(57)【要約】【課題】  複雑で高精度な制御技術を不要としながら、動作安定に、超高速光多値変調信号を発生可能な、全光型の光多値変調信号発生装置を提供する。【解決手段】  光パルス列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は、信号系列に応じた強度パターンを有する第１及び第２の制御光信号も巡回方向が逆になるように導入され、光カー効果に基づく相互位相変調効果によって、第１成分、第２成分の光位相を変化させる。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、閉ループ光路上に設けられる。閉ループ光路から出力された光位相が変化された、しかも、相対的な光位相差が付与された第１成分及び第２成分の組を、多値変調光信号として出力する。【選択図】      図１
2010237346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波面保存の閉ループ光路を形成させている閉ループ光路部と、
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である直線偏波の第１波長を有する信号光を２つの直線偏波の第１成分及び第２成分に分ける信号光成分分割部と、
信号の「０」及び「１」の並びに応じた第１の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、信号の「０」及び「１」の並びに応じた第２の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、
上記閉ループ光路への上記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閉ループ光路へ入力する閉ループ信号光入出力部と、
上記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閉ループ光路へ入力する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信号光抽出部と、
上記閉ループ信号光入出力部へ向かう信号光と、上記閉ループ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正逆光路分離部と、
上記信号光の第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光位相差付与部とを備え、
上記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、上記正逆光路分離部によって光路分離がなされた光信号を、光多値変調信号として出力する
ことを特徴とする光多値変調信号発生装置。
【請求項２】
上記閉ループ光路は、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位相シフト用非線形光ファイバを含み、
上記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ている
ことを特徴とする請求項１に記載の光多値変調信号発生装置。
【請求項３】
上記閉ループ信号光入出力部は、偏光ビームスプリッタ又は偏光プリズムでなる、上記信号光成分分割部及び上記閉ループ制御光入出力部の機能を兼ねたものであり、上記閉ループ光路部は、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に記載の光多値変調信号発生装置。
【請求項４】
上記閉ループ信号光入出力部へ向かう信号光と、上記閉ループ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ループ外偏波面変換部を有し、
上記ループ外偏波面変換部が、上記閉ループ信号光入出力部へ向かう信号光の偏波面を、偏光ビームスプリッタ又は偏光プリズムでなる上記閉ループ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、上記閉ループ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
ことを特徴とする請求項３に記載の光多値変調信号発生装置。
【請求項５】
上記光位相差付与部は、上記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又は４に記載の光多値変調信号発生装置。
【請求項６】
上記閉ループ信号光入出力部及び上記閉ループ制御光入出力部として同一の入出力用光学部材を適用すると共に、上記信号光、並びに、上記第１の制御光信号及び上記第２の制御光信号を合波して上記入出力用光学部材に与えると共に、上記入出力用光学部材からの戻り光を、上記信号光、並びに、上記第１の制御光信号及び上記第２の制御光信号に分波する信号光・制御光合分波部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光多値変調信号発生装置。
【請求項７】
上記信号光・制御光合分波部は、分波された信号光から、上記第１の制御光信号及び上記第２の制御光信号の波長成分を濾波するバンドパスフィルタ機能をも担っていることを特徴とする請求項６に記載の光多値変調信号発生装置。
【請求項８】
上記正逆光路分離部として、偏光ビームスプリッタ又は偏光プリズムでなるものを適用し、その偏波面選択反射面を反射若しくは直進した戻り光を上記光多値変調信号として出力すると共に、偏波面選択反射面を直進若しくは反射した戻り光を、上記閉ループ信号光入出力部へ向かう信号光の経路から分離し、上記光多値変調信号の論理反転信号として取り出す論理反転信号取出部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光多値変調信号発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光多値変調信号発生装置に関し、例えば、長距離大容量光ファイバ通信等に利用される多値変調方式による光信号を、制御光によって被制御光を光信号化することで発生する装置に適用し得る。
【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並びに長距離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）、及び、各波長チャンネル当たりの通信速度を高速化することの両面から進められてきた。
【０００３】
一方、光ファイバ通信の更なる大容量化・長距離化の一手段として、近年、多値変調方式が注目を集めている。この多値変調方式は、従来、移動体通信方式などで用いられてきた方式であるが、近年、この技術を光ファイバ通信方式に応用しようとの試みが各所でなされている。
【０００４】
多値変調方式の代表的な方式は、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）フォーマットと呼ばれる方式である。ＱＰＳＫ方式は、一つのタイムスロットに対して、位相が、０を基準として、π／２ラジアン、πラジアン、３／２πラジアンだけ変移した信号を割り当てる通信方式であり、一度に２ビット（４値）の信号を送ることが可能な通信方式である。従来、実用化若しくは実用化が検討されてきた主たる光通信方式の一つは、一つのタイムスロットに対して、信号強度が弱い「０」信号、若しくは、信号強度が強い「１」信号を割り当てる、いわゆるＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）方式若しくはＯＯＫ（Ｏｎ−Ｏｆｆ  Ｋｅｙｉｎｇ）方式であり、実用化若しくは実用化が検討されてきた主たる光通信方式の他の一つは、位相が０若しくはπラジアンの光信号を割り当てるＢｉｎａｒｙ  ＰＳＫ方式（以下、ＢＰＳＫ方式と呼ぶ）であり、いずれも、一つのタイムスロットに対して、２値のデジタル変調値を割り当てる通信方式であった。
