(57)【要約】広帯域でスイッチング可能であると共に、高消光比で製造トレランスが大きい干渉計型光スイッチ及びそれを用いた光スイッチモジュールを提供する。光合分波手段として出力の位相差が波長依存性を持つ位相生成カプラ（１１１）を用い、位相生成カプラ（１１１）から出力される光の位相差φ１（λ）と、光路長差付与部（１３１）の光路長差に起因する位相差φΔＬ（λ）と、方向性結合器（１５３）から出力される光の位相差φ２（λ）との総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が波長によらず一定になるように設定することで、波長無依存の干渉計型光スイッチを実現する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光合分波手段と、前記第１の光合分波手段に接続された２本の光導波路からなる光路長差付与部と、前記光路長差付与部に接続された第２の光合分波手段と、前記第１の光合分波手段に接続された１つあるいは複数の入力導波路と、前記第２の光合分波手段に接続された１つあるいは複数の出力導波路と、前記光路長差付与部に設けられた位相シフタとを備えた導波路型光回路からなり、
前記第１の光合分波手段もしくは前記第２の光合分波手段のうち少なくとも一方は、出力の位相差が波長依存性を持つ位相生成カプラであることを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項２】
請求項１に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、波長無依存になるよう前記第１の光合分波手段の出力の位相差と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬとが設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項３】
請求項２に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記第１の光合分波手段の出力の位相差φ１（λ）と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差φ２（λ）との和が、ΔＬ／λ＋ｍ／２（ｍは整数）であることを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項４】
請求項２に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり等しくなるよう設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項５】
請求項２に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比の合計が１になるよう設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項６】
請求項１に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記導波路型光回路の出力強度が波長λに対して一定になるように、前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項７】
請求項１に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記位相生成カプラが光結合器と光路長差付与部との接続により構成されたものであることを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項８】
請求項７に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、波長無依存になるよう前記第１の光合分波手段の出力の位相差と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬとが設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項９】
請求項８に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記第１の光合分波手段の出力の位相差φ１（λ）と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差φ２（λ）との和が、ΔＬ／λ＋ｍ／２（ｍは整数）であることを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項１０】
請求項８に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり等しくなるよう設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項１１】
請求項８に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比の合計が１になるよう設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項１２】
請求項７に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記導波路型光回路の出力強度が波長λに対して一定になるように、前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項１３】
請求項７に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記位相生成カプラが、Ｎ＋１個（Ｎは自然数）の光結合器と、隣接する前記光結合器に挟まれたＮ個の光路長差付与部とによって構成されたものであることを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、波長無依存になるよう前記第１の光合分波手段の出力の位相差と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬとが設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記第１の光合分波手段の出力の位相差φ１（λ）と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差φ２（λ）との和が、ΔＬ／λ＋ｍ／２（ｍは整数）であることを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項１６】
請求項１４に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり等しくなるよう設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項１７】
請求項１４に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比の合計が１になるよう設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項１８】
請求項１３に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記導波路型光回路の出力強度が波長λに対して一定になるように、前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項１９】
請求項７に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記第１の光合分波手段もしくは前記第２の光合分波手段のうち一方が、位相差２πφｃ（定数）の光結合器であり、他方が２つの光結合器と該２つの光結合器に挟まれた一つの光路長差付与部から構成された位相差２πφ（λ）の位相生成カプラであり、
前記光路長差付与部の光学的光路長差をΔＬ、ｍを整数とすると
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を満たすように、前記位相生成カプラを構成する２つの光結合器の分岐比と、一つの光路長差付与部の光学的光路長差とが設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項２０】
請求項１９に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記第１の光合分波手段と第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差２πφΔＬ（λ）との総和２π｛φ（λ）＋φΔＬ（λ）＋φｃ（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり等しくなるよう設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項２１】
請求項１９に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記第１の光合分波手段と第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差２πφΔＬ（λ）との総和２π｛φ（λ）＋φΔＬ（λ）＋φｃ（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比の合計が１になるよう設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項２２】
請求項１９に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
光の波長をλ、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）とすると、
前記導波路型光回路の出力強度が波長λに対して一定になるように、前記３つの位相差の総和２π｛φ（λ）＋φΔＬ（λ）＋φｃ（λ）｝が設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項２３】
請求項７に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記第１の光合分波手段及び前記第２の光合分波手段が、夫々２つの光結合器と前記２つの光結合器に挟まれた一つの光路長差付与部から構成された位相生成カプラであり、
前記光路長差付与部の光学的光路長差をΔＬ、ｍを整数とすると、前記第１の光合分波手段の出力の位相差２πφ１（λ）と前記第２の光合分波手段の出力の位相差２πφ２（λ）との和が、
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を満たすように、前記第１の光合分波手段及び前記第２の光合分波手段を構成する夫々の２つの光結合器の分岐比と、一つの光路長差付与部の光学的光路長差とが設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項２４】
請求項２３に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記第１の光合分波手段と第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差２πφΔＬ（λ）との総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり等しくなるよう設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項２５】
請求項２３に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記第１の光合分波手段と第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差２πφΔＬ（λ）との総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比の合計が１になるよう設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項２６】
請求項２３に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
光の波長をλ、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）とすると、
前記導波路型光回路の出力強度が波長λに対して一定になるように、前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項２７】
請求項７に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記第１の光合分波手段及び前記第２の光合分波手段が夫々、Ｎ＋１個（Ｎは自然数）の光結合器と、隣接する前記光結合器に挟まれて第１と第２の２本の光導波路（遅延線）からなるＮ個の光路長差付与部とによって構成された位相生成カプラであり、
前記第１の光合分波手段のＮ個の光路長差付与部を構成する第１光導波路の光学的光路長差の総和をΣδｌ１，１、第２光導波路の光学的光路長差の総和をΣδｌ２，１、前記第２の光合分波手段のＮ個の光路長差付与部を構成する第１光導波路の光学的光路長差の総和をΣδｌ１，２、第２光導波路の光学的光路長差の総和をΣδｌ２，２とすると、前記光学的光路長差の総和が（Σδｌ１，１＞Σδｌ２，１かつΣδｌ１，２＞Σδｌ２，２）、もしくは、（Σδｌ２，１＞Σδｌ１，１かつΣδｌ２，２＞Σδｌ１，２）のいずれかを満たすことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項２８】
請求項２７に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、波長無依存になるよう前記第１の光合分波手段の出力の位相差と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬとが設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項２９】
請求項２８に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記第１の光合分波手段の出力の位相差φ１（λ）と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差φ２（λ）との和が、ΔＬ／λ＋ｍ／２（ｍは整数）であることを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項３０】
請求項２８に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり等しくなるよう設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項３１】
請求項２８に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比の合計が１になるよう設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項３２】
請求項２７に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記導波路型光回路の出力強度が波長λに対して一定になるように、前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項３３】
請求項２７に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記第１の光合分波手段のＮ＋１個の光結合器の分岐比と前記第２の光合分波手段のＮ＋１個の光結合器の分岐比とが等しい値に設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項３４】
請求項３３に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記第１の光合分波手段の出力の位相差φ１（λ）と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差φ２（λ）との和が、ΔＬ／λ＋ｍ／２（ｍは整数）であり、
光の波長をλ、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）とすると、
２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）になるよう前記第１の光合分波手段の出力の位相差と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬとが設定され、
前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり等しくなるよう設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項３５】
請求項３３に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記第１の光合分波手段の出力の位相差φ１（λ）と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差φ２（λ）との和が、ΔＬ／λ＋ｍ／２（ｍは整数）であり、
光の波長をλ、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）とすると、
２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）になるよう前記第１の光合分波手段の出力の位相差と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬとが設定され、
前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比の合計が１になるよう設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項３６】
請求項３３に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記導波路型光回路の出力強度が波長λに対して一定になるように、前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項３７】
請求項７に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記第１の光合分波手段及び前記第２の光合分波手段が夫々、Ｎ＋１個（Ｎは自然数）の光結合器と、隣接する前記光結合器に挟まれたＮ個の光路長差付与部とによって構成された位相生成カプラであり、
前記第１の光合分波手段のＮ＋１個の光結合器の分岐比と前記第２の光合分波手段のＮ＋１個の光結合器の分岐比とが等しい値に設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項３８】
請求項３７に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、波長無依存になるよう前記第１の光合分波手段の出力の位相差と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬとが設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項３９】
請求項３８に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記第１の光合分波手段の出力の位相差φ１（λ）と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差φ２（λ）との和が、ΔＬ／λ＋ｍ／２（ｍは整数）であることを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項４０】
請求項３８に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり等しくなるよう設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項４１】
請求項３８に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比の合計が１になるよう設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項４２】
請求項３７に記載の干渉計型光スイッチにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記導波路型光回路の出力強度が波長λに対して一定になるように、前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が設定されたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項４３】
請求項１に記載の干渉計型光スイッチの出力強度を可変にして用いたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項４４】
請求項４３に記載の可変光アッテネータにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、波長無依存になるよう前記第１の光合分波手段の出力の位相差と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬとが設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項４５】
請求項４４に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記第１の光合分波手段の出力の位相差φ１（λ）と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差φ２（λ）との和が、ΔＬ／λ＋ｍ／２（ｍは整数）であることを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項４６】
請求項４４に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり等しくなるよう設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項４７】
請求項４４に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比の合計が１になるよう設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項４８】
請求項４３に記載の可変光アッテネータにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記導波路型光回路の出力強度が波長λに対して一定になるように、前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項４９】
請求項４３に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記位相生成カプラが光結合器と光路長差付与部との接続により構成されたものであることを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項５０】
請求項４９に記載の可変光アッテネータにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、波長無依存になるよう前記第１の光合分波手段の出力の位相差と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬとが設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項５１】
請求項５０に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記第１の光合分波手段の出力の位相差φ１（λ）と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差φ２（λ）との和が、ΔＬ／λ＋ｍ／２（ｍは整数）であることを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項５２】
請求項５０に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり等しくなるよう設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項５３】
請求項５０に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比の合計が１になるよう設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項５４】
請求項４９に記載の可変光アッテネータにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記導波路型光回路の出力強度が波長λに対して一定になるように、前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項５５】
