JP2010072076A - 光多値変調信号発生装置 - Google Patents

Abstract

【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の制御光信号に応じ、それぞれ、第１成分、第２成分の光位相を変化させる２つの光位相変調部が設けられている。また、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、光路上のいずれかの位置に設けられている。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

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

以上のようなＱＰＳＫ光信号を発生するＱＰＳＫ光信号発生装置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。

非特許文献１においては、ＬｉＮｂＯ_３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ＬｉＮｂＯ_３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ＬｉＮｂＯ_３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。

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。

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。

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。

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。

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°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。

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。

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°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°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。

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。

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。
Ｔ．Ｋａｗａｎｉｓｈｉ ｅｔ ａｌ．，"８０Ｇｂ／ｓ ＤＱＰＳＫ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ"，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ＯＦＣ ２００７，ｐａｐｅｒ ＯＷＨ５，２００７ 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

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。

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、その光信号が経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。

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。

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。

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。

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２成分分割部と、（３）上記閉ループ光路へ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部へ入力する閉ループ入出力部と、（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、上記信号光とは異なる波長を有する直線偏波の第１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成分光位相変調部と、（５）信号の「０」及び「１」の並びに応じた強度パターンを有する、上記第１の制御光信号と同じ波長を有する直線偏波の第２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成分光位相変調部と、（６）上記閉ループ入出力部へ向かう信号光と、上記閉ループ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、（７）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、（８）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から出力された、戻り光の上記第１成分及び第２成分の組、若しくは、戻り光の上記第１成分及び第２成分の少なくとも一方の所定の光学操作を施した後の上記第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ことを特徴とする。

ここで、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（例えば、実施形態での第３偏波面保存光ファイバが該当する）を含むと共に、上記位相シフト用非線形光ファイバに上記第１の制御光信号を挿入する第１光カプラ、と、上記位相シフト用非線形光ファイバに上記第１の制御光信号を挿入する第２光カプラとを有し、上記位相シフト用非線形光ファイバと上記第１光カプラとで上記第１成分光位相変調部を構成すると共に、上記位相シフト用非線形光ファイバと上記第２光カプラとで上記第２成分光位相変調部を構成することが好ましい。

また、閉ループ入出力部は、偏光ビームスプリッタ又は偏光プリズムでなる、上記２成分分割部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が好ましい。

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。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による光多値変調信号発生装置の第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。

（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。

第１の実施形態に係る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２偏波分離合成モジュール１８と、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と、第１偏波面変換部１４と、第３偏波面保存光ファイバ２２と、第４偏波面保存光ファイバ２６と、第２偏波面変換部２４と、第１光位相バイアス回路４０とを具える。

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とを具えている。なお、各図において、「入出力端」を「ポート」と表現していることもある。

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に対向する側に偏波クロストーク成分を出力する第４入出力端１８−４を具えている。

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。

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。

また、第３偏波面保存光ファイバ２２は、波長λｐの制御光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を生じさせる、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。第３偏波面保存光ファイバ２２は、第１の制御光入力ポート３１を有する第１光カプラ２０と、第２の制御光入力ポート３３を有する第２光カプラ２１とを具えている。第１光カプラ２０を介して、第１の制御光信号が第３偏波面保存光ファイバ２２に入力される。また、第２光カプラ２１を介して、第２の制御光信号が第３偏波面保存光ファイバ２２に入力される。その際、第１の制御光信号と第２の制御光信号とは、第３偏波面保存光ファイバ２２中を互いに逆行して伝播するように、第１光カプラ２０及び第２光カプラ２１の接続方法が設定されている。

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。

第３偏波面保存光ファイバ２２に具えられた第１光カプラ２０及び第２光カプラ２１もまた、偏波面保存型の光カプラを用いることが望ましい。直線偏波（直線偏光）である第１の制御光信号は、第１光カプラ２０を介して、第３偏波面保存光ファイバ２２に導入され、第３偏波面保存光ファイバ２２、第４偏波面保存光ファイバ２６、第２偏波分離合成モジュール１８の順に経由する形で、第３偏波面保存光ファイバ２２、第４偏波面保存光ファイバ２６などを伝播していく。また、同様に直線偏波である第２の制御光信号は、第２光カプラ２１を介して、第３偏波面保存光ファイバ２２に導入され、第３偏波面保存光ファイバ２２、第２偏波分離合成モジュール１８の順に経由する形で、すなわち、第１の制御光信号とは逆行する形で、第３偏波面保存光ファイバ２２、第２偏波分離合成モジュール１８などを伝播していく。

また、直線偏波である第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ものとする。また、それはともに、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、後述する二つの信号光（Ｓ１成分、Ｓ２成分）の偏波方向とも合致している。例えば、後述する二つの信号光（Ｓ１成分、Ｓ２成分）の偏波方向は共に、第３偏波面保存光ファイバ２２のｓｌｏｗ軸に平行であり、そのような偏波面を有する後述する二つの信号光（Ｓ１成分、Ｓ２成分）が、直線偏波として第３偏波面保存光ファイバ２２中を伝播していく。

第１〜第４偏波面保存光ファイバ１２、１６、２２、２６や、第１、第２光カプラ２０、２１に利用して好適な偏波面保存光ファイバとしては、パンダ型光ファイバが代表的である。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。

図２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。

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ＳｉＯ_２、コア１４２はＧｅＯ_２がドープされたＳｉＯ_２で形成され、応力付与部１４４はＢ_２Ｏ_３がドープされたＳｉＯ_２から形成される。

このように形成することによって、図２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。

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２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。

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。

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においても同様である。

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。なお、この第１の実施形態の場合、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ｓ偏波成分が入力されることはない。

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。あるいはまた、上記の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たものであっても良い。

また、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の各入出力端と、それと結合する第１〜第４偏波面保存光ファイバ１２、１６、２２、２６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。但し、第１の実施形態及び後述する各実施形態は、この結合形態には限定されず、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良く、後述する各実施形態の効果を発揮させることができる。

第１偏波面保存光ファイバ１２における、第１偏波分離合成モジュール１０と接続されていない側の他端と、第２偏波面保存光ファイバ１６における、第２偏波分離合成モジュール１８と接続されていない側の他端とは、第１偏波面変換部１４を介して接続される。第１偏波面変換部１４は、入力された直線偏波に対して、その偏波方向が４５°回転された直線偏波を出力させるものである。

図３は、第１偏波面変換部１４の構成例を示す説明図であり、図３では２例を示している。

第１偏波面変換部１４は、例えば、図３（Ａ）に示すように、第１偏波面保存光ファイバ１２及び第２偏波面保存光ファイバ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°回転される形で融着接続して実現できる。

また例えば、第１偏波面変換部１４は、図３（Ｂ）に示すように、第１偏波面保存光ファイバ１２及び第２偏波面保存光ファイバ１６の互いのｓｌｏｗ軸同士が一致するようにし、その代わりに、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°回転される形になるように配置することで実現できる。以下では、便宜上、第１偏波面変換部１４は、図３（Ｂ）に示すような１／２波長板１１４を利用したものとして説明する。