【０００５】
ＱＰＳＫ方式を光ファイバ通信に応用した場合、以下のようなメリットがある。
【０００６】
すなわち、ＱＰＳＫ方式を、従来のＯＯＫ方式やＢＰＳＫ方式と比較した場合、その占有する周波数帯域は同一ながら、ＱＰＳＫ方式は２倍の量のデータを送ることができる。すなわち、通信容量を大容量化でき、周波数利用効率を向上できるというメリットがある。また、このことは逆に言えば、同じデータ容量のＯＯＫ方式やＢＰＳＫ方式と比較して、ＱＰＳＫ方式は半分の占有周波数帯域しか有さないため、ＷＤＭ方式との併用を考えた場合、より波長チャンネル間隔を狭めることができ、その結果、通信容量を大容量化でき、周波数利用効率を向上できるというメリットをさらに享受することができる。さらにまた、占有する周波数帯域が狭いということは、信号伝送路である光ファイバの有する群速度分散による波形歪みの影響を受け難いことを意味し、すなわち、長距離化の点でもメリットがある。
【０００７】
以上のようなＱＰＳＫ光信号を発生するＱＰＳＫ光信号発生装置若しくは発生回路として従来検討が進められてきたのは、主として、非特許文献１に示すような、電気変調信号を光変調信号に変換して光信号を発生させる、いわゆるＥ／Ｏ型光変調器をベースとした装置であった。
【０００８】
非特許文献１においては、ＬｉＮｂＯ３結晶におけるポッケルス効果を利用した、マッハツェンダ干渉計型ＬｉＮｂＯ３変調器を用いたＱＰＳＫ光変調器について述べられている。非特許文献１の記載技術では、ＭＺＡ及びＭＺＢで示される２台のマッハツェンダ干渉計型ＬｉＮｂＯ３変調器を用いて、それぞれ４０ＧｂｐｓのＢＰＳＫ信号を発生し、その後、ＭＺＣで示される光カプラを用いてこれらのＢＰＳＫ信号を合波することで、８０ＧｂｐｓのＱＰＳＫ信号を発生させている。
【０００９】
非特許文献１などに示されるＥ／Ｏ型光変調器をベースとしたＱＰＳＫ光信号発生装置において、その発生し得るＱＰＳＫ信号のデータビットレートは、Ｅ／Ｏ型光変調器の動作速度によって制限される。その高速化のためには、電気変調信号を発生する電子デバイス、並びに、Ｅ／Ｏ型光変調器自体の電気−光変換の高速化が必要である。その動作速度は、現状の市販品の技術レベルとしては５０Ｇｂｐｓ程度のビットレートが現状の限界である。すなわち、ＱＰＳＫ信号のデータレートとしては１００Ｇｂｐｓ程度が限界である。
【００１０】
電子デバイス並びにＥ／Ｏ型光変調器の動作速度限界を超えて、さらに高速のＱＰＳＫ信号を発生するには、制御光信号となる光変調信号を用いて被制御光信号である信号光を変調する、全光学信号制御技術をベースとした、全光型光変調器を利用することが望ましい。
【００１１】
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。
【００１２】
上記で述べたような、光ファイバ中での光カー効果を利用して、超高速光スイッチを作成した例が、例えば、非特許文献２に開示の方法などで実現されている。非特許文献２の記載技術において、光カー効果を発現させる光ファイバとして偏波保存単一モード光ファイバ（以下、「偏波面保存光ファイバ」（あるいは単に「光ファイバ」）と呼ぶ）が利用されている。偏波面保存光ファイバは、このファイバの光の伝播方向（以後「光ファイバの光軸方向」ということもある）に対して垂直な面内に設定された遅相軸あるいはスロー（ｓｌｏｗ）軸と呼ばれる光学軸の方向と、ｓｌｏｗ軸と直交する進相軸あるいはファスト（ｆａｓｔ）軸と呼ばれる光学軸の方向とでは、導波される光に対する等価屈折率が異なる構造のものである。
【００１３】
そして、非特許文献２に開示されている光スイッチに利用されている光ファイバは、２本の偏波保存単一モード光ファイバの光学軸を直交させて融着された面を有し、偏波面保存型の単一モード光ファイバの有する複屈折性を相殺できる構造を有している。この光スイッチには、偏波面保存光ファイバの光学軸と平行な偏波面を有する直線偏波の制御光と、偏波面保存光ファイバの光学軸から４５°だけ傾いた偏波面を有する直線偏波の信号光（被制御光）が入力される。なお、この明細書において、「偏波」を「偏光」と同意語として用いている。
【００１４】
この光スイッチに信号光を構成する光パルスのみが入力された場合には、信号光の光パルスは、この光スイッチへの入力時と同一の直線偏波状態で出力される。一方、信号光と共に制御光の光パルスが、信号光の光パルスと同期して入力された場合には、信号光の光パルスの偏波成分のうち制御光の光パルスの偏波方向と平行な偏波成分に対して、制御光の光パルスによって光カー効果が誘起される。すなわち、光カー効果によって、信号光の光パルスと制御光の光パルスとの間で発現する相互位相変調効果によって、信号光の光パルスに位相シフトが生じる。
【００１５】
この位相シフト量φがπに等しいとき、信号光の光パルスの偏波方向が、この光スイッチへの入力時に対して９０°だけ回転する。すなわち、信号光の光パルスの偏波方向が、光ファイバの光学軸に対して−４５°の方向になる。光スイッチの出力側に検光子を配置することで、制御光により信号光の光パルスを通過させたり、遮断したりすることができる。すなわち、検光子の光学軸の方向を、信号光の光パルスの偏波方向がこの光スイッチへの入力時に対して９０°だけ回転している場合には透過し、入力時と同一の偏波方向である場合には遮断する向きに設定して配置すれば、制御光によって偏波面が回転された光パルスのみがこの光スイッチを透過できるので、制御光によって、信号光の光パルスをスイッチできる。
【００１６】
非特許文献２に開示の技術で用いられているように、光ファイバ中の光カー効果に基づく相互位相変調効果を用いれば、ＯＯＫ若しくはＡＳＫ信号とした制御光の信号パターンを、被制御光である信号光に光位相変調パターンという形で転化できる。すなわち、光ファイバの光カー効果を利用することで、数百ギガビット毎秒（Ｇｂｉｔ／ｓ）以上のビットレートで動作する全光型ＢＰＳＫ変調器を実現できることが、上述した従来技術から容易に類推できる。
【００１７】
上記の方式で発生されたＢＰＳＫ信号を、非特許文献１におけるＭＺＣのような光カプラで合波することで、ＱＰＳＫ光信号を発生することは原理的には可能であることが容易に類推できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Ｔ．Ｋａｗａｎｉｓｈｉ  ｅｔ  ａｌ．，“８０Ｇｂ／ｓ  ＤＱＰＳＫ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ”，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ＯＦＣ  ２００７，ｐａｐｅｒ  ＯＷＨ５，２００７
【非特許文献２】Ｔ．Ｍｏｒｉｏｋａｅｔ  ａｌ．，“Ｕｌｔｒａｆａｓｔ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｕｌｔｉ／ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  ｕｔｉｌｉｓｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  Ｋｅｒｒ  ｅｆｆｅｃｔ  ｉｎ  ｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎ−ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ  ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  ｆｉｂｒｅｓ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．９，ｐｐ．４５３−４５４，１９８７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、二つの光ＢＰＳＫ信号を合波してＱＰＳＫ光信号を発生する際には、光ＢＰＳＫ信号間の光位相差を精密に制御する必要がある。例えば、二つの光ＢＰＳＫ信号がそれぞれ「０」、「π」と位相変調された信号である場合、その間に精密にπ／２の光位相差を与えて合波しなければ、理想的なＱＰＳＫ信号とはならない。
