(57)【要約】【課題】  簡便な調整により、振幅変調方式や位相変調方式のいずれの対応可能な、その動作が非常に安定な光変調器を提供する。【解決手段】  光パルス列又は連続光である直線偏波の信号光を２つの直線偏波の第１成分及び第２成分に分けて、巡回方向が逆になるように閉ループ光路へ入力する。この閉ループ光路に、強度パターンが相補的な第１及び第２の制御光信号を巡回方向が逆になるように入力し、第１成分、第２成分の光位相を変化させる。さらに、第１成分及び第２成分に相対的な光位相差を付与する光位相差付与部も、信号光の光路上のいずれかの位置に設ける。閉ループ光路から出力された第１成分及び第２成分光を、偏波面を揃えて合波させる。第１成分及び第２成分のトータルの位相シフトの差を所望とするように各部を調整することで、所望する変調光信号を得る。【選択図】      図１
2010231059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波面保存の第１の閉ループ光路を形成させている第１閉ループ光路部と、
ピーク強度の揃った光パルスが等時間間隔に並んだ光パルス列、若しくは、連続光である直線偏波の第１波長を有する第１の信号光を２つの直線偏波の第１成分及び第２成分に分ける第１・第２成分分割部と、
信号の「０」及び「１」の並びに応じた強度パターンを有する強度変調光であって、第２波長を有する直線偏波の第１の制御光信号と、この第１の制御光信号の強度パターンと相補的な強度パターンを有する強度変調光であって、上記第２波長若しくはその近傍波長を有し、偏波面が上記第１の制御光信号の偏波面と直交している第２の制御光信号とを出力する制御光発生部と、
上記第１の閉ループ光路への上記第１の信号光の入出力を行うものであって、上記第１成分及び第２成分を、巡回方向が逆になるように上記第１の閉ループ光路へ入力する第１閉ループ第１信号光入出力部と、
上記第１の閉ループ光路への上記第１の制御光信号及び上記第２の制御光信号の入出力を行うものであって、上記第１の制御光信号の巡回方向が上記第１成分と同じになると共に、上記第２の制御光信号の巡回方向が上記第２成分と同じになるように、上記第１の制御光信号及び上記第２の制御光信号を上記第１の閉ループ光路へ入力する第１閉ループ制御光入出力部と、
同一方向に進行する上記第１の制御光信号及び逆方向に進行する上記第２の制御光信号に応じ、上記第１成分の光位相を変化させる、上記第１の閉ループ光路に介在されている第１成分光位相シフト部と、
同一方向に進行する上記第２の制御光信号及び逆方向に進行する上記第１の制御光信号に応じ、上記第２成分の光位相を変化させる、上記第１の閉ループ光路に介在されている第２成分光位相シフト部と、
上記第１の閉ループ光路から出力された上記第１成分及び上記第２成分を、上記第１の制御光信号及び上記第２の制御光信号から分離する第１信号光抽出部と、
上記第１閉ループ第１信号光入出力部へ向かう第１の信号光と、上記第１閉ループ第１信号光入出力部から出力された戻り光の上記第１成分及び第２成分との光路を分離する第１正逆光路分離部と、
上記第１閉ループ第１信号光入出力部から出力された戻り光が進行するいずれかの箇所に設けられ、上記第１成分及び第２成分の偏波面を揃えて合波させる第１信号光成分合波部と、
上記第１の信号光の第１成分及び第２成分が進行するいずれかの箇所に設けられ、上記第１成分及び第２成分に相対的な光位相差を付与する第１光位相差付与部とを備え、
上記第１の閉ループ光路以外の光路にも偏波面保存光路を適用すると共に、上記第１信号光成分合波部及び上記第１正逆光路分離部の合波及び光路分離がなされた光信号を、変調光信号として出力する
ことを特徴とする光変調器。
【請求項２】
上記第１の閉ループ光路は、上記第１の制御光信号若しくは上記第２の制御光信号による光カー効果により、上記第１の閉ループ光路を巡回する上記第１成分若しくは上記第２成分に対して相互位相変調効果による位相シフトを生じさせる第１位相シフト用非線形光ファイバを含み、
上記第１位相シフト用非線形光ファイバが、上記第１成分光位相シフト部と上記第２成分光位相シフト部とを構成した
ことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
上記第１閉ループ第１信号光入出力部は、偏光ビームスプリッタ又は偏光プリズムでなる、上記第１・第２成分分割部及び上記第１閉ループ制御光入出力部を兼ねたものであり、上記第１閉ループ光路部は、上記第１成分及び上記第２成分の偏波面を９０°だけ回転させるループ内偏波面変換部を含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光変調器。
【請求項４】
上記第１閉ループ第１信号光入出力部へ向かう第１の信号光と、上記第１閉ループ第１信号光入出力部から出力された戻り光とが通過する位置に設けられた第１ループ外偏波面変換部を有し、
上記第１ループ外偏波面変換部が、上記第１閉ループ第１信号光入出力部へ向かう第１の信号光の偏波面を、偏光ビームスプリッタ又は偏光プリズムでなる上記第１閉ループ第１信号光入出力部の偏波面選択反射面を通過する上記第１成分と反射される上記第２成分とが生じる角度の偏波面に変換すると共に、上記第１閉ループ第１信号光入出力部から出力された戻り光の上記第１成分及び上記第２成分の偏波面を揃える上記第１信号光成分合波部として機能する
ことを特徴とする請求項３に記載の光変調器。
【請求項５】
上記第１信号光抽出部は、上記第１閉ループ第１信号光入出力部及び上記第１閉ループ制御光入出力部兼ねた、上記偏光ビームスプリッタ又は上記偏光プリズムから出力された出力光から上記第１成分及び上記第２成分を抽出する第１光バンドパスフィルタで構成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の光変調器。
【請求項６】
上記第１光位相差付与部は、上記第１の閉ループ光路に介挿されたものであり、上記第１成分及び上記第２成分の偏波面を保持したまま位相差を付与することを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の光変調器。
【請求項７】
上記第１正逆光路分離部が、偏光ビームスプリッタ又は偏光プリズムでなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光変調器。
【請求項８】
上記第１正逆光路分離部が、サーキュレータでなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光変調器。
【請求項９】
上記制御光発生部が、
偏波面保存の第２の閉ループ光路を形成させている第２閉ループ光路部と、
連続光である直線偏波の上記第２波長を有する第２の信号光を２つの直線偏波の第３成分及び第４成分に分ける第３・第４成分分割部と、
上記第２の閉ループ光路への上記第２の信号光の入出力を行うものであって、上記第３成分及び第４成分を、巡回方向が逆になるように上記第２の閉ループ光路へ入力する第２閉ループ第２信号光入出力部と、
上記第１の制御光信号の強度パターンと同じ強度パターンを有する強度変調光であって、第２波長を有する直線偏波の第３の制御光信号の、上記第２の閉ループ光路への入出力を行うものであって、上記第３の制御光信号の巡回方向が上記第３成分と同じになるように、上記第３の制御光信号を上記第２の閉ループ光路へ入力する第２閉ループ制御光入出力部と、
同一方向に進行する上記第３の制御光信号に応じ、上記第３成分の光位相を変化させる、上記第２の閉ループ光路に介在されている第３成分光位相シフト部と、
逆方向に進行する上記第３の制御光信号に応じ、上記第４成分の光位相を変化させる、上記第２の閉ループ光路に介在されている第４成分光位相シフト部と、
上記第２の閉ループ光路から出力された上記第３成分及び上記第４成分を、上記第３の制御光信号から分離する第２信号光抽出部と、
上記第２閉ループ第２信号光入出力部へ向かう第２の信号光と、上記第２閉ループ第２信号光入出力部から出力された戻り光の上記第３成分及び第４成分との光路を分離する第２正逆光路分離部と、
上記第２閉ループ第２信号光入出力部から出力された戻り光が進行するいずれかの箇所に設けられ、上記第３成分及び第４成分の偏波面を揃えて合波させる第２信号光成分合波部と、
上記第２の信号光の第３成分及び第４成分が進行するいずれかの箇所に設けられ、上記第３成分及び第４成分に相対的な光位相差を付与する第２光位相差付与部とを備え、
上記第２の閉ループ光路以外の当該制御光発生部内の光路にも偏波面保存光路を適用し、
上記第３成分光位相シフト部、上記第４成分光位相シフト部及び上記第２光位相差付与部によるトータルの位相シフトが、上記第３の制御光信号の信号の「０」、「１」に応じて０又はπとし、
上記第２信号光成分合波部及び上記第２正逆光路分離部の合波及び光路分離がなされた光信号が、上記第１の制御光信号と上記第２の制御光信号とが直交偏波面を維持して重畳されたと同じ信号にして出力する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光変調器。
【請求項１０】
偏波面保存の第２の閉ループ光路を形成させている第２閉ループ光路部と、
連続光である直線偏波の第２波長を有する第２の信号光を２つの直線偏波の第３成分及び第４成分に分ける第３・第４成分分割部と、
第２の閉ループ光路への上記第２の信号光の入出力を行うものであって、上記第３成分及び第４成分を、巡回方向が逆になるように上記第２の閉ループ光路へ入力する第２閉ループ第２信号光入出力部と、
信号の「０」及び「１」の並びに応じた強度パターンを有する強度変調光であって、第２波長を有する直線偏波の第３の制御光信号の、上記第２の閉ループ光路への入出力を行うものであって、上記第３の制御光信号の巡回方向が上記第３成分と同じになるように、上記第３の制御光信号を上記第２の閉ループ光路へ入力する第２閉ループ制御光入出力部と、
同一方向に進行する上記第３の制御光信号に応じ、上記第３成分の光位相を変化させる、上記第２の閉ループ光路に介在されている第３成分光位相シフト部と、
逆方向に進行する上記第３の制御光信号に応じ、上記第４成分の光位相を変化させる、上記第２の閉ループ光路に介在されている第４成分光位相シフト部と、
上記第２の閉ループ光路から出力された上記第３成分及び上記第４成分を、上記第３の制御光信号から分離する第２信号光抽出部と、
上記第２閉ループ第２信号光入出力部へ向かう第２の信号光と、上記第２閉ループ第２信号光入出力部から出力された戻り光の上記第３成分及び第４成分との光路を分離する第２正逆光路分離部と、
上記第２閉ループ第２信号光入出力部から出力された戻り光が進行するいずれかの箇所に設けられ、上記第３成分及び第４成分の偏波面を揃えて合波させる第２信号光成分合波部と、
上記第２の信号光の第３成分及び第４成分が進行するいずれかの箇所に設けられ、上記第３成分及び第４成分に相対的な光位相差を付与する第２光位相差付与部とを備え、
上記第２の閉ループ光路以外の当該制御光発生部内の光路にも偏波面保存光路を適用し、
上記第３成分光位相シフト部、上記第４成分光位相シフト部及び上記第２光位相差付与部による上記第３成分及び上記第４成分に対するトータルの位相シフトの差が、上記第３の制御光信号の信号の「０」、「１」に応じて０又はπで変化し、
上記第２信号光成分合波部及び上記第２正逆光路分離部の合波及び光路分離がなされた光信号が、上記強度パターンと同じ強度パターンを有する第１の強度変調光と、上記強度パターンと相補的な強度パターンを有する強度変調光であって、偏波面が上記第１の強度変調光の偏波面と直交している第２の強度変調光とが直交偏波面を維持して重畳されたと同じ光信号にして出力する
ことを特徴とする相補強度変調光発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光変調器及び相補強度変調光発生器に関し、例えば、長距離大容量光ファイバ通信等に利用される、制御光によって被制御光に強度変調及び又は位相変調を与える全光型の光変調器に適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの普及などに伴い、光ファイバ通信の通信容量の大容量化への要求は近年ますます高まってきている。近年の光ファイバ通信の通信容量の大容量化は、送受信可能な波長チャンネル数を増やすこと（波長多重通信、ＷＤＭ：Ｗａｖｅ  ｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）と、かつ、各波長チャンネル当たりの通信速度を高速化することによってなされている。
【０００３】
ＷＤＭ方式による波長チャンネル数の増大は、システムの複雑さの増大やシステム保守の煩雑さの観点から限界を迎えつつあり、従って、各波長チャンネル当たりの通信速度の高速化が近年重要な研究開発の課題となっている。その一手段として、時分割多重通信（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等の多重通信方法が、従来より検討され、また実用化されている。
【０００４】
ＴＤＭ方式は、複数チャンネルを時分割多重した時分割多重信号を用いることにより、波長チャンネル当たりの通信速度を高速化する方式である。ＴＤＭ方式においては、受信側でクロック信号から生成されるゲート信号によって、時分割多重信号から個々のチャンネルを分離する多重分離手段により、個々のチャンネルの情報を個別に取り出して受信する。
【０００５】
従来、用いられてきたＴＤＭ方式は、電子デバイスレベルで、時分割多重信号を発生したり時分割多重信号を多重分離したりする方式であった。この方式を、電気ＴＤＭと呼ぶ。電気ＴＤＭの通信速度を高速化するためには、電子デバイス、並びに、光電変換や電光変換を行うためのフォトダイオード、半導体レーザなどのオプトエレクトロニクスデバイスの高速化が必要である。その通信速度は、４０Ｇｂｉｔ／ｓ程度のビットレートが限界であった。
【０００６】
ＴＤＭ方式の通信速度をさらに高速化するためには、上述の時分割多重信号を発生したり時分割多重信号を多重分離したりする手段を全て光学的な手段で実現することが望ましい。この方式を、光ＴＤＭと呼ぶ。光ＴＤＭ方式では、光カプラなどを結合させた光回路を用いて、時分割多重された光パルス信号の生成を行う。また、受信側での多重分離は、制御光である光制御信号でゲート動作させた、全光型光スイッチを用いて実行するのが望ましい。さらにまた、長距離伝送などのための光中継器や、光ネットワークのノードにおける波長変換や変調光信号の生成さらには光信号再生動作などの光信号制御技術もまた、同様に、制御光信号で、被制御光信号の波長変換、変調光信号の生成、信号再生などを行う、全光型波長変換器・光変調器などを用いて実行するのが望ましい。
【０００７】
すなわち、光ＴＤＭ方式では、その受信端における多重分離や、あるいは光中継器における光信号再生などを実行するために、制御光信号で、被制御光信号のスイッチ動作、変調信号生成動作を行う、全光型光スイッチ・変調器が必要となる。
【０００８】
全光型光スイッチ・変調器を実現する手法として、光ファイバにおいて発現する光カー効果を利用する方法は、その好ましい一例である。光ファイバにおいて発現する光カー効果は、光ファイバを強度の強い光が伝播することにより光ファイバの屈折率が変化する現象であり、その応答速度は数フェムト秒（ｆｓ）である。すなわち、光ファイバの光カー効果を利用して光スイッチや光変調器を構成すれば、数百Ｇｂｉｔ／ｓ以上の光パルス信号のスイッチングや変調が可能な光スイッチ・光変調器を実現できる可能性がある。
【０００９】
光カー効果を利用した光スイッチとして、偏波面保存型の単一モード光ファイバ内で発現する光カー効果を利用した光スイッチが研究されている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１０】
非特許文献１に開示されている光スイッチにおいて、環境温度変化等に対して実用に足る動作安定性を実現するには、まず、偏波面保存単一モード光ファイバの有する複屈折を相殺するために、光カー効果を発現させる２本の偏波面保存単一モード光ファイバのファイバ長を厳密に一致させる必要がある。一方、各光ファイバのファイバ長は、通常、数百ｍから数ｋｍの長さがあり、ゆえに、ファイバ長を厳密に一致させるのは、現実のデバイス作製を考慮した場合、非常に高いファイバ長の精度（おおよそ１ｍｍ以下）が必要であり、実現性に問題点がある。さらには、非特許文献２に開示される、現実の偏波保存単一モード光ファイバにおいて存在する偏波クロストーク成分による、スイッチ動作の不安定性の問題もある。
【００１１】
これらの問題を解決する方法として、本願発明者等は、非特許文献３に開示される光スイッチをこれまでに提案している。すなわち、非特許文献３には、光スイッチを構成する偏波保存単一モード光ファイバのファイバ長の調整が不要であり、かつ、光カー効果を生じさせる偏波保存単一モード光ファイバとして、長尺なものを用いても、偏波クロストーク成分によるスイッチ動作の不安定性が生じない、光スイッチが開示されている。