また、第３偏波面保存光ファイバ２２における、第２偏波分離合成モジュール１８と接続されていない側の他端と、第４偏波面保存光ファイバ２６における、第２偏波分離合成モジュール１８と接続されていない側の他端とは、上述したように、第２偏波面変換部２４を介して接続される。第２偏波面変換部２４は、入力された直線偏波に対して、その偏波方向が９０°回転された直線偏波を出力させるものである。このような第２偏波面変換部２４は、例えば、図４に示すように、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°回転される形で融着接続されることで実現できる、言い換えれば、一方のｓｌｏｗ軸と他方のｆａｓｔ軸が平行になるように融着接続することで実現することができる。また例えば、第２偏波面変換部２４は、図示は省略するが、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し、その代わりに、接合部に、その光軸方向が互いのｓｌｏｗ軸から４５°回転された１／２波長板を挿入することで実現するようにしても良い。

ここで、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、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、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。

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は、光ファイバではなく、空間光学系の経路とするようにしても良く、このようにしても同様な効果を得ることができる。

また、第３偏波面保存光ファイバ２２に具えられた第１光カプラ２０や第２光カプラ２１としては、光分岐比が１：１に設計されたいわゆる３ｄＢ光カプラや、それぞれ波長の異なる制御光及び信号光を合波・分離するべく設計されたＷＤＭカプラを用いることができる。

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の中途の任意の場所に挿入される（図１では、第４偏波面保存光ファイバ２６の中途に挿入されている場合を示している）。図５は、第１光位相バイアス回路４０の構成例を示す説明図である。

第１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を有する第１の１／４波長板２８２を有する。図５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ものではない。第１の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。

今、図中右側の第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、第１光位相バイアス回路４０に入射されたとする（図５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５では、Ｙ軸）と一致するように、第１の１／４波長板２８２が配置されている。この光は、第１の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。

一方、図中左側の第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、第１光位相バイアス回路４０に入射されたとする（図５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、第１の１／４波長板２８２のＸ軸方向と一致する。この光は、第１の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。

第１の実施形態の光多値変調信号発生装置１は、以上の構成を有するが、この光多値変調信号発生装置１の周辺構成要素として、第１光サーキュレータ３０、２つの光バンドパスフィルタ２８及び３８が設けられている。

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、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。

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。

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。

後述する動作説明で明らかにするように、光バンドパスフィルタ２８からの出力光はＱＰＳＫ光信号であり、光バンドパスフィルタ３８からの出力光はＱＰＳＫ光信号の論理反転信号である。

（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の実施形態に係る光多値変調信号発生装置１の動作を説明する。

波長λｓの被制御光である信号光が入力用光ファイバ３２−１に入力され、第１光サーキュレータ３０及び入力用光ファイバ３２−２を経由して、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、１０Ｇｂｉｔ／ｓ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（ｐｓ）、繰り返し周波数にして５ギガヘルツ（ＧＨｚ）である。

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。

第１偏波面変換部１４への入出力端となる、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、上述のように、また、図３（Ｂ）に示したように、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、以下のように調整されている。すなわち、互いのｓｌｏｗ軸方向が一致するように調整されている。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及び第２偏波面保存光ファイバ１６のｓｌｏｗ軸から、２２．５°だけ傾けられている。

図１中左側の経路から第１偏波面変換部１４へ入力され、第１偏波面変換部１４から出力されて第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、図６（Ａ）に示すように、第２偏波面保存光ファイバ１６のｓｌｏｗ軸と４５°だけ傾いた直線偏波となる。

上述したように、また、図３（Ａ）に示したように、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°回転した状態で融着接続することで、第１偏波面変換部１４を構成させても良い。このような融着接続を用いた場合には１／２波長板１１４は不要である。またこのときも、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°だけ傾いた直線偏波となる（図６（Ａ））。

第１偏波面変換部１４として図３に示す２つの構成例のいずれを適用した場合でも、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成分（以下、Ｓ１成分と呼ぶ）と、そのｆａｓｔ軸方向に平行な直線偏波成分（以下、Ｓ２成分と呼ぶ）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。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、直線偏波た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。

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）に示すようなベクトル表記を用いることとする。

例えば、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で、これを図中上向きの矢印で表している。この信号光が、第１偏波面変換部１４から第２偏波面保存光ファイバ１６へ入力されるとき、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、このとき図中上向きの矢印、Ｓ２成分は、図中右向きの矢印として表される。Ｓ１成分及びＳ２成分の振幅（ベクトルの大きさ）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ていない。

このような信号光（のＳ１成分及びＳ２成分）が第２偏波分離合成モジュール１８の第１入出力端１８−１に入力されると、第２偏波分離合成モジュール１８において、Ｓ１成分及びＳ２成分が分岐され、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。

ここで、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とする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。すなわち、１０Ｇｂｉｔ／ｓのデータレートのＱＰＳＫ光信号を最終的に所望する場合、第１及び第２の制御光信号は、ビットレートが５Ｇｂｉｔ／ｓのＯＯＫ若しくはＡＳＫ光信号である。

第１の制御光信号は、制御光入力ポート３１から当該光多値変調信号発生装置１に入力され、第１光カプラ２０を経由して、第３偏波面保存光ファイバ２２のｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波になるように、その偏波面が調整されて入力される。また、第１の制御光信号におけ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成分におけ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タイミングが調整されて入力される。但し、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Ｓ１成分）の光パルス位置に若干のオフセットを与えて入力するようにしても良い。

一方、第２の制御光信号は、制御光入力ポート３３から当該光多値変調信号発生装置１に入力され、第２光カプラ２１を経由して、第３偏波面保存光ファイバ２２のｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波になるように、その偏波面が調整されて入力される。また、第２の制御光信号におけ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成分におけ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タイミングが調整されて入力される。但し、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Ｓ２成分）の光パルス位置に若干のオフセットを与えて入力するようにしても良い。

以下では、便宜のために、所望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」に対応付けられた位相変調光信号であるとして説明する。

また同様に、便宜のために、ＡＳＫ光信号である第１又は第２の制御光信号が、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して説明する。このような振幅変調信号（ＡＳＫ光信号）は、ＯＯＫ信号と呼ばれることもある。

第１又は第２の制御光信号が「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。

まずはじめに、第１及び第２の制御光信号の入力がない場合を考える。あるいはまた、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、第１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。

第１偏波面変換部１４から出力された信号光のＳ１成分は、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１光位相バイアス回路４０が設けられた第４偏波面保存光ファイバ２６と、第２偏波分離合成モジュール１８とで構成される閉ループを巡回した後、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。また、第１偏波面変換部１４から出力された信号光のＳ２成分は、第２偏波分離合成モジュール１８と、第１光位相バイアス回路４０が設けられた第４偏波面保存光ファイバ２６と、第２偏波面変換部２４と、第３偏波面保存光ファイバ２２と、第２偏波分離合成モジュール１８とで構成される閉ループを巡回した後、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。