【００２０】
個々の光ＢＰＳＫ信号の光位相は、非特許文献１の場合には電気変調信号によって与えた光位相に加えて、若しくは、上述した光ファイバの光カー効果に基づく方式の場合には光変調信号によって与えられた光位相に加えて、その光信号が通過してきた光経路の光路長によって決まる光位相シフトによって決定される。
【００２１】
一方、非特許文献２に示すような光ファイバを用いた全光学的な位相変調の場合、用いる光ファイバのファイバ長は、実用的な制御光強度でもって十分な光変調効果を得るための相互作用長を確保するために、数十ｍから数ｋｍという長さが必要となる。すなわち、光波長の数十万倍以上の長さとなる。そのような長尺な光ファイバを伝播してくる光信号の光位相を正確に制御するのは非常に困難である。また、実現するには、精密で、かつ十分な応答速度を有する高価な制御機能が必要となる。さらに加えて、環境温度の変化などにより光ファイバの屈折率が変化すると、光位相も変化してしまうため、その補償までを含めた、複雑で高価な制御機能が必要となる。
【００２２】
以上のような状況を鑑みたとき、非特許文献２に開示の技術で発生させた光ＢＰＳＫ信号を二つ用意して、これを非特許文献１におけるＭＺＣのような光カプラで合波することで、ＱＰＳＫ光信号を発生する方式は、現実的な実用レベルで考えた場合、非常に実現が困難である。若しくは、実現のためには高精度で、従って高価かつ複雑な光位相制御回路が必要となる。
【００２３】
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであり、複雑で高精度な制御技術を不要としながら、動作安定に、超高速光多値変調信号を発生可能な、全光型の光多値変調信号発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の光多値変調信号発生装置は、（１）偏波面保存の閉ループ光路を形成させている閉ループ光路部と、（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である直線偏波の第１波長を有する信号光を２つの直線偏波の第１成分及び第２成分に分ける信号光成分分割部と、（３）信号の「０」及び「１」の並びに応じた第１の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、信号の「０」及び「１」の並びに応じた第２の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、（４）上記閉ループ光路への上記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閉ループ光路へ入力する閉ループ信号光入出力部と、（５）上記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閉ループ光路へ入力する閉ループ制御光入出力部と、（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、（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、（８）上記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信号光抽出部と、（９）上記閉ループ信号光入出力部へ向かう信号光と、上記閉ループ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正逆光路分離部と、（１０）上記信号光の第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光位相差付与部とを備え、（１１）上記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、上記正逆光路分離部によって光路分離がなされた光信号を、光多値変調信号として出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、複雑で高精度な制御技術を不要としながら、動作安定に、超高速光多値変調信号を発生可能な、全光型の光多値変調信号発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態の光多値変調信号発生装置の構成を示す配置図である。
【図２】実施形態における光位相バイアス回路の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】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】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】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】実施形態における第１偏波面保存光ファイバの右端の端面図と、第１偏波分離合成モジュールの第３入出力端に出力される偏波方向、ならびに、第１偏波面保存光ファイバの右端に到達した信号光のＳ１、Ｓ２成分の偏波状態の関係を模式的に示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（Ａ）主たる実施形態
以下、本発明による光多値変調信号発生装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。この実施形態の光多値変調信号発生装置は、例えば、ＱＰＳＫ光信号を発生する全光型の発生装置に適用できる。
【００２８】
（Ａ−１）実施形態の構成
図１は、実施形態の光多値変調信号発生装置（例えば、全光型のＱＰＳＫ光信号発生装置）の構成を示す配置図である。
【００２９】
実施形態の光多値変調信号発生装置１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、光位相バイアス回路４０と、第３偏波分離合成モジュール５０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とを少なくとも備えている。
【００３０】
第１偏波分離合成モジュール１０は、信号光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。
【００３１】
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。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フェースのための光部品を接続する必要はない。第４入出力端１８−４は、後に詳細に述べるように、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、この実施形態における必須構成要素ではない。
【００３２】
第３偏波分離合成モジュール５０は、第１の制御光信号を入力するための入力用光ファイバ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の制御光信号を入力するための入力用光ファイバ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。
【００３３】
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。
【００３４】
また、第３偏波面保存光ファイバ２２は、波長λｐの制御光信号による光カー効果により、波長λｓの被制御光である信号光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。