請求項４９に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記位相生成カプラが、Ｎ＋１個（Ｎは自然数）の光結合器と、隣接する前記光結合器に挟まれたＮ個の光路長差付与部とによって構成されたものであることを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項５６】
請求項５５に記載の可変光アッテネータにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、波長無依存になるよう前記第１の光合分波手段の出力の位相差と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬとが設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項５７】
請求項５６に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記第１の光合分波手段の出力の位相差φ１（λ）と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差φ２（λ）との和が、ΔＬ／λ＋ｍ／２（ｍは整数）であることを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項５８】
請求項５６に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり等しくなるよう設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項５９】
請求項５６に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比の合計が１になるよう設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項６０】
請求項５５に記載の可変光アッテネータにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記導波路型光回路の出力強度が波長λに対して一定になるように、前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項６１】
請求項４９に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記第１の光合分波手段もしくは前記第２の光合分波手段のうち一方が、位相差２πφｃ（定数）の光結合器であり、他方が２つの光結合器と該２つの光結合器に挟まれた一つの光路長差付与部から構成された位相差２πφ（λ）の位相生成カプラであり、
前記光路長差付与部の光学的光路長差をΔＬ、ｍを整数とすると
2005003852.tif 000016
を満たすように、前記位相生成カプラを構成する２つの光結合器の分岐比と、一つの光路長差付与部の光学的光路長差とが設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項６２】
請求項６１に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記第１の光合分波手段と第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差２πφΔＬ（λ）との総和２π｛φ（λ）＋φΔＬ（λ）＋φｃ（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり等しくなるよう設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項６３】
請求項６１に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記第１の光合分波手段と第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差２πφΔＬ（λ）との総和２π｛φ（λ）＋φΔＬ（λ）＋φｃ（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比の合計が１になるよう設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項６４】
請求項６１に記載の可変光アッテネータにおいて、
光の波長をλ、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）とすると、
前記導波路型光回路の出力強度が波長λに対して一定になるように、前記３つの位相差の総和２π｛φ（λ）＋φΔＬ（λ）＋φｃ（λ）｝が設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項６５】
請求項４９に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記第１の光合分波手段及び前記第２の光合分波手段が、夫々２つの光結合器と前記２つの光結合器に挟まれた一つの光路長差付与部から構成された位相生成カプラであり、
前記光路長差付与部の光学的光路長差をΔＬ、ｍを整数とすると、前記第１の光合分波手段の出力の位相差２πφ１（λ）と前記第２の光合分波手段の出力の位相差２πφ２（λ）との和が、
2005003852.tif 000017
を満たすように、前記第１の光合分波手段及び前記第２の光合分波手段を構成する夫々の２つの光結合器の分岐比と、一つの光路長差付与部の光学的光路長差とが設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項６６】
請求項６５に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記第１の光合分波手段と第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差２πφΔＬ（λ）との総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり等しくなるよう設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項６７】
請求項６５に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記第１の光合分波手段と第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差２πφΔＬ（λ）との総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比の合計が１になるよう設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項６８】
請求項６５に記載の可変光アッテネータにおいて、
光の波長をλ、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）とすると、
前記導波路型光回路の出力強度が波長λに対して一定になるように、前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項６９】
請求項４９に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記第１の光合分波手段及び前記第２の光合分波手段が夫々、Ｎ＋１個（Ｎは自然数）の光結合器と、隣接する前記光結合器に挟まれて第１と第２の２本の光導波路（遅延線）からなるＮ個の光路長差付与部とによって構成された位相生成カプラであり、
前記第１の光合分波手段のＮ個の光路長差付与部を構成する第１光導波路の光学的光路長差の総和をΣδｌ１，１、第２光導波路の光学的光路長差の総和をΣδｌ２，１、前記第２の光合分波手段のＮ個の光路長差付与部を構成する第１光導波路の光学的光路長差の総和をΣδｌ１，２、第２光導波路の光学的光路長差の総和をΣδｌ２，２とすると、前記光学的光路長差の総和が（Σδｌ１，１＞Σδｌ２，１かつΣδｌ１，２＞Σδｌ２，２）、もしくは、（Σδｌ２，１＞Σδｌ１，１かつΣδｌ２，２＞Σδｌ１，２）のいずれかを満たすことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項７０】
請求項６９に記載の可変光アッテネータにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、波長無依存になるよう前記第１の光合分波手段の出力の位相差と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬとが設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項７１】
請求項７０に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記第１の光合分波手段の出力の位相差φ１（λ）と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差φ２（λ）との和が、ΔＬ／λ＋ｍ／２（ｍは整数）であることを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項７２】
請求項７０に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり等しくなるよう設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項７３】
請求項７０に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比の合計が１になるよう設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項７４】
請求項６９に記載の可変光アッテネータにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記導波路型光回路の出力強度が波長λに対して一定になるように、前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項７５】
請求項６９に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記第１の光合分波手段のＮ＋１個の光結合器の分岐比と前記第２の光合分波手段のＮ＋１個の光結合器の分岐比とが等しい値に設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項７６】
請求項７５に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記第１の光合分波手段の出力の位相差φ１（λ）と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差φ２（λ）との和が、ΔＬ／λ＋ｍ／２（ｍは整数）であり、
光の波長をλ、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）とすると、
２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）になるよう前記第１の光合分波手段の出力の位相差と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬとが設定され、
前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり等しくなるよう設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項７７】
請求項７５に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記第１の光合分波手段の出力の位相差φ１（λ）と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差φ２（λ）との和が、ΔＬ／λ＋ｍ／２（ｍは整数）であり、
光の波長をλ、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）とすると、
２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）になるよう前記第１の光合分波手段の出力の位相差と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬとが設定され、
前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比の合計が１になるよう設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項７８】
請求項７５に記載の可変光アッテネータにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記導波路型光回路の出力強度が波長λに対して一定になるように、前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項７９】
請求項４９に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記第１の光合分波手段及び前記第２の光合分波手段が夫々、Ｎ＋１個（Ｎは自然数）の光結合器と、隣接する前記光結合器に挟まれたＮ個の光路長差付与部とによって構成された位相生成カプラであり、
前記第１の光合分波手段のＮ＋１個の光結合器の分岐比と前記第２の光合分波手段のＮ＋１個の光結合器の分岐比とが等しい値に設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項８０】
請求項７９に記載の可変光アッテネータにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、波長無依存になるよう前記第１の光合分波手段の出力の位相差と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差と、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬとが設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項８１】
請求項８０に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記第１の光合分波手段の出力の位相差φ１（λ）と、前記第２の光合分波手段の出力の位相差φ２（λ）との和が、ΔＬ／λ＋ｍ／２（ｍは整数）であることを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項８２】
請求項８０に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり等しくなるよう設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項８３】
請求項８０に記載の可変光アッテネータにおいて、
前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）に設定され、前記第１の光合分波手段の分岐比と前記第２の光合分波手段の分岐比の合計が１になるよう設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項８４】
請求項７９に記載の可変光アッテネータにおいて、
光の波長をλ、前記第１の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ１（λ）、前記光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、前記第２の光合分波手段から出力する光の位相差を２πφ２（λ）とすると、
前記導波路型光回路の出力強度が波長λに対して一定になるように、前記３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が設定されたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項８５】
請求項１から４２のいずれかに記載の干渉計型光スイッチを多段に複数接続したことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項８６】
請求項４３から８４のいずれかに記載の可変光アッテネータを多段に複数接続したことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項８７】
請求項１から４２のいずれかに記載の干渉計型光スイッチを多段に複数接続した光回路を有し、
第１の干渉計型光スイッチの２つの出力導波路のうちの一方の出力導波路が第２の干渉計型光スイッチの入力導波路に接続され、
前記第１の干渉計型光スイッチの入力導波路を前記光回路の入力ポートとして用い、
前記第２の干渉計型光スイッチの出力導波路を前記光回路の第１の出力ポートとして用い、
前記第１の干渉計型光スイッチの２つの出力導波路のうちの他方の出力導波路を前記光回路の第２の出力ポートとして用いたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項８８】
請求項４３から８４のいずれかに記載の可変光アッテネータを多段に複数接続した光回路を有し、
第１の可変光アッテネータの２つの出力導波路のうちの一方の出力導波路が第２の可変光アッテネータの入力導波路に接続され、
前記第１の可変光アッテネータの入力導波路を前記光回路の入力ポートとして用い、
前記第２の可変光アッテネータの出力導波路を前記光回路の第１の出力ポートとして用い、
前記第１の可変光アッテネータの２つの出力導波路のうちの他方の出力導波路を前記光回路の第２の出力ポートとして用いたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項８９】
請求項１から４２のいずれかに記載の干渉計型光スイッチを多段に複数接続した光回路を有し、
第１の干渉計型光スイッチの２つの出力導波路のうちの一方の出力導波路が第２の干渉計型光スイッチの入力導波路に接続され、
前記第１の干渉計型光スイッチの２つの出力導波路のうちの他方の出力導波路が第３の干渉計型光スイッチの入力導波路に接続され、
前記第１の干渉計型光スイッチの入力導波路を前記光回路の入力ポートとして用い、
前記第２の干渉計型光スイッチの出力導波路を前記光回路の第１の出力ポートとして用い、
前記第３の干渉計型光スイッチの出力導波路を前記光回路の第２の出力ポートとして用いたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項９０】
請求項４３から８４のいずれかに記載の可変光アッテネータを多段に複数接続した光回路を有し、
第１の可変光アッテネータの２つの出力導波路のうちの一方の出力導波路が第２の可変光アッテネータの入力導波路に接続され、
前記第１の可変光アッテネータの２つの出力導波路のうちの他方の出力導波路が第３の可変光アッテネータの入力導波路に接続され、
前記第１の可変光アッテネータの入力導波路を前記光回路の入力ポートとして用い、
前記第２の可変光アッテネータの出力導波路を前記光回路の第１の出力ポートとして用い、
前記第３の可変光アッテネータの出力導波路を前記光回路の第２の出力ポートとして用いたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項９１】
請求項１から４２のいずれかに記載の干渉計型光スイッチを少なくとも一つ用い、Ｍ（Ｍ：自然数）入力Ｎ（Ｎ：自然数）出力の光スイッチを構成したことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項９２】
請求項４３から８４のいずれかに記載の可変光アッテネータを少なくとも一つ用い、Ｍ（Ｍ：自然数）入力Ｎ（Ｎ：自然数）出力の光スイッチを構成したことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項９３】
請求項１から４２のいずれかに記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記光結合器が、近接した２本の光導波路からなる方向性結合器であることを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項９４】
請求項４３から８４のいずれかに記載の可変光アッテネータにおいて、
前記光結合器が、近接した２本の光導波路からなる方向性結合器であることを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項９５】
請求項１から４２のいずれかに記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記位相シフタが、光導波路上に設けられた薄膜ヒータであることを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項９６】
請求項４３から８４のいずれかに記載の可変光アッテネータにおいて、
前記位相シフタが、光導波路上に設けられた薄膜ヒータであることを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項９７】
請求項１から４２のいずれかに記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記位相シフタが光導波路上に設けられた薄膜ヒータであり、該薄膜ヒータの近傍に断熱溝が形成されていることを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項９８】
請求項４３から８４のいずれかに記載の可変光アッテネータにおいて、
前記位相シフタが光導波路上に設けられた薄膜ヒータであり、該薄膜ヒータの近傍に断熱溝が形成されていることを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項９９】
請求項１から４２のいずれかに記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記導波路型光回路が、石英系ガラス光導波路で構成されていることを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項１００】
請求項４３から８４のいずれかに記載の可変光アッテネータにおいて、
前記導波路型光回路が、石英系ガラス光導波路で構成されていることを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項１０１】
請求項１から４２のいずれかに記載の干渉計型光スイッチにおいて、
前記干渉計型光スイッチの光導波路上に複屈折率調整手段が設けられている、もしくは複屈折率の調整が行われたことを特徴とする干渉計型光スイッチ。
【請求項１０２】
請求項４３から８４のいずれかに記載の可変光アッテネータにおいて、
前記可変光アッテネータの光導波路上に複屈折率調整手段が設けられている、もしくは複屈折率の調整が行われたことを特徴とする可変光アッテネータ。
【請求項１０３】
請求項１から４２のいずれかに記載の干渉計型光スイッチを内部に有する筐体と、前記筐体に保持されて前記干渉計型光スイッチに信号の入出力を行う光ファイバとを有することを特徴とする光モジュール。
【請求項１０４】
請求項４３から８４のいずれかに記載の可変光アッテネータを内部に有する筐体と、前記筐体に保持されて前記可変光アッテネータに信号の入出力を行う光ファイバとを有することを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光通信システムや光信号処理等に用いられる干渉計型光スイッチ及び可変光アッテネータに関するものであり、詳細には、広い波長帯域で切り替え動作が可能な導波路型光回路に関する。
【背景技術】  インターネットの爆発的な普及により、通信回線の大容量化が米国を中心として急速に進められている。この大容量化のキー技術は、波長分割多重（ＷＤＭ）システムである。ＷＤＭシステムは１本の光ファイバに複数の波長の異なる信号光を同時に伝搬させ、通信容量を飛躍的に拡大するものである。現在敷設されている光通信システムは、個別にノード間を結ぶポイントツーポイントシステム（Ｐｏｉｎｔ  ｔｏ  ｐｏｉｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ）であるが、今後は更に高機能な光クロスコネクト（Ｃｒｏｓｓ  ｃｏｎｎｅｃｔ）システムや光アドドロップ多重（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｄ／ｄｒｏｐ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；ＯＡＤＭ）システムの開発が進められている。光クロスコネクトシステムは、例えば、電話局などのノード部分で伝送路の切り替えを行うシステムであり、光アドドロップ多重システムは、多重化された信号光から特定の波長を抜き取り、別の伝送路に分けたり、特定の波長に新たな信号を加えて送り出したりするシステムである。従って、これらのシステムには信号光の合分波機能の他に、光信号のまま光路の切り替え機能を可能とする空間分割型光スイッチが必要とされており、今後の光通信網を担う重要な部品の１つである。
このような商用通信システムに用いる光スイッチには小型、低コスト、低消費電力、高速制御性などの特性が求められている。また透過率の波長依存性や偏波依存性が小さく、広い波長帯域で切り替え可能な光スイッチが要求されている。
