CN1739059A - 干涉仪型光开关和可变光衰减器 - Google Patents

Abstract

提供一种干涉仪型光开关和使用它的光开关模块，其可在宽带上进行开关操作，同时在高消光比下具有大的制造容限。使用其输出相位差具有波长依赖性的相位生成耦合器(111)作为光合分波装置，通过设定使得从相位生成耦合器(111)输出的光的相位差φ₁ (λ)、由光程差生成部(131)的光程差引起的相位差φΔ_L (λ)、以及从方向性耦合器(153)输出的光的相位差φ₂ (λ)的总和2π{φ₁ (λ)+φΔ_L (λ)+φ₂ (λ)}变成与波长无关，成为恒定，来实现与波长无关的干涉仪型光开关。

Description

干涉仪型光开关和可变光衰减器

技术领域

本发明涉及在光通信系统和光信号处理等中使用的干涉仪型光开关和可变光衰减器，更具体地，涉及在宽波段可交换工作的波导型光回路。

背景技术

由于因特网的爆炸性普及，通信线路的大容量正以美国为中心快速地进行。大容量的关键技术是波分复用(WDM)系统。WDM系统是在一根光纤上同时传输多个不同波长的信号光，其通信容量飞跃扩大的系统。现在敷设的光通信系统尽管是在节点间个别连接的点对点系统(point topoint system)，但今后将促进更高功能光交叉连接(cross connect)系统和光分插复用(Optical Add/drop multiplexing；OADM)系统的开发。光交叉连接系统是例如在诸如电话局等节点部分上进行传输线路切换的系统，光分插复用系统是从复用信号光中选取特定波长而分给另外的传输线路或者通过将新的信号加到特定波长而送出的系统。因此，在这些系统中，除了信号光的合波分波功能之外，按光信号原样具有光路切换功能的空间分割型光开关是需要的，这是今后承担光通信网的重要部件之一。

这种商用通信系统使用的光开关要求具有小型、低成本、低耗电以及高速控制等特性。要求透过率的波长依赖性和极化波依赖性小且在宽波段上能够进行切换的光开关。

在各种光部件研究开发中，基板上光波导构成的基本波导型光部件正作为量产性、集成性、可靠性优良的光部件引人关注。波导型光开关通过光刻技术和微细加工技术能够以光波长以下的高精度进行良好重复性的量产，而且正在考虑因为构成光开关的基本元件小型化而适合于大规模化的最期望形式的光开关。在硅基板上形成的石英系列光波导，由于是低损耗的以及可靠性、扩展性高，因此被特别期待作为今后光通信系统的构成部件。

作为现有技术的波导型光开关的基本构成要素，使用了马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪。马赫-曾德干涉仪由2个耦合器和由这两个耦合器夹着的臂波导(arm waveguide)构成。通过驱动臂波导上的薄膜加热器(heater)，能够切换光路。

(现有技术第一例)

现有技术波导型光部件中的光开关是由光合分波装置(opticalmulti/demultiplexing device)和光程差生成部构成的干涉仪型光开关。典型的干涉仪型光开关是2输入2输出的马赫-曾德干涉仪，其大多被用作为光开关的基本元件(文献1：M.Okuno et al.，“Low-loss and high extinctionratio silica-based IxN thermo-optic switches，”OECC/100C 2001 ConferenceIncorporating ACOFT，pp.39-41，5 July 2001)。

图37是现有技术马赫-曾德干涉仪型光开关的平面图。该马赫-曾德干涉仪型光开关由2个方向性耦合器151、152、这两个方向性耦合器151、152夹着的光程差生成部(Optical delay line)131、光程差生成部上所形成的移相器141、输入波导101、102、输出波导103、104构成。例如，作为方向性耦合器151、152，使用分支比为r＝0.5的3dB方向性耦合器，作为移相器141，使用薄膜加热器。如果信号光的波长假设为λ_s(＝1.5μm)，则连接两个方向性耦合器151、152的2根光波导(光程差生成部)之光程差ΔL被设定为ΔL＝0.5λ_s(＝0.75μm)或者ΔL＝0·λ_s＝0。而且，ΔL在图37的光程差生成部中，是上层波导对下层波导的相对光程差，是包含波导之有效折射率的光学之光程差。一般地，将初始状态ΔL设定为0.5λ_s时的元件称为非对称型马赫-曾德干涉仪光开关，并用作为分接开关和选通开关。另一方面，将ΔL设定为0时的元件称为对称型马赫-曾德干涉仪光开关，并用作为2分支开关。