【００３５】
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おり、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。
【００３６】
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の途中の任意の場所に挿入される（図１中では第４偏波面保存光ファイバ２６の途中に挿入されている）。図２は、光位相バイアス回路４０の構成例を示す説明図である。
【００３７】
光位相バイアス回路４０は、例えば、直線偏波の偏波面を＋４５°だけ回転する第１ファラデー回転子２７８、直線偏波の偏波面を−４５°だけ回転する第２ファラデー回転子２８０、光軸Ｘ、Ｙを有する１／４波長板２８２を有する。図２においては、便宜上、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ものではない。１／４波長板２８２の光軸方向は後述するように設定されている。
【００３８】
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が出力され、光位相バイアス回路４０に入射されたとする（図２では、このときの入射光をＳ１成分と記載している）。この場合、まず、第２ファラデー回転子２８０を通過して、偏波方向が−４５°だけ回転される。偏波回転された直線偏波の偏波方向が、その光軸方向の一つ（図２では、Ｙ軸）と一致するように、１／４波長板２８２が配置されている。この光は、１／４波長板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（入射）され、再び第４偏波面保存光ファイバ２６を伝播していく。
【００３９】
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が出力され、光位相バイアス回路４０に入射されたとする（図２では、このときの入射光をＳ２成分と記載している）。この場合、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°だけ回転される。このとき、偏波回転された直線偏波の偏波方向は、１／４波長板２８２のＸ軸方向と一致する。この光は、１／４波長板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、偏波方向が−４５°だけ回転される。この光は、その偏波方向が図中右側の第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、図中右側の第４偏波面保存光ファイバ２６の左端２７６に結合（入射）され、再び第４偏波面保存光ファイバ２６を伝播していく。
【００４０】
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である信号光は第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の制御光信号及び第２の制御光信号は、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。
【００４１】
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、信号光の有する波長帯域に比べて十分広く、かつ、制御光信号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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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や第３偏波分離合成モジュール５０においても同様である。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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偏波面保存光ファイバ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。
【００５４】
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偏波面保存光ファイバ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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
第１及び第２の制御光信号はそれぞれ、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。
【００５８】
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の光損失を最小限にするために、第１の制御光信号が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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
第１の制御光信号は、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。
【００６２】
一方、第２の制御光信号は、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、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。
【００６３】
上述したように、第１及び第２の制御光信号は、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、動作の項で後述する二つの信号光の成分（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中を伝播していく。
【００６４】
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から入力された信号光を、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、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。
【００６５】
第３光バンドパスフィルタ３８は、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。
【００６６】
第２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。
【００６７】
（Ａ−２）実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する実施形態の光多値変調信号発生装置１の動作を説明する。
【００６８】
波長λｓの被制御光である信号光が、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、信号光は、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。パルス時間間隔は、所望とするＱＰＳＫ信号のデータビットレートの逆数の２倍と一致する。すなわち、１０ギガビット毎秒のデータレートのＱＰＳＫ光信号を最終的に所望する場合、光パルス列である信号光のパルス時間間隔は２００ピコ秒であり、繰り返し周波数で言えば５ギガヘルツである。
【００６９】
第１偏波分離合成モジュール１０の第１入出力端１０−１に到達する信号光は、ｐ偏波成分に平行な直線偏波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。その結果、信号光は、第１偏波分離合成モジュール１０の第２入出力端１０−２から直線偏波として出力される。その後、信号光は、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。