ここで、第１偏波面変換部１４から出力された信号光のＳ１成分が、上述した光路を介して第１偏波面変換部１４に戻ってくるまでの光路長と、第１偏波面変換部１４から出力された信号光のＳ２成分が、上述した光路を介して第１偏波面変換部１４に戻ってくるまでの光路長と考える。この光路長の始点及び終点は、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端、すなわち図６に示す端面７６である。ここで、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り、屈折率が異なる光学媒体が縦続接続されている場合には、各光学媒体毎の光路長の総和である。

Ｓ１成分は、まず第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、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を経由した後、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、その左端に再度到達する。

従って、このとき、Ｓ１成分の経過する全光路長は、（１）式に示すようになる。（１）式においては、各偏波面保存光ファイバのｓｌｏｗ軸の屈折率をｎ_ｓ、ｆａｓｔ軸の屈折率をｎ_ｆで表している。

ｎ_ｓＬ２＋ｎ_ｓＬ３＋ｎ_ｆＬ４＋ｎ_ｆＬ２ …（１）
一方、Ｓ２成分は、まず第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、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を経由した後、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、その左端に再度到達する。

従って、Ｓ２成分の経過する全光路長は、（２）式に示すようになる。

ｎ_ｆＬ２＋ｎ_ｆＬ４＋ｎ_ｓＬ３＋ｎ_ｓＬ２ …（２）
（１）式及び（２）式から、Ｓ１成分及びＳ２成分は閉ループの巡回方向は逆ではあるが、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端より入力され、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、若しくはともに「０」信号である場合、Ｓ１成分、Ｓ２成分の間には、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、再度到達したＳ１成分の偏波方向はｆａｓｔ軸に平行となり、Ｓ２成分の偏波方向はｓｌｏｗ軸に平行となるため、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、互いに偏波方向を入れ替えた状態となる。以上のように、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。

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軸方向から見て、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、図６（Ｂ）及び図６（Ｄ）に示すように、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。

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。

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。

ここで、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成分又は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。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が長手方向に対称な構造を有するとする。さらに、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るとする（このようなことが、実際上、最も多く適用されると考えられる）。

このような場合、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り、また、第１及び第２の制御光信号の平均強度も同一である。

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、参考文献１などで明らかにされている。

参考文献１：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の場合が生じるような状況においては、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位相シフトは、同量である。また、この位相シフトは、Ｓ１成分及びＳ２成分を構成する個々の光パルス信号に対して、制御光信号の「１」、「０」にかかわらず常に同量だけ与えられる。

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、上述した想定状況下においては、Ｓ１成分及びＳ２成分を構成する個々の光パルス信号に対して、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、第１の制御光信号であり、Ｓ２成分の場合、第２の制御光信号）からの寄与のみを考慮すれば良い。

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、後述する第１光位相バイアス回路４０において与える光位相バイアス量を適宜調整することで、その位相シフトの効果の相違を相殺することができる。

Ｓ１成分及びＳ２成分それぞれに対して、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）及び図６（Ｅ）に示すようになる。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。

これらのＳ１成分及びＳ２成分が、再び、第１偏波面変換部１４を逆方向に通過した後、第１偏波面保存光ファイバ１２の右端に再度結合したときには、Ｓ１成分及びＳ２成分はそれぞれ、図６（Ｃ）及び図６（Ｅ）に示すように、右斜め４５°方向の下向きの矢印、左斜め４５°方向の下向きの矢印として表される。

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に入力される。その後、信号光のｓ偏波成分のみが第３入出力端１０−３から出力される。

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の右側の端面７４において、そのｆａｓｔ軸と平行な偏波成分を意味する。

第１偏波面保存光ファイバ１２の左端の断面図と、第１偏波分離合成モジュール１０の内部から第３入出力端１０−３に出力される偏波方向と、第１偏波面保存光ファイバ１２の左端に到達した信号光のＳ１及びＳ２成分の偏波状態との関係を、図７に模式的に示している。

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「１」、「０」に応じて反転する（位相がπだけ変化する）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信号が出力されることが分かる。

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信号が出力されることが分かる。

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、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信号との二つのＢＰＳＫ信号が同じ偏波方向で出力される。

次に、これら二つのＢＰＳＫ信号間の位相差を考える。

上述した理由によって、第１偏波面変換部１４を経過し、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を経過し、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。

すなわち、二つのＢＰＳＫ信号間に位相差は生じない。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。

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５に示すような第１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。

図５を参照して、二つのＢＰＳＫ信号間にπ／２の位相差を与える動作を説明する。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。

まず、Ｓ１成分は、上述したように、図中右側の第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（入射）される。第１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を経過して、偏波方向が−４５°だけ回転される。偏波方向が−４５°だけ回転されたＳ１成分の偏波方向が、その光軸方向の一つ（図５では、Ｙ軸）と一致するように、複屈折媒体である第１の１／４波長板２８２を配置されている。Ｓ１成分は、第１の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、偏頗方向が＋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。

一方、Ｓ２成分は、上述したように、図中左側の第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を経過して、偏波方向が＋４５°だけ回転される。このとき、偏波方向が＋４５°だけ回転されたＳ２成分の偏波方向は、第１の１／４波長板２８２のＸ軸と一致する。従って、Ｓ２成分は、第１の１／４波長板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に結合され、再び第４偏波面保存光ファイバ２６を伝播していく。

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の挿入にもかかわらず、当該箇所以外は、上述したのと同じ偏波状態で、各光路を通過していく。すなわち、第１光位相バイアス回路４０挿入箇所以外での信号光のＳ１成分及び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。

一方、第１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、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、この両成分間に、複屈折媒体である第１の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。ここで、複屈折媒体が１／４波長板であるために、その光位相差をπ／２とすることができる。

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、Ｓ２成分間にπ／２の位相差を付与して出力することができる。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）とすることができ、すなわち、ＱＰＳＫ信号化することができる。

その後、このＱＰＳＫ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、光バンドパスフィルタ２８に入力される。光バンドパスフィルタ２８は、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の制御光成分を遮断する。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。

なお、第１光カプラ２０及び第２光カプラ２１としてＷＤＭフィルタを用いた場合、第１の制御光信号は、第２光カプラ２１を介して第２の制御光入力ポート３３に出力され、第２偏波分離合成モジュール１８に入力されない。また、第２の制御光信号は第１光カプラ２０を介して第１の制御光入力ポート３１に出力され、第２偏波分離合成モジュール１８に入力されない。従って、この場合、第１偏波分離合成モジュール１０の第３入出力端１０−３からは制御光信号成分が出力されないため、光バンドパスフィルタ２８が不要となり、光バンドパスフィルタ２８を省略することができる。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上述べたように、第１の実施形態においては、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。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）式及び（２）式に示されるように、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光干渉計の構成が可能となる。

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、本来所望とするＱＰＳＫ光信号に混在して出力されることはない。

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。

以上のことから、第１の実施形態においては、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。

なお、以上の説明においては、便宜上、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信号の発生を想定して説明したが、第１の実施形態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、第１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、第１光位相バイアス回路４０に内在させる複屈折媒体として、パピ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。