图38是图37所示马赫-曾德干涉仪型光开关的B-B线按箭头所示方向的截面图。在硅基板161上设置了由石英系列玻璃形成的包覆玻璃层164、167。在该包覆玻璃层164、167的中层上设置了由石英系列玻璃形成的芯玻璃部165，由此形成光波导。在上部包覆玻璃层167的表面形成了移相器(薄膜加热器)141。就是说，上述波导型光部件通过光波导和薄膜加热器等形成。

下面，说明图37所示马赫-曾德干涉仪型光开关的开关操作。

首先，说明非对称型开关的情况。当移相器(薄膜加热器)141为关断(OFF)状态时，开关处于条形(bar)状态，从输入波导101输入的信号光从输出波导103输出，从输入波导102输入的信号光从输出波导104输出。当给薄膜加热器141通电，通过热光效应使光学光程相当于信号光半波长{0.5λ_s·k(k是0之外的整数)}变化时，光程差变为ΔL+δΔL＝0.5λ_s-0.5λ_s＝0。当该移相器(薄膜加热器)141为接通(ON)状态时，开关处于交叉(cross)状态，从输入波导101输入的信号光从输出波导104输出，从输入波导102输入的信号光从输出波导103输出。这样，通过有无薄膜加热器的加热以及通过改变光程差生成部131的光学光程，能够进行光路的切换。

下面，说明对称型开关的情况。当移相器(薄膜加热器)141为关断(OFF)状态时，开关处于交叉状态，信号光从交叉端口(101→104，或者102→103)输出。当给薄膜加热器141通电，使光学光程差变为ΔL+δΔL＝0.5λ_s的接通(ON)状态时，开关被切换到条形状态，信号光从直通端口(101→103，或者102→104)输出。

在使用对称型的2分支开关中，如果从输入波导101输入光，则在关断状态下，信号光从交叉端口(输出波导104)中输出，而不从直通端口(输出波导103)中输出。相反，在接通状态下，信号光从直通端口(输出波导103)输出，而不从交叉端口(输出波导104)输出。这样，2分支开关被做成在初期关断状态下从交叉端口输出，而通过薄膜加热器的加热，使输出切换到直通端口。

使用非对称型的分接开关完成与2分支开关相反的开关操作，做成在初期关断状态下从直通端口中输出，通过薄膜加热器的加热，使输出切换到交叉端口。使用非对称型的选通开关只使用分接开关的交叉端口。在初期关断状态下不从交叉端口输出，当通过薄膜加热器的加热成为接通状态时，信号光从交叉端口输出。对称型和非对称型的任何一个都可用作为光开关的基本元件。但是，特别在非对称型的情况下，如果第一和第二方向性耦合器151和152的分支比相等，由于具有能够维持高消光比之类的特征，因此具有相对光耦合器制造误差有优势之类的优点。

这些干涉仪型光开关被使用作为1×1型开关和当光通信系统发生障碍时被用作从现用系向备用系切换的1×2型光开关。而且，不只是单独使用，为了提高消光比，还报告了将相同构成的马赫-曾德干涉仪型光开关从属连接到马赫-曾德干涉仪型光开关另一个输出上的结构(文献2：T.Goh et al.“High-extinction ration and low-loss silica-based 8×8 thermoopticmatrix switch，”IEEE Phptonics technology Letters 1998，Vol.，10，pp.358-360)。

为了降低薄膜加热器通电时的耗电，还报告了在移相器两端设置绝热沟结构的构成(文献3：S.Sohma et al.，“Low switching power silica-basedsuper high delta thermo-optics switch with heat insulating grooves，”Electronics Letters 2002，Vol.38，No.3，pp.127-128)。

将上述马赫-曾德干涉仪型光开关作为基本结构元件，通过将其多个组合，还能够构成诸如N×N矩阵光开关(文献4：T.Goh et al.“Low-lossand high-extinction-ratio silica-based strictly nonblocking 16×16 thermoopticmatrix switch，”IEEE Photonics Technology Letters 1998，Vol.10，No.6，pp.810-812)、1×N分接型光开关(文献5：T.Watanabe et al.，”Silica-basedPLC 1×128 thermo-optic switch，”27^th European Conference on OpticalCommunication 2001，ECOC’01.，Vol.2，pp.134-135)、ROADM(可重构OADM)开关等的M×N大规模光开关。

(现有技术第二例)