【００７０】
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、７６は、上述したように、第１偏波面変換部１４に１／２波長板１１４が挿入されているとした場合（図４（Ｂ）参照）、以下のように調整されている。
【００７１】
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）。
【００７２】
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に結合された信号光の偏波方向は、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、信号光は、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、信号光は、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信号光の成分は、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信号光の成分は、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。
【００７３】
上述したように、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の互いのファイバ端面を、互いのｓｌｏｗ軸方向が相対的に４５°だけ回転した状態で融着接続することでも、これらのことは代用できる。このような融着接続を用いた場合、１／２波長板１１４は不要である。またこのとき、上述の場合と同様に、第２偏波面保存光ファイバ１６に結合される信号光の偏波方向は、第２偏波面保存光ファイバ１６のｓｌｏｗ軸と４５°だけ傾いた方向となる（図６（Ａ））。その後、信号光は、上述の場合と同様に、第２偏波面保存光ファイバ１６中を、そのｓｌｏｗ軸方向に平行な直線偏波成分と、そのｆａｓｔ軸方向に平行な直線偏波成分とに分かれて伝播し、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。
【００７４】
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軸と平行な信号光の直線偏波光成分をＳ１成分、そのｆａｓｔ軸方向に平行な信号光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、直線偏波光である信号光の偏波方向が、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。
【００７５】
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）〜（Ｅ）に例示するようなベクトル表記を用いることとする。
【００７６】
すなわち、信号光が、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を伝播する信号光は、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。この信号光は、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。
【００７７】
信号光の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。
【００７８】
第１及び第２の制御光信号は、波長がλｐ、データビットレートが所望するＱＰＳＫ信号のデータビットレートの半分であるＯＯＫ若しくはＡＳＫ光信号であるとする。例えば、１０ギガビット毎秒のデータレートのＱＰＳＫ光信号を最終的に所望する場合であれば、第１及び第２の制御光信号は、ビットレートが５ギガビット毎秒のＯＯＫ若しくはＡＳＫ光信号である。
【００７９】
第１の制御光信号は、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の制御光信号としてはｐ偏波方向に偏波した直線偏波光とすることが望ましい。それを実現するためには、入力用光ファイバ３１を偏波面保存光ファイバとするのが望ましい。あるいは、第１の制御光信号が、第３偏波分離合成モジュール５０の第１入出力端５０−１に至る光経路（入力用光ファイバ３１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、偏波状態をｐ偏波状態になるように調整するようにしても良い。
【００８０】
また、第１の制御光信号が有する一つの光パルス信号が、第３偏波面保存光ファイバ２２に入力されるときに、信号光のＳ１成分が有する一つの光パルスと時間的に一致するように、第１の制御光信号若しくは信号光の遅延時間が調整されて入力される。あるいはまた、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、群速度分散による第１の制御光信号と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、第１の制御光信号の光パルス位置と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。
【００８１】
一方、第２の制御光信号は、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の制御光信号としては、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。それを実現するためには、入力用光ファイバ３３を偏波面保存光ファイバとするのが望ましい。あるいは、第２の制御光信号が、第３偏波分離合成モジュール５０の第３入出力端５０−３に至る光経路（入力用光ファイバ３３を含む）のいずれかに、偏波面コントローラを挿入して、偏波状態をｓ偏波状態になるように調整するようにしても良い。
【００８２】
また、第２の制御光信号が有する一つの光パルス信号が、第３偏波面保存光ファイバ２２に入力されるときに、信号光のＳ２成分が有する一つの光パルスと時間的に一致するように、第２の制御光信号若しくは信号光の遅延時間が調整されて入力される。あるいはまた、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、群速度分散による第２の制御光信号と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、第２の制御光信号の光パルス位置と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。
【００８３】
第１及び第２の制御光信号は、その後、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、合波出力においては第１及び第２の制御光信号は、それぞれが直線偏波の状態で、かつ、互いに偏波直交した状態で出力される。
【００８４】
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。その後、これら二つの制御光信号は、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。
【００８５】
そして、第１の制御光信号は、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。
【００８６】
一方、第２の制御光信号は、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へ出力され、その後、第４偏波面保存光ファイバ２６、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。