様々な光部品が研究開発されている中、基板上の光導波路を基本とした導波路型光部品は量産性、集積性、信頼性に優れた光部品として注目されている。導波路型光スイッチはフォトリソグラフィ技術及び微細加工技術によって、光波長以下の高精度で再現性良く量産でき、更にスイッチを構成する基本素子が小型なため大規模化にも適しており、最も有望な形態の光スイッチと考えられている。また、特にシリコン基板上に形成された石英系光導波路は低損失であり、信頼性、拡張性も高いことから、今後の光通信システムの構成部品として期待されている。
従来の導波路型光スイッチの基本構成要素として、マッハツェンダ干渉計が用いられている。マッハツェンダ干渉計は２つのカプラと、それら２つのカプラに挟まれたアーム導波路から構成されている。アーム導波路上の薄膜ヒータを駆動することにより、光路を切り替えることができる。
（従来技術の第１例）
従来の導波路型光部品における光スイッチは、光合分波手段と光路長差付与部より構成された干渉計型光スイッチである。代表的な干渉計型光スイッチは２入力２出力のマッハツェンダ干渉計であり、光スイッチの基本素子として多く用いられている（文献１：Ｍ．Ｏｋｕｎｏ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｌｏｗ−ｌｏｓｓ  ａｎｄ  ｈｉｇｈ  ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏ  ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ  １ｘＮ  ｔｈｅｒｍｏ−ｏｐｔｉｃ  ｓｗｉｔｃｈｅｓ，”ＯＥＣＣ／Ｉ００Ｃ  ２００１  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  ＡＣＯＦＴ，ｐｐ．３９−４１，５  Ｊｕｌｙ  ２００１）。
ＦＩＧ．３７は、従来のマッハツェンダ干渉計型光スイッチの平面図である。このマッハツェンダ干渉計型光スイッチは、２つの方向性結合器１５１、１５２と、これら２つの方向性結合器１５１、１５２に挟まれた光路長差付与部１３１と、光路長差付与部に形成された位相シフタ１４１と、入力導波路１０１、１０２と、出力導波路１０３、１０４とから構成されている。例えば、方向性結合器１５１、１５２として分岐比がｒ＝０．５の３ｄＢ方向性結合器が用いられ、位相シフタ１４１として薄膜ヒータが用いられている。そして２つの方向性結合器１５１、１５２を結んでいる２本の光導波路（光路長差付与部）の光学的な光路長差ΔＬは、信号光の波長をλｓ（＝１．５μｍ）とすると、ΔＬ＝０．５λｓ（＝０．７５μｍ）やΔＬ＝０・λｓ＝０になるよう設定されている。なお、ΔＬは図３７の光路長差付与部において、下側の導波路に対する上側の導波路の相対的な光路長差であり、導波路の実効屈折率を含む光学的な光路長差である。一般に初期状態でΔＬが０．５λｓに設定されている素子は非対称型マッハツェンダ干渉計光スイッチと呼ばれ、タップスイッチやゲートスイッチとして用いられている。一方、ΔＬが０に設定されている素子は対称型マッハツェンダ干渉計光スイッチと呼ばれ、２分岐スイッチとして用いられている。
ＦＩＧ．３８は、ＦＩＧ．３７に示すマッハツェンダ干渉計型光スイッチのＢ−Ｂ線の矢視断面図である。シリコン基板１６１上には石英系ガラスで形成されたクラッドガラス層１６４、１６７が設けられている。このクラッドガラス層１６４、１６７の中層には石英系ガラスで形成されたコアガラス部１６５が設けられ、光導波路が形成されている。また、上部クラッドガラス層１６７の表面には位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１が形成されている。つまり、上記導波路型光部品は光導波路及び薄膜ヒータ等によって形成されている。
次に、ＦＩＧ．３７に示したマッハツェンダ干渉計型光スイッチのスイッチング動作を説明する。
まず、非対称型スイッチングの場合を説明する。位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１がＯＦＦ状態の時、スイッチはバー状態にあり、入力導波路１０１から入力した信号光は出力導波路１０３から出力され、入力導波路１０２から入力した信号光は出力導波路１０４から出力される。薄膜ヒータ１４１を通電し、熱光学効果により光学的な光路長を信号光の半波長｛０．５λｓ・ｋ（ｋは０以外の整数）｝相当分変化させると、光路長差はΔＬ＋δΔＬ＝０．５λｓ−０．５λｓ＝０となる。この位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１がＯＮ状態の時、スイッチはクロス状態にあり、入力導波路１０１から入力した信号光は出力導波路１０４から出力され、入力導波路１０２から入力した信号光は出力導波路１０３から出力される。このように、薄膜ヒータによる加熱の有無により、光路長差付与部１３１の光学的な光路長を変化させることにより、光路の切り替えを行うことができる。
次に、対称型スイッチの場合を説明する。位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１がＯＦＦ状態の時、スイッチはクロス状態にあり、信号光はクロスポート（１０１⇒１０４、もしくは１０２⇒１０３）から出力される。薄膜ヒータ１４１を通電し、光学的光路長差をΔＬ＋δΔＬ＝０．５λｓにしたＯＮ状態では、スイッチはバー状態に切り替わり、信号光はスルーポート（１０１⇒１０３、もしくは１０２⇒１０４）から出力される。
対称型を用いた２分岐スイッチでは、光を入力導波路１０１から入力したとすると、信号光は、ＯＦＦ状態ではクロスポート（出力導波路１０４）から出力され、スルーポート（出力導波路１０３）からは出力されない。逆にＯＮ状態では、信号光は、スルーポート（出力導波路１０３）から出力され、クロスポート（出力導波路１０４）からは出力されない。このように、２分岐スイッチは初期のＯＦＦ状態でクロスポートから出力されるようにしており、薄膜ヒータの加熱により出力をスルーポートに切り替えている。
非対称型を用いたタップスイッチは２分岐スイッチとは逆のスイッチング動作をし、初期のＯＦＦ状態でスルーポートから出力されるようにしており、薄膜ヒータの加熱により出力をクロスポートに切り替えている。また、非対称型を用いたゲートスイッチはタップスイッチのクロスポートのみを使用する。初期のＯＦＦ状態ではクロスポートからは出力されず、薄膜ヒータの加熱によりＯＮ状態にすると、信号光はクロスポートから出力される。対称型と非対称型のどちらも光スイッチの基本素子として用いられる。しかし、特に非対称型の場合は第１と第２の方向性結合器１５１と１５２の分岐比が等しければ、高消光比を維持できるという特徴があるので、光結合器の製造誤差に対して強いという利点がある。
これら干渉計型光スイッチは１×１型スイッチや、光通信システムに障害が発生したときに現用系から予備系への切り替えに用いられる１×２型光スイッチとして利用されている。また、単独で用いられるだけでなく、消光比を高めるように、マッハツェンダ干渉計型光スイッチの一方の出力に、同じ構成のマッハツェンダ干渉計型光スイッチを従属に接続する構成も報告されている（文献２：Ｔ．Ｇｏｈ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｈｉｇｈ−ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏ  ａｎｄ  ｌｏｗ−ｌｏｓｓ  ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ  ８ｘ８  ｔｈｅｒｍｏｏｐｔｉｃ  ｍａｔｒｉｘ  ｓｗｉｔｃｈ，”ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  １９９８，Ｖｏｌ．，１０，ｐｐ．３５８−３６０）。
また、薄膜ヒータ通電時の消費電力を低減するため、位相シフタの両端に断熱溝構造を設ける構成も報告されている（文献３：Ｓ．Ｓｏｈｍａ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｌｏｗ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｐｏｗｅｒ  ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ  ｓｕｐｅｒ  ｈｉｇｈ  ｄｅｌｔａ  ｔｈｅｒｍｏ−ｏｐｔｉｃｓ  ｓｗｉｔｃｈ  ｗｉｔｈ  ｈｅａｔ  ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  ｇｒｏｏｖｅｓ、”Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ２００２、Ｖｏｌ．３８、Ｎｏ．３，ｐｐ．１２７−１２８）。
また、上記マッハツェンダ干渉計型光スイッチを基本構成素子とし、それらを複数組み合わせることによりＮ×Ｎマトリクス光スイッチ（文献４：Ｔ．Ｇｏｈ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｌｏｗ−ｌｏｓｓ  ａｎｄ  ｈｉｇｈ−ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ−ｒａｔｉｏ  ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ  ｓｔｒｉｃｔｌｙ  ｎｏｎｂｌｏｃｋｉｎｇ  １６ｘ１６  ｔｈｅｒｍｏｏｐｔｉｃ  ｍａｔｒｉｘ  ｓｗｉｔｃｈ，”ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  １９９８，Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．６，ｐｐ．８１０−８１２）、１×Ｎタップ型光スイッチ（文献１）、１×Ｎツリー型光スイッチ（文献５：Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ  ＰＬＣ  １×１２８  ｔｈｅｒｍｏ−ｏｐｔｉｃ  ｓｗｉｔｃｈ，”２７ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ２００１，ＥＣＯＣ’０１．，Ｖｏｌ．２，ｐｐ．１３４−１３５）、ＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  ＯＡＤＭ）スイッチなど、Ｍ×Ｎ大規模光スイッチを構成することもできる。
（従来技術の第２例）
ＦＩＧ．３９に従来の波長無依存光スイッチ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｓｗｉｔｃｈ；ＷＩＮＳ）を示す。ＷＩＮＳは第１の基本回路１９０に、第１の基本回路１９０に対して点対称となる第２の基本回路が接続された構成をしている。ここで、第１の基本回路１９０は、２つの方向性結合器１５１、１５２と、これら２つの方向性結合器１５１、１５２に挟まれた光路長差付与部１３４より構成された波長無依存カプラ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｒ；ＷＩＮＣ）である。
方向性結合器１５１（１５４）の分岐比はｒ１＝０．８、方向性結合器１５２（１５３）の分岐比はｒ２＝０．３、光路長差付与部１３４の光学的光路長差はΔＬ１（＝−ΔＬ３）＝０．３２μｍであり、第１の基本回路１９０と、それに対し点対称となる第２の基本回路に挟まれた二本の導波路は光路長差付与部１３５を形成し、その光学的光路長差はΔＬ２＝０に設定されている。ただし、光路長差は一方の光導波路（同図では下側の光路）に対する他方の光導波路の相対的な光路長差を表している。光路長差付与部１３５の光導波路上には位相シフタ（薄膜ヒータ）１４２が形成されており、この薄膜ヒータを通電することで切り替え動作を行うことができる。
この回路は、従来の対称型マッハツェンダ干渉計スイッチ（ＦＩＧ．３７）の方向性結合器１５１、１５２をそれぞれＷＩＮＣに置き換えた回路であると見なすことができる。従来の方向性結合器の分岐比は波長依存性を持つので３ｄＢカプラ、すなわち分岐比０．５のカプラとして機能する波長範囲は限られている。対称型マッハツェンダ干渉計スイッチの消光比が高くなるのは、方向性結合器１５１と１５２の合計が完全結合長になる時であるので、方向性結合器１５１と１５２の分岐比がそれぞれ０．５よりも小さく、もしくは大きくなれば消光比は劣化する。それに対し、ＦＩＧ．３９の回路はＷＩＮＣを用いているので、波長によらず分岐比を概ね０．５にすることができる。ＷＩＮＳは光結合器の分岐比の波長依存性が小さいＷＩＮＣを用いるので、従来の対称型マッハツェンダ干渉計スイッチよりも広い波長帯域でスイッチングが可能である。しかし、実際には製造誤差等により、広い波長帯域にわたりＷＩＮＣの分岐比を０．５に保つのは困難であり、分岐比の偏差により波長特性は劣化する。
そこで、ＷＩＮＳを構成する２つのＷＩＮＣの分岐比を調整できるようＷＩＮＣの光路長差付与部１３４と１３６に微調整用位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１、１４３を形成した（ＦＩＧ．４０）。ＷＩＮＳは対称型であるので、薄膜ヒータを駆動しない初期状態では、ＷＩＮＳはクロス状態にあり、入力導波路１０１から入力した信号光は出力導波路１０４から出力される。ここで、光路長差付与部の薄膜ヒータ１４１、１４２及び１４３へ通電し、熱光学効果により光学的な光路長をそれぞれδΔＬ１、δΔＬ２、δΔＬ３だけ変化させるとＷＩＮＳはバー状態となり、入力導波路１０１から入力した信号光は出力導波路１０３から出力され、出力導波路１０４への出力は阻止された。その透過率の波長依存性を測定した結果、１．２〜１．７μｍの広い波長領域で消光比−２０ｄＢ以上が得られた。
（従来技術の第３例）
干渉計型光スイッチは、出力強度を０と１にすることにより切り替え動作を行うが、出力強度を０から１の間に設定することにより、光信号の強度を減衰させる可変光アッテネータとして用いることができる。例として、従来の非対称型マッハツェンダ干渉計の波長特性を示し、干渉型光スイッチと可変光アッテネータの相違点を説明する。ＦＩＧ．４１Ａは従来技術の第１例で説明した非対称型マッハツェンダ干渉計スイッチの透過率の波長依存性を示す。ＯＮ状態が出力強度１、ＯＦＦ状態が出力強度０に対応し、ＯＦＦ状態の透過率が小さいほど消光比は高くなる。初期のＯＦＦ状態では光路長差付与部１３１（ＦＩＧ．３７）の光学的光路長差はΔＬ＝０．５λｓであり、ＯＮ状態では光路長差付与部１３１（ＦＩＧ．３７）の光学的光路長差はΔＬ＋δΔＬ＝０．５λｓ−０．５λｓ＝０である。
ＦＩＧ．４１Ｂに、従来の可変光アッテネータにおいて中心波長λｃでの光の透過率を−３０ｄＢ、−２０ｄＢ、−１０ｄＢに設定した時の透過率の波長依存性を示す。位相シフタ（薄膜ヒータ）により光路長差付与部１３１の光学的光路長差を変化させ、透過率を適切な値に設定することにより、光強度を任意に減衰させることができる。
（従来技術の課題）
しかしながら、従来の干渉計型光スイッチもしくは可変光アッテネータには次のような課題があった。
従来技術の第１例で説明した従来の対称型マッハツェンダ干渉計スイッチの消光比が高くなるのは、２つの方向性結合器の合計が完全結合長になる時であるので、２つの方向性結合器の分岐比が０．５なら高消光比が得られる。しかし、作製誤差により方向性結合器の分岐比が例えばｒ１＝ｒ２＝０．４となれば高消光比となる条件を満たさないので、消光比は大きく劣化する。さらに、ある波長では分岐比が０．５であったとしても、波長依存性により方向性結合器の分岐比は波長により変化するので、透過率に波長依存性が生じる。このように、光結合器の製造誤差と波長依存性により従来の対称型マッハツェンダ干渉計スイッチを広い帯域で使用することはできなかった。
一方、非対称型マッハツェンダ干渉計スイッチの消光比が高くなるのは、２つの方向性結合器の分岐比が等しくなる時であるので、作製誤差により例えばｒ１＝ｒ２＝０．４となったとしても高消光比を維持できる。同様に、波長依存性により分岐比が波長により変化しても高消光比を維持できる。しかし、マッハツェンダ干渉計スイッチを非対称型とするには光路長差付与部の光学的光路長差を０．５λｃに設定する必要があった。光路長差を有限の値に設定すると原理的に波長依存性が生じ、透過率が波長により変化する。非対称型は光結合器の製造誤差と波長依存性に対する耐性が強いという利点があるが、従来の技術では波長依存無く光路長差を有限の値に設定することは不可能であった。
そのため、いずれのマッハツェンダ干渉計型光スイッチを用いても、ＦＩＧ．４１Ａに示すような波長依存性を持つ。ＦＩＧ．４１Ａでは、信号光波長λｓを１．５μｍに設定した時の、１．４５〜１．６５μｍの波長帯域を示すが、λｓでは消光比が良好であるが、波長が信号光波長から離れるに伴い、ＯＮ状態とＯＦＦ状態の透過率の差である消光比が劣化する。もし、消光比の目標値が−３０ｄＢ以下であるとすれば、従来のマッハツェンダ干渉計型光スイッチで目標値を達成できるのは信号光波長λｓを中心に広くとも６０ｎｍ程度である。そのため、例えば中心波長１．５５μｍでは消光比は−２５ｄＢ程度に劣化する。このように、従来のマッハツェンダ干渉計型光スイッチでは、十分な消光比を確保できる波長帯域は限られており、広い波長帯域を用いる波長分割多重伝送システム等に適用することはできなかった。
従来技術の第２例で説明したＷＩＮＳは光結合器の分岐比の波長依存性を小さくできるので、従来技術の第１例の光スイッチよりも波長依存性が軽減できる。しかし、ＷＩＮＳは対称型マッハツェンダ干渉計スイッチに基づいているため、高い消光比を得るには２つのＷＩＮＣの分岐比を０．５にする必要がある。ＷＩＮＣを用いることにより波長依存性を小さくできるが、全波長帯域で分岐比を０．５に保つことはできない。そのため、例えば、ある波長で分岐比ｒ１＝ｒ２＝０．４５になったとすれば消光比が大きく劣化する。また、ＦＩＧ．４０で示したようにＷＩＮＣの光路長差付与部にも位相シフタを形成し、光路長差を微調整すれば、波長依存性を改善することができる。しかし、３つの位相シフタを同時に駆動する必要がある。したがって、（１）スイッチング時の消費電力が従来の数倍も増し、（２）調整箇所が増すことにより制御時間が増し、（３）スイッチング動作の制御アルゴリズムが複雑になり、（４）位相シフタの数が増加したことにより電気配線量が従来の何倍も増大するなどの多くの問題が発生し、低消費電力、高速制御性など、商用システムに必要とされる特性を満たさなかった。
従来技術の第３例で説明した可変光アッテネータは中心波長のみで所望の減衰量が得られ、それ以外の波長では減衰量を設定することはできなかった。
なお、本発明に関連する文献として文献１〜５を上記したが、同様な従来技術についての記述のある他の参考文献として下記のものを紹介する。
文献６：Ｋ．Ｊｉｎｇｕｊｉ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｔｗｏ−ｐｏｒｔ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ｃｏｍｐｏｓｅｄ  ｏｆ  ｃａｓｃａｄｅｄ  Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ  ｗｉｔｈ  ｐｏｉｎｔ−ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ．”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  １９９６，Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．１０，ｐｐ．２３０１−２３１０．
文献７：Ｍ．Ｏｋｕｎｏ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃａ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ  ｏｎ  Ｓｉ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ａ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｂｅａｍ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ／ｓｗｉｔｃｈ．”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  １９９４，Ｖｏ．１２，Ｎｏ．４，ｐｐ．６２５−６３３．
文献８：Ｔ．Ｍｉｚｕｎｏ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ  ｗｉｔｈ  ａ  ｕｎｉｆｏｒｍ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｐｅｒｉｏｄ．”，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ２００４，Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．５，ｐｐ．４５４−４５６
文献９：ＥＰ０３８２４６１
文献１０：特許第３１７５４９９号公報
文献１１：特許第３０４１８２５号公報
【発明の開示】
本発明は、上述のような従来技術の課題を解決するためになされたもので、広帯域でスイッチングが可能であると共に、高消光比で製造トレランスが大きい干渉計型光スイッチ及び可変光アッテネータを提供することを目的とする。
この目的を達成するため、本発明では、マッハツェンダ干渉計を構成するカプラ（光合分波手段）のうちの少なくとも一つに、出力の位相差が波長依存性を有する位相生成カプラを用いた。そして、この位相生成カプラとアーム導波路に起因する位相の総和が波長によらず一定になるように設定することを特徴とすることにより、マッハツェンダ干渉計の出力強度の波長無依存化を実現した。
ここで、光合分波手段の出力の位相差とは、光合分波手段の入力ポートのうち少なくとも１つに光を入力し、光合分波手段の出力ポートのうち少なくとも２つから光を出力した時の２つの出力ポート間に生じる出力光の位相差である。また、光合分波手段の入力ポートのうち少なくとも２つに光を入力し、光合分波手段の出力ポートのうち少なくとも１つから光を出力した時、入力ポートの違いにより同一出力ポートでも光の位相差が生じる。この場合は、１つの出力ポートに光を入力し、２つの入力ポートから光を出力したとみなせるので、いずれの場合も２つのポート間の出力の位相差を定義をすることができる。このように、異なる入力ポートもしくは出力ポートに光を入力、もしくは出力した時、ポート間に波長ごとに異なる位相差を生じさせることのできる光カプラが位相生成カプラである。
更に詳しくは、本発明に係る干渉計型光スイッチ及び可変光アッテネータは、第１の光合分波手段と、第１の光合分波手段に接続された２本の光導波路からなる光路長差付与部と、光路長差付与部に接続された第２の光合分波手段と、第１の光合分波手段に接続された１つあるいは複数の入力導波路と、第２の光合分波手段に接続された１つあるいは複数の出力導波路と、光路長差付与部に設けられた位相シフタとを備えた導波路型光回路からなり、第１の光合分波手段もしくは第２の光合分波手段のうち少なくとも一方は、出力の位相差が波長依存性を持つ位相生成カプラとすることにより、従来の干渉計型光スイッチでは実現できなかった新たな機能を有する干渉計型光スイッチ、及び可変光アッテネータを提供することができる。
また、位相生成カプラが光結合器と光路長差付与部との接続により構成されたものであることを特徴とすることにより、出力の位相差が波長依存性を有する光合分波手段を実現してもよい。さらに、光結合器の分岐比と光路長差付与部の光学的光路長差を適切に設定することにより、任意の位相差を生成することができる。
また、位相生成カプラが、Ｎ＋１個（Ｎは自然数）の光結合器と、隣接する光結合器に挟まれたＮ個の光路長差付与部とによって構成されたものであることを特徴とすることにより、原理損失無く位相生成機能を有する位相生成カプラを実現してもよい。さらに、Ｎを大きくするほどパラメータ設定の自由度が増し、位相生成カプラの出力の位相差と適正位相との近似度、及び位相生成カプラの分岐比と適正分岐比との近似度が高まる。そのため、容易に、精度の良い位相を生成できる位相生成カプラを提供することができる。
また、光の波長をλ、第１の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ１（λ）、光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、第２の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ２（λ）とすると、３つの位相差の総和
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が波長無依存になるように一定に設定されたことを特徴とすることにより、実効的に光路長差付与部の光学的光路長差を波長によらずに任意の値に設定してもよい。それにより出力の透過特性を波長無依存にすることができ、広帯域で使用できる干渉計型光スイッチや可変光減衰器などの光部品を提供することができる。
また、３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）に設定され、第１の光合分波手段と第２の光合分波手段の分岐比が、全波長領域にわたり概ね等しくなるよう設定してもよい。それにより、従来は原理的に不可能であった、波長無依存の非対称型マッハツェンダ干渉計スイッチを実現することができる。例えば、広い波長帯域で高消光比を有し、製造偏差に強い広帯域ゲートスイッチやタップスイッチを提供することができる。さらに、波長無依存の可変光アッテネータとして使用することもできる。