また、第１の実施形態の装置においては、出力用光ファイバ２９から出力される、所望とする光多値変調信号とは論理反転した光多値変調信号が、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、同時に出力される。この論理反転信号を、所望とする正論理光多値変調信号の信号品質モニタ等として使用することもできる。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、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、それぞれの入出力端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。論理反転した光多値変調信号は、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。所望とする正論理光多値変調信号の場合と同様に、制御光除去用の光バンドパスフィルタ３８を透過する信号光波長成分のみを、論理反転した光多値変調信号として、出力用光ファイバ３９を介して出力させる。

第１の実施形態の効果を要約すると、以下の通りである。すなわち、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光多値変調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できる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による光多値変調信号発生装置の第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
図８は、第２の実施形態に係る光多値変調信号発生装置の構成を示す配置図であり、第１の実施形態に係る図１との同一、対応部分には同一符号を付して示している。

図８及び図１の比較から明らかなように、第２の実施形態の光多値変調信号発生装置１Ａは、第１の実施形態の光多値変調信号発生装置１より簡素化した構成を有する。主たる構成の違いを述べれば、第１の実施形態における、第１偏波分離合成モジュール１０及び第２偏波分離合成モジュール１８、第１偏波面変換部１４及び第２偏波面変換部２４、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を省略し、新たに、出力分岐比が１：１である、偏波面保存３ｄＢカプラ２３を用いて、光カー効果を生じさせる第３偏波面保存光ファイバ２２を含んだファイバループを構成している。

偏波面保存３ｄＢカプラ２３は、４つの入出力端２３−１〜２３−４を有する２×２の３ｄＢカプラである。入出力端２３−１から入力された光（信号光）は、その偏波方向を維持しながら、光強度比１：１の割合で、入出力端２３−２及び２３−３に分岐出力される。また、入出力端２３−２又は２３−３から入力された光は、その偏波方向を維持しながら、光強度比１：１の割合で、入出力端２３−１及び２３−４に分岐出力される。

信号光入力用ファイバ３２−２は、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−１に結合されている。また、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−２は、非線形ファイバである第３偏波面保存光ファイバ２２と点２２−ａで接続される。また、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−３は、非線形ファイバである第３偏波面保存光ファイバ２２と点２２−ｂで接続される。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の中途に挿入されている。

接続点２２−ａ、２２−ｂにおいて、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−２、２３−３と、第３偏波面保存光ファイバ２２の一端及び他端とは、以下のように接続させる。すなわち、互いのｓｌｏｗ軸若しくはｆａｓｔ軸が一致するように接続する。

その他の構成は第１の実施形態とはほぼ同様であるため、ここではその説明を割愛し、動作の理解に必要な範囲のみ、必要に応じて以下で説明する。

（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、第２の実施形態に係る光多値変調信号発生装置１Ａの動作を、第１の実施形態と相違する点を中心に説明する。

第２の実施形態の光多値変調信号発生装置１Ａにおいては、第１の実施形態での信号光のＳ１成分及びＳ２成分を、偏波面保存３ｄＢカプラ２３を用いて生成する。図９を参照しながら、この動作を説明する。

まず、信号光入力用光ファイバ３２−２より、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−１に信号光を入力する。この際、信号光の偏波状態は、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−１におけるｓｌｏｗ軸方向と一致した直線偏波となるように入力する（図９（Ａ）左側）。

偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−２及び２３−３から、強度比１：１で分岐された信号光がそれぞれ出力される。それぞれの出力信号光の偏波方向は、入出力端２３−２、２３−３のｓｌｏｗ軸方向に一致した直線偏波として出力される。これらの分岐信号光がそれぞれ、接続点２２−ａ、２２−ｂを介して第３偏波面保存光ファイバ２２に入力される際、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−２、２３−３と、第３偏波面保存光ファイバ２２とは、互いのｓｌｏｗ軸及びｆａｓｔ軸が一致しているために、各分岐信号光は、第３偏波面保存光ファイバ２２のｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波として入力される（図９（Ａ）右側）。

偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−２及び２３−３から、それぞれ接続点２２−ａ、２２−ｂを介して第３偏波面保存光ファイバ２２に入力された分岐信号光はそれぞれ、第１の実施形態におけるＳ１成分、Ｓ２成分に相当する。

Ｓ１成分は、第３偏波面保存光ファイバ２２において、第１の制御光信号による位相シフトを受けた後、接続点２２−ｂに到達し、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−３に入力される。その際の偏波方向は維持されるので、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−３のｓｌｏｗ軸に平行な方向である。第１の制御光信号の「０」、「１」に応じて、光位相が「０」、「π」と変化するので、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−３に入力されたときのＳ１成分のベクトル表記は、図９（Ｂ）の右側に示すように、第１の制御光信号の「０」又は「１」に応じた上向き又は下向きの矢印で表される。

Ｓ２成分も同様に、第３偏波面保存光ファイバ２２において、第２の制御光信号による位相シフトを受けた後、接続点２２−ａに到達し、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−２に入力される。その際の偏波方向は維持されるので、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−２のｓｌｏｗ軸に平行な方向である。第２の制御光信号の「０」、「１」に応じて、光位相が「０」、「π」と変化するので、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−２に入力されたときのＳ２成分のベクトル表記は、図９（Ｃ）の右側に示すように、第２の制御光信号の「０」又は「１」に応じた上向き又は下向きの矢印で表される。

Ｓ１成分及びＳ２成分は共に、閉ループ中を第３偏波面保存光ファイバ２２のｓｌｏｗ軸に平行な偏波方向で伝播するので、その光路長は同一である。また、それぞれ逆行する制御光信号によって生じる位相シフトは、第１の実施形態と同様に同量となる。

閉ループを経由したＳ１成分及びＳ２成分は、それぞれ偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−３、２３−２に入力され、それぞれの半分の強度の分岐出力が、入出力端２３−４より出力される。入出力端２３−４より出力されるＳ１成分及びＳ２成分の偏波方向は、入出力端２３−４のｓｌｏｗ軸方向と平行であり、それぞれ、制御光信号の「０」、「１」に対応して位相が反転する（図９（Ｂ）、（Ｃ）の左側の図）。

以下、入出力端２３−４から出力されるＳ１成分及びＳ２成分の光位相を考察する。まず、上述したように、閉ループ中での光路長によって生じたり、それぞれ逆行する制御光信号によって生じたりする位相シフトは、Ｓ１成分及びＳ２成分について同量であるので、無視できる。また、２×２の３ｄＢカプラ（偏波面保存３ｄＢカプラ２３）の性質として、入出力端２３−１より入力されて、入出力端２３−２から出力される光と、入出力端２３−３から出力される光にはπ／２の位相シフトが生じる（例えば、特開２００４−３０９５４１号参照）。同様に、入出力端２３−２より入力されて入出力端２３−４から出力される光と、入出力端２３−３より入力されて入出力端２３−４から出力される光にはπ／２の位相シフトが生じる。すなわち、この偏波面保存３ｄＢカプラ２３の部分でＳ１成分とＳ２成分とには、（π／２）×２＝πの原理的な位相シフトが生じる。しかしながら、この位相差は、結果として生じる二つのＢＰＳＫ信号の一方が論理反転するだけなので、実用上問題とはならない。