【００８７】
すなわち、第１及び第２の制御光信号は、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、第１及び第２の制御光信号は共に、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、二つの信号光（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の制御光信号と信号光の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の制御光信号と信号光の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の制御光信号及び信号光の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の制御光信号及び信号光の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。
【００８８】
次に、具体的な変調動作を説明する。
【００８９】
ここで、便宜のために、所望とする位相変調光信号が、信号「０」が光位相「０」、信号「１」が光位相「π」に対応する位相変調信号として、以下説明する。また、便宜のために、ＡＳＫ光信号である制御光信号が、信号「１」に対応するピーク強度が１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、消光比が無限大の振幅変調信号であるとする。このような振幅変調信号はＯＯＫ信号と呼ばれることもある。制御光信号が「０」である場合、信号光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」の位相変調信号であるとする。
【００９０】
まず始めに、第１及び第２の制御光信号の入力がない場合を考える。あるいは、第１及び第２の制御光信号が「０」であり、信号光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。
【００９１】
第１偏波面変換部１４から出力された信号光の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、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。
【００９２】
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、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。
【００９３】
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を通過した後、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端に到達する。
【００９４】
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。
【００９５】
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を通過した後、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端に到達する。
【００９６】
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。
【００９７】
ｎｆＬ２＋ｎｆＬ４＋ｎｓＬ３＋ｎｓＬ２      …（２）
で与えられる。
【００９８】
（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）及び図６（Ｄ）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。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。
【００９９】
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。
【０１００】
次に、第１及び第２の制御光信号が信号「１」である場合を考える。この場合、信号光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。
【０１０１】
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、信号光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、信号光のＳ１成分に対しては、同一方向に伝播する第１の制御光信号からの寄与と、逆行する第２の制御光信号からの寄与が存在する。一方、信号光のＳ２成分に対しては、同一方向に伝播する第２の制御光信号からの寄与と、逆行する第１の制御光信号からの寄与が存在する。
【０１０２】
第１及び第２の制御光信号の信号「１」のピーク強度を、それによってそれぞれ同一方向に伝播するＳ１成分、Ｓ２成分に対する相互位相変調による位相シフトの総量がπであるように設定する。
【０１０３】
光カー効果を生じさせる第３偏波面保存光ファイバ２２が長手方向に対称な構造を有するとする。また、第１及び第２の制御光信号が同じデューティ比、同じ波長、同じマーク率の光信号であるとする。なお、このようなことは、本発明を適用する多くの実現例の中で、最も多く使われる実現例の条件に該当すると考えられる。
【０１０４】
上述のような場合、πシフトに必要な第１及び第２の制御光信号の信号「１」のピーク強度は同一であるだけでなく、第１及び第２の制御光信号の平均強度も同一である。
【０１０５】
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、それぞれの信号光の光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。
【０１０６】
「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
すなわち、上述したように、第１及び第２の制御光信号が同じデューティ比、同じ波長、同じマーク率の光信号であり、また、第３偏波面保存光ファイバ２２のファイバ長が十分長いような、実際上のアプリケーションで多く生じるような状況においては、Ｓ１成分、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位相シフトは、同量である。また、この位相シフトは、Ｓ１成分、Ｓ２成分を構成する個々の光パルスに対して、制御光信号の信号が「１」か「０」かに拘わらず常に同量だけ与えられる。
【０１０７】
従って、逆行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、上記で想定したような状況下においては、Ｓ１成分、Ｓ２成分を構成する個々の光パルスに対して、全く同量だけ与えられるので、これを位相シフトとして考慮する必要がない。すなわち、相互位相変調による位相シフトは、同一方向に伝播する制御光信号（Ｓ１成分の場合には第１の制御光信号、Ｓ２成分の場合には第２の制御光信号）からの寄与のみを考慮すれば良い。
【０１０８】
なお、第１及び第２の制御光信号が同じデューティ比、同じ波長、同じマーク率の光信号ではなく、従って、逆行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がＳ１成分及びＳ２成分に対して同量でないような場合においても、後述する光位相バイアス回路４０において付与する光位相バイアス量を適宜調整することで、その効果を相殺することができる。
【０１０９】