【００１２】
一方、光通信システムにおいて利用される光信号の符号化フォーマットは、現在までに多種多様なものが提案、利用されている。その代表的なものは、光信号のピーク強度の大小によって２値デジタル信号を表す振幅変調方式と、光信号の光搬送波の光位相の違いによって２値デジタル信号を表す位相変調方式である。
【００１３】
振幅変調方式及び位相変調方式はそれぞれ、ネットワークの要求仕様を最大限満足するものが、適宜選択されて使用されることが望ましい。また、光通信ネットワークは、様々な仕様の複数のネットワークを相互接続させた形態を有する。すなわち、光通信ネットワークは、振幅変調方式や位相変調方式など様々な変調フォーマットで符号化された様々な光信号が、それぞれ適材適所で混在して運用されることが望ましい。
【００１４】
このような状況を鑑みたとき、符号化された光信号を発生するための光変調器としては、振幅変調方式及び位相変調方式のいずれの方式にも対応できるような汎用性を有していることが望ましい。
【００１５】
非特許文献１や非特許文献３に開示の全光型光スイッチは、制御光として、そのピーク強度の大小による振幅変調方式によって信号化された、光パルス信号を用いることで、振幅変調された変調光信号を発生する全光型光強度変調器として用いることができる。
【００１６】
しかしながら、非特許文献１や非特許文献３に開示の全光型光スイッチは、位相変調された変調光信号を発生する全光型光位相変調器として用いるのは困難である。
【００１７】
非特許文献１や非特許文献３に開示の全光型光スイッチの動作原理である、光カー効果による相互位相変調効果は、そのまま位相変調器の動作原理として転用できるので、これを用いて全光型光位相変調器を提供することはできる。
【００１８】
しかしながら、この場合、振幅変調方式及び相変調方式の双方に対応するために、それぞれの方式に対応した別個の全光型光変調器を用意することになる。このことは、装置の大型化や、コスト増や、消費電力の増大等を招き、問題となる。
【００１９】
１台の装置を用いて、簡便な調整手段によって、振幅変調方式及び位相変調方式のいずれのフォーマットの光信号も発生できる、全光型の強度・位相変調器を実現できれば、上記の問題を解決できる。その際、変調フォーマットの変化に伴う光損失の格段の変化など、光信号品質の格段の変化を伴わないことが実用上望ましい。さらにまた、信号光波長や環境温度が変化しても特性が変化しない、高安定な動作特性を担保できれば、安定化制御にかかわる部品・コスト・消費電力の増加がなく、実用上大きなメリットを享受できるようになる。
【００２０】
一方、本願発明者等は、これまでに、非特許文献４に開示される全光型の強度・位相変調器を提案している。非特許文献４に開示される方式においては、装置内に組み込まれたλ／２波長板の光軸回転という簡便な方式で、容易に、振幅変調方式及び位相変調方式間のフォーマット切り替えが可能である。また、上述した信号光波長や環境温度が変化しても特性が変化しない、高安定な動作特性をも担保されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２１】
【非特許文献１】Ｔ．  Ｍｏｒｉｏｋａ，  Ｍ．  Ｓａｒｕｗａｔａｒｉ  ａｎｄ  Ａ．  Ｔａｋａｄａ，  “Ｕｌｔｒａｆａｓｔ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｕｌｔｉ／ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  ｕｔｉｌｉｓｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  Ｋｅｒｒ  ｅｆｆｅｃｔ  ｉｎ  ｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎ−ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ  ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  ｆｉｂｒｅｓ”，  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．９，ｐｐ．４５３−４５４，１９８７
【非特許文献２】荒井、齊藤、小山、中村、横溝、相曽共著、「偏波保持光ファイバ」、古河電工時報、第１０９号、ｐｐ．５−１０、２００２
【非特許文献３】Ｓ．  Ａｒａｈｉｒａ，  Ｈ．  Ｍｕｒａｉ  ａｎｄ  Ｙ．  Ｏｇａｗａ，  “Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ＮＯＬＭ  ｆｏｒ  ｓｔａｂｌｅ  ａｎｄ  ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ２Ｒ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ａｔ  ｕｌｔｒａ−ｈｉｇｈ  ｂｉｔ  ｒａｔｅｓ”，  ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．，Ｖｏｌ．Ｅ８９−Ｂ，Ｎｏ．１２，ｐｐ．３２９６−３３０５，２００６
【非特許文献４】Ｓ．  Ａｒａｈｉｒａ，  Ｈ．  Ｍｕｒａｉ  ａｎｄ  Ｋ．  Ｆｕｊｉｉ，  “Ａｌｌ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−Ｆｏｒｍａｔ  Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ  Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｒｏｔａｔｉｏｎ−Ｔｙｐｅ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｌｏｏｐ  Ｍｉｒｒｏｒ”，  ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．１８，ｐｐ．１５３０−１５３２，２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ところで、発生させた変調光信号を長距離光ファイバ通信システムにおける光信号として実用化する場合に、重要な性能指標の一つとなるのは、変調光信号の有する周波数チャーピングの大小である。
【００２３】
周波数チャーピングの観点から見ると、上述した非特許文献１、３及び４に開示の技術に基づき発生させる振幅変調方式や位相変調方式の光変調信号には、下記のような問題点が存在する。
【００２４】
上述した非特許文献１、３及び４に開示の技術は、非線形光ファイバ中の光カー効果に基づく相互位相変調効果による位相シフトをその動作原理としている。この位相シフトは、光ファイバ中での損失や群速度分散、あるいはその他の高次の非線形光学効果などが無視できる単純な場合、制御光信号の光強度に比例する。すなわち、位相シフトの時間波形は、制御光信号の強度時間波形に比例する。
【００２５】
そして、多くの場合、制御光信号のピーク光強度を最大位相シフト量πに対応させて、光変調動作を得る。
【００２６】
一方、制御光信号がそのピーク光強度に達するまでの間に、制御光信号によってもたらされる位相シフトは０からπまでに連続的に変化する。
【００２７】
すなわち、制御光信号によって生じる位相シフトは、その立上り部や立下り部において、位相シフト量が時間的に変化する、いわゆる周波数チャーピングを原理的に生じさせる。
【００２８】
すなわち、上述した非特許文献１、３及び４に開示の技術に基づき発生させる振幅変調方式や位相変調方式の変調光信号は、原理的に周波数チャーピングを有する変調光信号となる。
【００２９】
仮に、被制御光である信号光が、連続光ではなく光パルス信号から構成される光パルス列であり、かつ、そのパルス幅が制御光信号を構成する光パルス信号のパルス幅に比較して十分狭ければ、周波数チャーピングが生じる制御光信号の立上り部や立下り部において、信号光強度が十分減衰された状態で光変調動作を実行することは可能である。このような場合の限り、光変調器において周波数チャーピングを抑制することは可能である。
【００３０】
一方、信号光パルス幅が広かったり、あるいは連続光であったりする場合、生成する変調光信号は、特に、信号光パルスの立上り部や立下り部に大きな周波数チャーピングを有することになってしまう。
【００３１】
このことは、上述した非特許文献１、３及び４に開示の技術に基づき発生させることができる、周波数チャーピングの小さい振幅変調方式や位相変調方式の光変調信号は、いわゆるリターン・トウ・ゼロ（ＲＺ）フォーマットの変調光信号に限定されることを意味する。また特に、光通信システムで多く使われる、いわゆるノン・リターン・トウ・ゼロ（ＮＲＺ）フォーマットの光変調信号に関しては、それを発生することはできるが、その場合、立上り部や立下り部に大きな周波数チャーピングを有する変調光信号になってしまうという問題点があった。
【００３２】
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであり、簡便な調整手段によって、振幅変調方式や位相変調方式のいずれのフォーマットの変調光信号も発生可能であり、かつ、その動作が非常に安定な光変調器を提供しようとしたものである。また、本発明は、ＲＺフォーマットであろうとＮＲＺフォーマットであろうと、周波数チャーピングが小さい変調光信号を発生できる光変調器を提供しようとしたものである。
【００３３】
さらに、そのような光変調器に適用して好適な相補強度変調光発生器を提供しようとしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
第１の本発明の光変調器は、（１）偏波面保存の第１の閉ループ光路を形成させている第１閉ループ光路部（例えば、図１の２２及び２６が対応）と、（２）ピーク強度の揃った光パルスが等時間間隔に並んだ光パルス列、若しくは、連続光である直線偏波の第１波長を有する第１の信号光を２つの直線偏波の第１成分及び第２成分に分ける第１・第２成分分割部（例えば、図１の１４及び１８が対応）と、（３）信号の「０」及び「１」の並びに応じた強度パターンを有する強度変調光であって、第２波長を有する直線偏波の第１の制御光信号と、この第１の制御光信号の強度パターンと相補的な強度パターンを有する強度変調光であって、上記第２波長若しくはその近傍波長を有し、偏波面が上記第１の制御光信号の偏波面と直交している第２の制御光信号とを出力する制御光発生部（例えば、図１の５０が対応）と、（４）上記第１の閉ループ光路への上記第１の信号光の入出力を行うものであって、上記第１成分及び第２成分を、巡回方向が逆になるように上記第１の閉ループ光路へ入力する第１閉ループ第１信号光入出力部（例えば、図１の１８及び２４が対応）と、（５）上記第１の閉ループ光路への上記第１の制御光信号及び上記第２の制御光信号の入出力を行うものであって、上記第１の制御光信号の巡回方向が上記第１成分と同じになると共に、上記第２の制御光信号の巡回方向が上記第２成分と同じになるように、上記第１の制御光信号及び上記第２の制御光信号を上記第１の閉ループ光路へ入力する第１閉ループ制御光入出力部（例えば、図１の５１、１８及び２４が対応）と、（６）同一方向に進行する上記第１の制御光信号及び逆方向に進行する上記第２の制御光信号に応じ、上記第１成分の光位相を変化させる、上記第１の閉ループ光路に介在されている第１成分光位相シフト部（例えば、図１の２２が対応）と、（７）同一方向に進行する上記第２の制御光信号及び逆方向に進行する上記第１の制御光信号に応じ、上記第２成分の光位相を変化させる、上記第１の閉ループ光路に介在されている第２成分光位相シフト部（例えば、図１の２２が対応）と、（８）上記第１の閉ループ光路から出力された上記第１成分及び上記第２成分を、上記第１の制御光信号及び上記第２の制御光信号から分離する第１信号光抽出部（例えば、図１の５１が対応）と、（９）上記第１閉ループ第１信号光入出力部へ向かう第１の信号光と、上記第１閉ループ第１信号光入出力部から出力された戻り光の上記第１成分及び第２成分との光路を分離する第１正逆光路分離部（例えば、図１の１０又は３０が対応）と、（１０）上記第１閉ループ第１信号光入出力部から出力された戻り光が進行するいずれかの箇所に設けられ、上記第１成分及び第２成分の偏波面を揃えて合波させる第１信号光成分合波部（例えば、図１の１４が対応）と、（１１）上記第１の信号光の第１成分及び第２成分が進行するいずれかの箇所に設けられ、上記第１成分及び第２成分に相対的な光位相差を付与する第１光位相差付与部（例えば、図１の４０が対応）とを備え、（１２）上記第１の閉ループ光路以外の光路にも偏波面保存光路を適用すると共に、上記第１信号光成分合波部及び上記第１正逆光路分離部の合波及び光路分離がなされた光信号を、変調光信号として出力することを特徴とする。
【００３５】
第２の本発明の相補強度変調光発生器は、（１）偏波面保存の第２の閉ループ光路を形成させている第２閉ループ光路部と、（２）連続光である直線偏波の第２波長を有する第２の信号光を２つの直線偏波の第３成分及び第４成分に分ける第３・第４成分分割部と、（３）第２の閉ループ光路への上記第２の信号光の入出力を行うものであって、上記第３成分及び第４成分を、巡回方向が逆になるように上記第２の閉ループ光路へ入力する第２閉ループ第２信号光入出力部と、（４）信号の「０」及び「１」の並びに応じた強度パターンを有する強度変調光であって、第２波長を有する直線偏波の第３の制御光信号の、上記第２の閉ループ光路への入出力を行うものであって、上記第３の制御光信号の巡回方向が上記第３成分と同じになるように、上記第３の制御光信号を上記第２の閉ループ光路へ入力する第２閉ループ制御光入出力部と、（５）同一方向に進行する上記第３の制御光信号に応じ、上記第３成分の光位相を変化させる、上記第２の閉ループ光路に介在されている第３成分光位相シフト部と、（６）逆方向に進行する上記第３の制御光信号に応じ、上記第４成分の光位相を変化させる、上記第２の閉ループ光路に介在されている第４成分光位相シフト部と、（７）上記第２の閉ループ光路から出力された上記第３成分及び上記第４成分を、上記第３の制御光信号から分離する第２信号光抽出部と、（８）上記第２閉ループ第２信号光入出力部へ向かう第２の信号光と、上記第２閉ループ第２信号光入出力部から出力された戻り光の上記第３成分及び第４成分との光路を分離する第２正逆光路分離部と、（９）上記第２閉ループ第２信号光入出力部から出力された戻り光が進行するいずれかの箇所に設けられ、上記第３成分及び第４成分の偏波面を揃えて合波させる第２信号光成分合波部と、（１０）上記第２の信号光の第３成分及び第４成分が進行するいずれかの箇所に設けられ、上記第３成分及び第４成分に相対的な光位相差を付与する第２光位相差付与部とを備え、（１１）上記第２の閉ループ光路以外の当該制御光発生部内の光路にも偏波面保存光路を適用し、（１２）上記第３成分光位相シフト部、上記第４成分光位相シフト部及び上記第２光位相差付与部による上記第３成分及び上記第４成分に対するトータルの位相シフトの差が、上記第３の制御光信号の信号の「０」、「１」に応じて０又はπで変化し、（１３）上記第２信号光成分合波部及び上記第２正逆光路分離部の合波及び光路分離がなされた光信号が、上記強度パターンと同じ強度パターンを有する第１の強度変調光と、上記強度パターンと相補的な強度パターンを有する強度変調光であって、偏波面が上記第１の強度変調光の偏波面と直交している第２の強度変調光とが直交偏波面を維持して重畳されたと同じ光信号にして出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
第１の本発明によれば、簡便な調整手段によって、振幅変調方式や位相変調方式のいずれのフォーマットの変調光信号も発生可能であり、かつ、その動作が非常に安定な光変調器を提供でき、また、ＲＺフォーマットであろうとＮＲＺフォーマットであろうと、周波数チャーピングが小さい変調光信号を発生できる光変調器を提供できる。
【００３７】
第２の本発明によれば、第１の本発明の光変調器を実現できる、その構成要素となる相補強度変調光発生器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施形態に係る全光型光変調器の構成を示す配置図である。
【図２】第１の実施形態における第１光位相バイアス回路の内部構成例を示す説明図である。
【図３】偏波面保存光ファイバであるパンダ型光ファイバの光の伝播方向に対して垂直に切断した断面の概略的構造を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態における第１偏波面変換部の構成例を示す説明図である。