結果として、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−４からは、第１の実施形態と同様に、第１及び第２の制御光信号の強度変調パターンを位相変調パターンに転化させた、二つのＢＰＳＫ信号が出力される。第１光位相バイアス回路４０を無視すれば、それらの間には相対的な光位相差がないため、第１の実施形態と同様、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。

第１の実施形態と同様に、第１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の相対位相差を与えることができ、結果として、ＱＰＳＫ光信号を発生させることができる。

（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果に加えて、以下の効果を奏することができる。すなわち、構成部品数を減少させることができるため、より低コストな装置の提供が可能となる。

（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明による光多値変調信号発生装置の第３の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

第３の実施形態に係る光多値変調信号発生装置は、第２の実施形態で生じる恐れがある問題点を改善しようとしたものであり、その構成例を図１０に示す。なお、図１０においては、第２の実施形態に係る図８との同一、対応部分には同一符号を付して示している。

第３の実施形態の光多値変調信号発生装置１Ｂは、第２の実施形態の構成に加えて、第１偏光子２５を有する。第１偏光子２５は、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−４に付加されている。ここで、第１偏光子２５が透過させる偏波方向は、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−４におけるｓｌｏｗ軸方向と平行な方向である。その他の構成は、第２の実施形態と同様であるため、その説明を割愛する。

次に、第３の実施形態における特徴的な動作を説明する。

第２の実施形態で生じる恐れがある問題点は、長尺な第３偏波面保存光ファイバ２２を用いたときに生じる偏波クロストーク成分の問題である。

偏波面保存光ファイバは、一般的には、完全な偏波保持能力を有するものではなく、その物理長が長くなるとその偏波保持能力は劣化していく。一般に、偏波保持能力の劣化は長さ１００ｍを超えてくると顕著になり、その結果、当初入力した直線偏波の入力光の偏波方向と直交した偏波方向の光出力も発現してしまう。これは偏波クロストークと呼ばれている。

第１の実施形態の動作で詳細に説明したように、本装置で用いる非線形ファイバである第３偏波面保存光ファイバ２２の長さは数十ｍ〜数ｋｍに及ぶことが想定される。偏波クロストークが生じると、本発明で用いられるような、光干渉計を元にした光変調器の変調動作の安定性が極端に劣化することが知られている（参考文献２参照）。

参考文献２：Ｓ．Ａｒａｈｉｒａ ｅｔ ａｌ．，“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
第２の実施形態において、第３偏波面保存光ファイバ２２において、Ｓ１成分及びＳ２成分の偏波クロストーク成分が生じた場合、この偏波クロストーク成分は、本来所望とする信号成分と共に偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−２、２３−３へと入力され、入出力端２３−４へ出力される。偏波クロストーク成分の光位相はランダムであるため、これらの干渉で得られる合成光波形はランダムに変動し、その結果、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−４から出力される信号光に、波形変動という動作不安定性を生じさせる。

さらにまた、偏波面保存３ｄＢカプラ２３での偏波面保存光ファイバ結合部での光軸調整が不十分であると、ここでの偏波クロストークにより、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−４から出力される信号光は、本来所望とする信号成分と偏波クロストーク成分間での干渉が生じる。偏波クロストーク成分の光位相はランダムであるため、偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−４から出力される信号光の波形変動はさらに著しくなり、その結果、さらなる動作不安定性を生じさせる。

偏波クロストーク成分は、本来所望とする信号光と偏波直交した成分であるため、偏波分離することでその影響を抑えることができる。

偏波面保存３ｄＢカプラ２３の入出力端２３−４に、第１偏光子２５を配置し、その透過偏波方向を、本来所望とする信号光成分の偏波方向と平行な、入出力端２３−４のｓｌｏｗ軸方向に合致させることにより、装置出力に含まれる偏波クロストーク成分を低減することができ、その結果、装置から出力される多値変調光信号の波形変動を抑制することが可能となる。

（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
第３の実施形態によれば、第２の実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。すなわち、長尺な第３偏波面保存光ファイバ２２を用いても、そこで生じる偏波クロストーク成分による動作不安定性の影響を抑制でき、その結果、動作安定がより高い装の提供が可能となる。

（Ｄ）第４の実施形態
次に、本発明による光多値変調信号発生装置の第４の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

（Ｄ−１）第４の実施形態の構成
図１１は、第４の実施形態に係る光多値変調信号発生装置の構成を示す配置図であり、第１の実施形態に係る図１との同一、対応部分には同一符号を付して示している。

第４の実施形態の光多値変調信号発生装置１Ｃは、第１の実施形態の光多値変調信号発生装置１に比較すると、第２光位相バイアス回路４１を、第１の実施形態における第１偏波面変換部１４に代えて挿入すると共に、第１の実施形態における第１光位相バイアス回路４０を省略している。

図１２は、第４の実施形態で適用する第２光位相バイアス回路４１の構成例を示す説明図である。

第２光位相バイアス回路４１は、直線偏波の偏波面を＋２２．５°だけ回転する第３ファラデー回転子３７８、同じく直線偏波の偏波面を＋２２．５°だけ回転する第４ファラデー回転子３８０、光軸Ｘ、Ｙを有する第２の１／４波長板３８２を有する。第２光位相バイアス回路４１は、第１偏波面保存光ファイバ１２の右端３７４と第２偏波面保存光ファイバ１６の左端３７６を接続する箇所に挿入される。

第２光位相バイアス回路４１における光軸方向、偏波方向は、下記のように設定されている。

今、図中左側の第１偏波面保存光ファイバ１２の右端３７４から、第１偏波面保存光ファイバ１２のｓｌｏｗ軸方向に平行な直線偏波が出力され、第２光位相バイアス回路４１に挿入された場合、まず、第３ファラデー回転子３７８を経由して、偏波方向が＋２２．５°だけ回転される。偏波方向が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１２では、Ｙ軸）と一致するように、第２の１／４波長板３８２が配置されている。第３ファラデー回転子３７８によって偏波方向が＋２２．５°だけ回転された直線偏波は、第２の１／４波長板３８２を、そのＹ軸と平行な直線偏波として通過した後、第４ファラデー回転子３８０に入力される。そして、第４ファラデー回転子３８０において、偏波方向が＋２２．５°だけ回転される。そして、この光は、その偏波方向が図中右側の第２偏波面保存光ファイバ１６のｓｌｏｗ軸から４５°だけ傾いた偏波方向の直線偏波として、図中右側の第２偏波面保存光ファイバ１６の左端３７６に結合され、第２偏波面保存光ファイバ１６を伝播していく。