图39表示现有技术波长无关光开关(Wavelength insensitive Switch：WINS)。WINS构成为使相对于第一基本回路190构成点对称的第二基本回路连接到第一基本回路190的结构。这里，第一基本回路190是由2个方向性耦合器151、152以及在这2个方向性耦合器151、152所夹着的光程差生成部134构成的波长无关耦合器(Wavelength insensitive Coupler：WINC)。

方向性耦合器151(154)的分支比是r1＝0.8，方向性耦合器152(153)的分支比是r₂＝0.3，光程差生成部134的光学光程差是ΔL₁(＝-ΔL₃)＝0.32μm。第一基本回路190和与其构成点对称的第二基本回路所夹着的两根波导形成光程差生成部135，其光学光程差设定为ΔL₂＝0。但是，光程差表示一个光波导(图中的下层光路)相对另一个光波导的相对光程差。在光程差生成部135的光波导上形成了移相器(薄膜加热器)142，通过在该薄膜加热器上通电，能够进行切换操作。

该回路能够假设是将现有技术之对称型马赫-曾德干涉仪开关(图37)的方向性耦合器151、152分别置换成WINC的回路。现有技术之方向性耦合器的分支比由于具有波长依赖性，其作为3dB耦合器即分支比为0.5耦合器之功能的波长范围被限定了。对于对称型马赫-曾德干涉仪开关的消光比变高，由于是当方向性耦合器151和152两者都变成完全耦合长度时，因此如果方向性耦合器151和152的分支比都分别小于或者大于0.5，则消光比退化。与此相对，图39的回路由于使用了WINC，与波长无关，也能够使分支比大致做成0.5。WINS由于使用了光耦合器分支比之波长依赖性小的WINC，在比现有技术对称型马赫-曾德干涉仪开关更宽波段上进行开关操作是可能的。但是，由于实际上的制造误差等，在整个宽波段上将WINC的分支比保持在0.5是困难的，由于分支比的偏差导致波长特性退化。

因此，在WINC的光程差生成部134和136上形成了微调用的移相器(薄膜加热器)141、143(图40)，使得能够调整构成WINS的2个WINC的分支比。由于WINS是对称型的，在不驱动薄膜加热器的初始状态中，WINS处于交叉状态，从输入波导101输入的信号光从输出波导104输出。这里，向光程差生成部的薄膜加热器141、142和143通电，通过热光效应使光学光程仅仅分别变化δΔL₁、δΔL₂、δΔL₃之后，WINS变成条形状态，从输入波导101输入的信号光从输出波导103输出，并阻止向输出波导104的输出。作为测量其透过率的波长依赖性的结果，在1.2～1.7μm的宽波段上获得消光比为-20dB以上。

(现有技术第三例)

尽管干涉仪型光开关通过使输出强度为0和1来进行切换操作，但也能够使用可变光衰减器，其通过将输出强度设定在从0到1之间来衰减光信号的强度。作为例子，表示了现有技术非对称型马赫-曾德干涉仪的波长特性以及说明干涉型光开关和可变光衰减器的不同点。图41A表示在现有技术第一例中说明的非对称型马赫-曾德干涉仪开关之透过率的波长依赖性。接通(ON)状态对应于输出强度1，关断(OFF)状态对应于输出强度0，关断状态的透过率越小，消光比越高。在初始关断状态下，光程差生成部131(图37)的光学光程差是ΔL＝0.5λ_s，在接通状态下，光程差生成部131(图37)的光学光程差是ΔL+δΔL＝0.5λ_s-0.5λ_s＝0。

图41B表示在现有技术可变光衰减器中在将中心波长λ_c的光透过率设定到-30dB、-20dB、-10dB时的透过率之波长依赖性。通过根据移相器(薄膜加热器)使光程差生成部131的光学光程差改变并将透过率设定到合适值，能够任意衰减光强度。

(现有技术的问题)

但是，在现有技术干涉仪型光开关或者可变光衰减器中存在以下问题。

对于在现有技术第一例说明的现有技术之对称型马赫-曾德干涉仪开关的消光比变高，由于是在2个方向性耦合器两者都变成完全耦合长度的时刻，因此如果2个方向性耦合器的分支比都是0.5，则获得高消光比。但是，由于制造误差，如果方向性耦合器的分支比变为例如rl＝r2＝0.4，则由于不满足构成高消光比的条件，因此消光比大大地退化。而且，即使在某个波长下分支比是0.5，由于因波长依赖性导致方向性耦合器的分支比随波长而变化，因此会产生透过率依赖于波长。这样，由于光耦合器的制造误差和波长依赖性，使得在宽波段上不能够使用现有技术的对称型马赫-曾德干涉仪开关。