また、３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が、２ｍ’・π（ｍ’は整数）に設定され、第１の光合分波手段と第２の光合分波手段の分岐比の合計が概ね１になるよう設定されたことを特徴とすることができる。それにより、例えば波長無依存の対称型マッハツェンダ干渉計スイッチとして動作させてもよい。
また、第１の光合分波手段の出力の位相差と、第２の光合分波手段の出力の位相差との和が、ΔＬ／λ＋ｍ／２（ｍは整数）であることを特徴とすることができる。
また、光の波長をλ、第１の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ１（λ）、光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差を２πφΔＬ（λ）、第２の光合分波手段により出力される光の位相差を２πφ２（λ）とすると、導波路型光回路の出力強度が波長に対して一定になるよう３つの位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が設定されたことを特徴とすることができる。そうすれば、広帯域にわたり出力強度が一定の干渉計型光スイッチ及び可変光アッテネータを提供することができる。
また、第１の光合分波手段もしくは第２の光合分波手段のうち一方が、位相差２πφｃ（定数）の光結合器であり、他方が２つの光結合器とその２つの光結合器に挟まれた一つの光路長差付与部より構成された位相差２πφ（λ）の位相生成カプラであり、
2005003852.tif 000004
を満たすように、光合分波手段を構成する２つの光結合器の分岐比と、一つの光路長差付与部の光学的光路長差とが設定されたことを特徴とすることにより、広い波長帯域でスイッチング動作が可能な干渉計型光スイッチを提供することができる。
また、第１の光合分波手段及び第２の光合分波手段が、夫々２つの光結合器と２つの光結合器に挟まれた一つの光路長差付与部より構成された位相生成カプラであり、第１の光合分波手段の出力の位相差と第２の光合分波手段の出力の位相差との和が、
2005003852.tif 000005
を満たすように、第１の光合分波手段及び第２の光合分波手段を構成する２つの光結合器の分岐比と、一つの光路長差付与部の光学的光路長差とが設定されたことを特徴とすることにより、広い波長帯域でスイッチング動作が可能な干渉計型光スイッチを提供することができる。
また、第１の光合分波手段及び第２の光合分波手段が、夫々Ｎ＋１個（Ｎは自然数）の光結合器と、隣接する光結合器に挟まれ、第１と第２の２本の光導波路（遅延線）からなるＮ個の光路長差付与部とによって構成された位相生成カプラであり、第１の光合分波手段のＮ個の光路長差付与部を構成する第１光導波路の光学的光路長差の総和をΣδｌ１，１、第２光導波路の光学的光路長差の総和をΣδｌ２，１、第２の光合分波手段のＮ個の光路長差付与部を構成する第１光導波路の光学的光路長差の総和をΣδｌ１，２、第２光導波路の光学的光路長差の総和をΣδｌ２，２とすると、光学的光路長差の総和が（Σδｌ１，１＞Σδｌ２，１かつΣδｌ１，２＞Σδｌ２，２）、もしくは、（Σδｌ２，１＞Σδｌ１，１かつΣδｌ２，２＞Σδｌ１，２）のいずれかを満たすよう設定し、位相生成カプラにより効率的に位相を生成してもよい。
また、第１の光合分波手段及び第２の光合分波手段が、Ｎ＋１個（Ｎは自然数）の光結合器と、隣接する光結合器に挟まれたＮ個の光路長差付与部とによって構成された位相生成カプラであり、第１の光合分波手段及び第２の光合分波手段のＮ＋１個（Ｎは自然数）の光結合器の分岐比が等しい値に設定されたことを特徴としてもよい。光結合器が作製しやすくなれば歩留まりを向上させることができる。
また、光結合器として、近接した２本の光導波路からなる方向性結合器を用いれば、２本の光導波路の結合長や導波路間の間隔等を適切に設定することで、光結合器の分岐比を容易に任意の値に設定することができる。
また、位相シフタとして、光導波路上に設けられた薄膜ヒータを用いることにより、精度良く位相をシフトさせることができる。
また、位相シフタの近傍に断熱溝を形成することにより、位相シフトに必要な消費電力を抑えることができる。
また、導波路型光回路が、石英系ガラス光導波路で構成されていることを特徴とすることにより、集積性、信頼性、安定性に優れた低損失導波路型光回路を提供することができる。
また、干渉計型光スイッチを多段に複数接続したことを特徴とすることにより、さらなる高消光比の干渉計型光スイッチや高機能干渉計型光スイッチを提供することができる。さらに、干渉計型光スイッチを複数接続することでＮ×Ｎマトリックススイッチ、１×Ｎツリースイッチ、１×Ｎタップスイッチ、Ｍ×ＮのＤＣスイッチ、ＲＯＡＤＭスイッチなどの大規模干渉計型光スイッチを構成することができる。
また、第１の干渉計型光スイッチの２つの出力導波路のうち一方が第２の干渉計型光スイッチの入力導波路に接続され、第１の干渉計型光スイッチの入力導波路を干渉計型光スイッチの入力ポートとして用い、第２の干渉計型光スイッチの出力導波路を干渉計型光スイッチの第１出力ポートとして用い、第１の干渉計型光スイッチの２つの出力導波路のうち他方が干渉計型光スイッチの第２出力ポートとして用いたことを特徴とすることにより、一定消費電力の１×２干渉計型光スイッチを実現してもよい。
また、第１の干渉計型光スイッチの２つの出力導波路のうち一方が第２の干渉計型光スイッチの入力導波路に接続され、他方が第３の干渉計型光スイッチの入力導波路に接続され、第１の干渉計型光スイッチの入力導波路を干渉計型光スイッチの入力ポートとして用い、第２の干渉計型光スイッチの出力導波路を干渉計型光スイッチの第１出力ポートとして用い、第３の干渉計型光スイッチの出力導波路を干渉計型光スイッチの第２出力ポートとして用いたことを特徴とすることにより、ＰＩ−ＬＯＳＳ（パス無依存損失）の１×２干渉計型光スイッチを実現してもよい。
また、干渉計型光スイッチを少なくとも一つ用い、Ｍ（Ｍ：自然数）入力Ｎ（Ｎ：自然数）出力の光スイッチを構成したことを特徴とすることにより、Ｎ×Ｎマトリックススイッチ、１×Ｎツリースイッチ、１×Ｎタップスイッチ、Ｍ×ＮのＤＣスイッチ、ＲＯＡＤＭスイッチなどの大規模光スイッチを提供することができる。
また、干渉計型光スイッチの光導波路上に複屈折率調整手段が設けられている、もしくは複屈折率の調整が行われたことを特徴とする偏波無依存、あるいは偏光ビームスイッチなどの偏光依存の干渉計型光スイッチを提供することができる。
また、導波路型光回路の出力強度が最大となる状態と最小となる状態を切り替えるのが干渉計型光スイッチであるが、その出力強度を可変にし、最大と最小の間の任意の値に設定することにより、可変光アッテネータとして機能させることができる。この場合、出力強度が広い波長帯域で一定となる広帯域可変光アッテネータを提供することができる。
また、導波路型光回路を内部に有する筐体と、筐体に保持され、導波路型光回路に信号の入出力を行う光ファイバとを有することを特徴とすることにより、光クロスコネクト（ＯＸＣ）システムや光アドドロップ多重（ＯＡＤＭ）システムなどの光通信システムに使用できる導波路型光回路の光モジュールを提供できる。
本発明では、マッハツェンダ干渉計の第１の光合分波手段もしくは第２の光合分波手段のうち少なくとも一方に、出力の位相差が波長依存性を持つ位相生成カプラを用いる。それにより、従来技術では実現できなかった新たな機能を有する干渉計型光スイッチ及び可変光アッテネータを実現している。
位相生成カプラを備えた本発明のマッハツェンダ干渉計型光スイッチにおいて、クロスポート（１０１⇒１０４）の光強度Ｐｃは次式
2005003852.tif 000006
で表すことができる。ただし、φΔＬ（λ）はマッハツェンダ干渉計の光路長差付与部の光学的光路長差に起因する位相差、Φ（λ）は位相生成カプラにより生成される出力の位相差である。また簡単のため、第１と第２の光合分波手段の分岐比が等しく、Ｒ（λ）であるとした。光強度を０にするには２π｛φΔＬ（λ）＋Φ（λ）｝がπの奇数倍になるようにすればよい。しかし、従来のマッハツェンダ干渉計ではΔＬを有限の値に設定すると物理的に光学的光路長差に波長依存性が発生するので、２π｛φΔＬ（λ）｝が波長によらず一定値になるよう設定することは不可能であった。一方、本発明では位相生成カプラを用いて適切な位相差を生成することにより、はじめて位相差２π｛φΔＬ（λ）＋Φ（λ）｝を波長に依らずに任意の一定値に設定することを可能にした。適用する干渉計回路の用途により位相生成カプラの出力の位相差Φ（λ）を適宜設定することにより、広い波長帯域で動作可能な干渉計型光スイッチや可変光アッテネータを提供することができる。
また、本発明によれば、広い波長帯域でスイッチング動作が可能な干渉計型光スイッチ回路を実現できるので、この回路を光スイッチの基本素子として導入すれば、任意の波長帯域で動作する光クロスコネクトシステムや光アドドロップ多重システム用スイッチが実現できる。それにより、部品の共用が可能になり、システムを低コストで構築することができる。
本発明では干渉計を構成する光合分波手段のうち少なくとも一つに、出力の位相差が波長依存性を持つ位相生成カプラを用いることにより、はじめて波長依存性を発生させることなく光路長差付与部の光学的光路長差を有限の値に設定することを可能とした。それにより従来技術では実現できなかった広い帯域で高消光比を有し、かつ製造誤差に対する許容量の大きい干渉計型光スイッチ、及び広い帯域で動作可能な可変光アッテネータを実現した。
【図面の簡単な説明】  ＦＩＧ．１は本発明の第１実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す模式図である。
ＦＩＧ．２は本発明の第１実施形態における位相補正量の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．３は本発明の第１実施形態における干渉計型光スイッチのＯＦＦ状態における透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．４は本発明の第１実施形態で用いた位相生成カプラの模式図である。
ＦＩＧ．５は本発明の第１実施形態で用いた位相生成カプラの位相差の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．６は本発明の第１実施形態で用いた位相生成カプラの分岐比の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．７は本発明の第１実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す模式図である。
ＦＩＧ．８は本発明の第１実施形態における干渉計型光スイッチの透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．９は本発明の第１実施形態の第１変形における干渉計型光スイッチの透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．１０は本発明の第１実施形態の第２変形における干渉計型光スイッチの透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．１１は本発明の第２実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す模式図である。
ＦＩＧ．１２は本発明の第２実施形態における位相補正量の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．１３は本発明の第２実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す模式図である。
ＦＩＧ．１４は本発明の第２実施形態における干渉計型光スイッチの透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．１５は本発明の第３実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す模式図である。
ＦＩＧ．１６は本発明の第３実施形態における干渉計型光スイッチの断面図である。
ＦＩＧ．１７は本発明の第３実施形態における干渉計型光スイッチの透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．１８は本発明の第４実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す模式図である。
ＦＩＧ．１９は本発明の第４実施形態における干渉計型光スイッチの透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．２０本発明の第４実施形態の第１変形における干渉計型光スイッチの構成を示す模式図である。
ＦＩＧ．２１は本発明の第４実施形態の第１変形における干渉計型光スイッチの透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．２２は本発明の第５実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す模式図である。
ＦＩＧ．２３は本発明の第５実施形態における干渉計型光スイッチの透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．２４は本発明の第６実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す模式図である。
ＦＩＧ．２５は本発明の第６実施形態で用いた位相生成カプラの模式図である。
ＦＩＧ．２６は本発明の第６実施形態における干渉計型光スイッチの透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．２７は本発明の第７実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す模式図である。
ＦＩＧ．２８Ａは本発明の第７実施形態における干渉計型光スイッチのＯＦＦ状態の透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．２８Ｂは本発明の第７実施形態における干渉計型光スイッチのＯＮ状態の透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．２９は本発明の第８実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す模式図である。
ＦＩＧ．３０Ａは本発明の第８実施形態における干渉計型光スイッチのＯＦＦ状態の透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．３０Ｂは本発明の第８実施形態における干渉計型光スイッチのＯＮ状態の透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．３１は本発明の第９実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す模式図である。
ＦＩＧ．３２Ａは本発明の第９実施形態における干渉計型光スイッチのＯＦＦ状態におけるＴＥモードの透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．３２Ｂは本発明の第９実施形態における干渉計型光スイッチのＯＦＦ状態におけるＴＭモードの透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．３３Ａは本発明の第９実施形態における干渉計型光スイッチのＯＮ状態におけるＴＥモードの透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．３３Ｂは本発明の第９実施形態における干渉計型光スイッチのＯＮ状態におけるＴＭモードの透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．３４Ａは本発明の干渉計型光スイッチを用いたＮ×Ｎスイッチの構成例を示す模式図である。
ＦＩＧ．３４Ｂは本発明の干渉計型光スイッチを用いた１×Ｎスイッチの構成例を示す模式図である。
ＦＩＧｓ．３５Ａ−３５Ｅは導波路型光回路の作製工程を説明する模式図である。
ＦＩＧ．３６は本発明の干渉計型光スイッチを用いた光スイッチモジュールの模式図である。
ＦＩＧ．３７は従来のマッハツェンダ干渉計型光スイッチの構成を示す模式図である。
ＦＩＧ．３８は従来のマッハツェンダ干渉計型光スイッチの断面図である。
ＦＩＧ．３９は従来の波長無依存スイッチ（ＷＩＮＳ）の構成を示す模式図である。
ＦＩＧ．４０は従来の波長無依存スイッチ（ＷＩＮＳ）の構成を示す模式図である。
ＦＩＧ．４１Ａは従来技術の第１例の非対称型マッハツェンダ干渉計スイッチの透過率の波長依存性を示す図である。
ＦＩＧ．４１Ｂは従来の可変光アッテネータにおいて中心波長λｃでの光の透過率を−３０ｄＢ、−２０ｄＢ、−１０ｄＢに設定した時の透過率の波長依存性を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を詳細に説明する。
なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。以下の実施形態では、平面光導波路を用い、光導波路としてはシリコン基板上に形成した石英系光導波路を使用した干渉計型光スイッチおよび可変光アッテネータについて説明する。これは平面光導波路が集積性に優れ、スイッチ規模の大規模化や作製費用の低コスト化に優れるためである。さらにこの組み合わせの光導波路が低損失で安定であり、しかも石英系光ファイバとの整合性に優れているためである。しかしながら本発明はこれらの組み合わせに限定されるものではない。また、導波路型光スイッチの説明は、一般的に広く用いられているマッハツェンダ干渉計型２×２基本構成素子を例に取りあげて説明する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、他のスイッチに関しても同様に適応可能である。
（第１の実施形態）
ＦＩＧ．１に本発明の第１実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す。
本実施形態の干渉計型光スイッチは、出力の位相差が波長依存性を持つ光合分波手段（位相生成カプラ）１１１と、光合分波手段１２１と、光合分波手段１１１、１２１に挟まれた光路長差付与部１３１と、光路長差付与部１３１に形成された位相シフタ１４１と、入力導波路１０１、１０２と、出力導波路１０３、１０４とから構成されている。
マッハツェンダ干渉計の透過特性は、ＦＩＧ．４１Ａに示したように、信号光波長λｓで高い消光比を有し、信号光波長から離れるほど消光比は劣化する。ここで、もし全ての波長領域を信号光波長にできれば、その波長領域全体で高い消光比を維持できる。信号光波長は光路長差付与部に位相差を与えることにより変化させることができ、その与える位相差の量により信号光波長が決まる。したがって、それぞれの波長に応じて適切な位相差を光路長差付与部に与えることができれば、全波長領域を信号光波長にできる。
この原理を数式により詳細に説明する。マッハツェンダ干渉計（ＦＩＧ．３７を参照）の入力導波路１０１から信号光を入力し、出力導波路１０４から出力される光強度Ｐｃは、光路長差付与部１３１の光学的光路長差ΔＬに起因する位相差をφΔＬ（λ）、λを波長とすると、
2005003852.tif 000007
と表される。ただし、本発明の各実施形態では、位相差は２πで規格化した値を用いるものとする。また、マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光合分波手段の分岐比は一定値０．５としている。上記数式５から、従来のマッハツェンダ干渉計の出力強度は光路長差付与部１３１の光路長差に起因する位相差が波長により変化するため、原理的に波長依存性を有することが明らかである。
ここで、もし光路長差付与部１３１に生じる位相差が波長に対して一定になるように設定できれば、マッハツェンダ干渉計を波長無依存にできる。そこで、光合分波手段１１１から出力される光の位相差を利用して位相補償を行う。マッハツェンダ干渉計の第１の光合分波手段１１１に光を入力し、この光合分波手段１１１につながる２本の光導波路から出力される光の位相差をφ１（λ）、マッハツェンダ干渉計の第２の光合分波手段１２１につながる２本の光導波路に光を入力し、この光合分波手段１２１から出力される光の位相差をφ２（λ）とすると、上記の数式５は、
2005003852.tif 000008
と変形することができる。ここで、位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が波長無依存になるように設定すれば、出力強度を波長無依存にすることができる。以上が本発明で用いる波長無依存化の原理である。
具体的にマッハツェンダ干渉計型光スイッチに本発明の波長無依存化の原理を適用する場合を説明する。光スイッチとして動作させるには、ＯＦＦ状態で出力強度が０となり、ＯＮ状態で出力強度が１となるようにすればよい。したがって、位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝がｍ・π（ｍは整数）となるように設定すれば、ｍが奇数の時はＯＦＦ状態、ｍが偶数の時はＯＮ状態となり、スイッチング動作が可能である。
次に、位相差の総和を一定にするための光合分波手段１１１による位相補正量Ψ（λ）を導出する。φΔＬ（λ）は−ΔＬ／λで与えられるため、位相補正量Ψ（λ）は、
2005003852.tif 000009
となる。ここで、例えばｍ＝−１、ΔＬ＝λｃ／２（λｃは波長帯域の中心波長１．５５μｍ）に設定した時の位相補正量Ψ（λ）の波長依存性をＦＩＧ．２に示す。このような位相補正量を光路長差付与部１３１に寄与させた時のマッハツェンダ干渉計型光スイッチの透過特性の波長依存性をＦＩＧ．３に示す。光路長差付与部１３１の光路長差に起因する位相差の波長依存性が補償され、広い波長領域で高消光比が得られることがわかる。
実際のマッハツェンダ干渉計にＦＩＧ．２に示した位相補正量を与える方法として、出力の位相差が波長依存性を持つ光合分波手段を用いる場合を説明する。以降、このような光合分波手段を位相生成カプラ（Ｐｈａｓｅ−ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  ｃｏｕｐｌｅｒ：ＰＧＣ）と呼ぶことにする。出力の位相差が波長依存性を有する光合分波手段を実現する方法として様々な手段が考えられるが、例えば光結合器と光路長差付与部とを接続することにより位相生成カプラとして機能させることができる。本実施形態では、Ｎ＋１個（Ｎは自然数）の光結合器と、隣接する光結合器に挟まれたＮ個の光路長差付与部とによって構成される光合分波手段を位相生成カプラとして使用した。それは、Ｎ＋１個の光結合器の分岐比とＮ個の光路長差付与部の光路長差を調整することにより、この光合分波手段の分岐比と出力の位相差を任意に設定することができるからである。また、Ｎを大きくするほどパラメータ設定の自由度が増し、目的とする特性との近似度を高めることができる。さらに、この構成では原理損失が無いという特長がある。
ＦＩＧ．１に示した本実施形態の干渉計型光スイッチは、位相生成カプラ１１１を１つ用いている。位相生成カプラ１１１に光を入力し、この位相生成カプラ１１１につながる２本の光導波路から出力される光の位相差をφ（λ）、光合分波手段１２１につながる２本の光導波路に光を入力し、この光合分波手段１２１から出力される光の位相差をφｃ（定数）とすると、
2005003852.tif 000010
となるように、位相生成カプラ１１１の出力の位相差の波長依存性を設定すればよい。
位相生成カプラ１１１の一例をＦＩＧ．４に示す。ＦＩＧ．４に示す光合分波手段（位相生成カプラ）１１１は、２つの方向性結合器１５１、１５２と、この２つの方向性結合器１５１、１５２を結んでいる２本の光導波路から成る微小光路長差付与部１３２と、入力導波路１０１、１０２と、出力導波路１０３、１０４とから構成されている。
この光合分波手段１１１の分岐比が波長領域の中心波長λｃ＝１．５５μｍで概ね０．５となり、出力される光の位相差が上記の数式８を満たすように、２つの方向性結合器１５１、１５２の分岐比と、１つの微小光路長差付与部１５２の光路長差を多重回帰近似により求めた。
上記の数式５、６は簡単のため第１と第２の光合分波手段の分岐比を一定値０．５として導出した。これは理想的な場合であるが、実際には光合分波手段の分岐比は波長依存性を有するので、それも考慮する必要がある。マッハツェンダ干渉計型光スイッチをクロス出力ＯＦＦ状態で使用する場合、第１と第２の光合分波手段の分岐比が等しければ、先に説明した位相補償を行うことにより高消光比を得ることができる。したがって、第１と第２の光合分波手段の分岐比の波長依存性が概ね一致するように光合分波手段を設定した。
設計した位相生成カプラの入力導波路１０１から光を入力し、出力導波路１０３、１０４から出力される光の位相差の波長依存性φ（λ）と分岐比の波長依存性をそれぞれＦＩＧ．５、ＦＩＧ．６に示す。また、ＦＩＧ．５に位相生成カプラで補正する位相補正量Ψ（λ）、すなわち上記の数式８の右辺で表される所望の関数を同時に描いた。ＦＩＧ．５、ＦＩＧ．６では、数値例としてΔＬを０．３４λｃ（≒０．５３μｍ）、ｍを−１、φｃを−１／４に設定している。位相生成カプラは分岐比が概ね０．５の３ｄＢ光合分波手段として機能し、その出力の位相差φ（λ）は波長無依存化に必要な位相補正量Ψ（λ）に概ね一致することがわかる。