一方、図中右側の第２偏波面保存光ファイバ１６の左端３７６から、第２偏波面保存光ファイバ１６のｆａｓｔ軸方向に平行な直線偏波が出力され、第２光位相バイアス回路４１に挿入された場合、この光は、まず、第４ファラデー回転子３８０を経過して、偏波方向が＋２２．５°だけ回転される。偏波方向が回転された直線偏波の偏波方向は、第２の１／４波長板３８２のＸ軸と一致するように、第２の１／４波長板３８２が配置されている。第４ファラデー回転子３８０によって偏波方向が＋２２．５°だけ回転された直線偏波は、第２の１／４波長板３８２を、そのＸ軸と平行な直線偏波として通過した後、第３ファラデー回転子３７８に入力される。そして、第３ファラデー回転子３７８において、偏波方向が＋２２．５°だけ回転される。そして、この光は、その偏波方向が図中左側の第１偏波面保存光ファイバ１２のｆａｓｔ軸から４５°だけ傾いた偏波方向の直線偏波として、図中左側の第１偏波面保存光ファイバ１２の右端３７４に結合され、第１偏波面保存光ファイバ１２を伝播していく。

（Ｄ−２）第４の実施形態の動作
次に、第４の実施形態における特徴的な動作を説明する。

第４の実施形態では、第１の実施形態における第１偏波面変換部１４と第１光位相バイアス回路４０との果たす役割を、一つの第２光位相バイアス回路４１でもって代行させている。それによって、必要な光部品の削減による装置作製コストの低減と、装置サイズの小型化が期待できる。

まず、第２光位相バイアス回路４１が、第１の実施形態における第１偏波面変換部１４の効果を代行できることを説明する。

今、第１の実施形態と同様に、第１偏波分離合成モジュール１０の入出力端１０−２を介して、第１偏波面保存光ファイバ１２の右端３７４から、ｓｌｏｗ軸方向に平行な直線偏波である信号光が出力されたとする。

このとき、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端３７６に結合される信号光は、上述したように、第２光位相バイアス回路４１を介したことにより、第２偏波面保存光ファイバ１６のｓｌｏｗ軸から４５°だけ傾いた偏波方向の直線偏波となる。

これは、第１の実施形態において、第１偏波面変換部１４を経過して第２偏波面保存光ファイバ１６に結合される信号光の偏波状態と同一である。すなわち、第１偏波面変換部１４に代えて、第２光位相バイアス回路４１を用いても、同じ効果が実現できる。

次に、第２光位相バイアス回路４１が、第１の実施形態における第１光位相バイアス回路４０の機能を代行できることを説明する。

第２偏波面保存光ファイバ１６の左端３７６から第２光位相バイアス回路４１へ入力される、当初の信号光と逆行する進行方向（図１２における図中右から左への進行方向）の信号光は、第１の実施形態の動作の項で説明したように、第１光位相バイアス回路４０が設けられていない場合には、二つのＢＰＳＫ信号（Ｓ１成分及びＳ２成分）となっている。ここで、第１の実施形態において説明したように、一方のＢＰＳＫ信号であるＳ１成分の偏波方向は、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端３７６において、そのｆａｓｔ軸と平行な方向である。また、他方のＢＰＳＫ信号であるＳ２成分の偏波方向は、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端３７６において、そのｓｌｏｗ軸と平行な方向である。また、第１の実施形態において説明したように、第２偏波面保存光ファイバ１６の左端３７６から出力される時点においては、これら二つのＢＰＳＫ信号（Ｓ１成分及びＳ２成分）は、制御光信号からの相互位相変調効果によって生じる位相シフト以外の光位相差を持たない。

Ｓ１成分は、第２光位相バイアス回路４１を経由し、第１偏波面保存光ファイバ１２の右端３７４に到達するまでに、図１２に示すように、偏波方向の状態（偏波面状態）を遷移させる。すなわち、第４ファラデー回転子３８０で偏波方向を＋２２．５°だけ回転させた直線偏波となり、その後、第２の１／４波長板３８２を、そのＸ軸と平行な直線偏波として通過する。次に、第３ファラデー回転子３７８において、偏波方向が＋２２．５°だけ回転される。その結果、Ｓ１成分は、第１偏波面保存光ファイバ１２のｆａｓｔ軸から４５°だけ傾いた偏波方向の直線偏波として、第１偏波面保存光ファイバ１２の右端３７４に結合されることとなる。

一方、Ｓ２成分は、第２光位相バイアス回路４１を経由し、第１偏波面保存光ファイバ１２の右端３７４に到達するまでに、図１２に示すように、偏波方向の状態（偏波面状態）を遷移させる。すなわち、ファラデー回転子３８０で偏波方向が＋２２．５°だけ回転された直線偏波となり、その後、第２の１／４波長板３８２を、そのＹ軸と平行な直線偏波として通過する。次に、第３ファラデー回転子３７８において、偏波方向が＋２２．５°だけ回転される。その結果、Ｓ２成分は、第１偏波面保存光ファイバ１２のｓｌｏｗ軸から４５°だけ傾いた偏波方向の直線偏波として、第１偏波面保存光ファイバ１２の右端３７４に結合されることとなる。

すなわち、Ｓ１成分及びＳ２成分は、第１偏波面保存光ファイバ１２に、それぞれの偏波方向が第１偏波面保存光ファイバ１２のｓｌｏｗ軸、ｆａｓｔ軸から４５°だけ傾いた直線偏波として入力されるので、それらの偏波方向は互いに直交している。これは、第１の実施形態の場合と同じである。

さらにまた、Ｓ１成分及びＳ２成分は、第２の１／４波長板３８２を、直交した光軸方向（Ｘ軸及びＹ軸）に平行な直線偏波として通過する分だけの光位相差が生じる。その光位相差は１／４波長分、すなわち、π／２である。

すなわち、第２光位相バイアス回路４１を経由して、第１偏波面保存光ファイバ１２に到達したＳ１成分及びＳ２成分の、偏波方向と光位相差とは、第１の実施形態の場合と同一である。

従って、第１の実施形態で説明したように、第１偏波分離合成モジュール１０の入出力端１０−３から、ＱＰＳＫ光信号が出力される。

（Ｄ−３）第４の実施形態の効果
第４の実施形態の効果によれば、第１の実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。すなわち、第４の実施形態では、第１の実施形態における第１偏波面変換部１４と第１光位相バイアス回路４０によって得る機能を、一つの第２光位相バイアス回路４１でもって得ることができるため、必要な光部品を削減でき、装置作製コストの低減と、装置サイズの小型化が期待できる。

（Ｅ）第５の実施形態
次に、本発明による光多値変調信号発生装置の第５の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

（Ｅ−１）第５の実施形態の構成
図１３は、第５の実施形態に係る光多値変調信号発生装置の構成を示す配置図であり、第１の実施形態に係る図１や第４の実施形態に係る図１１との同一、対応部分には同一符号を付して示している。

第５の実施形態に係る光多値変調信号発生装置１Ｄは、第１の実施形態や第４の実施形態と比較すると、以下のような点が異なっている。

第５の実施形態の光多値変調信号発生装置１Ｄにおいては、第１の実施形態や第４の実施形態における第１光位相バイアス回路４０や第２光位相バイアス回路４１を省略している。また、信号光の入力と多値変調光信号の取り出しに用いていた第１偏波分離合成モジュール１０に代えて、第２光サーキュレータ５０を適用している。

