビーコン信号整合を調整するために、ビームステアリングデバイスを制御することとを行うように適合される。
【効果】自由空間光リンクを介した増大された通信容量を可能にする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
光ビーム分離器と、
入来光信号を受信し、前記入来光信号を前記光ビーム分離器に出力するように適合されたビームステアリングデバイスと、
第１の通信サブシステム、第２の通信サブシステム、およびトラッキングサブシステムを備える複数のサブシステムと
を備える光システムであって、
前記光ビーム分離器が、前記入来光信号を、第１の光帯域内の第１の信号と、第２の光帯域内の第２の信号と、第３の光帯域内の入力ビーコン信号とに分離するように適合され、前記第１の信号を前記第１の通信サブシステムに出力し、前記第２の信号を前記第２の通信サブシステムに出力し、前記入力ビーコン信号を前記トラッキングサブシステムに出力するように適合され、
前記トラッキングサブシステムが、前記入力ビーコン信号の第１の部分に基づいて前記入力ビーコン信号の整合を決定することと、前記整合の決定に基づいて前記入力ビーコン信号の整合を調整するために、前記ビームステアリングデバイスを制御することとを行うように適合される、
光システム。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記光ビーム分離器が、
前記入来光信号から前記第１の信号および第１の中間信号を分離するように配置された第１の波長感応性ビームスプリッタと、
前記第１の中間信号から前記第２の信号を分離するように配置された第２の波長感応性ビームスプリッタと
を備える、請求項１に記載の光システム。
【請求項３】
前記第１の光帯域が、赤外光帯域または近赤外光帯域であり、前記第２の光帯域が、赤外光帯域、近赤外光帯域、または可視光帯域であり、前記第３の光帯域が、可視光帯域である、請求項１に記載の光システム。
【請求項４】
前記トラッキングサブシステムが、
前記入力ビーコン信号の軸位置を決定するように構成された位置センサー、ここにおいて、前記トラッキングサブシステムが、前記入力ビーコン信号の前記軸位置を基準軸位置と整合させるために前記入力ビーコン信号の前記軸位置を調整するために、前記ビームステアリングデバイスを制御するように構成され、
前記入力ビーコン信号の電力値を決定するように構成されたパワーセンサー、ここにおいて、前記トラッキングサブシステムが、前記決定される電力値を最大化するために前記パワーセンサーとの閉ループにおいて前記入力ビーコン信号の前記電力値を調整するために、前記ビームステアリングデバイスを制御するように構成される
を備える、請求項１に記載の光システム。
【請求項５】
前記トラッキングサブシステムが、
前記入力ビーコン信号から第１の入力ビーコン信号部分および第２の入力ビーコン信号部分を分離するように配置されたビームスプリッタと、
前記第２の入力ビーコン信号部分に対してチャネル推定を実行するように配置されたチャネル推定器と
を備える、請求項１に記載の光システム。
【請求項６】
前記第１の通信サブシステムが、前記第１の光帯域内の第３の信号を前記光ビーム分離器に出力するように適合され、
前記第２の通信サブシステムが、前記第２の光帯域内の第４の信号を前記光ビーム分離器に出力するように適合され、
前記光ビーム分離器が、前記第３の信号と前記第４の信号とを出力信号へと合成するようにさらに適合され、前記出力信号を前記ビームステアリングデバイスに出力するように適合される、
請求項１に記載の光システム。
【請求項７】
前記複数のサブシステムが、出力ビーコン信号を前記光ビーム分離器に出力するように適合されたビーコン信号生成器をさらに備え、前記光ビーム分離器が、前記出力ビーコン信号と前記第３の信号および前記第４の信号とを合成し、前記出力信号にするようにさらに適合される、請求項６に記載の光システム。
【請求項８】
前記光ビーム分離器が、前記出力ビーコン信号と前記第３の信号および前記第４の信号とを合成し、前記出力信号にするように配置された、第３の波長感応性ビームスプリッタを備える、請求項７に記載の光システム。
【請求項９】
前記第１の通信サブシステムおよび前記第２の通信サブシステムのうちの１つまたは両方が、自由空間－光ファイバーカプラを備える、請求項１に記載の光システム。
【請求項１０】
前記複数のサブシステムのうちの少なくとも１つのうちの各々が、１つまたは複数のスペクトルフィルタを備える、請求項１に記載の光システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書で説明される実施形態は、ビームステアリングを備える光受信機／送信機、通信システムおよび方法に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
量子通信システムにおいて、情報は、単一の光子など、符号化された単一の量子によって送信機と受信機との間で送られる。各光子は、その偏光など、光子の性質に対して符号化され得る１ビットの情報を搬送する。
【０００３】