另一方面，对于非对称型马赫-曾德干涉仪开关的消光比变高，由于是在2个方向性耦合器的分支比变成相等的时候，因此即使因制造误差导致例如r1＝r2＝0.4，也能够维持高消光比。同样，即使因波长依赖性使得分支比随波长而变化，也能够维持高消光比。但是，为了让马赫-曾德干涉仪开关成为对称型时，有必要使光程差生成部的光学光程差设定为0.5λ_c。当光程差设定为有限值时，原理上会产生波长依赖性，以及透过率随波长而变化。尽管非对称型对于光耦合器的制造误差和波长依赖性具有耐性强之类的优点，但在现有技术中，将对波长无关的光程差设定到有限值是不可能的。

因此，即使采用任一种马赫-曾德干涉仪型光开关，都具有图41A所示那样的波长依赖性。在图41A中，尽管示出了信号光波长λ_s设定为1.5μm时的1.45～1.65μm的波段，尽管在λ_s下消光比是良好的，但随着波长远离信号光波长，作为接通状态和关断状态之透过率差的消光比劣化。如果假设消光比的目标值是-30dB以下，用现有的马赫-曾德干涉仪型光开关能够实现目标值是要使信号光波长λ_s在中心处最大宽度达60nm。因此，例如，在中心波长1.55μm下，消光比劣化到-25dB左右。这样，在现有的马赫-曾德干涉仪型光开关中，能够确保充分消光比的波段被限定了，使得不能够适用于使用宽波段的波分复用传输系统等。

在现有技术第二例中说明的WINS由于能够使光耦合器分支比的波长依赖性小，与现有技术第一例的光开关相比，其能够减轻波长依赖性。但是，由于WINS基于对称型马赫-曾德干涉仪开关，为了获得高的消光比，需要将2个WINC的分支比做成0.5。尽管通过使用WINC能够使波长依赖性小，但在整个波段上不能够将分支比保持在0.5。因此，例如，如果在某个波长上假设分支比成为r1＝r2＝0.45，则消光比大大地劣化。如果在图40所示那样的WINC之光程差生成部上也形成移相器来微调光程差，则能够改善波长依赖性。但是，需要同时驱动3个移相器。因此，产生：(1)开关时耗电比原来增加数倍；(2)由于调整位置增加使控制时间增加；(3)开关操作的控制算法变得复杂；(4)由于移相器数目增加而使布线量比原来增大多倍等很多问题，不能满足低耗电、高速控制等商用系统所需要的特性。

现有技术第三例说明的可变光衰减器仅在中心波长得到希望的衰减量，在其之外的波长上不能够设定衰减量。

尽管作为本发明关联的文献在上面叙述了文献1～5，但作为有关同样的现有技术而记述的一些其他参考文献，还涉及下述文献。

文献6：K.Jinguji et al.“Two-port optical wavelength circuits composedof cascaded Mach-Zehnder interferometers with point-symmetricalconfigurations.”，Journal of Lightwave Technology 1996，Vol.14，No.10，pp.2301-2310。

文献7：M.Okuno et al.，“Birefringence control of silica waveguide on Siand its application to a polarization-beam splitter/switch.”，Journal ofLightwave Technology 1994，Vol.12，No.4，pp.625-633。

文献8：T.Mizuno et al.“Mach-Zehnder interferometer with a uniformwavelength period.”，Optics Letters 2004，Vol.29，No.5，pp.454-456.

文献9：EP0382461

文献10：特许第3175499号公报。

文献11：特许第3041825号公报。

发明内容

本发明正是为了解决上述现有技术的问题而进行的发明，其目的在于提供一种干涉仪型光开关和可变光衰减器，其能够在宽波段上进行开关的同时，又能在高消光比下使制造容限变大。

为了实现这个目的，在本发明中，在构成马赫-曾德干涉仪之耦合器(光合分波装置)当中的至少一个上使用输出相位差具有波长依赖性的相位生成耦合器。通过特征在于使起因于该相位生成耦合器和臂波导的相位总和与波长无关而设定成为一定，实现马赫-曾德干涉仪输出强度与波长无关性。