【図５】第１の実施形態における第２偏波面変換部の構成例を示す説明図である。
【図６】第１の実施形態における第１偏波面変換部での信号光の偏波状態の説明図である。
【図７】第１の実施形態における制御光信号と第１光位相バイアス回路によって第１の信号光に対して生じる位相シフトの説明図である。
【図８】第２の実施形態に係る全光型光変調器の構成を示す配置図である。
【図９】第２の実施形態における第３偏波面変換部での信号光の偏波状態の説明図である。
【図１０】第２の実施形態における制御光信号と第２光位相バイアス回路によって第２の信号光に対して生じる位相シフトの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による光変調器の第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。第１の実施形態の光変調器は、全光型光変調器である。
【００４０】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態に係る全光型光変調器６の構成を示す配置図である。
【００４１】
図１において、第１の実施形態に係る全光型光変調器６は、第１偏波分離合成モジュール１０と、第１偏波面保存光ファイバ１２と、第１偏波面変換部１４と、第２偏波面保存光ファイバ１６と、第２偏波分離合成モジュール１８と、第３偏波面保存光ファイバ２２と、第２偏波面変換部２４と、第４偏波面保存光ファイバ２６と、第１光位相バイアス回路４０と、第１光バンドパスフィルタ５１と、第５偏波面保存光ファイバ５２とを備えている。
【００４２】
この第１の実施形態における信号光（第１の信号光）１は、波長λｓの被制御光である。第１の信号光１は、連続光、又は、ピーク強度の揃った光パルスが等時間間隔に並んだ、いわゆる光パルス列である。所望とする変調光信号のデータフォーマットが、ＮＲＺフォーマットである場合には、第１の信号光１として連続光を用い、ＲＺフォーマットである場合には、第１の信号光として光パルス列を用いる。光パルス列を用いる場合、パルス周期は、所望する変調光信号のビットレートをｆ［ｂｉｔ／ｓ］とした場合、１／ｆ［ｓ］である。
【００４３】
一方、第１の制御光信号２及び第２の制御光信号３は、第１の信号光１の波長λｓとは異なる波長λｐを有する。第１の制御光信号２及び第２の制御光信号３のビットレートは、所望する光変調信号のビットレートｆ［ｂｉｔ／ｓ］と一致する。
【００４４】
第１の制御光信号２及び第２の制御光信号３は、その強度時間波形が互いに相補的（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ）関係にある、強度変調信号（強度変調光）である。すなわち、第１の制御光信号２の強度時間波形と、第２の制御光信号３の強度時間波形を時間軸上で足し合わせた場合、時間軸上で強度が変化しない連続光状の時間波形となる。
【００４５】
相補的関係にある第１の制御光信号２及び第２の制御光信号３は、例えば、ＮＲＺフォーマットで発生させた変調光信号のデータ光と反転データ光である。また例えば、ＲＺフォーマットで発生させた変調光信号と、それと同一波長の連続光とを、光干渉計で干渉させたときに光干渉計から出力される、いわゆるｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ出力とｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ出力である。以上のように、第１の制御光信号２と、第２の制御光信号３とは、ＮＲＺフォーマットの強度変調信号であっても、ＲＺフォーマットの強度変調信号であっても構わない。
【００４６】
第１偏波分離合成モジュール１０は、第１の信号光１を入力するための入力用光ファイバ３２−２の一端が結合されている第１入出力端１０−１と、第１入出力端１０−１に対向する側に位置する、第１偏波面保存光ファイバ１２の一端が結合されている第２入出力端１０−２と、変調された信号光（以下、変調光信号と呼ぶ）を出力する第３入出力端１０−３とを備えている。
【００４７】
第２偏波分離合成モジュール１８は、第２偏波面保存光ファイバ１６の一端を結合する第１入出力端１８−１と、第１入出力端１８−１に対向する側に位置する、第３偏波面保存光ファイバ２２の一端を結合する第２入出力端１８−２と、第４偏波面保存光ファイバ２６の一端を結合する第３入出力端１８−３と、第３入出力端１８−３に対向する側に位置する偏波クロストーク成分を出力する第４入出力端１８−４を備えている。
【００４８】
なお、第４入出力端１８−４は、そこからの光の入出力を行うことはないので、例えば光ファイバピグテール、光コネクタなどの光信号の入出力インターフェイスのための光部品を接続する必要はない。第１の実施形態において、第４入出力端１８−４は、後述するように、第３偏波面保存光ファイバ２２において生じる偏波クロストークの除去が如何になされるかを説明するために、専ら便宜上設けているだけのものであり、それ自体は第１の実施形態の必須の構成要素ではない。
【００４９】
第１偏波面保存光ファイバ１２は、第１偏波分離合成モジュール１０の第２入出力端１０−２に一端が結合されており、第２偏波面保存光ファイバ１６は、第２偏波分離合成モジュール１８の第１入出力端１８−１に一端が結合されており、第１偏波面保存光ファイバ１２の他端と第２偏波面保存光ファイバ１６の他端とは第１偏波面変換部１４（図１では、Ａと示されている位置に設定されている）を介して接続されている。
【００５０】
第３偏波面保存光ファイバ２２は、波長λｐの制御光信号（第１の制御光信号２及び第２の制御光信号３）による光カー効果により、波長λｓの被制御光である第１の信号光１に対して相互位相変調効果による位相シフトが生じる、いわゆる非線形光ファイバである。第３偏波面保存光ファイバ２２は、第２偏波分離合成モジュール１８の第２入出力端１８−２に一端が結合されている。
【００５１】
第４偏波面保存光ファイバ２６は、第２偏波分離合成モジュール１８の第３入出力端１８−３に一端が結合されている。第３偏波面保存光ファイバ２２の他端と第４偏波面保存光ファイバ２６の他端とは、第２偏波面変換部２４（図１ではＢと示されている位置に設定されている）を介して接続されている。
【００５２】
第１光位相バイアス回路４０は、第３偏波面保存光ファイバ２２若しくは第４偏波面保存光ファイバ２６の途中の任意の箇所に挿入される（図１では第４偏波面保存光ファイバ２６の途中に挿入されている例を示している）。図２は、第１光位相バイアス回路４０の内部構成例を示す説明図である。
【００５３】
第１光位相バイアス回路４０は、直線偏波光の偏波面を＋４５°だけ回転する第１ファラデー回転子２７８と、直線偏波光の偏波面を−４５°だけ回転する第２ファラデー回転子２８０と、光軸Ｘ、Ｙを有し、両光軸間に与える位相差が可変である第１のバビネソレイユ補償板２８２とから構成される。図２においては、便宜上、第１光位相バイアス回路４０は、第４偏波面保存光ファイバ２６の中途に挿入されているが、上述のように挿入箇所はここに限定されるわけではない。
【００５４】
第１光位相バイアス回路４０の光軸方向は以下のように設定されている。すなわち、今、図２中右側の第４偏波面保存光ファイバ２６の左端２７６から、第４偏波面保存光ファイバ２６のｆａｓｔ軸方向に平行な直線偏波光が出力され、第１光位相バイアス回路４０に挿入された場合、まず、第２ファラデー回転子２８０を通過して、偏波方向が−４５°だけ回転する。偏波面が回転された直線偏波光の偏波方向が、その光軸方向の一つ（図２では、Ｙ軸）と一致するように、第１のバビネソレイユ補償板２８２を配置する。この光は、第１のバビネソレイユ補償板２８２を、そのＹ軸と平行な直線偏波として通過した後、第１ファラデー回転子２７８に入力される。そして、第１ファラデー回転子２７８において、＋４５°だけ偏波面が回転される。そして、この光は、その偏波方向が図２中左側の第４偏波面保存光ファイバ２６のｆａｓｔ軸に平行な直線偏波として、図２中左側の第４偏波面保存光ファイバ２６の右端２７４に結合され、再び第４偏波面保存光ファイバ２６を伝播していく。
【００５５】
一方、図２中左側の第４偏波面保存光ファイバ２６の右端２７４から、第４偏波面保存光ファイバ２６のｆａｓｔ軸方向に平行な直線偏波光が出力され、第１光位相バイアス回路４０に挿入された場合、この光は、まず、第１ファラデー回転子２７８を通過して、偏波方向が＋４５°だけ回転する。このとき、偏波面が回転された直線偏波光の偏波方向は、第１のバビネソレイユ補償板２８２のＸ軸方向と一致する。この光は、第１のバビネソレイユ補償板２８２を、そのＸ軸と平行な直線偏波として通過した後、第２ファラデー回転子２８０に入力される。そして、第２ファラデー回転子２８０において、−４５°だけ偏波面が回転される。そして、この光は、その偏波方向が図２中右側の第４偏波面保存光ファイバ２６のｆａｓｔ軸に平行な直線偏波として、図２中右側の第４偏波面保存光ファイバ２６の左端２７６に結合され、再び第４偏波面保存光ファイバ２６を伝播していく。
【００５６】
第１光バンドパスフィルタ５１は、第２偏波面保存光ファイバ１６の光路途中の任意の箇所に挿入される。第１光バンドパスフィルタ５１は、少なくとも３つの光入出力端を有する。すなわち、波長λｓである第１の信号光１は第１入出力端５１−１と第２入出力端５１−２を双方向に通過する。一方、波長λｐである第１の制御光信号２及び第２の制御光信号３は、第２入出力端５１−２と第３入出力端５１−３を双方向に通過する。そして、第１入出力端５１−１と第２入出力端５１−２とを結ぶ光路は、第２偏波面保存光ファイバ１６の光路の一部を構成する。一方、第３入出力端５１−３には、第５偏波面保存光ファイバ５２の他端が接続される。
【００５７】
第１光バンドパスフィルタ５１として、例えば、誘電体多層膜を用いた光バンドパスフィルタを適用できる。すなわち、透過中心波長がλｓであって所定の透過帯域を有する誘電体多層膜光バンドパスフィルタを用意し、その透過光が通過する光路に第１入出力端５１−１と第２入出力端５１−２を用意し、また、その反射光が通過する光路に第３入出力端５１−３を用意すれば良い。ここでいう所定の透過帯域とは、その透過帯域が、第１の信号光１の有する波長帯域に比べて十分広く、かつ、制御光信号（制御光信号２及び３）が有する波長帯域にオーバーラップしない程度に十分狭い帯域を意味する。
【００５８】
第５偏波面保存光ファイバ５２は、後述する第３偏波分離合成モジュール５０の第２入出力端５０−２に一端が結合されており、第１光バンドパスフィルタ５１の第３入出力端５１−３にその他端が接続されている。
【００５９】
第１〜第５偏波面保存光ファイバ１２、１６、２２、２６、５２として利用して好適な偏波面保存光ファイバとして、図３に示すようなパンダ型光ファイバを挙げることができる。このパンダ型光ファイバは、コアの近傍に応力付与部を形成し、コアに強い応力を加えることにより偏波保持性を得ている。
【００６０】
図３は、パンダ型光ファイバの光の伝播方向に対して垂直に切断した断面の概略的構造を示す断面図である。
【００６１】
光が導波されるコア１４２を取り囲むクラッド１４０に、コア１４２を挟む形で２つの応力付与部１４４が形成されている。例えば、クラッド１４０はＳｉＯ２、コア１４２はＧｅＯ２がドープされたＳｉＯ２で形成され、応力付与部１４４はＢ２Ｏ３がドープされたＳｉＯ２から形成される。
【００６２】
このように形成することによって、図３中で、パンダ型光ファイバの光の伝播方向に対して垂直な面内に設定されたｓｌｏｗ軸との方向と、ｓｌｏｗ軸と直交するｆａｓｔ軸の方向では、コア１４２を導波される光に対する等価屈折率が異なる。すなわち、コア１４２の近くに、クラッド１４０の屈折率より高い屈折率を有する応力付与部１４４がおかれているために、光の電場ベクトルの振動方向がｓｌｏｗ軸の方向に平行な光に対する等価屈折率が、光の電場ベクトルの振動方向がｆａｓｔ軸の方向に平行な光に対する等価屈折率よりも高くなる。このような等価屈折率の非対称性があるために、パンダ型光ファイバに入力される光の偏波面は保存されて伝播されるようになる。
【００６３】
すなわち、パンダ型光ファイバでは、直線偏波の偏波面を、図３に示すｓｌｏｗ軸（若しくはｆａｓｔ軸）に合わせて入力すると、偏波状態が保たれたままパンダ型光ファイバ中を伝播し、出射端においても、偏波面が、ｓｌｏｗ軸（若しくはｆａｓｔ軸）に一致した直線偏波の光成分のみを得ることが可能である。
【００６４】
以下の説明において、便宜のために、第１偏波分離合成モジュール１０、第２偏波分離合成モジュール１８等の偏波分離合成モジュールへ光が入射する場合、入射光の偏波分離合成モジュールの偏波面選択反射面に対する電場ベクトルの振動方向に対応する成分を次のように定義する。すなわち、偏波面選択反射面へ入射する入射光の入射面に平行な方向に電場ベクトルが振動する成分をｐ成分（ｐ偏波成分、ｐ波とも呼ぶ）、入射光の入射面に垂直な方向に電場ベクトルが振動する成分をｓ成分（ｓ偏波成分、ｓ波とも呼ぶ）と呼ぶこととする。
【００６５】
例えば、第１偏波分離合成モジュール１０へ光が入射する場合、第１偏波分離合成モジュールを構成している偏波分離合成素子の偏波面選択反射面１０Ｒに対する入射面に平行な方向に電場ベクトルが振動する成分はｐ成分、入射光の入射面に垂直な方向に電場ベクトルが振動する成分はｓ成分である。第２偏波分離合成モジュール１８や、後述する第３偏波分離合成モジュール５０においても同様である。
【００６６】
第１偏波分離合成モジュール１０においては、第１入出力端１０−１から入力されたｐ偏波成分は、第２入出力端１０−２に出力され、第２入出力端１０−２から入力されたｓ偏波成分は、第３入出力端１０−３に出力される。また、第２入出力端１０−２から入力されたｐ偏波成分は、第１入出力端１０−１に出力される。
【００６７】
第１偏波分離合成モジュール１０等の偏波分離合成モジュールには、例えば、市販されている偏光ビームスプリッタの中から好適なものを選んで利用することができる。また、上述した説明で想定している薄膜を用いたタイプの偏光ビームスプリッタに限定されず、複屈折結晶を用いたいわゆる偏光プリズムを用いることもできる。
【００６８】
また、第１偏波分離合成モジュール１０等の偏波分離合成モジュールの各入出力端と、それと結合する第１〜第５偏波面保存光ファイバ等の偏波面保存光ファイバの入出力端とは、偏波分離合成モジュールのｐ波ないしはｓ波の偏波方向と、偏波面保存光ファイバのｓｌｏｗ軸ないしはｆａｓｔ軸の方向とが合致するように接合されているものとする。以下の説明では、便宜のために、各偏波分離合成モジュールのｐ波の偏波方向と、各偏波面保存光ファイバのｓｌｏｗ軸の方向とが合致するように接合されているものとして説明する。なお、本発明はそれには限定されず、何箇所かの接合個所が、偏波分離合成モジュールのｐ波の偏波方向と、偏波面保存光ファイバのｆａｓｔ軸の方向とが合致するように接合されていたとしても、本発明の効果を実現することができる。
【００６９】
また、第１偏波面保存光ファイバ１２の他端と第２偏波面保存光ファイバ１６の他端とを接続する第１偏波面変換部１４は、入力された直線偏波光に対して、その偏波方向が４５°だけ回転された直線偏波光を出力させる機能を有するものである。このような機能は、具体的には、図４（Ａ）に示すように、第１及び第２偏波面保存ファイバ１２及び１６の互いに対面する他端の端面７４、７６において、互いのｓｌｏｗ軸同士が４５°だけ回転される形で融着接続されている構造で実現できる。また、図４（Ｂ）に示すように、互いのｓｌｏｗ軸同士が一致するようにすると共に、接合部に１／２波長板１１４を挿入して実現するようにしても良い。１／２波長板１１４の光軸方向を、互いのｓｌｏｗ軸から２２．５°だけ回転される形になるように配置することで上述した機能を実現できる。以下では、便宜上、第１偏波面変換部１４には、図４（Ｂ）に示すような１／２波長板１１４が挿入されているものとして説明する。
【００７０】
また、第３偏波面保存光ファイバ２２の他端と第４偏波面保存光ファイバ２６の他端とを接続する第２偏波面変換部２４は、入力された直線偏波光に対して、その偏波方向が９０°だけ回転された直線偏波光を出力させる機能を有するものである。このような機能は、図５に示すように、第３及び第４偏波面保存ファイバ２２及び２６の互いに対面する他端の端面１７４、１７６において、互いのｓｌｏｗ軸同士が９０°だけ回転される形で融着接続されている、言い換えれば、互いのｓｌｏｗ軸とｆａｓｔ軸が平行になるように融着接続されている構造で実現できる。また、第１偏波面変換部１４の場合と同様に、互いのｓｌｏｗ軸同士が一致するようにすると共に、接合部に、その光軸方向が互いのｓｌｏｗ軸から４５°だけ回転された１／２波長板を挿入して実現することもできる。
【００７１】