Ｓ１成分及びＳ２成分のそれぞれに対して、それらと同一方向に伝播する第１及び第２の制御光信号によって、π位相シフトが与えられた場合の、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成分及びＳ２成分のベクトル表現は、図６（Ｃ）、図６（Ｅ）に示されるようになる。すなわち、位相が反転するために、Ｓ１成分は左向きの矢印、Ｓ２成分は下向きの矢印として表される。
【０１１０】
これらのＳ１成分及びＳ２成分が再び、第１偏波面変換部１４を通過した後、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、Ｓ１成分は右斜め４５°方向の下向きの矢印、Ｓ２成分は左斜め４５°方向の下向きの矢印として表される。
【０１１１】
第１偏波面変換部１４を通過し、第１偏波面保存光ファイバ１２の右端に再度結合された信号光（Ｓ１成分及びＳ２成分）は、第１偏波分離合成モジュール１０の第２入出力端１０−２に入力され、そのｓ偏波成分のみが、第３入出力端１０−３に出力される。
【０１１２】
第１偏波分離合成モジュール１０の第２入出力端１０−２に入力されるｓ偏波成分とは、図６（Ａ）〜（Ｅ）に示す第１偏波面保存光ファイバ１２の右端７４の端面図において、そのｆａｓｔ軸と平行な偏波成分を意味する。
【０１１３】
図７は、第１偏波面保存光ファイバ１２の右端の端面図と、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３に出力される偏波方向、並びに、第１偏波面保存光ファイバ１２の右端に到達した信号光のＳ１、Ｓ２成分の偏波状態の関係を模式的に示した説明図である。
【０１１４】
Ｓ１成分に着目すると、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３に出力されるＳ１成分の光位相は、第１の制御光信号の信号「１」、「０」に応じて反転する（位相がπ変化する）ことが分かる。すなわち、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３からは、Ｓ１成分が、ＯＯＫ信号である第１の制御光信号の強度パターンで位相変調された、ＢＰＳＫ信号が発生していることが分かる。
【０１１５】
Ｓ２成分についても同様で、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３からは、Ｓ２成分が、ＯＯＫ信号である第２の制御光信号の強度パターンで位相変調された、ＢＰＳＫ信号が発生していることが分かる。
【０１１６】
すなわち、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３からは、第１の制御光信号の強度パターンで位相変調されたＢＰＳＫ信号と、第２の制御光信号の強度パターンで位相変調されたＢＰＳＫ信号の二つのＢＰＳＫ信号が同じ偏波方向で出力される。
【０１１７】
次に、これら二つのＢＰＳＫ信号間の位相差を考える。
【０１１８】
先に詳細に述べた理由によって、第１偏波面変換部１４を通過し、第１偏波面保存光ファイバ１２の右端に再度結合された状態でのＳ１成分及びＳ２成分間には、制御光信号による相互位相変調によって生じたπの光位相差しか生じない。これらが、第１偏波面保存光ファイバ１２を通過し、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、第３入出力端１０−３に出力されるまでに生じる位相変化は、結果として、第１偏波面保存光ファイバ１２をそのｆａｓｔ軸に平行な直線偏波として伝播したときの光学長による位相変化であり、これは常に同量である。すなわち、この経路で二つのＢＰＳＫ信号間に位相差を生じさせることができない。
【０１１９】
すなわち、二つのＢＰＳＫ信号間に位相差が生じ得ない。この状態で生じるのは、位相（０、π）と位相（０、π）を組み合わせた４値の多値変調信号である。
【０１２０】
ＱＰＳＫ信号化するには、二つのＢＰＳＫ信号間にπ／２の位相差を与える必要がある。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の中途に、図２に示すような光位相バイアス回路４０を挿入することで、これら二つのＢＰＳＫ信号間にπ／２の位相差を与えることができる。
【０１２１】
図２を参照して、Ｓ１成分及びＳ２成分間にπ／２の位相差を与える動作を説明する。ここでは、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。
【０１２２】
まず、Ｓ１成分は、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光として出力され、光位相バイアス回路４０に結合される。光位相バイアス回路４０において、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１／４波長板２８２を配置されている。Ｓ１成分は、１／４波長板２８２を、そのＹ軸と平行な直線偏波光として通過した後、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。
【０１２３】
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光として出力され、光位相バイアス回路４０に結合される。光位相バイアス回路４０において、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、１／４波長板２８２のＸ軸方向と一致する。従って、Ｓ２成分は、１／４波長板２８２を、そのＸ軸と平行な直線偏波光として通過する。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、−４５°だけ偏波回転される。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。
【０１２４】
すなわち、Ｓ１成分及びＳ２成分は、光位相バイアス回路４０の挿入にも拘わらず、当該箇所以外は、上述したのと同じ偏波状態で、各光経路を通過していく。すなわち、光位相バイアス回路４０挿入箇所以外での信号光のＳ１成分、Ｓ２成分の光位相の変化や偏波方向の変化の様相に変化はない。
【０１２５】
一方、光位相バイアス回路４０の挿入によって、Ｓ１成分及びＳ２成分は、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１／４波長板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、Ｓ１成分及びＳ２成分間に、複屈折媒体である１／４波長板２８２の有する複屈折に基づく光位相差が生じる。
【０１２６】
ここで、複屈折媒体が１／４波長板２８２であるために、その光位相差をπ／２とすることができる。
【０１２７】
従って、光位相バイアス回路４０を挿入することにより、結果的に、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３に出力されるときの信号光のＳ１成分及びＳ２成分間にπ／２の位相差を付与して出力させることができる。その結果、出力される二つのＢＰＳＫ信号間の位相組み合わせを、位相｛０、π｝と位相｛π／２、３π／２｝との組み合わせとすることができ、すなわち、ＱＰＳＫ信号化することができる。
【０１２８】
第３偏波面保存光ファイバ２２を通過した後の第１の制御光信号は、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、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。一方、第３偏波面保存光ファイバ２２を通過した後の第２の制御光信号は、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。
【０１２９】