ＦＩＧ．７に、この位相生成カプラ１１１を用いて作製した干渉計型光スイッチの平面図を示す。位相生成カプラ１１１を構成する方向性結合器１５１、１５２の分岐比をそれぞれｒ１＝０．３、ｒ２＝０．７とし、微小光路長差付与部１３１の光路長差をΔＬ１＝０．３０λｃ（≒０．４７μｍ）に設定した。また、マッハツェンダ干渉計１３１の光路長差をΔＬ＝０．３４λｃ（≒０．５３μｍ）とし、方向性結合器１５３の分岐比はｒ３＝０．５に設定した。ただし、光路長差は、一方の光導波路（図では下側の光路）に対する他方の光導波路の相対的な光路長をあらわしている。干渉計型光スイッチの光合分波手段１１１と方向性結合器１５３を結んでいる２本の光導波路の間隔は２５０μｍにした。位相シフタ（ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔｅｒ）１４１としては薄膜ヒータを用い、幅を４０μｍ、長さを４ｍｍに設定した。
上記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は０．７５％、光導波路のコア断面は６×６μｍ２になるように作製した。
この干渉計型光スイッチが作製されたチップをダイシングにより切り出し、そのスイッチング特性を評価した。ここでは作製した光導波路回路を基本構成素子とするゲートスイッチとして用いた場合のスイッチング動作について説明する。
位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１がＯＦＦ状態の時、スイッチはバー状態にあり、これにより信号光が入力導波路１０１から入力した場合に信号光は出力導波路１０３から出力され、出力導波路１０４からは出力されないようにしている。ここで薄膜ヒータ１４１を通電し、熱光学効果により光学的な光路長を信号光の半波長相当分｛０．５λｃ・ｋ（ｋは０以外の整数）｝変化させると、光路長差はΔＬ＋δΔＬ＝０．３４λｃ−０．５λｃ＝−０．１６λｃとなった。この時、位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１はＯＮ状態でスイッチはクロス状態にあり、入力導波路１０１から入力された信号光は出力導波路１０４から出力される。すなわち、入力ポートを１０１とし、出力ポートを１０４とした時、位相シフタがＯＦＦ状態では信号光は出力されず、位相シフタがＯＮ状態では信号光が出力され、ゲートスイッチとして機能した。入力ポートを１０２とした場合も同様のスイッチング動作を確認できた。
次に、ＦＩＧ．８に、測定した透過率の波長特性を示す。比較のために、ＦＩＧ．３７に示す従来のマッハツェンダ干渉計型光スイッチの透過率の波長依存性も合わせて図示した。
位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１がＯＦＦ状態の時、本実施形態の干渉計型光スイッチは１．４５〜１．６μｍの広い波長帯域で−４０ｄＢ以下の高消光比が得られた。位相シフタをＯＮ状態にした時、本実施形態の干渉計型光スイッチは広い波長帯域で良好な挿入損失が得られた。
このように、本実施形態の干渉計型光スイッチは、従来と全く異なる原理を用いて広帯域にわたる高消光比を実現し、小型であり、１つの位相シフタのみで広帯域のスイッチング動作ができることを確認した。また、広い波長帯域でのスイッチング動作に対応しているため、光合分波手段の分岐比誤差や光路長差付与部の光路長差誤差に対する許容量が大きく、たとえ作製誤差が発生したとしても高消光比を維持することができる干渉計型光スイッチを実現できた。
以上、本実施形態で説明した干渉計型光スイッチでは、波長帯域が１．４５〜１．６５μｍの範囲で高消光比が得られるように設計したが、位相補正量を最適に設計することにより、例えば１μｍ〜２μｍなど、任意の波長帯域で高消光比が得られるようにすることができる。さらに、出力の位相差が波長依存性を持つ光合分波手段としてＮ＋１個（Ｎは１以上の整数）の光合分波手段と、隣接する光合分波手段に挟まれたＮ個の光路長差付与部とによって構成されている光合分波手段を用いたが、もちろんその他の光合分波手段を用いても良い。また、本実施形態で説明した構成に限らず、例えば３個の光合分波手段と隣接する光合分波手段に挟まれた２個の光路長差付与部によって構成してもよいし、異なる光合分波手段を組み合わせて位相生成カプラを構成してもよい。さらに、光合分波手段は、本実施形態で使用した方向性結合器に限らず、マルチモード干渉カプラ等、その他の種類のものを用いても良いし、例えば位相生成カプラを構成する光合分波手段の一方を方向性結合器、他方をマルチモード干渉計カプラにするなど、複数種類の光合分波手段を用いても構わない。
そして、使用する光合分波手段の分岐比の波長依存性を考慮して位相特性を設定してもよい。また、光導波路の屈折率を局所的に変化させ、光学的な光路長差や光合分波手段の結合特性、位相特性を調整することもできる。また、本実施例では入力導波路を１０１、１０２としたが、１０３、１０４を入力導波路として使用し、１０１、１０２を出力導波路として使用しても同じ効果が得られた。また、ｍが−１になるように設計したが、ｍは＋１でも良いし、その他の整数を用いてよい。
以上説明したように、本発明はここで説明した構成に限らず、回路全体として見た時に、設定した波長帯域や周波数帯域全域で回路を構成する光合分波手段の出力の位相差と光路長差付与部の光路長差に起因する位相差の総和が波長無依存になるように設定すれば、導波路の種類、導波路の形状、導波路材料、波長帯、光合分波手段の種類などによらずに広帯域で高消光比を維持できる干渉計型光スイッチを構成することができる。
（第１の実施形態の第１変形例）
本発明の第１の実施形態の第１変形例では、ＦＩＧ．７に示す第１の実施形態における干渉計型光スイッチと同じ構成を用いる。
位相生成カプラ１１１の分岐比が波長領域の中心波長λｃ＝１．５５μｍで概ね０．５となり、出力される光の位相差が上記の数式８を満たすように、２つの方向性結合器１５１、１５２の分岐比と、１つの微小光路長差付与部１３２の光路長差を多項式近似により求めた。その結果、方向性結合器１５１、１５２の分岐比をそれぞれｒ１＝０．１、ｒ２＝０．６とし、微小光路長差付与部１３２の光路長差をΔＬ１＝０．２７・λｃ（≒０．３８μｍ）とし、方向性結合器１５３の分岐比をｒ３＝０．５に設定した。また、マッハツェンダ干渉計の光路長差はΔＬ＝０．３７・λｃ（≒０．５３μｍ）とし、光合分波手段１１１と方向性結合器１５３を結んでいる２本の光導波路の間隔は２５０μｍにした。ただし、光路長差は一方の光導波路（同図では下側の光路）に対する他方の光導波路の相対的な光路長をあらわしている。位相シフタ１４１としては薄膜ヒータを用い、その幅を４０μｍ、その長さを４ｍｍに設定した。
上記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は１．５％、光導波路のコア断面は４．５×４．５μｍ２となるように作製した。このように本実施例では、従来の導波路に比べて比屈折率の高い導波路を用いた。なぜなら、導波路の比屈折率を高くすると、ファイバ結合損失等の過剰損失が増す反面、導波路の最小曲率半径を小さくすることができるため、回路が小型になるからである。
この干渉計型光スイッチが作製されたチップをダイシングにより切り出し、シリコン基板１６１の下部には放熱板（図示しない）を配設し、入出力導波路１０１〜１０４にはシングルモードファイバ（図示しない）を接続し、薄膜ヒータ１４１には給電リード（図示しない）を接続して、２入力２出力光スイッチモジュールとした。本実施形態の干渉計型光スイッチをこのようにモジュール化することにより、このスイッチは光クロスコネクトシステムや光アドドロップ多重システムなどの光通信システムに容易に導入することができる。
次に、作製した干渉計型光スイッチモジュールのスイッチング特性を評価した。ここでは作製した光導波路回路を基本構成素子とするゲートスイッチとして用いた場合のスイッチング動作について説明する。位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１がＯＦＦ状態の時、スイッチはバー状態にあり、これにより信号光が入力導波路１０１から入力した場合に信号光は出力導波路１０３から出力され、出力導波路１０４からは出力されないようにしている。ここで、ＦＩＧ．７には図示していないが、光路長差付与部１３１を構成する２本の遅延線のうち、上側の光導波路（第１光導波路）に形成された薄膜ヒータへ通電し、熱光学効果により光学的な光路長を信号光の半波長相当分｛０．５λｃ・ｋ（ｋは０以外の整数）｝変化させると、光路長差はΔＬ＋δΔＬ＝０．３０λｃ＋０．５０λｃ＝０．８０λｃとなった。この時、位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１はＯＮ状態でスイッチはクロス状態となり、入力導波路１０１から入力された信号光は出力導波路１０４から出力され、ゲートスイッチとして機能することを確認した。本実施例ては上記のｋの値を＋１としたが、もちろん、ｋはその他の値であっても構わない。
ＦＩＧ．９に、測定した透過率の波長特性を示す。比較のために、ＦＩＧ．３７に示す従来のマッハツェンダ干渉計型光スイッチの透過率の波長特性も合わせて図示した。位相シフタがＯＦＦ状態の時、本実施形態の干渉計型光スイッチは従来型の光スイッチに比べて広い波長帯域で高消光比が得られた。位相シフタをＯＮ状態にした時、本実施形態の干渉計型光スイッチは広い波長帯域で良好な挿入損失が得られた。
（第１の実施形態の第２変形例）
本発明の第１の実施形態の第２変形例では、ＦＩＧ．７に示す第１の実施形態における干渉計型光スイッチと同じ構成を用いた。
位相生成カプラ１１１の分岐比が波長領域の中心波長λｃ＝１．５５μｍで概ね０．４５となり、出力される光の位相差が上記の数式８を満たすように、２つの方向性結合器１５１、１５２の分岐比と、１つの微小光路長差付与部１３２の光路長差とを最小二乗曲線近似により求めた。その結果、方向性結合器１５１、１５２の分岐比をそれぞれｒ１＝０．４、ｒ２＝０．８とし、微小光路長差付与部１３２の光路長差をΔＬ１＝０．３０λｃ（≒０．４７μｍ）とし、方向性結合器１５３の分岐比をｒ３＝０．５に設定した。また、マッハツェンダ干渉計の光路長差はΔＬ＝０．３２λｃ（≒０．５０μｍ）とし、光合分波手段１１１と方向性結合器１５３を結んでいる２本の光導波路の間隔は５００μｍにした。ただし、光路長差は一方の光導波路（図では下側の光路）に対する他方の光導波路の相対的な光路長をあらわしている。位相シフタとしては薄膜ヒータを用い、幅を４０μｍ、長さを８ｍｍに設定した。マッハツェンダ干渉計の光路長差は最初ΔＬ＝０μｍに設定し、回路を作製した後、薄膜ヒータによる恒久的な局所加熱処理を行うことにより導波路の屈折率を変化させ、光学的な光路長差がΔＬ＝０．３２λｃ（≒０．５０μｍ）になるように調整した。
このように、光学的光路長は導波路の屈折率を含めた導波路の光路長であり、屈折率の波長依存性も含む光路の長さである。そのため、導波路を形成した後も導波路の屈折率を変化させることにより光学的な光路長を変化させることができる。そのため、光路長差が０（零）の干渉計型光スイッチを作製しておき、作製工程で導波路の屈折率を変化させることにより光学的光路長差が設計値になるように調整することができる。その他、薄膜ヒータによる恒久的な局所加熱処理法を用いて作製誤差を解消することもできる。すなわち、作製誤差により光学的光路長差が設計値からずれた場合も、作製後に屈折率を調整することにより、光路長差を設計通りに補正することができる。なお、本実施形態で薄膜ヒータを用いたのは、光導波路上に既に位相シフタとして薄膜ヒータが形成されているためである。さらに、光導波路上に薄膜ヒータが装着されているため、屈折率を簡便に、精度良く調整することができる。もちろん、屈折率の調整方法は薄膜ヒータに限らず、レーザ等の光照射など、その他の手段を用いてもよい。また、本実施形態では局所加熱処理に位相シフタ用の薄膜ヒータを併用したが、恒久的な局所加熱処理専用の薄膜ヒータを設けて屈折率を調整してもよい。さらに、光合分波手段１１１を構成する方向性結合器１５１、１５２や微小光路長差付与部１３２の光導波路の屈折率を調整することで、光合分波手段１１１の特性を補正することもできる。
上記設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は０．７５％、光導波路のコア断面は６×６μｍ２となるように作製した。
この干渉計型光スイッチが作製されたチップをダイシングにより切り出し、シリコン基板１６１の下部には放熱板（図示しない）を配設し、入出力導波路１０１〜１０４には分散シフトファイバ（図示しない）を接続し、薄膜ヒータ１４１には給電リード（図示しない）を接続して、２入力２出力光スイッチモジュールとした。
次に、上記のようにして作製した干渉計型光スイッチモジュールのスイッチング特性を評価した。ここでは作製した光導波路回路を基本構成素子とするゲートスイッチとして用いた場合のスイッチング動作について説明する。位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１がＯＦＦ状態の時、スイッチはバー状態にあり、これにより信号光が入力導波路１０１から入力した場合に信号光は出力導波路１０３から出力され、出力導波路１０４からは出力されないようにしている。ここで薄膜ヒータ１４１を通電し、熱光学効果により光学的な光路長を信号光の半波長相当分｛０．５λｃ・ｋ（ｋは０以外の整数）｝変化させると光路長差はΔＬ＋δΔＬ＝０．３２λｃ−０．５０λｃ＝−０．１８λｃとなった。この時、位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１はＯＮ状態でスイッチはクロス状態となり、入力導波路１０１から入力された信号光は出力導波路１０４から出力され、ゲートスイッチとして機能することを確認した。
ＦＩＧ．１０に、測定した透過率の波長特性を示す。比較のために、ＦＩＧ．３７に示す従来のマッハツェンダ干渉計型光スイッチの透過率の波長特性も合わせて図示した。位相シフタがＯＦＦ状態の時、本実施形態の干渉計型光スイッチは１．４５〜１．６３μｍの広い波長帯域で−３０ｄＢ以下の消光比を維持することができた。位相シフタをＯＮ状態にした時、本実施形態の干渉計型光スイッチは広い波長帯域で良好な挿入損失が得られた。本実施例では、第１の光合分波手段（位相生成カプラ１１１）の分岐比（０．４５）と、第２の光合分波手段（方向性結合器１５３）の分岐比（０．５）が異なるように設計したが、従来型の光スイッチに比べて広い波長帯域で高消光比が得られた。このように第１と第２の光合分波手段が異なる分岐比であってもよいし、分岐比の波長依存性が異なっていても構わない。
（第２の実施形態）
ＦＩＧ．１１に本発明の第２実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す。この干渉計型光スイッチの回路は、出力の位相差が波長依存性を持つ一対の光合分波手段（位相生成カプラ）１１１と１１２と、これら光合分波手段１１１、１１２に挟まれた光路長差付与部１３１と、この光路長差付与部１３１に形成された位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１と、入力導波路１０１、１０２と、出力導波路１０３、１０４とから構成されている。
本実施形態では、位相生成カプラを複数用いた場合の構成について説明する。前段の位相生成カプラ１１１に光を入力し、この位相生成カプラ１１１につながる２本の光導波路から出力される光の位相差をφ１（λ）とし、次段の位相生成カプラ１１２につながる２本の光導波路に光を入力し、この位相生成カプラ１１２から出力される光の位相差をφ２（λ）とし、ｍを整数とすると、
2005003852.tif 000011
となるように、位相生成カプラ１１１と１１２の出力の位相差の波長依存性を設定すればよい。
ここでは、位相生成カプラ１１１と１１２として、それぞれＦＩＧ．４に示す光合分波手段（位相生成カプラ）を用いた。ＦＩＧ．４に示す光合分波手段（位相生成カプラ）は、２つの方向性結合器１５１、１５２と、これら２つの方向性結合器１５１、１５２を結んでいる２本の光導波路から成る微小光路長差付与部１３２と、入力導波路１０１、１０２と、出力導波路１０３、１０４とから構成されている。この光合分波手段の分岐比が波長領域の中心波長λｃ＝１．５５μｍでそれぞれ概ね０．５となり、出力される光の位相差が上記の数式９を満たすように、それぞれの位相生成カプラを構成する２つの方向性結合器１５１、１５２の分岐比と、１つの微小光路長差付与部１３２の光路長差とを最小二乗曲線近似により求めた。
このように設計した位相生成カプラ１１１、１１２の位相差の合計の値をＦＩＧ．１２に示す。また、位相生成カプラで補正する位相補正量Ψ（λ）、すなわち上記の数式９の右辺で表される所望の関数を同時に描いた。ＦＩＧ．１２では、数値例としてΔＬを０．１６λｃ（≒０．２５μｍ）、ｍを−１に設定している。２つの位相生成カプラは分岐比がそれぞれ概ね０．５の３ｄＢ光合分波手段として機能し、位相差の合計φ１（λ）＋φ２（λ）は波長無依存化に必要な位相補正量Ψ（λ）に概ね一致することがわかる。
ＦＩＧ．１３に実際に作製した干渉計型光スイッチの平面図を示す。位相生成カプラ１１１を構成する方向性結合器１５１、１５２の分岐比をそれぞれｒ１＝０．４、ｒ２＝０．１とし、微小光路長差付与部１３２は第１光導波路と第２光導波路の２本の光遅延線からなり、それぞれの光学的光路長をｌ１１＝５０２．３２μｍ、ｌ２１＝５０１．９９μｍに設定し、その光学的光路長差をΔＬ１＝ｌ１１−ｌ２１＝０．２１λｃ（＝０．３３μｍ）とした。もう一方の位相生成カプラ１１２を構成する方向性結合器１５３、１５４の分岐比をそれぞれｒ３＝０．２、ｒ４＝０．３とし、微小光路長差付与部１３３は第１光導波路と第２光導波路の２本の光遅延線からなり、それぞれの光学的光路長をｌ１２＝４６３．９４μｍ、ｌ２２＝４６３．６８μｍに設定し、その光学的光路長差をΔＬ２＝ｌ１２−ｌ２２＝０．１７λｃ（＝０．２６μｍ）とした。さらに、本実施形態では２つの位相生成カプラを用い、それらの光路長差付与部において光学的光路長差の総和の長い方の光遅延線が片方（ＦＩＧ．１３の上側）に偏在するよう回路上に配置した。すなわち、Σδｌ１，１＝ｌ１１、Σδｌ２，１＝ｌ２１、Σδｌ１，２＝ｌ１２、Σδｌ２，２＝ｌ２２なので、Σδｌ１，１＞Σδｌ２，１かつΣδｌ１，２＞Σδｌ２，２を満たす。また、マッハツェンダ干渉計の光路長差をΔＬ＝０．１６λｃ（≒０．２５μｍ）とし、光合分波手段１１１と１１２を結んでいる２本の光導波路の間隔は２００μｍにした。位相シフタ１４１としては薄膜ヒータを用い、幅を４０μｍ、長さを４ｍｍに設定した。
上記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は１．５％、光導波路のコア断面は４．５×４．５μｍ２になるように作製した。
この干渉計型光スイッチが作製されたチップをダイシングにより切り出し、シリコン基板１６１の下部には放熱板（図示しない）を配設し、入出力導波路１０１〜１０４にはシングルモードファイバ（図示しない）を接続し、薄膜ヒータ１４１には給電リード（図示しない）を接続して、２入力２出力光スイッチモジュールとした。この干渉計型光スイッチモジュールのスイッチング特性を評価した。
ここでは作製した光導波路回路を基本構成素子とするゲートスイッチとして用いた場合のスイッチング動作について説明する。位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１がＯＦＦ状態の時、スイッチはバー状態にあり、これにより信号光が入力導波路１０１から入力した場合に信号光は出力導波路１０３から出力され、出力導波路１０４からは出力されないようにしている。ここで薄膜ヒータ１４１を通電し、熱光学効果により光学的な光路長を信号光の半波長相当分｛０．５λｃ・ｋ（ｋは０以外の整数）｝変化させると、光路長差はΔＬ＋δΔＬ＝０．１６λｃ−０．５λｃ＝−０．３４λｃとなった。この時、位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１はＯＮ状態でスイッチはクロス状態にあり、入力導波路１０１から入力された信号光は、出力導波路１０４から出力される。すなわち、入力ポートを１０１とし、出力ポートを１０４とした時に、位相シフタ１４１がＯＦＦ状態では信号光は出力されず、位相シフタ１４１がＯＮ状態では信号光が出力され、ゲートスイッチとして機能した。入力ポートを１０２とした場合も同様のスイッチング動作を確認できた。
次に、ＦＩＧ．１４に、本実施形態の干渉計型スイッチの測定した透過率の波長特性を示す。比較のために、ＦＩＧ．３７に示す従来のマッハツェンダ干渉計型光スイッチの透過率の波長依存性も合わせて図示した。位相シフタ１４１がＯＦＦ状態の時に、本実施形態の干渉計型光スイッチは１．４５〜１．６μｍの広い波長帯域で−４０ｄＢ以下の高消光比が得られた。位相シフタをＯＮ状態にした時、本実施形態の干渉計型光スイッチは広い波長帯域で良好な挿入損失が得られた。
このように、本実施形態の干渉計型光スイッチは従来と全く異なる原理を用いて広帯域にわたる高消光比を実現し、１つの位相シフタのみで広帯域スイッチング動作が可能であることを確認した。また、広い波長帯域でのスイッチング動作に対応しているため、光合分波手段の分岐比誤差や光路長差付与部の光路長差誤差に対する許容量が大きく、そのため作製誤差が発生したとしても高消光比を維持することができる干渉計型光スイッチを実現できた。
本実施形態では２つの異なる位相生成カプラを用いているため、位相補償量と光合分波手段の分岐比の近似度が高まり、第１実施形態に比べて良好な特性が得られた。また、最も理想的なマッハツェンダ干渉計型光スイッチは、第１と第２光合分波手段の分岐比が波長に依らずに０．５になっている時である。本実施形態は第１と第２光合分波手段の位相差と分岐比を共に自由に設定できる構成であるため、限りなく理想的な干渉計型スイッチを実現することが可能である。
以上、本実施形態で説明した干渉計型光スイッチでは、波長帯域が１．４５〜１．６５μｍの範囲で高消光比が得られるように設計したが、本発明はこれに限定されず、位相補正量を最適に設計することにより、例えば１μｍ〜２μｍなどの、任意の波長帯域で高消光比が得られるようにすることができる。さらに、出力の位相差が波長依存性を持つ光合分波手段として、Ｎ＋１個（Ｎは１以上の整数）の方向性結合器と、隣接する方向性結合器に挟まれたＮ個の微小光路長差付与部とによって構成されている光合分波手段を用いたが、もちろんその他の構成の光合分波手段を用いても良い。また、本実施形態で説明した構成に限らず、例えば４個の光合分波手段と隣接する光合分波手段に挟まれた３個の光路長差付与部とによって干渉計型光スイッチを構成してもよいし、異なる光合分波手段を組み合わせて位相生成カプラを構成してもよい。さらに、光合分波手段は、本実施形態で使用した方向性結合器に限らず、その他の種類のものを用いても良い。そして、使用する光合分波手段の分岐比の波長依存性を考慮して位相特性を設定してもよい。また、本実施形態の構成において、光導波路の屈折率を局所的に変化させることで、光学的な光路長差や光合分波手段の結合特性、位相特性を調整することもできる。また、本実施例では入力導波路を１０１、１０２としたが、１０３、１０４を入力導波路として使用し、１０１、１０２を出力導波路として使用しても同じ効果が得られる。また、本実施例では、上記の数式９のｍが−１になるように設計したが、ｍは＋１でも良いし、任意の整数を用いてよい。
以上説明したように、本発明は、ここで説明した構成に限らず、回路全体として見た時に、設定した波長帯域や周波数帯域全域で、回路を構成する光合分波手段の出力の位相差と、光路長差付与部の光路長差に起因する位相差の総和が波長に対して一定になるようにすれば、導波路の種類、導波路の形状、導波路材料、波長帯、光合分波手段の種類などによらずに、広帯域で高消光比を維持できる干渉計型光スイッチを構成することができる。
（第３の実施形態）
ＦＩＧ．１５に本発明の第３実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す。本実施形態の干渉計型光スイッチの回路は、出力の位相差が波長依存性を持つ光合分波手段（位相生成カプラ）１１１と、方向性結合器１５３と、光合分波手段１１１および方向性結合器１５３に挟まれた光路長差付与部１３１と、光路長差付与部１３１に形成された位相シフタ１４１と、入力導波路１０１、１０２と、出力導波路１０３、１０４とから構成されている。また、位相生成カプラ１１１として、２つの方向性結合器１５１、１５２と、２つの方向性結合器１５１、１５２を結んでいる２本の光導波路から成る微小光路長差付与部１３２とから構成されている光合分波手段を用いている。さらに、一対の位相シフタ１４１の側部近傍の基板上に３個の断熱溝１６８が形成されている。
ＦＩＧ．１６は、ＦＩＧ．１５に示す干渉計型光スイッチのＡ−Ａ線矢視断面の構造を示す。シリコン基板１６１上には石英系ガラスで形成されたクラッドガラス層１６４、１６７が積層されている。このクラッドガラス層１６４、１６７の中層には石英系ガラスで形成されたコアガラス部１６５が配設され、これにより光導波路が形成されている。また、上部クラッドガラス層１６７の表面には位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１が形成されており、位相シフタ１４１の両側には、断熱溝１６８が形成されている。また、この断熱溝１６８の構造は周辺のコア近傍における応力が均等になるような位置に配置されている。