以下の説明においては、第１偏波分離合成モジュール１０の第２入出力端１０−２から第１偏波面変換部１４に至る経路の長さ、すなわち、第１偏波面保存光ファイバ１２の長さをＬ１（経路Ｌ１ということもある）、第１偏波面変換部１４から第２偏波分離合成モジュール１８の第１入出力端１８−１に至る経路の長さ、すなわち、第２偏波面保存光ファイバ１６の長さをＬ２（経路Ｌ２ということもある）、第２偏波分離合成モジュール１８の第２入出力端１８−２から第２偏波面変換部２４に至る経路の長さ、すなわち、第３偏波面保存光ファイバ２２の長さをＬ３（経路Ｌ３ということもある）、第２偏波面変換部２４から第２偏波分離合成モジュール１８の第３入出力端１８−３に至る経路の長さ、すなわち、第４偏波面保存光ファイバ２６の長さをＬ４（経路Ｌ４ということもある）とする。
【００７２】
なお、光カー効果の発現による位相シフトの発生に特段の寄与をしない、第１偏波面保存光ファイバ１２、第２偏波面保存光ファイバ１６、第４偏波面保存光ファイバ２６及び第５偏波面保存光ファイバ５２の全て若しくは一部は、光ファイバではなく、空間光学系で実現するようにしても、同様な効果を得ることができる。
【００７３】
第１の実施形態に係る全光型光変調器６は、以上のような基本的な構成に加え、第３偏波分離合成モジュール５０、第１光サーキュレータ３０、第２光バンドパスフィルタ２８及び第２光バンドパスフィルタ３８を有する。
【００７４】
第３偏波分離合成モジュール５０は、第１の制御光信号２を入力するための第１の制御光入力用光ファイバ３１の一端が結合されている第１入出力端５０−１と、第１入出力端５０−１に対向する側に配置されている、第５偏波面保存光ファイバ５２の一端が結合されている第２入出力端５０−２と、第２の制御光信号３を入力するための第２の制御光入力用光ファイバ３３の一端が結合されている第３入出力端５０−３とを備えている。
【００７５】
第１及び第２の制御光信号２及び３はそれぞれ、第１の制御光入力用光ファイバ３１、第２の制御光入力用光ファイバ３３を介して、第３偏波分離合成モジュール５０の第１入出力端５０−１、第３入出力端５０−３に入力される。
【００７６】
上述した偏波分離合成モジュールの偏波分離合成特性から、第３偏波分離合成モジュール５０における制御光信号２、３の光損失を最小限にするために、第１の制御光信号２がｐ偏波方向に偏波した直線偏波光とし、第２の制御光信号３がｓ偏波方向に偏波した直線偏波光とすることが望ましい。また、それを実現するためには、上述した第１の制御光入力用光ファイバ３１、第２の制御光入力用光ファイバ３３もまた偏波面保存光ファイバとすることが望ましい。あるいは、第１及び第２の制御光信号２及び３のそれぞれが、第３偏波分離合成モジュール５０の第１入出力端５０−１、第３入出力端５０−３に至る光路（入力用光ファイバ３１、３３を含む）のいずれかの箇所に、偏波面コントローラを挿入して、それぞれの制御光信号２、３の偏波状態を所望の偏波状態になるように調整するようにしても良い。
【００７７】
第３偏波分離合成モジュール５０内に導入された第１及び第２の制御光信号２及び３は、第３偏波分離合成モジュール５０の第２入出力端５０−２から合波出力される。その際、偏波分離合成モジュールの性質から、合波出力における第１及び第２の制御光信号２及び３は、それぞれが直線偏波光の状態で、かつ、互いに偏波直交した状態で出力される。
【００７８】
この合波出力光は、第５偏波面保存光ファイバ５２に結合され、互いに直交した偏波の直線偏波光状態を維持した上で、第１光バンドパスフィルタ５１の第３入出力端５１−３に入力され、第１光バンドパスフィルタ５１の第２入出力端５１−２から出力され、第２偏波分離合成モジュール１８の第１入出力端１８−１へ入力される。
【００７９】
第１の制御光信号２は、第２偏波分離合成モジュール１８の第１入出力端１８−１へｐ偏波方向の直線偏波光として入力されるために、第２偏波分離合成モジュール１８の第２入出力端１８−２から出力され、その後、光カー効果を生じさせる第３偏波面保存光ファイバ２２へと至り、第３偏波面保存光ファイバ２２を伝播していく。
【００８０】
一方、第２の制御光信号３は、第２偏波分離合成モジュール１８の第１入出力端１８−１へｓ偏波方向の直線偏波光として入力されるために、第２偏波分離合成モジュール１８の第３入出力端１８−３から出力され、その後、第４偏波面保存光ファイバ２６、第１光位相バイアス回路４０を介し、第２偏波面変換部２４でその偏波面が９０°だけ回転された後、光カー効果を生じさせる第３偏波面保存光ファイバ２２へと至り、第１の制御光信号２に逆行して第３偏波面保存光ファイバ２２を伝播していく。
【００８１】
上述したように、第１及び第２の制御光信号２及び３は、第３偏波面保存光ファイバ２２中を互いに逆行しつつも、同じ偏波方向で伝播していく。また、それらはともに、第３偏波面保存光ファイバ２２中を互いに逆行して伝播していく、動作の項で後述する二つの第１の信号光の成分（Ｓ１成分、Ｓ２成分）の偏波方向とも合致している。例えば、それらはともに、第３偏波面保存光ファイバ２２のｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波光として、第３偏波面保存光ファイバ２２中を伝播していく。
【００８２】
第１光サーキュレータ３０は、第１入出力端３０−１に接続されている入力用光ファイバ３２−２から入力された第１の信号光１を、第２入出力端３０−２に接続されている入力用光ファイバ３２−２に出力して、第１偏波分離合成モジュール１０の第１入出力端１０−１に入射させるものである。また、第１光サーキュレータ３０は、第１偏波分離合成モジュール１０の第１入出力端１０−１から出力され、入力用光ファイバ３２−２を介して第２入出力端３０−２に入力された光を、第３入出力端３０−３に接続されている出力用光ファイバ３７に出力するものである。
【００８３】
光バンドパスフィルタ３８は、第１光サーキュレータ３０の第３入出力端３０−３から出力用光ファイバ３７に出力された光の所定帯域（中心波長は信号光の波長λｓと一致している）だけを濾波し、言い換えると、波長λｐの制御光成分などを遮断し、出力用光ファイバ３９に出力するものである。
【００８４】
光バンドパスフィルタ２８は、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３から出力用光ファイバ２７に出力された光の所定帯域（中心波長は信号光の波長λｓと一致している）だけを濾波し、言い換えると、波長λｐの制御光成分などを遮断し、出力用光ファイバ２９に出力するものである。
【００８５】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第１の実施形態に係る全光型光変調器１の動作を説明する。
【００８６】
波長λｓの被制御光である第１の信号光１が、入力用光ファイバ３２−２に入力され、第１偏波分離合成モジュール１０の第１入出力端１０−１に到達する。ここで、第１の信号光１には、所望する変調光信号のデータフォーマットがＮＲＺフォーマットである場合には連続光を用い、ＲＺフォーマットである場合には光パルス列を用いる。光パルス列を用いる場合、パルス周期は、所望する光変調信号のビットレートの逆数であり、例えば、１０ギガビット毎秒（Ｇｂｉｔ／ｓ）のデータレートの、強度変調ないしは位相変調された光変調信号を最終的に所望する場合、光パルス列である第１の信号光のパルス時間間隔は１００ピコ秒であり、その繰返し周波数にして１０ギガヘルツ（ＧＨｚ）である。
【００８７】
第１偏波分離合成モジュール１０の第１入出力端１０−１に到達する第１の信号光１は、ｐ偏波成分に平行な直線偏波光となるようにその偏波方向が調整されている。その結果、第１の信号光１は、第１偏波分離合成モジュール１０の第２入出力端１０−２から直線偏波光として出力され、その後、第１偏波面保存光ファイバ１２中を、そのｓｌｏｗ軸と平行な直線偏波光として伝播し、図１中左側の経路から第１偏波面変換部１４に至る。
【００８８】
第１偏波面変換部１４への入出力ポートとなる、第１偏波面保存光ファイバ１２と第２偏波面保存光ファイバ１６の対向するファイバ端面７４及び７６の間に、上述のように１／２波長板１１４が挿入されて第１偏波面変換部１４が構成されている場合（図４（Ｂ）参照）、以下のように調整されている。
【００８９】
すなわち、ファイバ端面７４及び７６の互いのｓｌｏｗ軸方向が一致するように調整されている（図６（Ａ））。さらにまた、第１偏波面変換部１４のいずれか一方の光学軸を、第１偏波面保存光ファイバ１２のｓｌｏｗ軸から、２２．５°だけ傾ける（図６）。
【００９０】
このとき、第１偏波面変換部１４を経由して第２偏波面保存光ファイバ１６に結合された第１の信号光１の偏波方向は、第２偏波面保存光ファイバ１６のｓｌｏｗ軸に対して４５°だけ傾いた直線偏波光となる（図６（Ａ））。その後、第１の信号光１は、第２偏波面保存光ファイバ１６中を、そのｓｌｏｗ軸と平行な直線偏波光成分と、そのｆａｓｔ軸方向に平行な直線偏波光成分とに分かれて伝播し、途中、第１光バンドパスフィルタ５１の第１入出力端５１−１及び第２入出力端５１−２を入出力した後、第２偏波分離合成モジュール１８の第１入出力端１８−１に入力される。ここで、第１の信号光１は、第１光バンドパスフィルタ５１を通過した前後でもなんらの偏波変換を生じないものとする。すなわち、図１中で第１光バンドパスフィルタ５１よりも左側の第２偏波面保存光ファイバ１６中を、そのｓｌｏｗ軸と平行な直線偏波光成分として伝播してきた第１の信号光１の成分は、第１光バンドパスフィルタ５１を通過した後、図１中で第１光バンドパスフィルタ５１よりも右側の第２偏波面保存光ファイバ１６中を、やはりそのｓｌｏｗ軸方向に平行な直線偏波光成分として伝播していく。同様に、図１中で第１光バンドパスフィルタ５１よりも左側の第２偏波面保存光ファイバ１６中を、そのｆａｓｔ軸と平行な直線偏波光成分として伝播してきた第１の信号光１の成分は、第１光バンドパスフィルタ５１を通過した後、図１中で第１光バンドパスフィルタ５１よりも右側の第２偏波面保存光ファイバ１６中を、やはりそのｆａｓｔ軸方向に平行な直線偏波光成分として伝播していく。
【００９１】
詳述は省略するが、第１偏波面変換部１４が図４（Ａ）に示すように構成されている場合でも、図６（Ａ）に示すように、第１の信号光１の偏波面を変換することができる。
【００９２】
以下では、第１偏波面変換部１４から第２偏波面保存光ファイバ１６に結合された、ｓｌｏｗ軸と平行な第１の信号光１の直線偏波光成分をＳ１成分、そのｆａｓｔ軸方向に平行な第１の信号光１の直線偏波光成分をＳ２成分と定義する。Ｓ１成分とＳ２成分の強度比は、第２偏波面保存光ファイバ１６に結合される、直線偏波光である第１の信号光１の偏波方向が、第２偏波面保存光ファイバ１６のｓｌｏｗ軸に対して４５°だけ傾いているため１：１となる。
【００９３】
以下では、光信号の偏波方向及び光位相状態を便宜的に表すために、図６（Ａ）、（Ｂ）に例示するようなベクトル表記を用いることとする。
【００９４】
すなわち、第１の信号光１が、第１偏波面保存光ファイバ１２から第２偏波面保存光ファイバ１６へ入力するときの信号光の偏波状態は、図６（Ａ）のように表される。第１偏波面保存光ファイバ１２を伝播する第１の信号光１は、ｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波光で、これを図６（Ａ）中上向きの矢印と示す。この第１の信号光１は、第２偏波面保存光ファイバ１６へ入力するとき、その偏波方向が第２偏波面保存光ファイバ１６のｓｌｏｗ軸に対して時計方向に４５°だけ回転している。従って、Ｓ１成分は、図６（Ａ）中上向きの矢印、Ｓ２成分は図６（Ａ）中右向きの矢印として示させる。Ｓ１成分及びＳ２成分の振幅は等しい。また、この段階では、それらの間に相対的な位相差も生じない。
【００９５】
第１の信号光１のＳ１成分及びＳ２成分は、その後、共に第２偏波分離合成モジュール１８の第１入出力端１８−１に入力され、それぞれ入出力端１８−２、１８−３に分岐出力される。すなわち、Ｓ１成分は入出力端１８−２に出力され、Ｓ２成分は入出力端１８−３に出力される。
【００９６】
第１及び第２の制御光信号２及び３は、上述した第１の信号光１の波長λｓとは異なる波長λｐを有する。第１及び第２の制御光信号２及び３のビットレートは、所望する光変調信号のビットレートｆ［ｂｉｔ／ｓ］と一致する。例えば、上述したように、所望する光変調信号のビットレートが１０ギガビット毎秒であれば、第１及び第２の制御光信号２及び３は、ビットレートが１０ギガビット毎秒の変調光信号である。
【００９７】
第１及び第２の制御光信号２及び３は、その強度時間波形が互いに相補的関係にある強度変調信号とする。すなわち、図７（Ａ）に示すような第１の制御光信号２の強度時間波形と、図７（Ｃ）に示すような第２の制御光信号３の強度時間波形とを時間軸上で足し合わせた場合、時間軸上で強度が変化しない、連続光状の時間波形となる。因みに、図７の例では、光信号（第１の制御光信号２又は第２の制御光信号３）が「１」のときのピーク強度がＩｐ（≠０）、信号が「０」のときのピーク強度がゼロである、いわゆるＯｎ−Ｏｆｆ  Ｋｅｙｉｎｇ（ＯＯＫ）光信号を想定している。以下では、特に断らない限り、第１及び第２の制御光信号２及び３はＯＯＫ信号であるとして説明を進める。但し、制御光信号がＯＯＫ信号に限定されるものではない。例えば、信号が「０」のときのピーク強度がゼロではない、一般的なＡｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ（ＡＳＫ）信号であっても良い。
【００９８】
第１の制御光信号２は、入力用光ファイバ３１を介して、第３偏波分離合成モジュール５０の第１入出力端５０−１に入力される。第１の制御光信号２は、ｐ偏波方向に偏波した直線偏波光であることが望ましい。第２の制御光信号３は、入力用光ファイバ３３を介して、第３偏波分離合成モジュール５０の第３入出力端５０−３に入力される。第２の制御光信号３は、ｓ偏波方向に偏波した直線偏波光であることが望ましい。
【００９９】
ここで、第１の制御光信号２が有する一つの光パルス信号と、それと相補的な関係にある第２の制御光信号３が有する一つの光パルス信号とは、第１の信号光１が第１偏波面変換部１４でＳ１成分及びＳ２成分に分離される以前の段階において（すなわち、第１偏波面保存光ファイバ１２の右端の段階において）、同じ時間位置にいた第１の信号光１の偏波成分Ｓ１、Ｓ２に対して、第３偏波面保存光ファイバ２２において相互位相変調に基づく位相シフトを生じさせるように、その時間的タイミングが調整されている。そのために、第１及び第２の制御光信号２及び３が、各々入力用光ファイバ３１、３３に入力される時間的タイミングが、図示しない光遅延回路等で調整されている。さらには、第１の信号光１が光パルス列である場合には、制御光信号（２又は３）が有する一つの光パルス信号と、第１の信号光１が有する一つの光パルス信号とが、第３偏波面保存光ファイバ２２に入力されるときに時間的に一致するように、制御光信号（２又は３）若しくは第１の信号光１の遅延時間が調整されている。
【０１００】
なお、光カー効果を生じさせる第３偏波面保存光ファイバ２２において、群速度分散による制御光信号及び第１の信号光間のウォークオフの効果が存在するときには、光カー効果による相互位相変調効果を最大化するために、制御光の光パルス位置と第１の信号光の光パルス位置に若干のオフセットを与えて入力する場合もある。
【０１０１】
第１及び第２の制御光信号２及び３は、第３偏波分離合成モジュール５０の第２入出力端５０−２から合波出力される。その際、第１及び第２の制御光信号２及び３は、それぞれが直線偏波光の状態で、かつ、互いに偏波直交した状態で出力される。
【０１０２】
この合波出力は、第５偏波面保存光ファイバ５２に結合され、互いに直交した偏波の直線偏波光状態を維持した上で、第１光バンドパスフィルタ５１の第３入出力端５１−３に入力され、第２入出力端５１−２へと出力される。
【０１０３】
その後、これら二つの制御光信号２及び３は、第２偏波分離合成モジュール１８の第１入出力端１８−１へと入力される。そして、第１の制御光信号２は、第２偏波分離合成モジュール１８の第１入出力端１８−１へｐ偏波方向の直線偏波で入力されるために、第２偏波分離合成モジュール１８の第２入出力端１８−２へ出力され、その後、光カー効果を生じさせる第３偏波面保存光ファイバ２２へと至り、第３偏波面保存光ファイバ２２を伝播していく。一方、第２の制御光信号３は、第２偏波分離合成モジュール１８の第１入出力端１８−１へｓ偏波方向の直線偏波で入力されるために、第２偏波分離合成モジュール１８の第３入出力端１８−３へ出力され、その後、第４偏波面保存光ファイバ２６、第１光位相バイアス回路４０を介し、第２偏波面変換部２４でその偏波面が９０°だけ回転された後、光カー効果を生じさせる第３偏波面保存光ファイバ２２へと至り、第１の制御光信号２とは逆行して第３偏波面保存光ファイバ２２を伝播していく。すなわち、第１及び第２の制御光信号２及び３は、第３偏波面保存光ファイバ２２中を互いに逆行しつつも、同じ偏波方向で伝播していく。