その後、第１及び第２の制御光信号は、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ある場合、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について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。
【０１３０】
また、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偏波面保存光ファイバ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、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５偏波面保存光ファイバ５２の途中に光アイソレータ６０を挿入して、このような逆行する制御光信号をカットするのが好適である。
【０１３１】
一方、ＱＰＳＫ信号化された光信号は、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、所望とされるＱＰＳＫ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信号の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ＱＰＳＫ光信号として実用に供することができる。
【０１３２】
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から出力される。
【０１３３】
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の信号光の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、最終的に所望とされるＱＰＳＫ光信号が出力される。
【０１３４】
また、この光多値変調信号発生装置１においては、出力用光ファイバ２９から出力される、所望する多値変調光信号（ＱＰＳＫ光信号）とは論理反転した多値変調光信号が、入力用光ファイバ３２−２から、信号光と逆行して伝播する形で出力される。この論理反転信号を、所望する正論理多情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。
【０１３５】
この場合において、入力用光ファイバ３２−２の信号光入力端に、光サーキュレータ３０を接続する。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に入力される信号光は、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。論理反転した多値変調光信号は、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、光サーキュレータ３０を経由して光ファイバ３７から出力される。所望する正論理多値変調光信号の場合と同様に、制御光信号除去用の第３光バンドパスフィルタ３８を透過する信号光の波長成分のみを、論理反転した多値変調光信号として、出力用光ファイバ３９を介して出力させる。
【０１３６】
（Ａ−３）実施形態の効果
上記実施形態によれば、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ＱＰＳＫ光信号を発生することができる。
【０１３７】
また、装置を構成する主要素である偏波面保存光ファイバの複屈折は、（１）式、（２）式に示すように、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光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や非特許文献２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構成が可能となる。
【０１３８】
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で生じる偏波クロクトーク成分は、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で生じる偏波クロクトーク成分が、所望するＱＰＳＫ光信号に混在して出力されることはない。
【０１３９】
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することができる。
【０１４０】
以上のことから、偏波面保存光ファイバ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装置を提供することができる。
【０１４１】
また、出力用光ファイバ２９から出力される所望する多値変調光信号（ＱＰＳＫ光信号）とは論理反転した多値変調光信号を、所望する正論理多情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。
【０１４２】
上述した実施形態による効果を要約すると、以下の通りである。
【０１４３】
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ＱＰＳＫ光信号を発生することができる全光型多値変調光信号発生装置を提供することができる。その際、複雑かつ高精度な光路長調整が不要である。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ができる。
【０１４４】
（Ｂ）他の実施形態
上記実施形態では、光位相（０、π）で変調されたＢＰＳＫ信号と、光位相（π／２、３π／２）で変調されたＢＰＳＫ信号の合波による、光位相（０、π／２、π、３π／２）の４値ＱＰＳＫ信号を発生するものを示したが、本発明で実現できる光信号の信号フォーマットは上記に限定されない。例えば、第２の制御光信号の信号「１」のピーク強度を、相互位相変調効果による位相シフトがπ／３となるように調整すれば、光位相（０、π／３、２π／３、π）の４値ＰＳＫ信号の発生も可能となる。この際、Ｓ１成分とＳ２成分に対する逆行制御光信号による位相シフトに違いは生じるが、これを加味して、光位相バイアス回路４０で生じさせる光位相差の調整をすれば良い。その際、光位相バイアス回路４０に内在させる複屈折媒体として、バビネソレイユ補償板のような、光位相差可変の媒体を用いれば、様々な多値変調フォーマットにフレキシブルに対処できる装置の提供が可能となる。
【０１４５】
上記実施形態では、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。制御光信号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。
【０１４６】
また、第１の制御光信号と第２の制御光信号は、その波長が同一波長（λｐ）であるものと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の制御光信号と第２の制御光信号の波長を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、本発明の効果を奏することができる。
【０１４７】
また、第１光バンドパスフィルタ５１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。
【符号の説明】
【０１４８】
１…光多値変調信号発生装置、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、４０…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。
【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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