第２光サーキュレータ５０は少なくとも３つの入出力端５０−１〜５０−３を有する。入出力端５０−１から入力された直線偏波（信号光）は、その偏波方向を維持しながら、入出力端５０−２に直線偏波として出力される。また、入出力端５０−２から入力された直線偏波は、その偏波方向を維持しながら、入出力端５０−３に直線偏波として出力される。ここで、後述する理由により、このような動作は、ある一定の偏波方向の直線偏波に対して保証されるのではなく、それとは直交した偏波方向の直線偏波を含む、任意の偏波方向の直線偏波に対しても生じる必要がある。すなわち、ここで必要とされる光サーキュレータとしては、いわゆる偏波無依存型の光サーキュレータとするのが好ましい。

また、上述したように、第２光サーキュレータ５０への入出力で、その偏波状態を維持する必要がある。従って、第２光サーキュレータ５０に、光の入出力のために、その入出力端に、光ファイバピグテールを設ける必要がある場合、用いる光ファイバは、光サーキュレータへの入出力で、その偏波状態が維持されるように光学軸方向が調整されて接続された偏波面保存光ファイバとすることが好ましい。以下では、便宜上、第２光サーキュレータ５０の３つの入出力端には、偏波面保存光ファイバが接続されたものとして説明する。

第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−２に接続された偏波面保存光ファイバは、既述した実施形態の第１偏波面保存光ファイバ１２であり、第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−３に接続された偏波面保存光ファイバは、第５偏波面保存光ファイバ６０である。既述した実施形態の信号光入力用ファイバ３２−２は、第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−１に結合されている。

第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−２は、上述のように第１偏波面保存光ファイバ１２の左端が接続されるが、その接続箇所において、第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−２と、第１偏波面保存光ファイバ１２の左端は、互いのｓｌｏｗ軸同士が一致するように接続されている。

また、第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−３には、第１偏波面保存光ファイバ１２と同じ長さの第５偏波面保存光ファイバ６０の一端が接続される。その接続箇所において、第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−３と、第５偏波面保存光ファイバ６０は、互いのｓｌｏｗ軸とｆａｓｔ軸とが一致するように接続されている。すなわち、互いのｓｌｏｗ軸同士が直交するように接続されている。

第５偏波面保存光ファイバ６０のもう一方の端面には、第３の１／４波長板５２が接続されている。その接続箇所において、第５偏波面保存光ファイバ６０のｓｌｏｗ軸方向が、第３の１／４波長板５２の一方の光軸方向と互いに４５°の角度をなすように接続されている（図１４参照）。

第３の１／４波長板５２の出力端には、第２偏光子５４が接続されている。その接続箇所において、第２偏光子５４の透過偏波方向が、第３の１／４波長板５２の一方の光軸方向と互いに４５°の角度をなすように接続されている（図１４参照）。

（Ｅ−２）第５の実施形態の動作
次に、第５の実施形態における特徴的な動作を説明する。なお、以下の説明においては、第１の実施形態の説明で用いた図６をも適宜用いる。

信号光が信号光入力用ファイバ３２−２に入力される。この信号光は、その後、第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−１に入力され、入出力端５０−２から出力され、第１偏波面保存光ファイバ１２を通過した後、第１偏波面変換部１４に至る。第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−１に入力される信号光の偏波状態を、第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−１のｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波に設定する。このとき、第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−２から出力される信号光の偏波方向は維持されているので、第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−２から出力される信号光の偏波状態は、そのｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波となる。次に、第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−２と、第１偏波面保存光ファイバ１２の左端は、互いのｓｌｏｗ軸同士が一致するように接続されているため、その結果、第１偏波面変換部１４に入力される信号光の偏波状態は、図６（Ａ）の左側の図に示すように、第１偏波面保存光ファイバ１２のｓｌｏｗ軸方向に平行な直線偏波となる。

この信号光が、第２偏波面保存光ファイバ１６や、第３偏波面保存光ファイバ２２を含む閉ループを通過して、再度、第１偏波面変換部１４に、図中右側から到達したときの偏波状態等の振る舞いや、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の右端に到達したときの偏波状態等の振る舞いは、第１の実施形態と同様である。すなわち、信号光のＳ１成分、Ｓ２成分の偏波状態及びその光位相は、図６（Ｂ）〜図６（Ｅ）に示すようになる。

但し、第５の実施形態においては、第１光位相バイアス回路４０を閉ループに含まないので、信号光のＳ１成分、Ｓ２成分間には、それぞれ第１の制御光信号、第２の制御光信号によって生じる相互位相変調による位相シフト分の光位相差しか生じていない。

図６（Ｂ）〜図６（Ｅ）に示すように、第１偏波面保存光ファイバ１２の右端に到達するときの信号光のＳ１成分及びＳ２成分は、第１偏波面保存光ファイバ１２のｓｌｏｗ軸方向と互いに４５°だけ傾いた方向の直線偏波である。この信号光のＳ１成分及びＳ２成分は、第１偏波面保存光ファイバ１２を経過した後、第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−２に至り、第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−３から出力されて、第５偏波面保存光ファイバ６０の一端に入力され、第５偏波面保存光ファイバ６０の他端から出力される。

ここで、信号光のＳ１成分及びＳ２成分は、第１偏波面保存光ファイバ１２→第２光サーキュレータ５０→第５偏波面保存光ファイバ６０を経過し、第５偏波面保存光ファイバ６０の他端から出力されるまでの間に、第１偏波面保存光ファイバ１２及び第５偏波面保存光ファイバ６０が有する複屈折の影響を受ける。その結果、Ｓ１成分及びＳ２成分間には、一般には相対的な光位相差が生じる。

しかしながら、第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−３と、第５偏波面保存光ファイバ６０の一端の接続箇所において、第２光サーキュレータ５０の入出力端５０−３と、第５偏波面保存光ファイバ６０が、互いのｓｌｏｗ軸とｆａｓｔ軸とが一致するように接続されていれば、第５偏波面保存光ファイバ６０は、第１偏波面保存光ファイバ１２と同じ長さであるので、上記の複屈折の影響をキャンセルできる。すなわち、信号光のＳ１成分及びＳ２成分間が、第１偏波面保存光ファイバ１２→第２光サーキュレータ５０→第５偏波面保存光ファイバ６０を経過し、第５偏波面保存光ファイバ６０の他端から出力されるまでの間に、相対的な光位相差が生じないようにできる。

第５偏波面保存光ファイバ６０の他端から出力された光信号は、次に、第３の１／４波長板５２に入力される。その接続箇所においては、第５偏波面保存光ファイバ６０のｓｌｏｗ軸方向が、第３の１／４波長板５２の一方の光軸方向と互いに４５°のなすように接続されている。すなわち、信号光のＳ１成分の偏波方向と、第３の１／４波長板５２の一方の光軸方向とが合致し、信号光のＳ２成分の偏波方向と、第３の１／４波長板５２のもう一方の光軸方向とが合致している（図１４参照）。