【０１０４】
また、第１及び第２の制御光信号２及び３は共に、第３偏波面保存光ファイバ２２中を互いに逆行して伝播していく第１の信号光１の二つの偏波成分（Ｓ１成分、Ｓ２成分）の偏波方向とも合致している。すなわち、第１の制御光信号２と第１の信号光１のＳ１成分は共に、第３偏波面保存光ファイバ２２のｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波光として、第３偏波面保存光ファイバ２２中を同一方向に伝播していく。また、第２の制御光信号３と第１の信号光１のＳ２成分は共に、第３偏波面保存光ファイバ２２のｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波光として、第３偏波面保存光ファイバ２２中を同一方向に伝播していく。そして、第１の制御光信号２及び第１の信号光１のＳ１成分の第３偏波面保存光ファイバ２２中での進行方向は、第２の制御光信号３及び第１の信号光１のＳ２成分の第３偏波面保存光ファイバ２２中での進行方向と逆行している。
【０１０５】
次に、第１の実施形態の全光型光変調器６における変調動作を具体的に説明する。
【０１０６】
ここで、便宜のために、最終的に所望する強度変調光信号が、第１の制御光信号２が「０」のとき「０」を表す光強度（すなわち、強度ゼロ）、第１の制御光信号２が「１」のとき「１」を表す光強度（すなわち、強度がゼロではない）をとる信号であるとして、説明を行う。同様に、所望する位相変調光信号が、第１の制御光信号２が「０」のとき光位相「０」、第１の制御光信号２が「１」のとき光位相「π」に対応する信号であるとして、説明を行う。
【０１０７】
また、便宜のために、上述したように、第１の制御光信号２は、信号「１」に対応するピーク強度がＩｐに対して、信号「０」に対応するピーク強度が限りなく０に近い、消光比が無限大のＯＯＫ信号であるとする。
【０１０８】
さらに、第１の制御光信号２が「０」である場合、第１の信号光１は何ら相互位相変調による位相シフトを受けない。この状態を、光位相「０」の位相変調を受けた光信号であるとする。
【０１０９】
はじめに、第１及び第２の制御光信号２及び３の入力がない場合を考える。すなわち、第１の信号光１は何ら相互位相変調による位相シフトを受けない場合を考える。また、便宜上、当面は、光位相バイアス回路４０における、後述する光位相バイアス効果を考慮しないで議論を進める。
【０１１０】
第１偏波面変換部１４から出力された第１の信号光１のＳ１成分及びＳ２成分は、第２偏波分離合成モジュール１８、第３偏波面保存光ファイバ２２、第２偏波面変換部２４、第４偏波面保存光ファイバ２６、第１光位相バイアス回路４０で構成される閉ループを時計回り若しくは反時計回りに通過し、第２偏波面保存光ファイバ１６を経由し、再度、第１偏波面変換部１４に入力される。
【０１１１】
ここで、Ｓ１成分及びＳ２成分が、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端、すなわち図４に示す端面７６から入力され、第２偏波分離合成モジュール１８、第３偏波面保存光ファイバ２２、第２偏波面変換部２４、第１光位相バイアス回路４０、第４偏波面保存光ファイバ２６で構成される閉ループを通過し、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端（すなわち、端面７６）に再度到達するまでの光路長を考える。光路長とは、光ファイバなどの光学媒体の物理長に屈折率を掛けた値である。
【０１１２】
Ｓ１成分は、第２偏波面保存光ファイバ１６をまずそのｓｌｏｗ軸方向に平行な直線偏波として伝播し、次に、第３偏波面保存光ファイバ２２をそのｓｌｏｗ軸方向に平行な直線偏波として伝播する。さらに、第２偏波面変換部２４を通過した後、第４偏波面保存光ファイバ２６をそのｆａｓｔ軸方向に平行な直線偏波として伝播する。そして、第２偏波面保存光ファイバ１６をそのｆａｓｔ軸方向に平行な直線偏波として伝播し、第１光バンドパスフィルタの第２入出力端５１−２から第１入出力端５１−１を経過した後、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端に到達する。
【０１１３】
従って、Ｓ１成分の通過する全光路長は、（１）式で表すことができる。ここで、各偏波面保存光ファイバのｓｌｏｗ軸の屈折率をｎｓ、ｆａｓｔ軸の屈折率をｎｆとしている。
【０１１４】
ｎｓＬ２＋ｎｓＬ３＋ｎｆＬ４＋ｎｆＬ２      …（１）
一方、Ｓ２成分は、第２偏波面保存光ファイバ１６をまずそのｆａｓｔ軸方向に平行な直線偏波として伝播し、次に、第４偏波面保存光ファイバ２６をそのｆａｓｔ軸方向に平行な直線偏波として伝播する。さらに、第２偏波面変換部２４を通過した後、第３偏波面保存光ファイバ２２をそのｓｌｏｗ軸方向に平行な直線偏波として伝播する。そして、第２偏波面保存光ファイバ１６をそのｓｌｏｗ軸方向に平行な直線偏波として伝播し、第１光バンドパスフィルタの第２入出力端５１−２から第１入出力端５１−１を経過した後、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端に到達する。
【０１１５】
従って、Ｓ２成分の通過する全光路長は、（２）式で表すことができる。
【０１１６】
ｎｆＬ２＋ｎｆＬ４＋ｎｓＬ３＋ｎｓＬ２      …（２）
で与えられる。
【０１１７】
（１）式及び（２）式から、Ｓ１成分、Ｓ２成分が、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端より第２偏波面保存光ファイバ１６へ入力され、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端に再度到達するまでの光路長は、全く同じであることが分かる。すなわち、第１及び第２の制御光信号２及び３の入力がない、若しくは、共に「０」信号である場合、Ｓ１成分とＳ２成分との間には、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端に再度到達するまでの間に相対的な光位相の差は生じない。従って、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端に再度到達したときの、Ｓ１成分、Ｓ２成分のベクトル表現は、図６（Ｂ）に示すようになる。すなわち、図６（Ａ）の場合と同様に、上向きの矢印、右向きの矢印として表現される。但し、Ｓ１成分の偏波方向はｆａｓｔ軸平行方向、Ｓ２成分の偏波方向はｓｌｏｗ軸平行となるため、図６（Ａ）に示す、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端入力時の状態に比較して、互いに入れ替えた状態となる。第１光位相バイアス回路４０における、光位相バイアス効果を考慮しない場合、これらＳ１成分及びＳ２成分は同じ光路を通過するので、この段階で相対的な光位相差は生じない。
【０１１８】
これらＳ１成分及びＳ２成分が再び、第１偏波面変換部１４を逆方向に通過する。その結果、第１偏波面保存光ファイバ１２の右端に再度結合するときのＳ１成分及びＳ２成分はそれぞれ、第１偏波面保存光ファイバ１２のｓｌｏｗ軸方向からそれぞれ反時計回りに４５°（−４５°とする）、時計回りに４５°（＋４５°とする）だけ傾いた直線偏波となる。すなわち、ベクトルで表記すれば、Ｓ１成分は左斜め４５°方向の上向きの矢印、Ｓ２成分は右斜め４５°方向の上向きの矢印として表される。そして、Ｓ１成分とＳ２成分との間には、上記の理由で相対的な光位相差は生じないから、結果、第１偏波面保存光ファイバ１２の右端に到達するとき、Ｓ１成分とＳ２成分が合波して得られる第１の信号光１は、第１偏波面保存光ファイバ１２のｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波となる（図６（Ｂ））。
【０１１９】
第１の信号光１は、その後再び第１偏波分離合成モジュール１０の第２入出力端１０−２に入力され、その偏波方向がｐ偏波方向であるため、第１入出力端１０−１から出力される。すなわち、第３入出力端１０−３には出力されない。
【０１２０】
以上のように、なんら制御光信号が存在しないとき、第１の信号光の成分は全て第１偏波分離合成モジュール１０の第１入出力端１０−１から出力され、第３入出力端１０−３からはなんら出力されない。
【０１２１】
次に、第１及び第２の制御光信号２及び３が入力された場合を考える。この場合、第１の信号光１に対して光カー効果に基づく相互位相変調による位相シフトが生じる。
【０１２２】
ここで、簡単のために、第１の制御光信号２として、「１０１１」の信号パターンで強度変調されたＲＺフォーマットのＯＯＫ信号を考える。図７（Ａ）はその強度時間波形の模式図である。信号が「１」のときのピーク光強度をＩｐ（＞０）とし、信号が「０」のときの最小光強度を０であるとする。図７（Ａ）に与えた第１の制御光信号２と相補的な、第２の制御光信号３の強度時間波形を図７（Ｃ）に示す。第２の制御光信号３は、第１の制御光信号２と相補的であるから、第１の制御光信号２が信号「１」のときに光強度が０まで減少するｄｉｐ（くぼみ）を持ち、また、第１の制御光信号２が信号「０」のときに光強度Ｉｐの一定値を有する。また、第１の制御光信号２が「１」であるときの光信号の立上り及び立下りの時間波形はそれぞれ、第１の制御光信号２と相補関係にある第２の制御光信号３のｄｉｐの立下り及び立上りの時間波形と、時間的に対称になっている。
【０１２３】
今、制御光信号（２又は３）の光強度がＩｐであるとき、第１の信号光１に対して、相互位相変調によってａπの位相シフトが生じるものとする。ａの符号は用いる光ファイバの種類によって一意に決まる。ここでは、ａは正の値をとるものとする（ａ＞０）。
【０１２４】
以下、第１及び第２の制御光信号２及び３が及び第１光位相バイアス回路４０が存在するときに、第１の信号光１（のＳ１成分およびＳ２成分）に対して生じる位相シフトについて考察する。
【０１２５】
第１の信号光１に対して生じる位相シフトは、制御光信号による相互位相変調による位相シフトと、第１光位相バイアス回路４０によって生じる位相シフトの総和となる。
【０１２６】
ここで、制御光信号による相互位相変調による位相シフトの効果は、第１の信号光１と同一方向に伝播する制御光信号からの効果と、逆行する制御光信号からの効果の２つの寄与が存在する。すなわち、第１の信号光１のＳ１成分に対しては、同一方向に伝播する第１の制御光信号２からの寄与と、逆行する第２の制御光信号３からの寄与が存在する。一方、第１の信号光１のＳ２成分に対しては、同一方向に伝播する第２の制御光信号３からの寄与と、逆行する第１の制御光信号２からの寄与が存在する。
【０１２７】
同一方向に伝播する制御光信号からの効果は、上述したように、第１の制御光信号２、第２の制御光信号３の光強度がＩｐである場合、Ｓ１成分及びＳ２成分共にそれぞれａπで与えられる。
【０１２８】
一方、第３偏波面保存光ファイバ２２のファイバ長が、数十ｍ〜数ｋｍの実用的な長さであるとき、逆行する制御光信号からの相互位相変調による位相シフトの効果は、第１の信号光１のそれぞれのパルスに対して同量だけ与えられる時間無依存の連続的な位相シフトとなり、かつ、その量は逆行する制御光信号の平均強度で決定されることが、下記の参照文献などで明らかにされている。実際上の応用では、逆行する制御光信号からの相互位相変調による位相シフトの効果は、第１の信号光１のＳ１成分及びＳ２成分を構成する連続光又は光パルス信号列のそれぞれに対して、同量だけ与えられる時間無依存の連続的な位相シフトと考えることができる。
【０１２９】
「参照文献」  Ｍ．  Ｊｉｎｎｏ  ａｎｄ  Ｔ．  Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，”Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｓａｇｎａｃ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ  ｓｗｉｔｃｈ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ” ，  ＩＥＥＥ  Ｊ．  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，  Ｖｏｌ．２８，  Ｎｏ．４，  ｐｐ．８７５−８８２，  １９９２
一方、第１及び第２の制御光信号２及び３は、同じ波長であっても、デューティ比、マーク率が同じであるとは限らない。つまり、それらのピーク光強度がＩｐで同一であっても、平均強度は一般には一致しない。但し、例外の一つは、第１及び第２の制御光信号２及び３が、デューティ比０．５、マーク率０．５のＮＲＺ信号である場合である。
【０１３０】
すなわち、Ｓ１成分及びＳ２成分に対する、逆行制御光信号による相互位相変調による時間連続的位相シフト量は、一般には一致しない。しかしながら、この位相シフトは、Ｓ１成分、Ｓ２成分を構成する個々の信号光に対して、制御光信号の「１」、「０」に拘らず常に同量だけ与えられる。
【０１３１】
ここで今、Ｓ１成分とＳ２成分との間で生じる、上記のような逆行制御光信号による相互位相変調による時間連続的位相シフト量の差異をｂπであるとする。ここでは、第１の信号光のＳ２成分に対して与えられる位相シフトが、第１の信号光のＳ１成分に対して与えられる位相シフトよりもｂπだけ大きいとする。但し、ｂは制御光のデューティ比やマーク率によって正負いずれの値（０を含む）もとり得る。
【０１３２】
次に、第１光位相バイアス回路４０による位相シフトについて、図２を参照して考察する。ここでは、第１光位相バイアス回路４０が、第４偏波面保存光ファイバ２６の中途に挿入されているとする。
【０１３３】
Ｓ１成分は、まず、上述したように、図２中右側の第４偏波面保存光ファイバ２６の左端２７６から、そのｆａｓｔ軸に平行な直線偏波として出力され、第１光位相バイアス回路４０に結合される。第１光位相バイアス回路４０にて、まず、第２ファラデー回転子２８０を通過して、偏波方向が−４５°だけ回転する。偏波回転されたＳ１成分の偏波方向が、その光軸方向の一つ（図２では、Ｙ軸）と一致するように、複屈折媒体である第１のバビネソレイユ補償板２８２を配置されている。Ｓ１成分は、第１のバビネソレイユ補償板２８２を、そのＹ軸と平行な直線偏波として通過した後、第１ファラデー回転子２７８に入力される。そして、第１ファラデー回転子２７８において、偏波方向が＋４５°だけ回転される。その結果、Ｓ１成分は、その偏波方向が図２中左側の第４偏波面保存光ファイバ２６のｆａｓｔ軸に平行な直線偏波として、図２中左側の第４偏波面保存光ファイバ２６の右端２７４に結合され、再び第４偏波面保存光ファイバ２６を伝播していく。
【０１３４】
一方、Ｓ２成分は、上述したように、図２中左側の第４偏波面保存光ファイバ２６の右端２７４から、そのｆａｓｔ軸に平行な直線偏波として出力され、第１光位相バイアス回路４０に結合される。第１光位相バイアス回路４０にて、まず、第１ファラデー回転子２７８を通過して、偏波方向が＋４５°だけ回転する。このとき、偏波回転されたＳ２成分の偏波方向は、第１のバビネソレイユ補償板２８２のＸ軸方向と一致する。従って、Ｓ２成分は、第１のバビネソレイユ補償板２８２を、そのＸ軸と平行な直線偏波として通過する。その後、第２ファラデー回転子２８０に入力される。そして、第２ファラデー回転子２８０において、偏頗方向が−４５°だけ回転される。その結果、Ｓ２成分は、その偏波方向が図２中右側の第４偏波面保存光ファイバ２６のｆａｓｔ軸に平行な直線偏波として、図２中右側の第４偏波面保存光ファイバ２６の左端２７６に結合され、再び第４偏波面保存光ファイバ２６を伝播していく。
【０１３５】
すなわち、Ｓ１成分及びＳ２成分は、第１光位相バイアス回路４０の挿入にも拘らず、当該箇所以外は、上述したのと同じ偏波状態で、各光路を通過していく。すなわち、第１光位相バイアス回路４０の挿入箇所以外での第１の信号光１のＳ１成分、Ｓ２成分の光位相や偏波方向に変化はない。
【０１３６】
一方、第１光位相バイアス回路４０の挿入によって、Ｓ１成分、Ｓ２成分は、第１光位相バイアス回路４０内に配置された、複屈折媒体である第１のバビネソレイユ補償板２８２を、互いに直交する光軸（Ｘ軸、Ｙ軸）に平行な直線偏波の状態で通過する。そのため、この両成分間に、複屈折媒体である第１のバビネソレイユ補償板２８２の有する複屈折に基づく光位相差が生じる。
【０１３７】
従って、上述のような第１光位相バイアス回路４０を挿入することで、結果的に、第１の信号光１のＳ１成分及びＳ２成分間に時間無依存な連続的位相差を付与することができる。この位相差を、後で、第１光位相バイアス回路４０において生じる位相オフセットと呼ぶこともある。なお、第１のバビネソレイユ補償板２８２において、与える位相差が可変であれば、第１の信号光１のＳ１成分及びＳ２成分間に任意の位相差を付与することができる。