位相生成カプラ１１１の分岐比が波長領域の中心波長λｃ＝１．５５μｍで概ね０．５となり、出力される光の位相差が上記の数式８を満たすように、２つの方向性結合器１５１、１５２の分岐比と１つの微小光路長差付与部１３２の光路長差を非線形多項式近似により求めた。その結果、方向性結合器１５１、１５２の分岐比をそれぞれｒ１＝０．１、ｒ２＝０．６とし、微小光路長差付与部１３２の光路長差をΔＬ１＝０．２７・λｃ（≒０．３８μｍ）とし、方向性結合器１５３の分岐比をｒ３＝０．５に設定した。また、マッハツェンダ干渉計の光路長差はΔＬ＝０．３７・λｃ（≒０．５３μｍ）とし、光合分波手段１１１と方向性結合器１５３を結んでいる２本の光導波路の間隔は１００μｍにした。ただし、光路長差は一方の光導波路（同図では下側の光路）に対する他方の光導波路の相対的な光路長をあらわしている。位相シフタ１４１としては薄膜ヒータを用い、幅を４０μｍ、長さを２ｍｍに設定した。
上記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は０．７５％、光導波路のコア断面は６×６μｍ２、断熱溝１６８の幅は７０μｍ、深さは３５μｍとなるように作製した。
この干渉計型光スイッチが作製されたチップをダイシングにより切り出し、シリコン基板１６１の下部には放熱板（図示しない）を配設し、入出力導波路１０１〜１０４にはシングルモードファイバ（図示しない）を接続し、薄膜ヒータ１４１には給電リード（図示しない）を接続して、２入力２出力光スイッチモジュールとした。この干渉計型光スイッチモジュールのスイッチング特性を評価した。
ここでは作製した光導波路回路を基本構成素子とするゲートスイッチとして用いた場合のスイッチング動作について説明する。位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１がＯＦＦ状態の時、スイッチはバー状態にあり、これにより入力導波路１０１から信号光が入力した場合に信号光は出力導波路１０３から出力され、出力導波路１０４からは出力されないようにしている。ここで薄膜ヒータ１４１を通電し、熱光学効果により光学的な光路長を信号光の半波長相当分｛０．５λｃ・ｋ（ｋは０以外の整数）｝変化させると、光路長差はΔＬ＋δΔＬ＝０．３７λｃ−０．５０λｃ＝−０．１３λｃとなった。この時、位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１はＯＮ状態でスイッチはクロス状態にあり、入力導波路１０１から入力された信号光は出力導波路１０４から出力される。すなわち、入力ポートを１０１とし、出力ポートを１０４とした時、位相シフタ１４１がＯＦＦ状態では信号光は出力されず、位相シフタ１４１がＯＮ状態では信号光が出力され、ゲートスイッチとして機能した。入力ポートを１０２とした場合も同様のスイッチング動作を確認できた。また、本実施例では入力導波路を１０１、１０２としたが、１０３、１０４を入力導波路として使用し、１０１、１０２を出力導波路として使用しても同じ効果が得られた。さらに、本実施形態の光スイッチには断熱溝構造が形成されているため、スイッチングに要する位相シフタの消費電力を従来の１／１０に抑えることができた。
次に、ＦＩＧ．１７に本実施形態の回路で測定した透過率の波長依存性を示す。本実施形態の光スイッチにおいても、位相シフタがＯＦＦ状態の時、１．３〜１．６μｍの広い波長帯域で−３０ｄＢ以下の高消光比が得られた。
以上、本実施形態の干渉計型光スイッチは、従来と全く異なる原理を用いて広帯域にわたる高消光比を実現し、小型であり、１つの位相シフタのみでの広帯域スイッチング動作ができることを確認した。また、広い波長帯域でのスイッチング動作に対応しているため、光合分波手段の分岐比誤差や光路長差付与部の光路長差誤差に対する許容量が大きく、作製誤差が発生したとしても高消光比を維持することができる干渉計型光スイッチを実現できた。さらに、本実施形態の干渉計型光スイッチは基板上に断熱溝構造を有するため、スイッチング電力を極めて小さく抑えることができた。もちろん、溝の形状、位置は任意であるし、溝に空気以外の任意の材料を含んでいても良く、本実施形態で示したように平面基板上に光回路以外の構造が形成されていても良い。
（第４の実施形態）
ＦＩＧ．１８に本発明の第４実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す。  本実施形態の干渉計型光スイッチの回路は、複数の干渉計型光スイッチを用いた多重干渉計構成の光スイッチである。このような多重干渉計構成を取ると、スイッチがＯＦＦ状態の時に複数の基本構成素子により漏れ光を阻止できるので、基本構成素子単体に比べて高い消光比が得られる。
本回路は、ＦＩＧ．７に示した第１実施形態の干渉計型光スイッチを２台接続している。そして、前段（入力側）の干渉計型光スイッチ１７０の一方の出力（ＦＩＧ．７の１０４に対応）が後段（出力側）の干渉計型光スイッチ１７１の一方の入力（ＦＩＧ．７の１０２に対応）に接続されており、前段の干渉計型光スイッチ１７０の他方の出力（ＦＩＧ．７の１０３に対応）は出力導波路１０３として使用されている。後段の干渉計型光スイッチ１７１の他方の入力（ＦＩＧ．７の１０１に対応）は入力導波路１０１として使用されており、入力導波路１０１と出力導波路１０３の途中は互いに交差し、交差導波路１５５となっている。もちろん、入力導波路と出力導波路が互いに交差しないように回路をレイアウトすることもできる。また、前段の干渉計型光スイッチ１７０の一方の入力（ＦＩＧ．７の１０１に対応）は入力導波路１０２として使用されており、後段の干渉計型光スイッチ１７１の一方の出力（ＦＩＧ．７の１０３に対応）は出力導波路１０４として使用されている。
位相生成カプラの分岐比が波長領域の中心波長λｃ＝１．５５μｍで概ね０．５となり、出力される光の位相差が上記の数式８を満たすように、２つの方向性結合器１５１、１５２の分岐比と１つの微小光路長差付与部１３２の光路長差を共役勾配法により求めた。その結果、方向性結合器１５１、１５２の分岐比をそれぞれｒ１＝０．３、ｒ２＝０．７とし、微小光路長差付与部１３２の光路長差をΔＬ１＝０．３０λｃ（≒０．４７μｍ）とし、方向性結合器１５３の分岐比をｒ３＝０．５に設定した。また、マッハツェンダ干渉計の光路長差はΔＬ＝０．３４λｃ（≒０．５３μｍ）とし、光合分波手段１１１と方向性結合器１５３を結んでいる２本の光導波路の間隔は１００μｍにした。ただし、光路長差は一方の光導波路（同図では下側の光路）に対する他方の光導波路の相対的な光路長をあらわしている。位相シフタ１４１としては薄膜ヒータを用い、その幅を４０μｍ、その長さを４ｍｍに設定した。マッハツェンダ干渉計の光路長差は最初ΔＬ＝０μｍに設定して、回路を作製した後、薄膜ヒータ１４１による恒久的な局所加熱処理を行うことにより、光学的な光路長差がΔＬ＝０．３４λｃ（≒０．５３μｍ）になるように調整した。
本実施形態では光路長差付与部１３１を構成する２組の光導波路にそれぞれ２つの薄膜ヒータ１４１を形成し、一方を局所加熱処理に用い、他方をスイッチング動作に用いたが、その両方を局所加熱処理に用いてもよいし、その両方をスイッチング動作に用いてもよい。もちろん、３つ以上の薄膜ヒータを形成してもよい。また、薄膜ヒータ１４１の形状は任意であるし、複数の薄膜ヒータの形状はそれぞれ異なっていても良い。さらにまた、光路長差付与部１３１を構成する２組の光導波路の薄膜ヒータ１４１を同時に用いて局所加熱処理やスイッチング動作を行っても良い。
上記設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は１．５％、光導波路のコア断面は４．５×４．５μｍ２、断熱溝の幅は７０μｍ、深さは５０μｍとなるように作製した。
この干渉計型光スイッチが作製されたチップをダイシングにより切り出し、シリコン基板１６１の下部には放熱板（図示しない）を配設し、入出力導波路１０１〜１０４には分散シフトファイバ（図示しない）を接続し、薄膜ヒータ１４１には給電リード（図示しない）を接続して、２入力２出力光スイッチモジュールとした。この干渉計型光スイッチモジュールのスイッチング特性を評価した。
位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１がＯＦＦ状態の時、スイッチはバー状態にあり、これにより信号光が入力導波路１０２から入力した場合に信号光は出力導波路１０３から出力され、出力導波路１０４からは出力されないようにしている。この時、２つの基本構成素子１７０，１７１により出力導波路１０４への漏れ光が阻止されるため、高い消光比が得られた。ここで干渉計型光スイッチ１７０、１７１の薄膜ヒータ１４１を通電し、熱光学効果により光学的な光路長を信号光の半波長相当分｛０．５λｃ・ｋ（ｋは０以外の整数）｝変化させると、光路長差はΔＬ＋δΔＬ＝０．３４λｃ−０．５０λｃ＝−０．１６λｃとなった。この時、位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１はＯＮ状態でスイッチはクロス状態にあり、入力導波路１０２から入力された信号光は出力導波路１０４から出力された。また、本実施例では入力導波路を１０１、１０２としたが、１０３、１０４を入力導波路として使用し、１０１、１０２を出力導波路として使用しても同じ効果が得られた。さらに、本実施形態の光スイッチには断熱溝構造が形成されているため、スイッチングに要する位相シフタの消費電力を従来の１／１０に抑えることができた。
次に、ＦＩＧ．１９に、本実施形態の干渉計型光スイッチの測定した透過率の波長特性を示す。比較のために、ＦＩＧ．３７に示す従来のマッハツェンダ干渉計型光スイッチの透過率の波長依存性も合わせて図示した。位相シフタ１４１がＯＦＦ状態の時、本実施形態の干渉計型光スイッチは多重干渉計構成により、１．４５〜１．６３μｍの広い波長帯域で−６０ｄＢ以下の高消光比が得られた。位相シフタ１４１をＯＮ状態にした時、本実施形態の干渉計型光スイッチは広い波長帯域で良好な挿入損失が得られた。
以上説明したように、本発明の干渉計型光スイッチを複数、多段に用いることにより、１つの干渉計型光スイッチとして機能させることができた。本実施形態では、同じ干渉計型光スイッチを２つ組み合わせることにより二重干渉計構造を構成したが、もちろん２つの干渉計型光スイッチは異なる設計値を用いてもよい。また、本実施形態で示した二重干渉計構成に限らず、その他の構成を取ることができるし、任意の光導波路を互いに接続して任意の光導波路を入力導波路、出力導波路として用いても良い。さらに、３つ以上の同じ構造の干渉計型光スイッチを組み合わせてもよいし、異なる構造の干渉計型光スイッチを複数組み合わせても構わない。
以上述べたように、本実施形態の干渉計型光スイッチを用いることにより、広い波長帯域でスイッチング動作を行うことができた。また、本実施形態の干渉計型光スイッチは、広い波長帯域でのスイッチング動作に対応しているため、光合分波手段の分岐比誤差や光路長差付与部の光路長差誤差に対する許容量が大きく、そのため作製誤差が発生したとしても、高消光比を維持することができる干渉計型光スイッチを実現できた。
（第４の実施形態の第１変形例）
ＦＩＧ．２０に本発明の第４実施形態の第１変形例における干渉計型光スイッチの構成を示す。本変形例の回路は、ＦＩＧ．１３で示す第２実施形態で説明した干渉計型光スイッチを２台用いた多重干渉計構成の光スイッチである。このような多重干渉計構成を取ると、スイッチがＯＦＦ状態の時に複数の基本構成素子１７０，１７１により漏れ光を阻止できるので、基本構成素子単体に比べて、高い消光比が得られる。
本例の多重干渉計型光スイッチは、回路の中心に対し線対称になるようにＦＩＧ．１３の基本構成素子が２台配置されている。そして、前段の干渉計型光スイッチ１７０の一方の出力（ＦＩＧ．１３の１０４に対応）が後段の干渉計型光スイッチ１７１の一方の入力（ＦＩＧ．１３の１０２に対応）に接続されており、前段の干渉計型光スイッチ１７０の他方の出力（ＦＩＧ．１３の１０３に対応）は出力導波路１０３として使用されている。後段の干渉計型光スイッチ１７１の他方の入力（ＦＩＧ．１３の１０１に対応）は入力導波路１０１として使用されており、入力導波路１０１と出力導波路１０３の途中は互いに交差して交差導波路１５５となっている、また、前段の干渉計型光スイッチ１７０の一方の入力（ＦＩＧ．１３の１０１に対応）は入力導波路１０２として使用されており、後段の干渉計型光スイッチ１７１の一方の出力（ＦＩＧ．１３の１０３に対応）は出力導波路１０４として使用されている。もちろん、前述の第４実施形態のように２台の基本構成素子１７０，１７１を同じ向きに配置しても良い。また、回路レイアウトは任意であり、同図のように２つの基本構成素子１７０，１７１を横に並べてもよいし、縦に並べてもかまわない。
本例の多重干渉計を構成する干渉計型光スイッチ１７０と１７１は、同じ設計値を用いた。位相生成カプラ１１１と１１２（ＦＩＧ．１３参照）の分岐比が波長領域の中心波長λｃ＝１．５５μｍでそれぞれ概ね０．５となり、出力される光の位相差が上記の数式９を満たすように、それぞれの位相生成カプラを構成する２つの方向性結合器１５１，１５２、および１５３，１５４の分岐比と微小光路長差付与部１３２，１３３の光路長差を多重回帰近似により求めた。その結果、一方の位相生成カプラ１１１を構成する方向性結合器１５１、１５２の分岐比をそれぞれｒ１＝０．３、ｒ２＝０．１とし、微小光路長差付与部１３２の光路長差をΔＬ１＝０．１９λｃ（≒０．２９μｍ）に設定した。ただし、光路長差は一方の光導波路（同図では下側の光路）に対する他方の光導波路の相対的な光路長をあらわしている。もう一方の位相生成カプラ１１２を構成する方向性結合器１５３、１５４の分岐比をそれぞれｒ３＝０．１、ｒ４＝０．３とし、微小光路長差付与部１３３の光路長差をΔＬ２＝０．１９λｃ（≒０．２９μｍ）に設定した。また、マッハツェンダ干渉計の光路長差はΔＬ＝０．１６λｃ（≒０．２５μｍ）とし、光合分波手段１１１と１１２を結んでいる２本の光導波路の間隔は１００μｍにした。位相シフタ１４１としては薄膜ヒータを用い、その幅を４０μｍ、その長さを４ｍｍに設定した。
上記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は１．５％、光導波路のコア断面は４．５×４．５μｍ２、断熱溝１６８の幅は７０μｍ、その深さは５０μｍとなるように作製した。
この干渉計型光スイッチが作製されたチップをダイシングにより切り出し、シリコン基板１６１の下部には放熱板（図示しない）を配設し、入出力導波路１０１〜１０４にはシングルモードファイバ（図示しない）を接続し、薄膜ヒータ１４１には給電リード（図示しない）を接続して、２入力２出力光スイッチモジュールとした。この干渉計型光スイッチモジュールのスイッチング特性を評価した。
位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１がＯＦＦ状態の時、スイッチはバー状態にあり、これにより信号光が入力導波路１０２から入力した場合に信号光は出力導波路１０３から出力され、出力導波路１０４からは出力されないようにしている。この時、２つの基本構成素子１７０，１７１により出力導波路１０４への漏れ光が阻止されるため、高い消光比が得られる。ここで干渉計型光スイッチ１７０、１７１の薄膜ヒータ１４１を通電し、熱光学効果により光学的な光路長を信号光の半波長相当分｛０．５λｃ・ｋ（ｋは０以外の整数）｝変化させると、光路長差はΔＬ−δΔＬ＝０．１６λｃ−０．５０λｃ＝−０．３４λｃとなった。この時、位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１はＯＮ状態でスイッチはクロス状態にあり、入力導波路１０２から入力された信号光は出力導波路１０４から出力された。また、本実施例では入力導波路を１０１、１０２としたが、１０３、１０４を入力導波路として使用し、１０１、１０２を出力導波路として使用しても同じ効果が得られた。さらに、本例の光スイッチには断熱溝構造が形成されているため、スイッチングに要する位相シフタの消費電力を従来の１／１０に抑えることができた。
次にＦＩＧ．２１に、本例の干渉計型光スイッチの測定した透過率の波長特性を示す。比較のために、ＦＩＧ．３７に示す従来のマッハツェンダ干渉計型光スイッチの透過率の波長依存性も合わせて図示した。
位相シフタがＯＦＦ状態の時、本例の干渉計型光スイッチは多重干渉計構成により、１．４５〜１．６５μｍの広い波長帯域で−６０ｄＢ以下、１．４５〜１．６３μｍの広い波長帯域で−８０ｄＢ以下の高消光比が得られた。位相シフタをＯＮ状態にした時、本例の干渉計型光スイッチは広い波長帯域で良好な挿入損失が得られた。
以上で説明したように、本発明の干渉計型光スイッチを複数用いることにより、１つの干渉計型光スイッチとして機能させることができた。本例では、同じ干渉計型光スイッチを２つ組み合わせることにより二重干渉計構造を構成したが、もちろん２つの干渉計型光スイッチは異なる設計値を用いてもよい。また、本例で示した二重干渉計構成に限らず、例えば第１実施形態の干渉計型光スイッチと第２実施形態の干渉計型光スイッチを組み合わせて二重干渉計を構成するなど、その他の構成を取ることができる。さらに、複数の干渉計型光スイッチを接続する方法は本例に限定されず、任意の光導波路同士を互いに接続してもよく、任意の光導波路を入力導波路、出力導波路として用いても良い。さらに、３つ以上の干渉計型光スイッチを組み合わせることもできる。
本例では作製誤差に対するトレランスを増大させるために２つの位相生成カプラ１１１，１１２（ＦＩＧ．１３参照）を構成する方向性結合器１５１〜１５４の分岐比と微小光路長差付与部１３２，１３３の光路長差が同じ値になるように設計した。そして位相生成カプラ１１１，１１２をその中心に対し線対称になるようにしている。すなわち、ｒ１＝ｒ４、ｒ２＝ｒ３、ΔＬ１＝ΔＬ２とした。こうすることにより、例えば方向性結合器１５１〜１５４の分岐比は２種類しか使用しないので、設計通りの特性を実現するには２種類の分岐比が作製できればよい。一方、第２実施形態では４種類の異なる設計値の方向性結合器を用いているので、設計通りの特性を実現するには４種類の分岐比を作製する必要がある。その反面、第２実施形態のように第１と第２光合分波手段１１１，１１２を異なる設計値にすると、位相差と分岐比の波長依存性の設計自由度が増すため、より近似度が高まるという特長がある。したがって、用途により、作製誤差に対する耐性と、設計の自由度のどちらを重視するかを選択すればよい。
さらに、多重干渉計構成同士で比較すると、本例は前述の第４実施形態に比べて回路サイズが大きくなっている反面、設計値の種類が少ないという利点がある。すなわち、第４実施形態では分岐比の異なる３種類の方向性結合器を用いたが、本例では２種類の分岐比しか使用しないので、より容易に作製することができる。さらにまた、本例では、線対称な干渉計型光スイッチの２つを線対称に配置して多重干渉計を構成している。本例はこのように非常に対称性の高い構成のため、例えば半波長板等を容易に挿入することができる。
本例では、２つの干渉計型光スイッチ１７０と１７１を同じ設計値にしたが、異なる設計値にしてもよい。例えば、本例では、２つの干渉計型光スイッチの最大消光波長を共に１．５５μｍ近傍に設定しているため、１．５５μｍを中心に１．５２〜１．５７μｍの最大消光波長範囲で−１４０ｄＢ以上の絶対値が非常に大きい最大消光比を実現している。しかし、干渉計型光スイッチ１７０の最大消光波長を例えば１．５μｍ近傍、干渉計型光スイッチ１７１の最大消光波長を例えば１．６μｍ近傍に設定すれば、最大消光比の絶対値は小さくなるが、最大消光波長を維持することのできる波長範囲を拡大することができる。もちろんここで説明したのは一例であり、多重干渉計を構成するそれぞれの基本構成素子を任意の特性になるように設定することができる。
（第５の実施形態）
ＦＩＧ．２２に本発明の第５実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す。本実施形態の干渉計型光スイッチの回路は、位相生成カプラ１１１と、方向性結合器１５３と、光合分波手段１１１および方向性結合器１５３に挟まれた光路長差付与部１３１と、光路長差付与部１３１に形成された位相シフタ１４１と、入力導波路１０１、１０２と、出力導波路１０３、１０４とから構成されている。
前述の第１乃至第４の各実施形態の干渉計型光スイッチでは、特に出力強度が０か１にスイッチングされるように上記の数式７を満たす場合について説明した。しかし、本発明の光スイッチは位相差の総和２π｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝が波長無依存になるようにｍ・π（ｍは整数）以外の値になるように設定すれば、出力強度が０と１の間の異なる値を取るようにすることもできる。そのようにすれば、広帯域で使用できる出力強度可変の光スイッチ（広帯域可変光減衰器、所謂、可変光アッテネータ）が実現できる。
具体的に出力の透過率を０ｄＢ、−１０ｄＢ、−２０ｄＢ、−３０ｄＢにするためには、出力導波路１０４から出力される光信号のそれぞれの出力強度がＰｃ＝１．０、０．１、０．０１、０．００１となるように位相差の値を設定すればよい。光スイッチの出力強度は上記の数式６で表されるので、光合分波手段１１１と光路長差付与部１３１による総位相差｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝がそれぞれ−１．００、−０．６０、−０．５３、−０．５１、−０．５０となるよう設定すれば、出力の透過率がそれぞれ０ｄＢ、−１０ｄＢ、−２０ｄＢ、−３０ｄＢの広帯域光強度可変光スイッチにすることができる。
ＦＩＧ．２２に示す本実施形態の干渉計型光スイッチでは、位相生成カプラ１１１を構成する方向性結合器１５１、１５２の分岐比をそれぞれｒ１＝０．３、ｒ２＝０．７とし、微小光路長差付与部１３２の光路長をΔＬ１＝０．３０λｃ（≒０．４７μｍ）に設定した。また、マッハツェンダ干渉計１３１の光路長をΔＬ＝０．３４λｃ（≒０．５３μｍ）とし、方向性結合器１５３の分岐比はｒ３＝０．５に設定した。ただし、光路長差は一方の光導波路（同図では下側の光路）に対する他方の光導波路の相対的な光路長をあらわしている。干渉計型光スイッチの光合分波手段１１１と方向性結合器１５３とを結んでいる２本の光導波路の間隔は２００μｍにした。位相シフタ１４１としては薄膜ヒータを用い、その幅を４０μｍ、その長さを４ｍｍに設定した。
上記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は１．５％、光導波路のコア断面は４．５×４．５μｍ２になるように作製した。
この干渉計型光スイッチが作製されたチップをダイシングにより切り出し、シリコン基板１６１の下部には放熱板（図示しない）を配設し、入出力導波路１０１〜１０４にはシングルモードファイバ（図示しない）を接続し、薄膜ヒータ１４１には給電リード（図示しない）を接続して、２入力２出力光スイッチモジュールとした。この干渉計型光スイッチモジュールのスイッチング特性を評価した。
位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１がＯＦＦ状態の時、スイッチはバー状態にあり、そのため信号光が入力導波路１０１から入力した場合に信号光は出力導波路１０４からは出力されない。この状態における透過率の波長依存性を最大消光時として、透過率の波長依存性をＦＩＧ．２３に示した。ここで薄膜ヒータ１４１を通電し、電力を変えて、熱光学効果により光学的な光路長差をそれぞれΔＬ＝０．３５λｃ、０．３７λｃ、０．４４λｃ、０．８４λｃとすると、光合分波手段１１１と光路長差付与部１３１による総位相差｛φ１（λ）＋φΔＬ（λ）＋φ２（λ）｝がそれぞれ−０．５１、−０．５３、−０．６０、−１．００となり、それぞれの状態における透過率は−３０ｄＢ、−２０ｄＢ、−１０ｄＢ、０ｄＢとなった（ＦＩＧ．２３参照）。また、透過率の波長依存性は、ＦＩＧ．２３に示すように、広い波長帯域で波長無依存になった。ＦＩＧ．４１Ｂに示した従来の可変光アッテネータの波長特性と比べると本発明の効果は一目瞭然である。従来はある特定の１波長でしか光を減衰させることができなかったのに対し、本発明では、広い波長帯域にわたり光を一括で減衰させることができる。このように、光強度可変の広帯域光スイッチ（可変光アッテネータ）としてのスイッチング動作が確認できた。
なお、ここでは第１と第２の光合分波手段１１１，１５３の分岐比が０．５である理想的な場合を説明したが、実際には波長依存性や作製誤差が発生する。厳密に平坦化するには次のように第１と第２の光合分波手段１１１，１５３の分岐比も考慮して位相差を設定すればよい。第１と第２の光合分波手段１１１，１５３の分岐比をそれぞれＲ１（λ）、Ｒ２（λ）とすれば、出力強度Ｐｃ（λ）が波長に対して一定になるよう位相差の総和を設定すれば、出力強度は波長無依存になる。具体的には、位相差の総和が
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となるようにすればよい。もちろん、ＦＩＧ．２３の特性から明らかなように、位相差の総和が一定値になるように設定しただけでも充分広い帯域にわたり透過率は一定であり、良好な特性が得られる。
上記の例では入力導波路１０１に光信号を入力し、出力導波路１０４から光信号を取り出したが、出力導波路１０３から光信号を取り出しても良いし、入力導波路１０２に光信号を入力しても良い。また、出力導波路１０３、１０４に光信号を入力し、入力導波路１０１、１０２から光信号を取り出しても良い。また、ＦＩＧ．２２には図示していないが、光路長差付与部１３１を構成する２本の遅延線のうち、下側の光導波路（第２光導波路）にも位相シフタを形成し、光学的光路長差を変化させることにより、任意の光減衰量を設定してもよい。もちろん、本実施形態の光強度可変の干渉計型光スイッチに各実施形態で説明した特徴構成を取り入れることができる。例えば、第２実施形態で説明したようにＦＩＧ．１３の第１と第２の光合分波手段１１１，１１２を位相生成カプラにしてもよいし、第３実施形態で説明したようにＦＩＧ．１５の断熱溝構造を形成してもよいし、第４実施形態で説明したようにＦＩＧ．１８の多重干渉計構成にし、各基本構成素子を互いに異なる条件に調整して全体の出力強度を波長に対して一定になるようにしてもよい。