这里，所谓光合分波装置的输出相位差，是当将光输入到光合分波装置输入端口当中的至少一个上以及光从光合分波装置输出端口当中的至少二个上输出时，在2个输出端口之间产生的输出光的相位差。当将光输入到光合分波装置输入端口当中的至少二个上以及光从光合分波装置输出端口当中的至少一个上输出时，通过不同的输入端口在同一输出端口上也会产生光的相位差。这种情况下，由于可以看作为将光输入到一个输出端口以及从2个输入端口输出光，在任何一个情况下也能够定义2个端口之间的输出相位差。这样，对不同的输入端口或者输出端口输入或者输出光时，能够在端口之间对每个波长产生不同相位差的光耦合器是相位生成耦合器。

更详细地，本发明的干涉仪型光开关和可变光衰减器由波导型光回路构成，该波导型光回路包括：第一光合分波装置；由在第一光合分波装置上连接的2根光波导构成的光程差生成部；在光程差生成部上连接的第二光合分波装置；在第一光合分波装置上连接的一个或者多个输入波导；在第二光合分波装置上连接的一个或者多个输出波导；在光程差生成部上设置的移相器，第一光合分波装置或者第二光合分波装置当中的至少一个通过做成其输出相位差具有波长依赖性的相位生成耦合器而能够提供具有在现有技术干涉仪型光开关中不能实现的新功能的干涉仪型光开关和可变光衰减器。

通过相位生成耦合器是由连接光耦合器和光程差生成部构成的特征，可以实现其输出相位差具有波长依赖性的光合分波装置。而且，通过适当设定光耦合器的分支比和光程差生成部的光学光程差，能够生成任意的相位差。

通过相位生成耦合器是由N+1个(N是自然数)光耦合器和邻接的光耦合器夹着的N个光程差生成部构成的特征，可以实现具有原理上没有损失之相位生成功能的相位生成耦合器。而且，N越大，参数设定的自由度越大，相位生成耦合器的输出相位差和合适相位之间的近似度以及相位生成耦合器的分支比和合适分支比之间的近似度越高。由此，能够容易地提供能够高精度生成相位的相位生成耦合器。

如果光的波长为λ，由第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由光程差生成部的光学光程差△L引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，由第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则通过恒定设定使得3个相位差的总和

2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}      (数学式1)

变成与波长无关，可以有效地将光程差生成部的光学光程差设定为与波长无关的任意值。由此，能够使输出透过特性与波长无关，能够提供可在宽带上使用的干涉仪型光开关和可变光衰减器等光部件。

将3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为(2m’+1)π(m’是整数)，可以设定使得第一光合分波装置和第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。由此，能够实现现有技术在原理上是不可能的、与波长无关的非对称型马赫-曾德干涉仪开关。例如，能够提供在宽波段上具有高消光比以及抗制造偏差能力强的宽带的选通开关和分接开关。而且，能够使用作为与波长无关的可变光衰减器。

能够实现特征为：将3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为2m'π(m’是整数)而设定使得第一光合分波装置和第二光合分波装置的分支比的总和大约变为1。由此，可以作为与波长无关的对称型马赫-曾德干涉仪开关而操作。

能够实现特征为：第一光合分波装置的输出相位差和第二光合分波装置的输出相位差之和是ΔL/λ+m/2(m是整数)。

能够实现特征为：如果光的波长为λ，从第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，从第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}，使得波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。如果这样，能够提供在宽波段上使输出强度恒定的干涉仪型光开关和可变光衰减器。

通过特征为：第一光合分波装置或者第二光合分波装置当中的一个是相位差2πφ_c(常数)的光耦合器，另一个是由2个光耦合器和该2个光耦合器夹着的一个光程差生成部构成的相位差2πφ(λ)的相位生成耦合器，通过设定构成光合分波装置的2个光耦合器的分支比和一个光程差生成部的光学光程差使得满足：

φ(λ)＝ΔL/λ+m/2-φ_c                 (数学式2)

能够提供在宽波段上可进行开关操作的干涉仪型光开关。

通过特征为：第一光合分波装置和第二光合分波装置分别是由2个光耦合器和2个光耦合器夹着的一个光程差生成部构成的相位生成耦合器，设定构成第一光合分波装置和第二光合分波装置的2个光耦合器的分支比和一个光程差生成部的光学光程差，使得第一光合分波装置的输出相位差和第二光合分波装置的输出相位差之和满足：

φ₁(λ)+φ₂(λ)＝ΔL/λ+m/2          (数学式3)