【０１３８】
今、第１光位相バイアス回路４０で生じる、上述したＳ１成分とＳ２成分との間で生じる位相差をｃπであるとする。ここでは、この位相差は、第１の信号光１のＳ２成分の位相が、第１の信号光１のＳ１成分の位相シフトよりもｃπだけ大きいため生じたものとする。但し、ｃは第１のバビネソレイユ補償板２８２の与える光位相差であり、正負いずれの値（０を含む）もとり得る。
【０１３９】
上述した考察と、さらには、第１の信号光１と同一方向に伝播する制御光信号に基づく相互位相変調による位相シフトの時間波形は、制御光信号の強度時間波形に比例するということから、第１の信号光１のＳ１成分及びＳ２成分に対して生じる位相シフトの時間波形はそれぞれ、図７（Ｂ）、図７（Ｄ）に示すようになる。
【０１４０】
すなわち、Ｓ１成分に対しては、第１の制御光信号２が信号「１」（強度Ｉｐ）のとき、位相シフトはａπ（ピークの位相シフト）であり、第１の制御光信号２が信号「０」（強度０）のとき、位相シフトは０である。
【０１４１】
一方、Ｓ２成分に対しては、第１の制御光信号２が信号「１」のときに、位相シフトは（ｂ＋ｃ）πまで減少するｄｉｐを持ち、また、第１の制御光信号２が信号「０」のときに位相シフト（ａ＋ｂ＋ｃ）πの一定値を有する。ここで、（ｂ＋ｃ）πは、逆行制御光信号ならびに第１光位相バイアス回路４０によって与えられた、時間変化しない連続的な位相オフセット量に相当する。
【０１４２】
また、第１の制御光信号２が「１」であるときのＳ１成分に対する位相シフトの立上り及び立下りの時間波形はそれぞれ、第１の制御光信号２と相補関係にある第２の制御光信号３によって生じるＳ２成分に対する位相シフトのｄｉｐの立下り及び立上りの時間波形と時間的に対称になる。
【０１４３】
次に、図７（Ｂ）及び（Ｄ）に示す、第１の信号光１のＳ１成分及びＳ２成分の位相シフトの時間波形を参照して、第１及び第２の制御光信号２及び３が入力された場合に第１の実施形態の全光型光変調器６で実行される変調動作について説明する。
【０１４４】
上述した図７（Ｂ）に示したように、第１及び第２の制御光信号２及び３が入力されず（すなわち、ａ＝ｂ＝０）、また、第１光位相バイアス回路４０による位相オフセットのない場合（すなわち、ｃ＝０）、第１の信号光１は第１偏波面保存ファイバ１２にそのｓｌｏｗ軸方向に平行な直線偏波光として再入力される。そしてそれは全て、第１偏波分離合成モジュール１０の第１入出力端１０−１へと出力され、第３入出力端１０−３へは出力されない。
【０１４５】
すなわち、第１の信号光１のＳ１成分及びＳ２成分になんらの位相シフトも与えられない場合、第１の信号光１は第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３へは出力されない。
【０１４６】
また、第１の信号光１のＳ１成分及びＳ２成分に何らかの位相シフトが与えられたとしても、それが同量である場合には、第１の信号光１のＳ１成分及びＳ２成分間に相対的な位相差が生じないため、第１の信号光１は第１偏波面保存ファイバ１２にそのｓｌｏｗ軸方向に平行な直線偏波光として再入力されるため、第１の信号光１は第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３へは出力されない。
【０１４７】
すなわち、第１の信号光１が第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３から出力されるには、第１の信号光１のＳ１成分及びＳ２成分間に相対的な位相差が生じている必要がある。
【０１４８】
図１及び図６（Ｂ）から推測すれば、第１の信号光１が第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３から、最大の出力強度で出力されるのは、第１の信号光１が第１偏波面保存ファイバ１２に、そのｆａｓｔ軸方向に平行な直線偏波光として再入力される場合である。すなわち、これは、図６（Ｂ）から推測して、第１の信号光１のＳ１成分の矢印が左向きになっていてＳ２成分の矢印が上向きのままか、あるいは、第１の信号光のＳ２成分の矢印が下向きになっていてＳ１成分の矢印が右向きのままか、のどちらかである。すなわち、このことは、第１の信号光１のＳ１成分及びＳ２成分間に相対的にπの位相差が生じることを意味する。
【０１４９】
すなわち、第１の実施形態においては、第１の信号光のＳ１成分及びＳ２成分間に相対的にπの位相差が生じときに、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３から変調光信号が出力される。
【０１５０】
そして、第１の実施形態においては、制御光２又は３のピーク強度Ｉｐ、ひいては位相シフトａπと、第１光位相バイアス回路４０で与える位相オフセットｃπを適宜調整することで、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３から、強度変調光信号、位相変調光信号のいずれのフォーマットの変調光信号をも出力することができる。
【０１５１】
（ａ）強度変調動作
まず、強度変調光信号を出力するときの、第１の実施形態に係る全光型光変調器１の動作について図７をも参照しながら説明する。
【０１５２】
今、発生したい強度変調光信号が、図７（Ａ）に示す第１の制御光信号２と同じ符号パターン（「１０１１」）の強度変調光信号であるとする。
【０１５３】
まず、第１の制御光信号２が信号「０」であるときに、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３から、信号「０」である信号光（この段階では強度変調光信号になっている）を出力するためには、第１の制御光信号２が信号「０」であるときに対応する、Ｓ１成分の位相シフト（０）とＳ２成分の位相シフト（（ａ＋ｂ＋ｃ）π）との位相差が等価的に０でなければいけない。
【０１５４】
かつ、同時に、第１の制御光信号２が信号「１」であるときに、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３から、信号「１」である信号光を出力するためには、第１の制御光信号２が信号「１」であるときに対応する、Ｓ１成分の位相シフト（ａπ）と、Ｓ２成分の位相シフト（（ｂ＋ｃ）π）との位相差が、等価的にπでなければいけない。
【０１５５】
上述した二つの条件を満足する、ａが最小であるａ、ｂ、ｃとして、（３）式を満たすものが得られる。ここで、ａが最小である解を求めるのは、必要とされる第１及び第２の制御光信号の光強度が最小となるためである。
【０１５６】
ａ＝０．５    ｂ＋ｃ＝−０．５      …（３）
すなわち、（３）式を満足するように、第１及び第２の制御光信号２及び３のピーク強度Ｉｐ、ひいては位相シフトａπと、第１光位相バイアス回路４０で与える位相オフセットｃπを設定することで、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３から、強度変調光信号フォーマットの変調光信号を出力することができる。
【０１５７】
（ｂ）位相変調動作
次に、位相変調光信号を出力するときの、第１の実施形態に係る全光型光変調器１の動作について図７をも参照しながら説明する。
【０１５８】
今、発生したい位相変調光信号が、図７（Ａ）に示す第１の制御光信号２の符号パターン（「１０１１」）に対応する、「π０ππ」の位相変調パターンを有する位相変調光信号であるとする。
【０１５９】
この場合、第１の制御光信号２の光信号の「１」、「０」に関わらず、常に、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３から信号光（この段階では位相変調光信号になっている）を出力しなければならない。そのため、第１の制御光信号２が信号「０」であるときに対応する、Ｓ１成分の位相シフト０と、Ｓ２成分の位相シフト（ａ＋ｂ＋ｃ）πとの位相差と、第１の制御光信号２が信号「１」であるときに対応する、Ｓ１成分の位相シフトａπと、Ｓ２成分の位相シフト（ｂ＋ｃ）πとの位相差は、ともに等価的にπでなければいけない。
【０１６０】
さらには、出力される位相変調光信号が、所望とする「π０ππ」の位相変調光信号であるために、第１の制御光信号２が信号「０」であるときに対応する、Ｓ１成分の位相シフト０と、第１の制御光信号２が信号「１」であるときに対応する、Ｓ１成分の位相シフトａπとの位相差もまた、等価的にπでなければいけない。
【０１６１】
上述した条件を満足する、ａが最小であるａ、ｂ、ｃとして、（４）式を満たすものが得られる。
【０１６２】
ａ＝１    ｂ＋ｃ＝−０      …（４）
すなわち、式（４）を満足するように、制御光のピーク強度Ｉｐ、ひいては位相シフトａπと、第１光位相バイアス回路４０で与える位相オフセットｃπを設定することで、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３から、位相変調光信号フォーマットの変調光信号を出力することができる。
【０１６３】
次に、上述した手法で発生した変調光信号のもつ、周波数チャープ特性を考察する。
【０１６４】
上述したように、第１の制御光信号２と第２の制御光信号３とは相補関係にある強度変調信号であり、第１の制御光信号２が「１」であるときのＳ１成分に対する位相シフトの立上り部及び立下り部の時間波形はそれぞれ、第２の制御光信号３によってＳ２成分に対して生じる位相シフトのｄｉｐの立下り部及び立上り部の時間波形と、時間的に対称になる。
【０１６５】
図７（Ｂ）及び（Ｄ）を参照して、このことを言い換えれば、Ｓ２成分の位相シフトの時間波形は、Ｓ１成分の位相シフトの時間波形を、位相シフト軸上で上下反転して、それに（ａ＋ｂ＋ｃ）πの位相オフセットを与えた波形となる。
【０１６６】
今、Ｓ１成分の位相シフトの時間波形Ｓ１（ｔ）が、第１の制御光信号２の強度時間波形に比例し、ピーク強度が１に規格化された時間波形Ｉ（ｔ）を用いて、（５）式で与えられたとすると、Ｓ２成分の位相シフトの時間波形Ｓ２（ｔ）は、（６）式で与えられる。
【０１６７】
Ｓ１（ｔ）＝ａπＩ（ｔ）      …（５）
Ｓ２（ｔ）＝（ａ＋ｂ＋ｃ）π−ａπＩ（ｔ）      …（６）
このとき、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３から出力される信号光（変調光信号）の振幅時間波形Ｅｍｏｄ（ｔ）は、それが同じ振幅の信号光のＳ１成分及びＳ２成分の干渉波形であること、さらには、Ｓ１（ｔ）＝Ｓ２（ｔ）＝０のとき、すなわち、Ｓ１成分及びＳ２成分の位相シフトがともに０であるとき、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３からの出力が０であるために、Ｓ１（ｔ）＝０となることを考慮すれば、（７）式で表される（ｊは虚数記号）。
【０１６８】
Ｅｍｏｄ（ｔ）＝ｅｊＳ１（ｔ）−ｅｊＳ２（ｔ）      …（７）
（７）式の右辺を、実数部Ｒｅ｛Ｅｍｏｄ（ｔ）｝と虚数部Ｉｍ｛Ｅｍｏｄ（ｔ）｝に分けて書き直せば、（８）式及び（９）式が得られる。
【０１６９】
Ｒｅ｛Ｅｍｏｄ（ｔ）｝＝ｃｏｓ（ａπＩ（ｔ））［１−ｃｏｓ｛（ａ＋ｂ＋ｃ）π｝］
−ｓｉｎ｛（ａ＋ｂ＋ｃ）π｝ｓｉｎ（ａπＩ（ｔ））      …（８）
Ｉｍ｛Ｅｍｏｄ（ｔ）｝＝ｓｉｎ（ａπＩ（ｔ））［１＋ｃｏｓ｛（ａ＋ｂ＋ｃ）π｝］
−ｓｉｎ｛（ａ＋ｂ＋ｃ）π｝ｃｏｓ（ａπＩ（ｔ））      …（９）
（８）式及び（９）式から、仮に、ａ、ｂ、ｃが次の（１０）式を満足すれば、実数部Ｒｅ｛Ｅｍｏｄ（ｔ）｝又は虚数部Ｉｍ｛Ｅｍｏｄ（ｔ）｝のどちらか一方は完全に０となることが分かる。
【０１７０】
ｓｉｎ｛（ａ＋ｂ＋ｃ）π｝＝０      …（１０）
このことは、（１０）式を満足するとき、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３から出力される信号光（変調光信号）の振幅時間波形Ｅｍｏｄ（ｔ）が、時間ｔに依らずに常に実数又は純虚数で表されることを意味し、すなわち、変調光信号が周波数チャーピングを持たないことを意味する。
【０１７１】
上述した（３）式及び（４）式の条件は、（１０）式の条件を満足する。すなわち、第１の実施形態によって、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３から出力される、強度変調若しくは位相変調された変調信号光は、周波数チャープを有しないことが分かる。
【０１７２】
第３偏波面保存光ファイバ２２を時計回りに通過した後の第１の制御光信号２は、第２偏波分離合成モジュール１８の第３入出力端１８−３にｓ偏波の偏波光として入力され、その結果、第３偏波面保存光ファイバ２２を通過した後の第２偏波分離合成モジュール１８の第１入出力端１８−１に出力される。一方、第３偏波面保存光ファイバ２２を反時計回りに通過した後の第２の制御光信号３は、第２偏波分離合成モジュール１８の第３入出力端１８−２にｐ偏波の偏波光として入力され、結果、第２偏波分離合成モジュール１８の第１入出力端１８−１に出力される。
【０１７３】
その後、第１及び第２の制御光信号２及び３はそれぞれ、第１光バンドパスフィルタ５１の第２入出力端５１−２に入力され、第３入出力端５１−３に出力される。ここで、第１光バンドパスフィルタ５１の透過特性が理想的で、すなわち、第１光バンドパスフィルタ５１の透過率が波長λｐで０％である場合、制御光信号が第１光バンドパスフィルタ５１の第１入出力端５１−１へと出力されることはなく、結果、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３へと出力されることもない。
【０１７４】
また、これら第１光バンドパスフィルタ５１の第３入出力端５１−３に出力された制御光信号は、その後、第５偏波面保存ファイバ５２、第３偏波分離合成モジュール５０を介して、元の制御光入力用光ファイバ３１、３３へと逆行して、装置の安定動作や、あるいは装置外部の機器あるいは伝送システムに悪影響を及ぼす恐れがある。これを抑制するために、第５偏波面保存ファイバ５２の途中に第１光アイソレータ６０を挿入して、このような逆行制御光信号をカットしている。
【０１７５】
一方、強度変調若しくは位相変調された信号光（変調光信号）は、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３に結合された出力用光ファイバ２７を経由し、所望される変調光信号として外部へと出力される。第１光バンドパスフィルタ５１の透過特性が理想的である場合、出力用光ファイバ２７からの出力光に制御光成分が含まれることはないため、これを最終的に所望とする変調光信号として実用に供することができる。
【０１７６】
一方、第１光バンドパスフィルタ５１の透過特性が不十分である場合、第１及び第２の制御光信号２及び３の漏れ光が、第１光バンドパスフィルタ５１の第１入出力端５１−１へと出力され、結果、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３、さらには出力用光ファイバ２７に出力される。
【０１７７】
このような場合、出力用光ファイバ２７の出力端に、透過中心波長がλｓである第２光バンドパスフィルタ２８を接続させ、波長λｓの第１の信号光波長成分のみを選択的に通過させ、波長λｐの制御光信号の成分を遮断する。第２光バンドパスフィルタ２８を通過した波長λｓの光成分は、出力用光ファイバ２９に結合され、最終的に所望される変調光信号が出力される。
【０１７８】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上述べたように、第１の実施形態によれば、光ファイバ中での超高速な光カー効果に基づく相互位相変調効果を用いて、電子デバイスの速度制限を越えた超高速変調光信号を発生することができる。また、装置を構成する主要素である偏波面保存ファイバの複屈折は、（１）式及び（２）式に示したように、自動的にキャンセルされる構造を有している。すなわち、複屈折をキャンセルするための偏波面保存ファイバ長の高精度な調整など、複雑かつ高精度な制御が不要である。言い換えれば、非特許文献１に開示の技術における、干渉計の光路調整のための格別の制御手段を必要とせずに、より簡便かつ安定な光干渉計の構成が可能となる。
【０１７９】
さらにまた、第３偏波面保存光ファイバ２２及び第４偏波面保存光ファイバ２６で生じる偏波クロストーク成分は、全て第２偏波分離合成モジュール１８の、光ファイバ等への結合を必要としない第４入出力端１８−４に出力される。従って、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３に、第３偏波面保存光ファイバ２２で生じる偏波クロストーク成分が、本来所望とする変調光信号に混在して出力されることはない。