従って、第３の１／４波長板５２を経過した信号光のＳ１成分とＳ２成分との間には、この段階で初めて、１／４波長分、光位相にしてπ／２の相対位相差が付与される。

第３の１／４波長板５２を経過した信号光は、次に、第２偏光子５４が接続される。その接続箇所において、第２偏光子５４の透過偏波方向が、第３の１／４波長板５２の一方の光軸方向と互いに４５°の角度をなすように接続されている（図１４参照）。

図１４は、第５偏波面保存光ファイバ６０の断面図と、信号光のＳ１成分及びＳ２成分の偏波状態、並びに、第２偏光子５４の透過偏波方向の関係を模式的に示す説明図である。

Ｓ１成分に着目すると、第２偏光子５４から透過出力されるＳ１成分の光位相は、第１の制御光信号の「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２偏光子５４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信号が発生することが分かる。

Ｓ２成分についても同様で、第２偏光子５４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信号が発生することが分かる。

すなわち、第２偏光子５４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信号が同じ偏波で出力される。またこれら二つのＢＰＳＫ信号間には、上述したように、第３の１／４波長板５２によってπ／２の位相差が与えられている。従って、第２偏光子５４からは、光位相（０、π／２、π、３π／２）の４値ＱＰＳＫ信号が発生している。

（Ｅ−３）第５の実施形態の効果
以上のように、第５の実施形態においては、第１光位相バイアス回路４０や第２光位相バイアス回路４１を用いることなく多値変調光信号を発生することができる。これら光位相バイアス回路４０、４１は二つのファラデー回転子を使用する構造となっており、比較的高コストな回路構成になっている。それが不要になることにより、装置製作コストを低減することができる。

なお、第５の実施形態では、第１偏波面保存光ファイバ１２と第５偏波面保存光ファイバ６０を使用することを前提として説明したが、第１の実施形態と同様、これは空間光学系に代えても良い。この場合、上述の動作説明のような、第１偏波面保存光ファイバ１２と第５偏波面保存光ファイバ６０の長さの一致の条件は不要となる。

また、第２偏光子５４の代わりに、第１〜第５実施形態で用いた第２偏波分離合成モジュール１８のような偏波分離型のモジュールを用いれば、第１〜第４実施形態の場合と同様に、論理反転された多値変調信号を出力することもできる。

第５の実施形態の効果を要約すると、以下の通りである。第５の実施形態によれば、第１の実施形態若しくは第４の実施形態の効果に加えて、光位相バイアス回路を用いることなく光多値変調信号を発生でき、装置製作コストを低減することが可能となる。

（Ｆ）他の実施形態
上記各実施形態の説明においても、種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。

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適用したものを示したが、本発明は、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適用でき、いずれかの光デバイスを適用して本発明を構成するようにしても良い。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、ＳｉＯ_２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。

第１の実施形態に係る光多値変調信号発生装置の構成を示す配置図である。 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。 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。 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。 第１の実施形態における第１光位相バイアス回路の構成例を示す説明図である。 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。 第１の実施形態における、第１偏波面保存光ファイバの左端の断面図と、第１偏波分離合成モジュールの内部から第３入出力端に出力される偏波方向と、第１偏波面保存光ファイバの左端に到達した信号光のＳ１及びＳ２成分の偏波状態との関係を模式的に示す説明図である。 第２の実施形態に係る光多値変調信号発生装置の構成を示す配置図である。 第２の実施形態における偏波面保存３ｄＢカプラの入出力信号光の偏波状態の説明図である。 第３の実施形態に係る光多値変調信号発生装置の構成を示す配置図である。 第４の実施形態に係る光多値変調信号発生装置の構成を示す配置図である。 第４の実施形態における第２光位相バイアス回路の構成例を示す説明図である。 第５の実施形態に係る光多値変調信号発生装置の構成を示す配置図である。 第５の実施形態における、第５偏波面保存光ファイバの一端の断面図及び信号光の偏波状態と、第３の１／４波長板の光軸方向と、第２偏光子の透過偏波方向との関係を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１、１Ａ〜１Ｄ…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、２０…第１光カプラ、２１…第２光カプラ、２２…第３偏波面保存光ファイバ、２３…偏波面保存３ｄＢカプラ、２４…第２偏波面変換部、２５…第１偏光子、２６…第４偏波面保存光ファイバ、２８…光バンドパスフィルタ、４０…第１光位相バイアス回路、４１…第２光位相バイアス回路、５０…第２光サーキュレータ、５２…第３の１／４波長板、５４…第２偏光子、６０…第５偏波面保存光ファイバ。

Claims (13)

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２成分分割部と、
   上記閉ループ光路へ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部へ入力する閉ループ入出力部と、
   信号の「０」及び「１」の並びに応じた強度パターンを有する、上記信号光とは異なる波長を有する直線偏波の第１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成分光位相変調部と、
   信号の「０」及び「１」の並びに応じた強度パターンを有する、上記第１の制御光信号と同じ波長を有する直線偏波の第２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成分光位相変調部と、
   上記閉ループ入出力部へ向かう信号光と、上記閉ループ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から出力された、戻り光の上記第１成分及び第２成分の組、若しくは、戻り光の上記第１成分及び第２成分の少なくとも一方の所定の光学操作を施した後の上記第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
   ことを特徴とする光多値変調信号発生装置。
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むと共に、
   上記位相シフト用非線形光ファイバに上記第１の制御光信号を挿入する第１光カプラ、と、上記位相シフト用非線形光ファイバに上記第１の制御光信号を挿入する第２光カプラとを有し、
   上記位相シフト用非線形光ファイバと上記第１光カプラとで上記第１成分光位相変調部を構成すると共に、上記位相シフト用非線形光ファイバと上記第２光カプラとで上記第２成分光位相変調部を構成した
   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。
3. 上記閉ループ入出力部は、偏光ビームスプリッタ又は偏光プリズムでなる、上記２成分分割部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。
4. 上記閉ループ入出力部へ向かう信号光と、上記閉ループ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。
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。
6. 上記光位相差付与部は、上記閉ループ入出力部へ向かう信号光と、上記閉ループ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、上記閉ループ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ループ外偏波面変換機能をも担ってい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。
7. 一つの２×２の偏波面保存３ｄＢカプラを、上記閉ループ入出力部及び上記正逆光路分離部として用いた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。
8. 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７に記載の光多値変調信号発生装置。
9. 上記正逆光路分離部が、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多値変調信号発生装置。
10. 上記正逆光路分離部が、サーキュレータでなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光多値変調信号発生装置。
11. サーキュレータでなる上記正逆光路分離部から出力された、上記閉ループ光路を巡回した後の戻り光が通過する位置に、上記光位相差付与部が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の光多値変調信号発生装置。
12. 上記正逆光路分離部から出力された、上記閉ループ光路を巡回した後の戻り光が通過する位置に設けられた、上記信号光の波長を通過させると共に、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の通過を阻止する光バンドパスフィルタを有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光多値変調信号発生装置。
13. 上記正逆光路分離部から出力された、上記閉ループ光路を巡回した後の戻り光が通過する位置に設けられた、上記戻り光の偏波面を透過偏波面としている偏光子を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の光多値変調信号発生装置。

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