量子鍵配送（ＱＫＤ）は、しばしば「アリス（Alice）」と呼ばれる送信機と、しばしば「ボブ（Bob）」と呼ばれる受信機との２つの当事者の間の暗号鍵の共有をもたらす技法である。この技法の魅力は、しばしば「イブ（Eve）」と呼ばれる不正な盗聴者に鍵の何らかの部分が知られる可能性があるかどうかのテストを提供することである。多くの形態の量子鍵配送において、アリスおよびボブは、ビット値を符号化する２つ以上の非直交基底を使用する。量子力学の法則は、各々の符号化基底の事前知識なしのイブによる光子の測定は光子の一部の状態に不可避な変化をもたらすと定める。光子の状態に対するこれらの変化は、アリスとボブとの間で送られるビット値に誤差をもたらすことになる。それらの共通のビット列の一部分を比較することによって、アリスおよびボブは、イブが情報を得たかどうかを決定することができる。
【０００４】
次に添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態が例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
図１は、実施形態による光システムの概略図である。
図２は、図１の光システムのビーム分離器を示す概略図である。
図３は、図１の光システムのトラッキングサブシステムを示す概略図である。
図４は、実施形態による光システムを示す概略図である。
図５Ａは、実施形態によるサブシステム信号処理構成要素の概略図である。
図５Ｂは、実施形態によるサブシステム信号処理構成要素の概略図である。
図５Ｃは、実施形態によるサブシステム信号処理構成要素の概略図である。
図６Ａは、実施形態によるサブシステムビーム分離構成要素の概略図である。
図６Ｂは、実施形態によるサブシステムビーム分離構成要素の概略図である。
図７は、実施形態による量子通信システムの概略図である。
図８は、実施形態による、二端末通信システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
様々な態様および実施形態が添付の請求項に記載される。
【０００７】
実施形態では、
光ビーム分離器と、
入来光信号を受信し、入来光信号を光ビーム分離器に出力するように適合されたビームステアリングデバイスと、
第１の通信サブシステム、第２の通信サブシステム、およびトラッキングサブシステムを備える複数のサブシステムと
を備える光システムであって、
光ビーム分離器が、入来光信号を、第１の光帯域内の第１の信号と、第２の光帯域内の第２の信号と、第３の光帯域内の入力ビーコン信号とに分離するように適合され、第１の信号を第１の通信サブシステムに出力し、第２の信号を第２の通信サブシステムに出力し、入力ビーコン信号をトラッキングサブシステムに出力するように適合され、
トラッキングサブシステムが、入力ビーコン信号の第１の部分に基づいて入力ビーコン信号の整合を決定することと、整合の決定に基づいて入力ビーコン信号整合を調整するために、ビームステアリングデバイスを制御することとを行うように適合される
光システムが提供される。
【０００８】
開示されるシステムは、低レイテンシリアルタイム動作の、自由空間光リンクを介した増大された通信容量を可能にする。これは、たとえば、量子通信における有限ブロック長効果に対処し、ＱＫＤに基づくリアルタイムのセキュアな通信を可能にし得る。
【０００９】
実施形態では、ＱＫＤプロトコルは、量子通信チャネルと古典的通信チャネルとを使用する。量子通信チャネルは、それを介して２つの当事者（たとえば、送信機「アリス」および受信機「ボブ」）が量子符号化されたビットを送信し得るチャネルである。古典的チャネルは、それを介してアリスおよびボブが量子鍵に対して合意する情報（たとえば、選択された符号化および測定基底、および盗聴者検出のための送信された量子ビット測定のサブセット）を共有し得るチャネルである。量子鍵配送方式は、ファイバー光ケーブルを介して短距離（数メートルまたは数キロ）にわたって達成され得るが、衛星の使用を通してなど、長距離（数百キロまたは数千キロ）にわたっても達成され得る。
【００１０】
衛星ＱＫＤの一形態は、低軌道（ＬＥＯ）内の衛星と光地上局（ＯＧＳ）との間で実行される。しかしながら、ＬＥＯ衛星はほぼ全地球を一日で走査し得るが、それは地上のいずれの１つの地点からも数分のみ可視である。したがって、送信され得るデータ量は、衛星の軌道パラメータと地上局の位置とに応じて時間制限される。さらに、衛星ＱＫＤネットワークにおける秘密鍵の計算のために有限ブロック長効果を考慮に入れる必要がある。無線周波数通信を使用する通信リンクなど、低容量の古典的通信リンクは、量子鍵パケットが決定され得、符号化されたメッセージが送信され得るレート量を制限し得る。本明細書で説明される実施形態は、各衛星通過が２つの当事者（ノード）の間のセキュアな通信を可能にするために十分大きいセキュア鍵に寄与するデータを送信し得る、実用的な鍵配送を提供する。
（【００１１】以降は省略されています）

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