【０１８０】
従って、必要な制御光信号のピーク強度を低減するために、長尺な第３偏波面保存光ファイバ２２を用いても、それらのファイバで生じる偏波クロストークによる動作不安定性の発現を抑制できる。
【０１８１】
以上のことから、第１の実施形態においては、偏波面保存フアイパの使用による複屈折の影響や、また、偏波クロストークの発生による、光変調動作の動作不安定性を抑制できる。このことから、信号光波長や環境温度が変化しても特性が変化せず、また、高安定な動作特性を担保した全光型光変調器６を提供することができる。
【０１８２】
さらにまた、制御光信号のピーク強度や、第１光位相バイアス回路４０での位相オフセットを適宜調整することで、単一の装置構成で、強度変調方式、位相変調方式いずれのフォーマットの変調光信号をも発生することができる。
【０１８３】
さらにまた、発生する変調光信号の周波数チャーピングを原理的に０にすることができる。
【０１８４】
また、第１の実施形態の光変調器６を用いて強度変調光信号を発生する際には、出力用光ファイバ２９から出力される、所望する変調光信号とは論理反転した変調光信号が、入力用光ファイバ３２−２から、第１の信号光１と逆行して伝播する形で、同時に出力される。この論理反転信号を、所望する正論理変調光信号の信号品質モニタ等として使用することもできる。
【０１８５】
この場合、図１に示すように、入力用光ファイバ３２−２の信号光入力端に、第１光サーキュレータ３０を接続する。第１光サーキュレータ３０は、それぞれの入出力ポートに接続された光ファイバ３２−１、３２−２、３７を有する。光ファイバ３２−１から入力された第１の信号光は、光ファイバ３２−２から出力される。光ファイバ３２−２の他端は、第１偏波分離合成モジュール１０の第１入出力端１０−１に接続される。第１偏波分離合成モジュール１０の第１入出力端１０−１に入力される第１の信号光１は、ｐ偏波成分に平行な直線偏波光となるように、その偏波方向が調整されているものとする。論理反転した変調光信号は、第１偏波分離合成モジュール１０の第１入出力端１０−１から出力され、光ファイバ３２−２に入力され、光ファイバ３７から出力される。所望とする正論理変調光信号の場合と同様に、制御光除去用の第３光バンドパスフィルタ３８を透過する第１の信号光１の波長成分のみを、論理反転した変調光信号として、出力用光ファイバ３９を介して出力させる。
【０１８６】
また、上記の説明においては、第１の制御光信号２として、ＲＺフォーマットのＯＯＫ信号を考慮したが、第１の実施形態の効果は、第１の制御光信号２が、ＮＲＺフォーマットの強度変調信号の場合でも得ることができる。この場合、第１の信号光１として連続光を用意すれば、ＮＲＺフォーマットの強度変調若しくは位相変調光信号を得ることができる。また、第１の信号光１として光パルス列を用意すれば、ＲＺフォーマットの強度変調若しくは位相変調光信号を得ることができる。いずれの場合でも、周波数チャーピングが生じない、高品質な変調光信号を供することができる。
【０１８７】
上述した第１の実施形態による効果を要約すると、以下の通りである。
【０１８８】
すなわち、１台の装置を用いて、振幅変調方式及び位相変調方式のいずれのフォーマットの変調光信号も発生できる、全光型光強度・位相変調器を提供することができる。その際、周波数チャーピングが十分抑制された高品質な変調光信号を発生することができる。さらにまた、ＮＲＺフォーマット、ＲＺフォーマットいずれの信号フォーマットにも対応することができる。さらにまた、信号光波長や環境温度が変化しても特性が変化しない、高安定な動作特性を担保することできる。
【０１８９】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による光変調器の第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。第２の実施形態の光変調器は、第１の実施形態の構成に加えて、第１の実施形態で必要となる、互いに相補的な関係にある第１及び第２の制御光信号２及び３を発生する機能を有した光回路の構成をも有する全光型光変調器である。
【０１９０】
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
図８は、第２の実施形態に係る全光型光変調器７の構成を示す配置図である。
【０１９１】
図８において、第２の実施形態に係る全光型光変調器７は、図１に示した第１の実施形態の構成（第３偏波分離合成モジュール５０、第１光アイソレータ６０などは存在しない）３００に加えて、第１及び第２の制御光信号２及び３を発生する相補制御光発生部８を備えている。
【０１９２】
相補制御光発生部８は、第６偏波面保存光ファイバ３１２と、第３偏波面変換部３１４と、第７偏波面保存光ファイバ３１６と、第４偏波分離合成モジュール３１８と、第８偏波面保存光ファイバ３２２と、第４偏波面変換部３２４と、第９偏波面保存光ファイバ３２６と、第２光位相バイアス回路３４０と、第４光バンドパスフィルタ３５１と、第１０偏波面保存光ファイバ３５２と、第２光サーキュレータ３３０とを少なくとも備えている。
【０１９３】
図８において、全光型光変調器本体３００は、第１の実施形態で説明した全光型光変調器の中心構成と同様である。図８中で、第１の実施形態の全光型光変調器に相当する部分３００は、第２の実施形態の説明で必要となる、第１の制御光信号２と第２の制御光信号３を合波入力するための第５偏波面保持光ファイバ５２の一端、並びに、所望する変調光信号の外部取り出し口となる、変調光信号出力用光ファイバ２７若しくは２９の一端の部分以外は、詳細構成の図示を割愛し、１つのブロックとして示している。
【０１９４】
相補制御光発生部８は、第２の信号光４と、第３の制御光信号５とから、上述した第１及び第２の制御光信号２及び３を発生するものであって、第１の実施形態の全光型光変調器と同様な光変調構成を有する。
【０１９５】
第２の信号光４は、波長λｐの被制御光であって、ここでは連続光とする。
【０１９６】
第３の制御光信号５は、第２の信号光４の波長λｐとは異なる波長λｓ’を有する、強度変調光信号である。第３の制御光信号５のビットレートは、所望する変調光信号のビットレートｆ［ｂｉｔ／ｓ］と一致する。
【０１９７】
第２の実施形態で用いる、第４偏波分離合成モジュール３１８、第６〜第１０偏波面保存光ファイバ３１２、３１６、３２２、３２６、３５２、第３偏波面変換部３１４、第４偏波面変換部３２４、第２光位相バイアス回路３４０、第４光バンドパスフィルタ３５１の各光部品の特性、構成、接続形態、役割はそれぞれ、第１の実施形態で用いている第２偏波分離合成モジュール１８、第１〜第５偏波面保存光ファイバ１２、１６、２２、２６、５２、第１偏波面変換部１４、第２偏波面変換部２４、第１光位相バイアス回路４０、第１光バンドパスフィルタ５１の各光部品の特性、構成、接続形態、役割と、次の１点を除いて全く等価なものである。すなわち、第１の実施形態においては、第１光バンドパスフィルタ５１においては波長λｓの第１の信号光１が第１及び第２入出力端５１−１、５１−２を通過する設計としていたが、第２の実施形態においては、第４光バンドパスフィルタ３５１においては波長λｐの第２の信号光４が第１及び第２入出力端３５１−１、３５１−２を通過する点だけが異なっている。
【０１９８】
すなわち、第２の実施形態において用いる第４偏波分離合成モジュール３１８、第６〜第１０偏波面保存光ファイバ３１２、３１６、３２２、３２６、３５２、第３偏波面変換部３１４、第４偏波面変換部３２４、第２光位相バイアス回路３４０、第４光バンドパスフィルタ３５１はそれぞれ、第１の実施形態において用いた第２偏波分離合成モジュール１８、第１〜第５偏波面保存光ファイバ１２、１６、２２、２６、５２、第１偏波面変換部１４、第２偏波面変換部２４、第１光位相バイアス回路４０、第１光バンドパスフィルタ５１と、上記で述べた光バンドパスフィルタの通過特性の違い以外は等価な光部品であり、また、第２の実施形態におけるそれらの光部品の接続や使用形態もまた、第１の実施形態の場合と同様であり、第２の実施形態の各光部品についての詳細な機能説明は割愛する。各光部品対応は、下記のようになる（但し、通過波長は異なる）。
【０１９９】
第２偏波分離合成モジュール１８→第４偏波分離合成モジュール３１８
第１〜第５偏波面保存光ファイバ１２、１６、２２、２６、５２
→第６〜第１０偏波面保存光ファイバ３１２、３１６、３２２、３２６、３５２
第１偏波面変換部１４→第３偏波面変換部３１４
第２偏波面変換部２４→第４偏波面変換部３２４
第１光位相バイアス回路４０→第２光位相バイアス回路３４０
第１光バンドパスフィルタ５１→第４光バンドパスフィルタ３５１
以下では、第２の実施形態で、新たに加えられた光部品のみについて、その構成や機能等を詳細に説明する。
【０２００】
第２光サーキュレータ３３０は、少なくとも３つの入出力端を有する。第１入出力端３３０−１から入力された第２の信号光４は第２入出力端３３０−２に出力される。また、第２入出力端３３０−２から入力された光（第１及び第２の制御光信号３及び４）は第３入出力端３３０−３に出力される。また、第２光サーキュレータ３３０においては、それらの入出力動作の際、入出力光の偏波状態は維持されるものとする。すなわち、直線偏波光で入力された光は直線偏波光として出力される。
【０２０１】
入力用光ファイバ３３１は、第３の制御光信号５を入力するための光ファイバであり、その一端は、第１０偏波面保存光ファイバ３５２の、第４バンドパスフィルタ３５１の第３入出力端３５１−３に接続されていない方の他端と接続されている。
【０２０２】
入力用光ファイバ３３２は、第２の信号光４を入力するための光ファイバであり、その一端には、第２光サーキュレータ３３０の第１入出力端３３０−１が接続される。
【０２０３】
出力用光ファイバ３２７は、第２の信号光４が変調された中間変調光信号を、第１の制御光信号２及び第２の制御光信号３として出力する光ファイバである。その一端は、第２光サーキュレータ３３０の第３入出力端３３０−３に接続され、他端は、第５偏波面保存光ファイバ５２の一端に接続されている。
【０２０４】
また、第２光サーキュレータ３３０の第２入出力端３３０−２には、第６偏波面保存光ファイバ３１２の、第３偏波面変換部３１４に接続されていない方の他端が接続されている。
【０２０５】
ここで、第２光サーキュレータ３３０の第２入出力端３３０−２から第３偏波面変換部３１４に至る経路の長さ、すなわち第６偏波面保存光ファイバ３１２の長さをＬ６（経路Ｌ６ということもある）、第３偏波面変換部３１４から第４偏波分離合成モジュール３１８の第１入出力端３１８−１に至る経路の長さ、すなわち第７偏波面保存光ファイバ３１６の長さをＬ７（経路Ｌ７ということもある）、第４偏波分離合成モジュール３１８の第２入出力端３１８−２から第４偏波面変換部３２４に至る経路、すなわち第８偏波面保存光ファイバ３２２の長さをＬ８（経路Ｌ８ということもある）、第４偏波面変換部３２４から第４偏波分離合成モジュール３１８の第３入出力端３１８−３に至る経路、すなわち第９偏波面保存光ファイバ３２６の長さをＬ９（経路Ｌ９ということもある）とする。
【０２０６】
なお、光カー効果の発現による位相シフトの発生に特段の寄与をしない、第６偏波面保存光ファイバ３１２、第７偏波面保存光ファイバ３１６、第９偏波面保存光ファイバ３２６、第１０偏波面保存光ファイバ３５２は、第１の実施形態と同様、光ファイバではなく、空間光学系とすることでも、第２の実施形態の効果を奏することができる。
【０２０７】
波長λｐの第２の信号光４（連続光）は、信号光入力用光ファイバ３３２に入力され、第２の光サーキュレータ３３０の第１入出力端３３０−１、第２入出力端３３０−２を経由して、第６偏波面保存光ファイバ３１２へと入力される。その際、第６偏波面保存光ファイバ３１２のｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波光として入力されるように、第２の信号光４の偏波状態が、図示しない偏波面コントローラなどで適宜調整されて入力されるものとする。
【０２０８】
第２の信号光４は、その後、第６偏波面保存光ファイバ３１２、第３偏波面変換部３１４、第７偏波面保存光ファイバ３１６、第４光バンドパスフィルタ３５１の第１及び第２入出力端３５１−１、３５１−２を通過して、第４偏波分離合成モジュール３１８の第１入出力端３１８−１へと至る。
【０２０９】
波長λｓ’の第３の制御光信号５は、入力用光ファイバ３３１に入力され、第１０偏波面保存光ファイバ３５２を経由して、第４光バンドパスフィルタ３５１の第３入出力端３５１−３に入力され、第２入出力端３５１−２へと出力され、その後、第４偏波分離合成モジュール３１８の第１入出力端３１８−１へと至る。その際、第１０偏波面保存光ファイバ３５２及び第７偏波面保存光ファイバ３１６中を、例えば、そのｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波光として伝播し、結果として、第４偏波分離合成モジュール３１８の第１入出力端３１８−１へ、ｐ偏波方向に偏波した直線偏波光の状態で入力するように、第３の制御光信号５の偏波状態が、図示しない偏波面コントローラなどで適宜調整されて入力されるものとする。
【０２１０】
その後、第３の制御光信号５は、第４偏波分離合成モジュール３１８の第１入出力端３１８−１へｐ偏波方向の直線偏波で入力されるために、第４偏波分離合成モジュール３１８の第２入出力端３１８−２へ出力され、その後、光カー効果を生じさせる第８偏波面保存光ファイバ３２２へと至り、第８偏波面保存光ファイバ３２２を図８中で時計回りに、すなわち、後述する第２の信号光４のＳ３成分と同じ進行方向で伝播していく。
【０２１１】
第１の実施形態と同様に、第８偏波面保存光ファイバ３２２内において、第３の制御光信号５の偏波方向は、第８偏波面保存光ファイバ３２２中を互いに逆行して伝播していく、後述する二つの第２の信号光４の偏波成分（Ｓ３成分、Ｓ４成分）の偏波方向と合致している。例えば、それらはともに、第８偏波面保存光ファイバ３２２のｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波として、第８偏波面保存光ファイバ３２２中を伝播していく。また、第３の制御光信号５が、第８偏波面保存光ファイバ３２２中を伝播していく方向は、第２の信号光４の偏波成分（Ｓ３成分、Ｓ４成分）の一方（図８ではＳ３成分）と一致し、もう一方（図８ではＳ４成分）と逆行している。
【０２１２】
（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、第２の実施形態に係る全光型光変調器７の相補制御光発生部８が、第２の信号光４と、第３の制御光信号５とから、第１及び第２の制御光信号２及び３を発生する動作を説明する。
【０２１３】
波長λｐの連続光でなる第２の信号光４が、入力用光ファイバ３３２に入力され、第２の光サーキュレータ３３０の第１入出力端３３０−１、第２入出力端３３０−２を経由して、第６偏波面保存光ファイバ３１２へ、第６偏波面保存光ファイバ３１２のｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波として入力される。
【０２１４】
その後、第２の信号光４は、第６偏波面保存光ファイバ３１２中を、そのｓｌｏｗ軸と平行な直線偏波光として伝播し、図８中左側の経路から第３偏波面変換部３１４に至る。
【０２１５】
第１の実施形態における第１の信号光１と同様、第３偏波面変換部３１４から出力して第７偏波面保存光ファイバ３１６に結合される第２の信号光の偏波方向は、第７偏波面保存光ファイバ３１６のｓｌｏｗ軸と４５°だけ傾いた直線偏波光となる。その後、第２の信号光４は、第７偏波面保存光ファイバ３１６中を、そのｓｌｏｗ軸と平行な直線偏波光成分と、そのｆａｓｔ軸方向に平行な直線偏波光成分とに分かれて伝播し、途中、第４光バンドパスフィルタ３５１の第１入出力端３５１−１及び第２入出力端３５１−２を入出力した後、第４偏波分離合成モジュール３１８の第１入出力端３１８−１に入力される。第２の信号光４は、第１の実施形態における第１の信号光１と同様に、第４光バンドパスフィルタ３５１を通過した前後でもなんらの偏波変換を生じない。
【０２１６】
ここで、上述した第７偏波面保存光ファイバ３１６中をそのｓｌｏｗ軸と平行な第２の信号光４の直線偏波光成分をＳ３成分、そのｆａｓｔ軸方向に平行な第２の信号光４の直線偏波光成分をＳ４成分と定義する。Ｓ３成分とＳ４成分の強度比は、第１の実施形態における第１の信号光１と同様に、１：１となる（図９（Ａ）参照）。なお、図９は、第２の実施形態における第３偏波面変換部３１４での信号光の偏波状態の説明図である。
【０２１７】
第２の信号光４のＳ３成分及びＳ４成分は、その後、共に第４偏波分離合成モジュール３１８の第１入出力端３１８−１に入力され、それぞれ入出力端３１８−２、３１８−３に分岐出力される。すなわち、Ｓ３成分は入出力端３１８−２に出力され、Ｓ４成分は入出力端３１８−３に出力される。