以上説明したように、本実施形態の干渉計型光スイッチは、従来と全く異なる原理を用いて広帯域にわたり透過率が一定の光強度可変の光スイッチを実現できた。さらに１つの位相シフタのみでの広帯域スイッチング動作ができることを確認した。
（第６の実施形態）
ＦＩＧ．２４に本発明の第６実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す。本実施形態の干渉計型光スイッチの回路は、出力の位相差が波長依存性を有する一対の光合分波手段（位相生成カプラ）１１１と１１２と、これら光合分波手段１１１と１１２に挟まれた光路長差付与部１３１と、光路長差付与部１３１に形成された位相シフタ１４１と、入力導波路１０１、１０２と、出力導波路１０３、１０４とから構成されている。光合分波手段１１１と１１２の出力の位相差を適切に設定することにより、広い波長帯域で良好なスイッチング特性を有する光スイッチが実現できる。
出力の位相差が波長依存性を有する光合分波手段を実現する方法として様々な手段が考えられるが、本実施形態では、Ｎ＋１個の光結合器と、隣接する光結合器に挟まれたＮ個の光路長差付与部によって、それぞれ光合分波手段１１１と１１２を構成している。ただし、Ｎは自然数であって、ＦＩＧ．２４ではＮ＝２の場合を示している。
ＦＩＧ．２５は本発明の第６実施形態で用いた位相生成カプラ（光合分波手段）の構成を示す。ＦＩＧ．２５の光合分波手段は、３個の光結合器１２３、１２４、１２５と、隣接する光結合器に挟まれた２個の光路長差付与部１３２、１３３とによって構成されている。光路長差付与部１３２は第１光導波路１５６と第２光導波路１５８の２本の光遅延線からなり、それぞれの光学的光路長をｌ１ａ、ｌ２ａとすると、その光学的光路長差はδｌ１＝ｌ１ａ−ｌ２ａである。光路長差付与部１３３は第１光導波路１５７と第２光導波路１５９の２本の光遅延線からなり、それぞれの光学的光路長をｌ１ｂ、ｌ２ｂとすると、その光学的光路長差はδｌ２＝ｌ１ｂ−ｌ２ｂである。
これまでに説明した第１乃至第５の実施形態でも位相生成カプラを実現する手段として本構成の光合分波手段を用いたが、それは原理的に損失無しで所望の出力の位相差と分岐比を持たせることができるからである。もちろん、本構成の光合分波手段以外の手段を用いても、出力の位相差に波長依存性を持たせることにより本発明による効果を得ることができる。例えば、光結合器と光路長差付与部を組み合わせて光合分波手段を構成しても良く、それがトランスバーサル型をはじめとするＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタやリング型をはじめとするＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタであっても良い。
この干渉計型光スイッチを非対称型光スイッチとして動作させる場合の設計例を次に示す。マッハツェンダ干渉計の光路長差付与部の光学的光路長差に起因する位相差２πφΔＬ（λ）と、出力の位相差が波長依存性を有する位相生成カプラ１１１、１１２により生成される位相差２πφ１（λ）および２πφ２（λ）とを総合した位相がｍ・π（ｍは整数）となり、かつｍが奇数の時に、非対称型スイッチになる。従来の非対称型マッハツェンダ干渉計スイッチでは、光路長差付与部に波長依存性がある。そのため、ある特定の波長でしか位相をｍ・π（ｍ：奇数）に設定できなかったので、使用できる波長帯域が限られていた。一方、本発明の干渉計型スイッチでは、出力の位相差が波長依存性を有する光合分波手段（位相生成カプラ）１１１，１１２を用いることにより、波長帯域によらずに位相を一定値ｍ・π（ｍ：奇数）に設定することができる。さらに、非対称型なので、第１及び第２の光合分波手段１１１，１１２の分岐比が理想値０．５からずれたとしても、クロスポートで高い消光比が安定して得られる。もちろん、非対称型では分岐比が理想値からずれればＯＮ状態での損失となるが、それは対称型で分岐比が理想値からずれることによる消光比の劣化に比べれば無視できるほど小さい値である。
ＦＩＧ．１を用いて説明した第１実施形態では簡単のため、第１と第２の光合分波手段１１１，１１２の分岐比が全波長帯域にわたり一定値０．５を取るものとして前述の数式６を得た。しかし実際には、使用する全ての波長帯域で光合分波手段の分岐比を一定値０．５にするのは容易ではなく、特に波長帯域が広いほど分岐比を一定に保つのが難しくなる。第１と第２の光合分波手段１１１，１１２の分岐比が等しく、Ｒ（λ）であるとすれば、入力導波路１０１から入力し、出力導波路１０４から出力される光強度Ｐｃは次式
2005003852.tif 000013
で表すことができる。ただし、Φ（λ）は第１と第２の光合分波手段１１１，１１２の出力の位相差による位相であり、ここではΦ（λ）≡φ１（λ）＋φ２（λ）とした。上記の数式１０から、２π｛φΔＬ（λ）＋φ１（λ）＋φ２（λ）｝がｍ・π（ｍは整数）となり、かつｍが奇数なら、第１と第２の光合分波手段１１１，１１２の分岐比Ｒ（λ）がいかなる値であっても、高い消光比を保つことができる。そのため、広い波長帯域にわたり、高消光比を容易に維持することができる。
すなわち、従来は光路長差付与部を有限の値に設定すると波長依存性が発生するのが常識であったため、広い波長帯域にわたりスイッチング動作が可能な非対称型マッハツェンダ干渉計型光スイッチは実現できなかった。それに対し、本発明の原理、すなわち光合分波手段の出力の位相差に波長依存性を持たせることにより、はじめて光路長差付与部の光学的光路長差を波長無依存、かつ任意の値に設定できるようになった。実施形態の一つとして本発明の原理を非対称マッハツェンダ干渉計型光スイッチに適用することにより、これまで不可能であった、広帯域にわたり高い消光比を有し、かつ製造偏差に強い干渉計型光スイッチをはじめて実現可能とした。
具体的な位相生成カプラの設計例を次に説明する。本実施形態では、位相生成カプラを実現する手段として、Ｎ＋１個の光結合器と、隣接する光結合器に挟まれたＮ個の微小光路長差付与部からなる光合分波手段を用いた。そして第１と第２の光合分波手段１１１と１１２とを構成するＮ＋１個の光結合器を全て同一分岐比とし、さらにその値を極力小さくするという制約条件の下、位相生成カプラの分岐比が使用する波長帯の全域で概ね０．５となり、かつ出力の位相差Φ（λ）が位相補正量Ψ（λ）と一致するよう設計パラメータを最適化した。最適化した設計パラメータは、位相生成カプラを構成する光結合器１５１、１５２、１５３、２５１、２５２、２５３の分岐比と、微小光路長差付与部１３２，１３３，２３２，２３３の光学的光路長差、及びマッハツェンダ干渉計の光路長差付与部１３１の光学的光路長差ΔＬである。従来のマッハツェンダ干渉計型光スイッチの光路長差付与部の光学的光路長差が０・λｃもしくは０．５・λｃに設定されていたのに対し、本発明では光学的光路長差ΔＬも含めて位相生成カプラの出力の位相差が適正位相になるよう最適化したことも特徴の一つである。
本実施形態では適用波長範囲を１．２５〜１．６５μｍとし、また、１．３μｍと１．５５μｍで使用することを考慮して、特に１．３μｍと１．５５μｍで近似度が最も高くなるよう最適化した。光結合器１５１、１５２、１５３、２５１、２５２、２５３としては近接した２本の光導波路からなる方向性結合器を用いた。最適化の結果Ｎ＝２となり、方向性結合器１５１、１５２、１５３、２５１、２５２、２５３の分岐比はｒ＝０．１、微小光路長差付与部１３２と２３２の光学的光路長差はΔＬ１＝０．０９・λｃ（≒０．１３μｍ）、微小光路長差付与部１３３と２３３の光学的光路長差はΔＬ２＝０．０５・λｃ（≒０．０７μｍ）となった。また、マッハツェンダ干渉計の光学的光路長差はΔＬ＝０．３１・λｃ（≒０．４５μｍ）、ｍ＝−１とし、光合分波手段１１１、１１２に挟まれた２本の光導波路の間隔は５００μｍにした。位相シフタ１４１としては薄膜ヒータを用い、その幅を８０μｍ、その長さを３ｍｍに設定した。
上記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は０．７５％、光導波路のコア断面は６×６μｍ２となるように作製した。
この干渉計型光スイッチが作製されたチップをダイシングにより切り出し、シリコン基板１６１の下部には放熱板（図示しない）を配設し、入出力導波路１０１〜１０４にはシングルモードファイバ（図示しない）を接続し、薄膜ヒータ１４１には給電リード（図示しない）を接続して、２入力２出力光スイッチモジュールとした。
位相シフタ（薄膜ヒータ）１４１がＯＦＦ状態の時、スイッチはバー状態にあり、信号光はクロスポートからは出力されなかった。薄膜ヒータ１４１に通電し、光学的光路長差をΔＬ＋δΔＬ＝０．３１λｃ−０．５０λｃ＝−０．１９λｃにしたＯＮ状態では、スイッチはクロス状態に切り替わり、信号光はクロスポートから出力された。
次に、ＦＩＧ．２６に、本実施形態の干渉計型光スイッチで測定した透過率の波長特性を示す。位相シフタ１４１がＯＦＦ状態の時、本実施形態の干渉計型光スイッチは１．２５〜１．６μｍの広い波長帯域で−３０ｄＢ以下の高消光比が得られた。特に本実施形態では１．３μｍと１．５５μｍで近似度が良くなるよう位相生成カプラ１１１，１１２の設計値を最適化しているので、１．３μｍと１．５５μｍではさらに高消光比であり、−５０ｄＢ以下を実現した。
以上述べたように、広帯域にわたり高消光比を維持することができる非対称マッハツェンダ干渉計を本発明によりはじめて作製し、良好なゲートスイッチを実現した。しかし、本発明はゲートスイッチに限らず任意の干渉計型光スイッチの広帯域化に適用でき、例えば広帯域タップスイッチに適用しても良い。また、上記では、最初のＯＦＦ状態で２π｛φΔＬ（λ）＋φ１（λ）＋φ２（λ）｝＝（２ｍ’＋１）・π（ｍ’は整数）となるように、位相生成カプラの位相差とマッハツェンダ干渉計の光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬを設定したが、ＯＦＦ状態で２π｛φΔＬ（λ）＋φ１（λ）＋φ２（λ）｝＝２ｍ’・π（ｍ’は整数）となるよう設定することにより、広い波長帯域でスイッチング動作が可能な対称型マッハツェンダ干渉計を実現し、良好な２分岐スイッチとして動作した。
本実施形態では、位相生成カプラの最適化の際に、Ｎ＋１個の光結合器（１２３，１２４，１２５）を全て同一分岐比とし、さらにその値を極力小さくするという制約条件を設定した。このような制約条件は必須ではないが、位相生成カプラを構成する光結合器の分岐比を全て一定にすれば、光結合器を作製しやすくなるという利点がある。また、その分岐比は０から１までの間の任意の値に設定できるが、その分岐比は０．１と、小さな値になるように最適化した。それは、分岐比が小さいほど方向性結合器が小型になり、製造誤差に強くなる、偏波依存性が小さくなるなどの利点が得られるからである。本実施形態の位相生成カプラ（ＦＩＧ．２５）はＮ＝１の場合（ＦＩＧ．４）に比べて光結合器（１２３，１２４，１２５）と光路長差付与部（１３２，１３３）がそれぞれ１つずつ多いので、若干回路サイズが大きくなる。しかし、方向性結合器（１２３，１２４，１２５）が小型のため、回路サイズの増大は僅かであった。
また、本実施形態ではＮ＋１個の光結合器と、隣接する光結合器に挟まれたＮ個の光路長差付与部とによって構成された位相生成カプラを用い、Ｎ＝２に設定した。Ｎを大きくするほど設定可能なパラメータが増すので位相生成カプラの近似度を高めることができる。例えば、ＦＩＧ．１７（第３実施形態）とＦＩＧ．２６（本実施形態）を比較すると、本実施形態の方が位相生成カプラの近似度が良好なため、消光比が３０ｄＢ以上となる波長範囲が広くなっている。さらに詳しく説明すると、第３実施形態ではＮ＝１に設定したので、位相生成カプラに３種類の設計値がある。一方、本実施形態ではＮ＝２に設定したので、５種類の設計値があり、設計の自由度が高くなる。そのため、位相差の近似度を高めることができるし、Ｎ＋１＝３個の光結合器を同じ値に設定したとしても３種類の設計の自由度が残る。結果として全ての光結合器の分岐比が０．１となる設計値が得られ、製造誤差に強く、かつ偏波依存性が小さい干渉計型光スイッチを得た。
さらに、本実施形態では２つの位相生成カプラ１１１，１１２を用い、それらの光路長差付与部１５１，１５２，１５３，２５１，２５２，２５３において光学的光路長差の総和の長い方の光遅延線が片方（ＦＩＧ．２４の上側）に偏在するよう回路上に配置した。具体的に、ＦＩＧ．２４では、第１の光合分波手段１１１のＮ＝２個の光路長差付与部１３２、１３３を構成する第１光導波路の光学的光路長差の総和Σδｌ１，１＝ｌ１１ａ＋ｌ１１ｂ＝６７８．２６＋５５１．７９＝１２３０．０５、第２光導波路の光学的光路長差の総和Σδｌ２，１＝ｌ２１ａ＋ｌ２１ｂ＝６７８．１３＋５５１．７２＝１２２９．８５、そして第２の光合分波手段１１２のＮ＝２個の光路長差付与部２３３、２３２を構成する第１光導波路の光学的光路長差の総和Σδｌ１，２＝ｌ１２ａ＋ｌ１２ｂ＝５５１．７９＋６７８．２６＝１２３０．０５、第２光導波路の光学的光路長差の総和Σδｌ２，２＝ｌ２２ａ＋ｌ２２ｂ＝５５１．７２＋６７８．１３＝１２２９．８５である。したがって、Σδｌ１，１＞Σδｌ２，１かつΣδｌ１，２＞Σδｌ２，２を満たすので、位相生成カプラ１１１と１１２の光路長差付与部の総和が長いのは第１光導波路の方であり、ＦＩＧ．２４の上側に偏在していることがわかる。このようにすることで、位相生成カプラ１１１，１１２により効率的に位相を生じさせることができる。特に、本実施形態の干渉計型光スイッチの構成は、特殊な例であり、第１と第２光合分波手段として同じ設計値の位相生成カプラを用い、マッハツェンダ干渉計の光路長差付与部１３１を中心に、互いに鏡像対称になるよう配置している。この時、φ１（λ）＝φ２（λ）＝Ψ（λ）／２を満たすよう位相差を設定すれば良い。第１実施形態では、一つの位相生成カプラの位相差φ１（λ）のみを用いていたのに対し、本実施形態では一つの位相生成カプラにつき生成すべき位相差が半分で良いことになる。もちろん、第１と第２位相生成カプラの光路長差付与部の長い方を片側に偏在させるのは必須ではなく、互いに逆の方に偏在していても良い。なお、本発明の各実施形態で光路長差付与部の光路長差とは、第２導波路に対する第１導波路の相対的な光路長差を表しているので、第２導波路の方が第１導波路よりも長い場合、光路長差は負となる。Ｎが２以上の時でＮ個の光路長差付与部の符号が異なる場合も上記と同様に偏在を定義することができる。例えば、仮に微小光路長差付与部１３２と２３２の第２導波路の方が長く、光路長差の符号が負であったとすれば、第１の光合分波手段１１１の光路長差付与部１３２，１３３を構成する第１光導波路と第２光導波路、および第２の光合分波手段１１２の光路長差付与部２３３，２３２を構成する第１光導波路と第２光導波路の光学的光路長差の総和はそれぞれΣδｌ１，１＝ｌ１１ａ＋ｌ１１ｂ＝６７８．１３＋５５１．７９＝１２２９．９２、Σδｌ２，１＝ｌ２１ａ＋ｌ２１ｂ＝６７８．２６＋５５１．７２＝１２２９．９８、Σδｌ１，２＝ｌ１２ａ＋ｌ１２ｂ＝５５１．７９＋６７８．１３、Σδｌ２，２＝ｌ２２ａ＋ｌ２２ｂ＝５５１．７２＋６７８．２６となる。この場合はΣδｌ２，１＞Σδｌ１，１かつΣδｌ２，２＞Σδｌ１，２を満たし、第２導波路の方に偏在している���いうことができる。
（第７の実施形態）
ＦＩＧ．２７に本発明の第７実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す。本実施形態の干渉計型光スイッチは１×２スイッチとして機能させることができる。さらに、本回路の基本要素である干渉計型光スイッチの光合分波手段として、出力の位相差が波長依存性を有する位相生成カプラを用いることにより、波長帯域によらずにスイッチング動作をさせることができる。
本光スイッチの回路は２つの干渉計型光スイッチ１７０，１７１を多段に接続することにより構成した。詳細には、同じ設計値を持つ第１と第２の２つの干渉計型光スイッチ１７０，１７１を用い、第１の干渉計型光スイッチ１７０の出力側の上のポートを、第２の干渉計型光スイッチ１７１の入力側の下のポートに接続した。また、第１の干渉計型光スイッチ１７０の入力側の上のポートを入力導波路１０１とし、第２の干渉計型光スイッチ１７１の出力側の上のポートを出力導波路１０３（第１出力ポート）とし、第１の干渉計型光スイッチ１７０の出力側の下のポートを出力導波路１０４（第２出力ポート）とした。
本実施形態では、２つの干渉計型光スイッチ１７０，１７１を同じ設計値としているので、第１の干渉計型スイッチ１７０のみを詳細に説明する。出力の位相差が波長依存性を有する光合分波手段を実現する方法として様々な手段が考えられるが、光結合器と光路長差付与部との接続により構成した光合分波手段により実現してもよい。本実施形態では、Ｎ＋１（＝２）個の光結合器１５１，１５２と１５３，１５４と、隣接する光結合器に挟まれたＮ（＝１）個の光路長差付与部１３２と１３３によって光合分波手段（位相生成カプラ）１１１と１１２を構成した。光合分波手段１１１は、光結合器（方向性結合器１５１、１５２）と、隣接する光結合器に挟まれた光路長差付与部１３２とによって構成されている。光路長差付与部１３２は第１光導波路と第２光導波路の２本の光遅延線からなり、それぞれの光学的光路長をｌ１１、ｌ２１とすると、その光学的光路長差はΔＬ１＝ｌ１１−ｌ２１である。光合分波手段１１２は、光結合器（方向性結合器１５３、１５４）と、隣接する光結合器に挟まれた光路長差付与部１３３とによって構成されている。光路長差付与部１３３は第１光導波路と第２光導波路の２本の光遅延線からなり、それぞれの光学的光路長をｌ１２、ｌ２２とすると、その光学的光路長差はΔＬ２＝ｌ１２−ｌ２２である。
次に、具体的な位相生成カプラの設計例を説明する。本実施形態では、位相生成カプラを実現する手段として、Ｎ＋１個の光結合器と、隣接する光結合器に挟まれたＮ個の微小光路長差付与部からなる光合分波手段を用いた。そして第１と第２の光合分波手段１１１と１１２とを構成するそれぞれＮ＋１＝２個（合計４個）の光結合器の分岐比が全て同一（ｒ１＝ｒ２＝ｒ３＝ｒ４＝ｒ）とする制約条件を設定した。光結合器としては近接した２本の光導波路からなる方向性結合器を用いた。本実施形態では適用波長範囲を１．４５〜１．６５μｍとし、位相生成カプラの分岐比が使用する波長帯の全域で概ね０．５となり、かつ出力の位相差Φ（λ）＝φ１（λ）＋φ２（λ）が適正位相Ψ（λ）と一致するよう設計パラメータを最適化した。ここで適正位相とは、第１と第２の干渉計型光スイッチ１７０，１７１が非対称型マッハツェンダ干渉計型光スイッチとして機能するために必要な位相生成カプラの出力の位相差であり、上記の数式７のｍ（ｍは整数）を２ｍ’＋１（ｍ’は整数）と置いた時の位相である。最適化した設計パラメータは、位相生成カプラを構成する光結合器の分岐比と微小光路長差付与部の光学的光路長差、及びマッハツェンダ干渉計の光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬである。従来のマッハツェンダ干渉計型光スイッチの光路長差付与部の光学的光路長差ΔＬが０・λｃもしくは０．５・λｃに設定されていたのに対し、本発明では光学的光路長差ΔＬも含めて位相生成カプラの出力の位相差が適正位相になるよう最適化したことも特徴の一つである。
本実施形態では位相生成カプラの最適化の際、Ｎ＋１個の光結合器を全て同一分岐比とする制約条件を設定した。このような制約条件は必須ではないが、位相生成カプラを構成する光結合器の分岐比を全て一定にすれば、光結合器を作製しやすくなるという利点がある。第２実施形態と対比させると、第２実施形態では位相生成カプラを構成する光結合器の分岐比には制約条件は課さず、設計値の自由度を多くしたので位相差の近似度は本実施形態よりもよかった。一方、本実施形態は作製のしやすさを考慮して設計した。このように、回路の用途に合わせて位相生成カプラを適切に設計すればよい。
さらに、本実施形態では２つの位相生成カプラを用い、それらの光路長差付与部において光学的光路長差の総和の長い方の光遅延線が片方（ＦＩＧ．２７の上側）に偏在する、すなわちΣδｌ１，１＞Σδ２，１かつΣδｌ１，２＞Σδｌ２，２を満たすようよう回路上に配置した。
数値計算の結果Ｎ＝１とし、方向性結合器１５１、１５２、１５３、１５４の分岐比はｒ＝０．２、微小光路長差付与部１３２と１３３の光学的光路長差はΔＬ１＝ΔＬ２＝０．１５・λｃ（≒０．２３μｍ）に設定した。また、マッハツェンダ干渉計の光学的光路長差はΔＬ＝０．２８・λｃ（≒０．４３μｍ）、ｍ’＝−１とし、光合分波手段１１１、１１２に挟まれた２本の光導波路の間隔は１００μｍにした。位相シフタとしては薄膜ヒータを用い、その幅を３０μｍ、その長さを２ｍｍに設定した。
上記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は０．７５％、光導波路のコア断面は６×６μｍ２となるように作製した。
この干渉計型光スイッチが作製されたチップをダイシングにより切り出し、シリコン基板１６１の下部には放熱板（図示しない）を配設し、入出力導波路１０１〜１０４にはシングルモードファイバ（図示しない）を接続し、薄膜ヒータ１４１には給電リード（図示しない）を接続して、２入力２出力光スイッチモジュールとした。
作製した光モジュールの入力導波路１０１から光を入力し、出力ポートを出力導波路１０３（第１出力ポート）から１０４（第２出力ポート）に切り替える動作について説明する。初期状態では薄膜ヒータ（１４４）に通電し、干渉計型光スイッチ１７１の光学的光路長差をΔＬ＋δΔＬ＝０．２８λｃ−０．５０λｃ＝−０．２２λｃにした。この状態では、前段の干渉計型光スイッチ１７０はバー状態、後段の干渉計型光スイッチ１７１はクロス状態となる。そのため、入力導波路１０１から入力した光は干渉計型光スイッチ１７０のスルーポートから完全に透過し、干渉計型光スイッチ１７１の出力導波路１０３（第１出力ポート）から出力される。一方、干渉計型光スイッチ１７０の出力導波路１０４（第２出力ポート）からは光は出力されない。次に、薄膜ヒータ（１４４）をＯＦＦに戻し、薄膜ヒータ（１４２）に通電して、干渉計型光スイッチ１７０の光学的光路長差をΔＬ＋δΔＬ＝０．２８λｃ−０．５０λｃ＝−０．２２λｃにした。この状態では、前段の干渉計型光スイッチ１７０はクロス状態、後段の干渉計型光スイッチ１７１はバー状態となる。そのため、入力導波路１０１から入力した光は干渉計型光スイッチ１７０のクロスポートである出力導波路１０４（第２出力ポート）から出力される。一方、干渉計型光スイッチ１７０のスルーポートと干渉計型光スイッチ１７１のクロスポートにより光は遮断されるため、出力導波路１０３（第１出力ポート）からは光は出力されない。このように、本実施形態の干渉計型光スイッチでは、０．５Ｗの一定消費電力で２分岐スイッチとして動作させることができる。
ＦＩＧ．２８Ａに本実施形態の干渉計型光スイッチの出力導波路１０３（第１出力ポート）から出力される初期の状態（ＯＦＦ状態）における透過率の波長特性を示し、ＦＩＧ．２８Ｂに別の出力導波路１０４（第２出力ポート）から出力される切り替え後の状態（ＯＮ状態）における透過率の波長特性を示す。いずれの出力導波路から出力される場合でも１．４５〜１．６５μｍの広い波長帯域で−３０ｄＢ以下の高消光比が得られ、広い波長帯域で高消光比を有する一定消費電力の１×２スイッチを実現した。
本実施形態では、位相生成カプラを備えた干渉計型光スイッチを多段に接続し、一つの干渉計型光スイッチを構成した。そして、その干渉計型光スッチを一定消費電力の広帯域１×２スイッチとして機能させる例を示した。しかし、本実施形態の光スイッチはその他の用途に用いても良いし、本発明を適用した一定消費電力の光スイッチや１×２光スイッチの構成法は本実施形態で示した構成に限らず、任意の形態をとることができる。
（第８の実施形態）
ＦＩＧ．２９に本発明の第８実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す。本実施形態の光スイッチはＰＩ−Ｌｏｓｓ（Ｐａｔｈ  Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｌｏｓｓ；パス無依存損失）構成の１×２スイッチとして機能させることができる。さらに、本実施形態の回路の基本要素である干渉計型光スイッチの光合分波手段として、出力の位相差が波長依存性を有する位相生成カプラを用いることにより、波長帯域によらずにスイッチング動作をさせることができる。
本実施形態の干渉計型光スイッチの回路は干渉計型光スイッチを多段に複数接続することにより構成した。詳細には、同じ設計値を持つ第１乃至第３の３つの干渉計型光スイッチ１７０，１７１，１７２を用い、第１の干渉計型光スイッチ１７０の出力側の上のポートを、第２の干渉計型光スイッチ１７１の入力側の下のポートに接続し、第１の干渉計型光スイッチ１７０の出力側の下のポートを、第３の干渉計型光スイッチ１７２の入力側の上のポートに接続している。また、第１の干渉計型光スイッチ１７０の入力側の上のポートを入力導波路１０１とし、第２の干渉計型光スイッチ１７１の出力側の上のポートを出力導波路１０３（第１出力ポート）とし、第３の干渉計型光スイッチ１７２の出力側の上のポートを出力導波路１０４（第２出力ポート）としている。
本実施形態では、３つの干渉計型光スイッチ１７０，１７１，１７２を同じ設計値としているので、第１の干渉計型スイッチ１７０のみを詳細に説明する。使用する波長帯全域で本実施形態の干渉計型光スイッチの出力強度が一定になるように、各位相生成カプラ１１１，１１２を構成する光結合器１５１〜１５４の分岐比と微小光路長差付与部１３２，１３３の光学的光路長差、及びマッハツェンダ干渉計の光路長差付与部１３１の光学的光路長差ΔＬを最適化した。数値計算の結果、位相生成カプラ１１１及び１１２を構成する方向性結合器１５１、１５２及び１５３、１５４の分岐比をそれぞれｒ１＝０．２、ｒ２＝０．２、ｒ３＝０．２、ｒ４＝０．２とし、微小光路長差付与部１３２及び１３３の光学的光路長差をΔＬ１＝０．１５・λｃ（≒０．２３μｍ）、ΔＬ２＝０．１５・λｃ（≒０．２３μｍ）に設定した。また、マッハツェンダ干渉計の光路長差付与部１３１の光学的光路長差はΔＬ＝０．２８・λｃ（≒０．４３μｍ）とし、光路長差付与部１３１の２本の光導波路の間隔は２００μｍにした。位相シフタ１４１，１４２としては薄膜ヒータを用い、その幅を５０μｍ、その長さを３ｍｍに設定した。