【０２１８】
ここで、第３の制御光信号５の入力がない場合を考える。なお、ここでは、第２光位相バイアス回路３４０での位相バイアスの効果も無視する。
【０２１９】
上述したように、第２の実施形態において追加して用いる大半の光部品は、第１の実施形態の対応部品と等価な光部品である。従って、第４偏波分離合成モジュール３１８、第８偏波面保存光ファイバ３２２、第９偏波面保存光ファイバ３２６、第４偏波面変換部３２４、第２光位相バイアス回路３４０で構成される第２の実施形態における光ループは、第１の実施形態の場合に、それらに対応する光部品で構成された光ループと同様である。
【０２２０】
それ故、第３の制御光信号５の入力がない場合、第１の実施形態と同様に、第２の信号光４が、上述した光ループを通過して、第６偏波面保存光ファイバ３１２の右端に到達し、Ｓ３成分とＳ４成分とが合波して再度得られる第２の信号光４は、第６偏波面保存光ファイバ３１２のｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波光となる。
【０２２１】
第２の信号光４は、その後、第２光サーキュレータの入出力端３３０−２に入力され、その偏波方向を保ったまま、第３入出力端３３０−３から出力される。
【０２２２】
次に、第３の制御光信号５が入力された場合を考える。併せて、第２光位相バイアス回路３４０による位相オフセットの効果も考慮する。
【０２２３】
強度変調信号である、波長λｓ’の第３の制御光信号５は、入力用光ファイバ３３１に入力され、第１０偏波面保存光ファイバ３５２を経由して、第４光バンドパスフィルタ３５１の第３入出力端３５１−３に入力され、第２入出力端３５１−２へと出力され、その後、第４偏波分離合成モジュール３１８の第１入出力端３１８−１へと至る。その際、第１０偏波面保存光ファイバ３５２及び第７偏波面保存光ファイバ３１６中を、そのｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波光として伝播し、結果として、第４偏波分離合成モジュール３１８の第１入出力端３１８−１へ、ｐ偏波方向に偏波した直線偏波光の状態で入力する。
【０２２４】
その後、第３の制御光信号５は、第４偏波分離合成モジュール３１８の第１入出力端３１８−１へｐ偏波方向の直線偏波で入力されるために、第４偏波分離合成モジュール３１８の第２入出力端３１８−２へ出力され、その後、光カー効果を生じさせる第８偏波面保存光ファイバ３２２へと至り、第８偏波面保存光ファイバ３２２を伝播していく。
【０２２５】
第１の実施形態と同様に、第８偏波面保存光ファイバ３２２内において、第３の制御光信号５の偏波方向は、第８偏波面保存光ファイバ３２２中を互いに逆行して伝播していく、後述する第２の信号光４の二つの偏波成分（Ｓ３成分、Ｓ４成分）の偏波方向と合致している。例えば、それらは共に、第８偏波面保存光ファイバ３２２のｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波光として、第８偏波面保存光ファイバ３２２中を伝播していく。また、第３の制御光信号５が、第８偏波面保存光ファイバ３２２中を伝播していく方向は、第２の信号光の偏波成分（Ｓ３成分、Ｓ４成分）の一方（図８ではＳ３成分）と一致し、もう一方（図８ではＳ４成分）と逆行している。
【０２２６】
第１の実施形態で説明したように、Ｓ３成分に対しては、同一方向に伝播する第３の制御光信号５からの相互位相変調効果による位相シフトが生じる。そのピーク値を、第１の実施形態に倣ってａ’πで表す。
【０２２７】
一方、Ｓ４成分に対しては、第３の制御光信号５は逆方向に伝播する。第１の実施形態の場合と異なり、同一方向に進行する制御光は存在しない。そのため、第１の実施形態に倣って考えれば、Ｓ４成分に対しては、逆行制御光信号による相互位相変調による時間連続的位相シフト（ｂ’π）と、第２光位相バイアス回路３４０で与えられる、同じく時間連続的位相シフト（ｃ’π）が生じる。
【０２２８】
その結果、第２の信号光４のＳ３成分及びＳ４成分に対して生じる位相シフトの時間波形と、第３の制御光信号５の強度時間波形の関係は、図１０のように示すことができる。図１０は、第１の実施形態における第１の信号光１のＳ１成分及びＳ２成分の位相シフトの時間波形と、第１及び第２の制御光信号２及び３の強度時間波形の関係とを示す図７に対応する図面である。
【０２２９】
すなわち、Ｓ３成分の位相シフトの時間波形は、第３の制御光信号の強度時間波形に比例した形で、第３の制御光信号５が信号「１」のとき、ピークの位相シフトａ’πとなり、第３の制御光信号５が信号「０」のとき、位相シフト０となる（図１０（Ｂ））。一方、Ｓ４成分の位相シフトの時間波形は、位相シフト量が（ｂ’＋ｃ’）πであり、時間経過に依存しない時間連続的波形である（図１０（Ｃ））。
【０２３０】
ここで、ａ’＝１、かつ、ｂ’＋ｃ’＝０となるように、第３の制御光信号５のピーク光強度、ならびに、第２光位相バイアス回路３４０における位相オフセット（ｃ’）が与えられたとする。この場合、Ｓ４成分の位相シフト量は常に０である。
【０２３１】
従って、第３の制御光信号５が信号「０」のとき、Ｓ３成分及びＳ４成分間に相対的な位相差が生じない。その結果、このとき、上述した第３の制御光信号５がない場合と同様に、第２の信号光４が、光ループを通過して、第６偏波面保存光ファイバ３１２の右端に再度到達し、Ｓ３成分とＳ４成分が合波して得られる第２の信号光４は、第６偏波面保存光ファイバ３１２のｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波となる（図９（Ｂ））。
【０２３２】
一方、第３の制御光信号５の信号が「１」であるとき、Ｓ３成分にπ（＝ａ’π）の最大位相シフトが生じる。つまり、Ｓ３成分とＳ４成分の間にπの位相差が生じる。このとき、第２の信号光４が、光ループを通過して、第７偏波面保存光ファイバ３１６の左端に再度到達するとき、Ｓ３成分を表示する矢印の向きが反転することになる。その結果、第２の信号光４が、光ループを通過して、第６偏波面保存光ファイバ３１２の右端に再度到達し、Ｓ３成分とＳ４成分が合波して得られる第２の信号光は、第６偏波面保存光ファイバ３１２のｆａｓｔ軸に平行な直線偏波となる（図９（Ｃ））。
【０２３３】
すなわち、光ループを通過して、第６偏波面保存光ファイバ３１２の右端に再度到達するときの第２の信号光４は、第３の制御光信号５の信号が「０」であるときは第６偏波面保存光ファイバ３１２のｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波光、第３の制御光信号５の信号が「１」であるときは第６偏波面保存光ファイバ３１２のｆａｓｔ軸に平行な直線偏波光となり、すなわち、第３の制御光信号５の信号符号により直線偏波の偏波方向が９０°だけ回転する、偏波変調信号となっている。
【０２３４】
この偏波変調信号となった信号光は、その後、偏波状態を維持しながら、第６偏波面保存光ファイバ３１２、第２光サーキュレータの第２入出力端３３０−２、第３入出力端３３０−３を通過し、第２光サーキュレータの第３入出力端３３０−３に接続された出力用光ファイバ３２７へと出力される。
【０２３５】
出力用光ファイバ３２７へ出力された信号光は、第３の制御光信号５の信号符号により直線偏波の偏波方向が９０°だけ回転している偏波変調信号である。このとき、偏波変調信号の互いに直交する偏波成分の光強度の和の時間波形を取り、過剰損失を無視すれば、当初入力した第２の信号光４の時間波形と一致した時間波形、すなわち連続光となっている。このことは、出力用光ファイバ３２７へ出力された信号光の、互いに偏波直交した成分は相補的関係にあることが分かる。また、一方の偏波成分、図８の例では、第６偏波面保存光ファイバ３１２のｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波光として出力された成分の強度時間波形の信号パターンは、第３の制御光信号５の信号パターンと一致する。
【０２３６】
上述したように、出力用光ファイバ３２７へ出力された信号光（偏波変調信号）の、互いに偏波直交した成分は相補的関係にあり、かつ、それらは互いに偏波直交している。このことは、第１の実施形態で必要とした、互いに相補的で、かつ、偏波直交した二つの制御光信号である、第１の制御光信号２及び第２の制御光信号３が、第２の実施形態における出力用光ファイバ３２７から出力されていることを意味する。出力用光ファイバ３２７へ出力された信号光（偏波変調信号）は、図１の第３偏波分離合成モジュール５０の第２入出力端５０−２から第５偏波面保存光ファイバ５２へ出力された光信号と同等なものとなっている。
【０２３７】
従って、出力用光ファイバ３２７へ出力された信号光を、第１の実施形態の光変調器３００に、第５偏波面保存光ファイバ５２を介して、第１及び第２の制御光信号２及び３として入力すれば、第１の実施形態で説明した効果により、最終的に所望する、強度変調あるいは位相変調された、周波数チャーピングを持たない変調光信号が、第１の実施形態の光変調器３００の出力用光ファイバ２７若しくは２９より出力される。
【０２３８】
ここで、出力用光ファイバ３２７へ出力された信号光の光強度を、第１の実施形態の光変調器３００を動作させる第１及び第２の制御光信号２及び３として適当な光強度にまで増幅するために、エルビウム添加光ファイバ増幅器などの光増幅器３７０を出力用光ファイバ３２７の一端と第５偏波面保存光ファイバ５２の一端を結ぶいずれかの光路に挿入しても良い。
【０２３９】
さらにはまた、光増幅器３７０で発生するノイズ光の除去のため、あるいはまた、出力用光ファイバ３２７へ出力された信号光に含まれる第３の制御光信号５の波長成分を除去するために、出力用光ファイバ３２７と第５偏波面保存光ファイバ５２を結ぶいずれかの光路に、通過中心波長が第２の光信号４の波長λｐである、第５光バンドパスフィルタ３３８を挿入するようにしても良い。
【０２４０】
一方、第８偏波面保存光ファイバ３２２を通過した後の第３の制御光信号５は、第１の実施形態と同様に、最終的に第４光バンドパスフィルタ３５１の第２入出力端３５１−２に入力され、第３入出力端３５１−３に出力される。ここで、第４光バンドパスフィルタ３５１の透過特性が理想的である場合、第３の制御光信号５が第４光バンドパスフィルタ３５１の第１入出力端３５１−１へ出力されることはなく、結果、第２光サーキュレータ３３０の第３入出力端３３０−３を介して出力用光ファイバ３２７へと出力されることもない。一方、理想的でない場合、第３の制御光信号５の波長成分は、第２光サーキュレータ３３０の第３入出力端３３０−３を介して出力されることになるが、最終的に、上述した第５光バンドパスフィルタ３３８で除去され、第１の実施形態の光変調器３００に入力されることはない。
【０２４１】
また、第４光バンドパスフィルタ３５１の第３入出力端３５１−３に出力された第３の制御光信号５は、その後、第１０偏波面保存ファイバ３５２を介して、元の制御光入力用光ファイバ３３１を逆行して、装置の安定動作や、あるいは装置外部の機器あるいは伝送システムに悪影響を及ぼす恐れがある。これを抑制するためには、第１０偏波面保存ファイバ３５２の途中に第２光アイソレータ３６０を挿入して、このような逆行制御光をカットするのが好適である。
【０２４２】
なお、以上の説明においては、第２の信号光４と第１及び第２の制御光信号３及び４の波長は同一であること（λｐ）を要する。しかし、第１の信号光１の波長λｓや第３の制御光信号５の波長λｓ’は、第２の信号光４や第１及び第２の制御光信号３及び４の波長と異なっていれば良く、第１の信号光１の波長λｓと第３の制御光信号５の波長λｓ’とが同一であることは必しも要件ではない。
【０２４３】
しかし、第１の信号光１の波長λｓと第３の制御光信号の波長λｓ’を一致させるようにしても良い（λｓ＝λｓ’）。この場合、第３の制御光信号５と同一波長の変調光信号を全光型光変調器３００が提供することになる。このように、波長を維持した上で光変調動作を行う使用法は、特に、長距離ネットワークにおける光信号再生などにおいて重要である。このことから、第２の実施形態は、長距離ネットワークにおける光信号再生を行う光中継器としての応用も可能であるということができる。すなわち、中継器へ入力された変調光信号を第３の制御光信号５として用い、位相変調若しくは強度変調がなされた後の第１の信号光１を当該中継器からの出力光として用いるようにすれば、中継器への入力光及び出力光の波長が同じになり、中継器を多段接続する場合であっても、各中継器毎に、入力光及び出力光の波長を設定することが不要となる。
【０２４４】
（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
第２の実施形態によれば、一つの制御光信号（第３の制御光信号）を用いて、第１の実施形態の動作に必要な、相補的関係にある第１及び第２の制御光信号を発生できる光回路をも備えるので、第１の実施形態の効果に比べて、下記のような効果がより顕著となる。
【０２４５】
全光型光変調器の適用として尤もふさわしい形態の一つは、電子デバイスの速度制限を越えた超高速変調光信号を発生する場合である。第１の実施形態の効果のみを用いて、本装置を動作する場合、相補的関係にある第１及び第２の制御光信号を発生する段階において、電子デバイスの速度制限を受けることが想定される。
【０２４６】
一方、第２の実施形態に記載の構成を加えることで、以下のような動作形態が可能となる。すなわち、光ＴＤＭを用いて、電子デバイスの速度制限を越えたデータレートで発生させた第３の制御光信号を用意し、第２の実施形態に記載の構成を用いて、電子デバイスの速度制限に律則されずに、相補的な第１及び第２の制御光信号を発生し、それらを用いて、第１の実施形態に記載の光変調器を動作させる。その結果、電子デバイスの速度制限を越えた超高速変調光信号の発生が可能となる。
【０２４７】
（Ｃ）他の実施形態
上記各実施形態では、光カー効果に基づき相互位相変調効果を発現する媒体として光ファイバを考慮したが、本発明で得られる効果は、このような光ファイバの使用に限定されるものではない。制御光により被制御光の光位相を変化させる効果を有する光デバイスであれば、その応用形態に応じて、多種多様なデバイスを用いて、本発明の効果を生じることができる。例えば、動作するビットレートが、１Ｇｂ／ｓなど比較的低ビットレートであれば、半導体光増幅器や電界吸収型光変調器を用いることもできる。また、Ｓｉをコアとし、ＳｉＯ２をクラッドとして形成した、いわゆるシリコン細線導波路を用いることもできる。
【０２４８】
また、第１の制御光信号２と第２の制御光信号３は、その波長が同一波長λｐであるものを想定して説明したが、本発明で得られる効果はこれに限定されるものではない。具体的には、第１の制御光信号２及び第２の制御光信号３の波長をそれぞれλｐ１、λｐ２とした場合、それらが、第１光バンドパスフィルタ５１の透過波長帯域に掛からない程度に十分に、信号光波長λｓから離れていれば、λｐ１とλｐ２が一致していなくても、本発明の効果は得られる。
【０２４９】
また、第１光バンドパスフィルタ５１等として信号光波長を透過波長としたものを想定したが、制御光波長を透過波長としたものとしても本発明で得られる効果を実現できる。
【０２５０】
上記第２の実施形態における相補制御光発生部８は、光変調器に組み込まれて構成されるだけでなく、独立した光学装置として構成され、市販などがされるものであっても良い。このように、独立した光学装置として構成された相補制御光発生部８が本発明の相補強度変調光発生器に該当する。
【符号の説明】
【０２５１】
６、７、３００…全光型光変調器、８…相補制御光発生部、１０…第１偏波分離合成モジュール、１２…第１偏波面保存光ファイバ、１４…第１偏波面変換部、１６…第２偏波面保存光ファイバ、１８…第２偏波分離合成モジュール、２２…第３偏波面保存光ファイバ、２４…第２偏波面変換部、２６…第４偏波面保存光ファイバ、２８…第２光バンドパスフィルタ、３０…第１光サーキュレータ、３８…第２光バンドパスフィルタ、４０…第１光位相バイアス回路、５０…第３偏波分離合成モジュール、５１…第１光バンドパスフィルタ、５２…第５偏波面保存光ファイバ、３１２…第６偏波面保存光ファイバ、３１４…第３偏波面変換部、３１６…第７偏波面保存光ファイバ、３１８…第４偏波分離合成モジュール、３２２…第８偏波面保存光ファイバ、３２４…第４偏波面変換部、３２６…第９偏波面保存光ファイバ、３３０…第２光サーキュレータ、３４０…第２光位相バイアス回路、３５１…第４光バンドパスフィルタ、３５２…第１０偏波面保存光ファイバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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