上記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は１．５％、光導波路のコア断面は４．５×４．５μｍ２となるように作製した。
この干渉計型光スイッチが作製されたチップをダイシングにより切り出し、シリコン基板１６１の下部には放熱板（図示しない）を配設し、入出力導波路１０１〜１０４にはシングルモードファイバ（図示しない）を接続し、薄膜ヒータ１４１には給電リード（図示しない）を接続して、２入力２出力光スイッチモジュールとした。
作製した光モジュールの入力導波路１０１から光を入力し、出力ポートを出力導波路１０３（第１出力ポート）から１０４（第２出力ポート）に切り替える動作について説明する。初期状態では薄膜ヒータ（１４４と１４６）に通電し、干渉計型光スイッチ１７１と１７２の光学的光路長差をΔＬ＋δΔＬ＝０．２８λｃ−０．５０λｃ＝−０．２２λｃにした。この状態では、前段の干渉計型光スイッチ１７０はバー状態、後段の２つの干渉計型光スイッチ１７１はクロス状態となる。そのため、入力導波路１０１から入力した光は干渉計型光スイッチ１７０のスルーポートから完全に透過し、干渉計型光スイッチ１７１の出力導波路１０３（第１出力ポート）から出力される。一方、干渉計型光スイッチ１７０のクロスポートと干渉計型光スイッチ１７２のスルーポートにより光は遮断されるため、出力導波路１０４（第２出力ポート）からは光は出力されない。次に、薄膜ヒータ（１４４と１４６）をＯＦＦに戻し、薄膜ヒータ（１４２）に通電して、干渉計型光スイッチ１７０の光学的光路長差をΔＬ＋δΔＬ＝０．２８λｃ−０．５０λｃ＝−０．２２λｃにした。この状態では、前段の干渉計型光スイッチ１７０はクロス状態、後段の干渉計型光スイッチ１７１、１７２はバー状態となる。そのため、入力導波路１０１から入力した光は干渉計型光スイッチ１７０のクロスポートを透過し、干渉計型光スイッチ１７２の出力導波路１０４（第２出力ポート）から出力される。一方、干渉計型光スイッチ１７０のスルーポートと干渉計型光スイッチ１７１のクロスポートにより光は遮断されるため、出力導波路１０３（第１出力ポート）からは光は出力されない。
ＦＩＧ．３０Ａに本実施形態の干渉計型光スイッチの出力導波路１０３（第１出力ポート）から出力される初期の状態（ＯＦＦ状態）における透過率の波長特性を示し、ＦＩＧ．３０Ｂに別の出力導波路１０４（第２出力ポート）から出力される切り替え後の状態（ＯＮ状態）における透過率の波長特性を示す。いずれの出力導波路から出力される場合でも、１．４５〜１．６５μｍの広い波長帯域で−４５ｄＢ以下の高消光比が得られた。また、本実施形態の干渉計型光スイッチでは、出力ポートによらずに通過する光スイッチ素子が一定となるＰＩ−Ｌｏｓｓ構成であるため、出力導波路１０３（第１出力ポート）、１０４（第２出力ポート）のいずれのポートから出力されても同じ特性となった。
本実施形態では位相生成カプラを備えた干渉計型光スイッチを多段に接続し、一つの干渉計型光スイッチを構成した。そして、その干渉計型光スイッチを、光路によらず同じ波長特性を有するＰＩ−ＬＯＳＳの広帯域１×２スイッチとして機能させる例を示した。しかし、本実施形態の光スイッチはその他の用途に用いても良いし、本発明を適用したＰＩ−ＬＯＳＳの光スイッチや１×２光スッチの構成法は本実施形態で示した構成に限らず、任意の形態をとることができる。
（第９の実施形態）
ＦＩＧ．３１に本発明の第９実施形態における干渉計型光スイッチの構成を示す。本実施形態の干渉計型光スイッチの光導波路上には複屈折率調整手段が設けられており、後に説明するように本実施形態のスイッチは偏光ビームスイッチとして機能させることができる。さらに、本実施形態の回路の基本要素である干渉計型光スイッチの光合分波手段として、出力の位相差が波長依存性を有する位相生成カプラを用いることにより、波長帯域によらずにスイッチング動作をさせることができる。
本実施形態の干渉計型光スイッチの回路は、２つの干渉計型光スイッチ１７０，１７１を多段に接続することにより構成した。詳細には、同じ設計値を持つ第１と第２の２つの干渉計型光スイッチ１７０，１７１を用い、第１の干渉計型光スイッチ１７０の出力側の上のポートを、第２の干渉計型光スイッチ１７１の入力側の下のポートに接続した。また、第１の干渉計型光スイッチ１７０の入力側の上のポートを入力導波路１０１とし、第２の干渉計型光スイッチ１７１の出力側の上のポートを出力導波路１０３（第１出力ポート）とし、第１の干渉計型光スイッチ１７０の出力側の下のポートを出力導波路１０４（第２出力ポート）とした。
本実施形態では、第１と第２の干渉計型光スイッチ１７０，１７１を同じ設計値としているので、第１の干渉計型スイッチ１７０のみを詳細に説明する。本実施形態では、位相生成カプラ１１１，１１２を実現する手段として、Ｎ＋１（＝２）個の光結合器１５１，１５２と１５３，１５４と、隣接する光結合器に挟まれたＮ（＝１）個の微小光路長差付与部１３２と１３３からなる光合分波手段を用いた。光結合器１５１，１５２と１５３，１５４としては近接した２本の光導波路からなる方向性結合器を用いた。本実施形態では適用波長範囲を１．４５〜１．６５μｍとし、位相生成カプラ１１１，１１２の分岐比が使用する波長帯の全域で概ね０．５となり、かつ出力の位相差Φ（λ）が適正位相Ψ（λ）と一致するよう設計パラメータを最適化した。最適化した設計パラメータは、位相生成カプラ１１１と１１２を構成する光結合器１５１，１５２と１５３，１５４の分岐比と微小光路長差付与部１３２と１３３の光学的光路長差、及びマッハツェンダ干渉計の光路長差付与部１３１の光学的光路長差ΔＬである。数値計算の結果Ｎ＝１とし、方向性結合器１５１、１５２、１５３、１５４の分岐比はｒ１＝０．２、ｒ２＝０．２、ｒ３＝０．２、ｒ４＝０．２、微小光路長差付与部１３２と１３３の光学的光路長差はΔＬ１＝０．１５・λｃ（≒０．２３μｍ）、ΔＬ２＝０．１５・λｃ（≒０．２３μｍ）に設定した。また、位相シフタを駆動しない初期状態で干渉計型光スイッチ１７０をスルー状態とするためのマッハツェンダ干渉計の光路長差付与部１３１の光学的光路長差の最適値は、ΔＬ＝０．２８・λｃ（≒０．４３μｍ）となった。本実施形態では偏光ビームスイッチとして機能させやすくするため、初期状態で第１の干渉計型光スイッチ１７０と第２の干渉計型光スイッチ１７１とでマッハツェンダ干渉計の光路長差付与部の光学的光路長差を互いに異なる設計値とした。具体的には後に説明するが、第１の干渉計型光スイッチ１７０の光路長差付与部１３１の第１光導波路と第２光導波路の２本の光遅延線の光学的光路長差をΔＬ’＝ΔＬ−０．５λｃ＝−０．２２λｃ（−０．３４ｕｍ）、第２の干渉計型光スイッチ１７１の光路長差付与部１３４の第１光導波路と第２光導波路の２本の光遅延線の光学的光路長差をΔＬ”＝ΔＬ＝０．２８・λｃ（≒０．４３μｍ）に設定した。第１と第２の２本の光導波路の間隔は２００μｍにした。位相シフタ１４１，１４２，１４３，１４４としては薄膜ヒータを用い、その幅を４０μｍ、その長さを５ｍｍに設定した。
上記の設計値に基づき、火炎堆積法、フォトリソグラフィ技術、反応性イオンエッチングを用いて石英系光導波路回路を作製した。光導波路の比屈折率は０．７５％、光導波路のコア断面は６×６μｍ２となるように作製した。
石英系光導波路回路を作製した後、複屈折率調整手段１９１により第１干渉計型光スイッチ１７０の光路長差付与部１３１の第１光導波路の複屈折率を調整し、ＴＭモードの光学的光路長差がＴＥモードの光学的光路長差よりも０．５λｃ長くなるようにした。さらに詳細には、複屈折率調整によるＴＥモードとＴＭモードの光学的光路長差の変化分をそれぞれΔｎＬＴＥ＝ΔｎＬ、ΔｎＬＴＭ＝ΔｎＬ＋０．５λｃとしたので、ΔｎＬＴＭ−ΔｎＬＴＥ＝０．５λｃとなっている。したがって、初期状態のＴＥモードとＴＭモードの光学的光路長差をそれぞれ、ΔＬ’ＴＥ＝ΔＬ’、ΔＬ’ＴＭ＝ΔＬ’とすると、複屈折率調整によりΔＬ’ＴＥ＝ΔＬ’＋ΔｎＬ、ΔＬ’ＴＭ＝ΔＬ’＋ΔｎＬ＋０．５λｃとなった。複屈折率調整の過程で第１光導波路の光学的光路長が初期状態よりもΔｎＬだけ余分に長くなっている。そこで、第２光導波路の実効屈折率を調整することにより第２光導波路の光学的光路長差をΔｎＬだけ長くした。それにより、ＴＥモードとＴＭモードの光学的光路長差をそれぞれΔＬ’ＴＥ＝ΔＬ’（＝−０．２２λｃ）、ΔＬ’ＴＭ＝ΔＬ’＋０．５λｃ（＝０．２８λｃ）とした。
次に、第２干渉計型光スイッチ１７１の光路長差付与部１３４の第２光導波路の複屈折率を複屈折率調整手段１９４により調整し、ＴＭモードの光学的光路長差がＴＥモードの光学的光路長差よりも０．５λｃ長くなるようにした。さらに詳細には、複屈折率調整によるＴＥモードとＴＭモードの光学的光路長差の変化分をそれぞれΔｎＬＴＥ＝ΔｎＬ、ΔｎＬＴＭ＝ΔｎＬ＋０．５λｃとしたので、ΔｎＬＴＭ−ΔｎＬＴＥ＝０．５λｃとなっている。したがって、初期状態のＴＥモードとＴＭモードの光学的光路長差をそれぞれ、ΔＬ”ＴＥ＝ΔＬ”、ΔＬ”ＴＭ＝ΔＬ”とすると、複屈折率調整によりΔＬ”ＴＥ＝ΔＬ”−ΔｎＬ、ΔＬ”ＴＭ＝ΔＬ”−ΔｎＬ−０．５λｃとなった。ここで符号をマイナスとしたのは、光路長差を第２光導波路に対する第１光導波路の相対的光路長であらわしているからである。複屈折率調整の過程で第２光導波路の光学的光路長が初期状態よりもΔｎＬだけ余分に長くなっている。そこで、第１光導波路の実効屈折率を調整することにより第１光導波路の光学的光路長差をΔｎＬだけ長くした。それにより、ＴＥモードとＴＭモードの光学的光路長差をそれぞれΔＬ”ＴＥ＝ΔＬ”（＝０．２８・λｃ）、ΔＬ”ＴＭ＝ΔＬ”−０．５λｃ（＝−０．２２λｃ）とした。
複屈折率調整手段１９１〜１９４として、例えば、レーザ照射等の光照射を用いる方法、薄膜ヒータを用いる方法、応力付与膜を装着する方法、導波路の形状を変化させる方法、導波路の材質を局所的に変化させる方法など多数の手法が知られており、任意の手段を用いることができる。
この干渉計型光スイッチが作製されたチップをダイシングにより切り出し、シリコン基板１６１の下部には放熱板（図示しない）を配設し、入出力導波路１０１〜１０４にはシングルモードファイバ（図示しない）を接続し、薄膜ヒータ１４１には給電リード（図示しない）を接続して、２入力２出力光スイッチモジュールとした。
このように作製した光モジュールの入力導波路１０１から光を入力し、出力ポート１０３（第１出力ポート）と１０４（第２出力ポート）から出力される偏波を切り替える動作について説明する。初期のＯＦＦ状態では、第１干渉計型光スイッチ１７０の光路長差付与部の光学的光路長差はＴＥモードがΔＬ’ＴＥ＝ΔＬ’（＝−０．２２λｃ）、ＴＭモードがΔＬ’ＴＭ＝ΔＬ’＋０．５λｃ（＝０．２８λｃ）であり、第２干渉計型光スイッチ１７１の光路長差付与部の光学的光路長差はＴＥモードがΔＬ”ＴＥ＝ΔＬ”（＝０．２８・λｃ）、ＴＭモードがΔＬ”ＴＭ＝ΔＬ”−０．５λｃ（＝−０．２２λｃ）である。
このＯＦＦ状態では、ＴＥモードに対し、第１干渉計型光スイッチ１７０はクロス状態、第２干渉計型光スイッチ１７１はバー状態である。ＦＩＧ．３２Ａは本実施形態の干渉計型光スイッチのＯＦＦ状態におけるＴＥモードの透過率の波長依存性を示す。入力導波路１０１から入力したＴＥ光は干渉計型光スイッチ１７０のクロスポートから完全に透過し、出力導波路１０４（第２出力ポート）から出力される。一方、干渉計型光スイッチ１７０のスルーポートと干渉計型光スイッチ１７１のクロスポートにより遮断されるため、出力導波路１０３（第１出力ポート）からＴＥ光は出力されない。
また、このＯＦＦ状態では、ＴＭモードに対し、第１干渉計型光スイッチ１７０はバー状態、第２干渉計型光スイッチ１７１はクロス状態である。ＦＩＧ．３２ＢにＯＦＦ状態のＴＭモードの透過率の波長依存性を示す。入力導波路１０１から入力したＴＭ光は干渉計型光スイッチ１７０のスルーポートと干渉計型光スイッチ１７１のクロスポートから透過し、出力導波路１０３（第１出力ポート）から出力される。一方、干渉計型光スイッチ１７０のクロスポートにより遮断されるため、出力導波路１０４（第２出力ポート）からＴＭ光は出力されない。
次に、薄膜ヒータ１４１と１４３に通電して、ＯＮ状態とした。第１干渉計型光スイッチ１７０の光路長差付与部１３１の光学的光路長差はＴＥモードがΔＬ’ＴＥ＝ΔＬ’＋０．５λｃ（＝０．２８λｃ）、ＴＭモードがΔＬ’ＴＭ＝ΔＬ’＋１．０λｃ（＝０．７８λｃ）であり、第２干渉計型光スイッチ１７１の光路長差付与部１３４の光学的光路長差はＴＥモードがΔＬ”ＴＥ＝ΔＬ”＋０．５λｃ（＝０．７８・λｃ）、ＴＭモードがΔＬ”ＴＭ＝ΔＬ”（＝０．２８λｃ）である。
このＯＮ状態では、ＴＥモードに対し、第１干渉計型光スイッチ１７０はバー状態、第２干渉計型光スイッチ１７１はクロス状態である。ＦＩＧ．３３Ａに本実施形態の干渉計型光スイッチのＯＮ状態のＴＥモードの透過率の波長依存性を示す。入力導波路１０１から入力したＴＥ光は干渉計型光スイッチ１７０のスルーポートと干渉計型光スイッチ１７１のクロスポートから透過し、出力導波路１０３（第１出力ポート）から出力される。一方、干渉計型光スイッチ１７０のクロスポートにより遮断されるため、出力導波路１０４（第２出力ポート）からＴＥ光は出力されない。
またこのＯＮ状態では、ＴＭモードに対し、第１干渉計型光スイッチ１７０はクロス状態、第２干渉計型光スイッチ１７１はバー状態である。ＦＩＧ．３３ＢにＯＮ状態のＴＭモードの透過率の波長依存性を示す。入力導波路１０１から入力したＴＭ光は干渉計型光スイッチ１７０のクロスポートから完全に透過し、出力導波路１０４（第２出力ポート）から出力される。一方、干渉計型光スイッチ１７０のスルーポートと干渉計型光スイッチ１７１のクロスポートにより遮断されるため、出力導波路１０３（第１出力ポート）からＴＭ光は出力されない。
以上説明したように、本実施形態は、出力の位相差が波長依存性を有する位相生成カプラを備えた干渉計型光スイッチに複屈折率調整を行う一例である。本実施形態のようにＴＥモードとＴＭモードでマッハツェンダ干渉計の光路長差付与部の光学的光路長差が半波長だけ異なるものにすることにより、偏光ビームスイッチとして機能させることができる。もちろん、本実施形態で説明した以外の形態を取ることもできる。また、複屈折率調整を行うことにより、ＴＥモードとＴＭモードでマッハツェンダ干渉計の光路長差付与部の光学的光路長差がちょうど一致するようにして、偏光依存性の小さい干渉計型光スイッチとすることもできる。
（その他の実施形態）
本発明の各実施形態で説明した干渉計型光スイッチは、単体で光スイッチとして用いても良いし、それら光スイッチを複数組み合わせ、タップスイッチ、ゲートスイッチ、ダブルゲートスイッチや１×２スイッチ等の構成要素として用いても良い。また、本発明の干渉計型光スイッチを少なくとも一つ基本構成素子として用い、Ｎ×Ｎマトリックススイッチ（ＦＩＧ．３４Ａ参照）、１×Ｎツリースイッチ（ＦＩＧ．３４Ｂ参照）、１×Ｎタップスイッチ、Ｍ個の１×ＮスイッチとＮ個のＭ×１カプラから構成されるＤＣ（Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ａｎｄ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）スイッチ、ＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  ＯＡＤＭ）スイッチなどのＭ×Ｎ大規模光スイッチを構成しても良い。また、例えば光スイッチとしての機能だけでなく、ＡＷＧと組み合わせて光アドドロップ多重（ＯＡＤＭ）回路を構成しても良い。
なお、ＦＩＧ．３４Ａ，ＦＩＧ３４Ｂにおいて、１８０−１ａ〜８ａは入力導波路、１８１−１ｂ〜８ｂは出力導波路、１８２は光スイッチの基本構成素子、１８３は光スイッチの基本構成素子の交差、１８４は１×２スイッチ、１８５はゲートスイッチである。
また、各実施形態では偏光ビームスイッチ、偏光ビームスプリッタ、偏光ビームカプラなどを含む干渉計型光スイッチや可変光アッテネータに適用した例を示したが、本発明は任意の回路に適用することができる。さらに、本発明を適用した干渉計型光スイッチと可変光アッテネータを組み合わせて一つの光回路として機能させることができる。また、本発明の各実施形態では光路長差付与部が一つであるマッハツェンダ干渉計に適用した例を示したが、光路長差付与部を２つ以上有する構成でも、同様の原理を適用することにより波長無依存の各種導波路光回路が得られる。例えば、ラティス型フィルタ、多光束干渉フィルタ、トランスバーサル型フィルタ、マイケルソン干渉計型フィルタ、ファブリペロー干渉計型フィルタ、リング共振器付フィルタなど各種導波路型光回路に本発明の原理を適用することができる。なお、各実施形態で説明した光学的光路長差は光路長差付与部を構成する光導波路の光学的な光路差であり、波長依存性を含めた光導波路の屈折率や複屈折率を考慮した光路差である。このように、光合分波手段の出力の位相差を用い、光路長差付与部の光路長差に起因する位相差を波長無依存に設定することにより、波長無依存の各種導波路光回路が得られる。もちろん本発明は波長依存性に限らず、周波数依存性を解消することもできる。
以上述べた各実施形態では、干渉計型光スイッチおよび可変光アッテネータをシリコン基板上に形成された石英系光導波路を用いて、ＦＩＧｓ．３５Ａ−３５Ｅに示すような工程で作製した。すなわち、シリコン基板１６１上に火炎堆積法でＳｉＯ２を主体にした下部クラッドガラススート１６２、ＳｉＯ２にＧｅＯ２を添加したコアガラススート１６３を堆積した（ＦＩＧ．３５Ａ）。その後、１０００℃以上の高温でガラス透明化を行った。この時に、下部クラッドガラス層１６４、コアガラス１６５は設計した厚さとなるように、ガラスの堆積を行った（ＦＩＧ．３５Ｂ）。引き続き、フォトリソグラフィ技術を用いてコアガラス１６５上にエッチングマスク１６６を形成し（ＦＩＧ．３５Ｃ）、反応性イオンエッチングによってコアガラス１６５のパターン化を行った（ＦＩＧ．３５Ｄ）。エッチングマスク１６６を除去した後、上部クラッドガラス１６７を再度火炎堆積法で形成した。上部クラッドガラス１６７にはＢ２Ｏ３やＰ２Ｏ３などのドーパントを添加してガラス転移温度を下げ、それぞれのコアガラス１６５とコアガラス１６５の狭い隙間にも上部クラッドガラス１６７が入り込むようにした（ＦＩＧ．３５Ｅ）。さらに、上部クラッドガラス１６７の表面に薄膜ヒータ（図示せず）とそれにつながる電気配線（図示せず）をパターン化した。
また、各実施形態で述べた光モジュールは、次のように組み立てた（ＦＩＧ．３６を参照）。すなわち、光モジュールは、熱伝導性の良い筐体７０１の内部にペルチェ保持板７０２を固定ネジ７０３で固定し、ペルチェ保持板７０２を掘削して作製した凹部にペルチェ素子と温度センサ（熱電対）（図示しない）をその近傍に配置する。ペルチェ素子及び温度センサの直上に、上記各実施形態に示した干渉計型光スイッチもしくは可変光アッテネータからなるチップ７０４が来るように配置する。チップ７０４の端部にはガラス板７０５を接着剤で接着し、ファイバ７０６を保持しているファイバブロック７０７と光結合するように接着している。ファイバ７０６は筐体７０１の縁に設けた凹部に断熱性弾性接着剤７０８で接着してあり、さらにファイバコード７０９を有するファイバブーツ７１０を筐体７０１に埋め込むように保持している。チップ７０４はペルチェ保持板に断熱性弾性接着剤７０８で接着されている。最後に、これらを被うように蓋をかぶせてネジ止めし、本発明の光モジュールを組み立てた。なお、蓋とネジ止め部は図示していない。なお、これはモジュール化の一例である。上記本発明の各実施形態では、入力導波路と出力導波路がチップ上の異なる端面から取り出されているが、もちろん同一端面に来るように回路をレイアウトしても構わない。そうすれば、１つのファイバブロックだけで入力導波路と出力導波路をファイバと接続することができる。
本発明の回路は異なる独立したチップとして作製する場合もあるが、それらをチップ間で直接接続することにより１つのチップにしてもよいし、複数チップ間で光を結合させ、光モジュールを形成してもよい。また、それぞれのチップごとに別々の光モジュールを作製し、光モジュール間をファイバで結合しても良い。さらに、１つの筐体内部に上記２つ以上のチップをそれぞれペルチェ保持板の上に保持させた光モジュールを作製しても良い。
また、本発明の干渉計型光スイッチもしくは可変光アッテネータの形態は、光導波路の種類、形状、材料、屈折率、作製法によらない。例えば、その導波路材料がポリイミド、シリコン、半導体、ＬｉＮｂＯ２などであってもよいし、基板材質が石英などであってもよい。また、例えば、その製造方法が、スピンコート法、ゾルゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法、イオン拡散法、イオンビーム直接描画法などであっても本発明は適用可能である。また、本発明の各実施形態では、正方形の光導波路を用いたが、長方形、多角形、円形など任意の形状を用いることができる。例えば、光導波路のコア幅を部分的に変え、屈折率を他の部分と異なる値にすることができる。また、光導波路に応力を付与し、屈折率の値を変化させることもできる。さらに、本回路は石英系光導波路を用いたが、異なる材料を透過するようにしても良い。例えば、光導波路中にシリコン樹脂などの材料を含んでも良いし、ポリイミド波長板を含んでも良い。また、各種温度補償法や偏波依存性低減法を適用してよい。
また、レーザ照射などの光照射法や薄膜ヒータなどによる局所加熱法などを用いて光導波路の屈折率を局所的に変化させ、光学的な光路長差や光合分波手段の結合特性、位相特性を調整することもできる。また、光のスイッチング動作には薄膜ヒータによる熱光学効果を用いたが、これに限らず、例えば、光照射を用いても良いし、電気光学効果、磁気光学効果などを用いても良い。もちろんその領域の形状は任意である。
さらに、平面型光導波路に限らず、例えば積層光導波路や光ファイバなどを用いて光導波路を構成してもよいし、平面光導波路と光ファイバなど、複数種類の光導波路を組み合わせて構成しても良い。また光導波路にグレーティングが形成されていても良いし、光導波路が途中で分割、分断されていてもよい。もちろん、本発明の干渉計型光スイッチおよび可変光アッテネータは光導波路に限定されず、光を空間中に伝搬させた空間光学系で干渉回路を構成してもよい。例えば、この空間光学系は半透明鏡、全反射鏡、多層膜などから構成されていてもよい。このように、空間光学系を用いても、回路を光導波路で構成した場合と同様の効果が実現できる。また、以上に述べた各実施形態における干渉計型光スイッチおよび可変光アッテネータは本発明の構成例の１つであり、これらの構成に限定されるものではない。
以上、各実施形態で用いたＮ＋１個の光結合器と隣接する光結合器に挟まれたＮ個の光路長差付与部とによって構成される光合分波手段は、位相生成カプラの構成例であり、例えば多光束干渉フィルタ、トランスバーサル型フィルタ、マイケルソン干渉計型フィルタ、ファブリペロー干渉計型フィルタ、リング共振器付フィルタなど各種フィルタ構成を光合分波手段として用いてもよい。さらに、位相生成カプラを構成する光結合器や、光合分波手段として、本発明の各実施形態で述べた方向性結合器以外にもマルチモード干渉カプラ、可変カプラ、Ｘ分岐カプラ、Ｙ分岐カプラなど任意の種類のものを用いることができるし、またそれらを組み合わせることもできる。さらにまた、上記光合分波手段に与えた結合率や光路長差付与部の光路長差の値や計算方法も１つの例である。それらは利用する形態に合わせて最適値を求めればよい。また、位相生成カプラの構成法や最適値が複数ある場合は、サイズ、製造トレランス、過剰損失などを考慮して最も好適な形態を選択してもよい。
さらになお、本発明の好適な実施形態とその変形例を例示して説明したが、本発明の実施形態は上記例示に限定されるものではなく、請求の範囲の各請求項に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。
【産業上の利用の可能性】
マルチメディア時代の到来と共に、大量の情報を効率よく扱えるネットワークの実現が大きな課題となってきている。各家庭とネットワークを光ファイバで結ぶアクセス系の光化を含めて、今後柔軟で効率的な構造を持つネットワークを構築していくには、光の波長多重（ＷＤＭ）技術を取り入れていくことが必要不可欠である。元来、光部品は数ＴＨｚの広大な帯域を有しており、現在のネットワークはそのごく一部を利用しているに過ぎない。波長多重によりこの帯域を分割して使用できれば、容量の拡大を初めとしマルチメディア通信に不可欠な多様な情報を大量にかつ容易に取り扱えるネットワークが実現できる。
近年では光スイッチを用いた光クロスコネクトシステムや光アドドロップ多重システムはＷＤＭ技術のキーデバイスであり、多くの需要が見込まれる。本発明の干渉計型光スイッチおよび可変光アッテネータはこれらの光システムだけでなく、光スイッチ素子として多くの分野で利用することができる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２９】
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【図３１】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【国際調査報告】
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