能够提供在宽波段上可进行开关操作的干涉仪型光开关。

第一光合分波装置和第二光合分波装置分别是由N+1个(N为自然数)光耦合器以及邻接的光耦合器夹着的由第一和第二之2根光波导(延迟线)构成的N个光程差生成部构成的相位生成耦合器，如果构成第一光合分波装置之N个光程差生成部的第一光波导的光学光程差总和为∑δl_1，1第二光波导的光学光程差总和为∑δl_2，1，构成第二光合分波装置之N个光程差生成部的第一光波导的光学光程差总和为∑δl_1，2，第二光波导的光学光程差总和为∑δl_2，2，则可以设定使得光学光程差的总和满足(∑δl_1，1＞∑δl_2，1且∑δl_1，2＞∑δl_2，2)或者(∑δl_2，1＞∑δl_1，1且∑δl_2，2＞∑δl_1，2)的任何一个以及通过相位生成耦合器有效地生成相位。

也可以为：第一光合分波装置和第二光合分波装置是由N+1个(N是自然数)光耦合器和邻接的所述光耦合器夹着的N个光程差生成部构成的相位生成耦合器，将第一光合分波装置和第二光合分波装置的N+1个(N是自然数)光耦合器的分支比设定为相等的值。由于光耦合器制作容易，成品率提高。

作为光耦合器，如果使用由邻接的2根光波导构成的方向性耦合器，通过合适地设定2根光波导的耦合长度和波导之间的间隔，能够容易地将光耦合器的分支比设定为任意的值。

作为移相器，通过使用在光波导上设置的薄膜加热器，能够使相位精确地偏移。

通过在移相器附近形成绝热沟，能够抑制移相器上需要的耗电。

通过特征在于使波导型光回路由石英系列玻璃光波导形成，能够提供集成性、可靠性、稳定性优良的低损失波导型光回路。

通过特征在于将多个干涉仪型光开关连接成多级，还能够提供高消光比的干涉仪型光开关和高功能的干涉仪型光开关。而且，通过多个连接干涉仪型光开关，还能够构成诸如N×N矩阵开关、1×N树形开关、1×N分接开关、M×N的DC开关、ROADM开关等的大规模干涉仪型光开关。

通过特征在于第一干涉仪型光开关的2个输出波导当中的一个输出波导连接到第二干涉仪型光开关的输入波导，将第一干涉仪型光开关的输入波导用作为干涉仪型光开关的输入端口，将第二干涉仪型光开关的输出波导用作为干涉仪型光开关的第一输出端口，将第一干涉仪型光开关的2个输出波导当中的另一个输出波导用作为干涉仪型光开关的第二输出端口，可以实现恒定耗电的1×2干涉仪型光开关。

通过特征在于第一干涉仪型光开关的2个输出波导当中的一个输出波导连接到第二干涉仪型光开关的输入波导，另一个输出波导连接到第三干涉仪型光开关的输入波导，将第一干涉仪型光开关的输入波导用作为干涉仪型光开关的输入端口，将第二干涉仪型光开关的输出波导用作为干涉仪型光开关的第一输出端口，将第三干涉仪型光开关的输出波导用作为干涉仪型光开关的第二输出端口，可以实现PI-Loss(与路径无关损失)的1×2干涉仪型光开关。

通过特征在于使用至少一个干涉仪型光开关来构成M(M为自然数)个输入N(N为自然数)个输出的光开关，能够提供诸如N×N矩阵开关、1×N树形开关、1×N分接开关、M×N的DC开关、ROADM开关等的大规模光开关。

通过特征在于在干涉仪型光开关的光波导上设置双折射率调节装置，或者进行双折射率的调节，能够提供与极化光无关的或者诸如极化光束开关等与极化光有关的干涉仪型光开关。

尽管是使波导型光回路的输出强度在最大状态和最小状态上切换的干涉仪型光开关，但通过使输出强度可变以及设定到最大和最小之间的任意值，其能够起可变光衰减器的作用。此时，能够提供输出强度在宽波段上变成恒定的宽波段的可变光衰减器。

通过特征在于具有：壳体，其内部具有波导型光回路；以及光纤，其对波导型光回路进行信号的输入输出，能够提供波导型光回路的光模块，其能够在诸如光交叉连接(OXC)系统和光分插复用(OADM)系统等光通信系统上使用。

根据本发明，将输出相位差具有波长依赖性的相位生成耦合器使用在马赫-曾德干涉仪的第一光合分波装置或者第二光合分波装置当中的至少一个上。由此，实现了干涉仪型光开关和可变光衰减器，其具有根据现有技术不能够实现的新的功能。

在包括相位生成耦合器的本发明的马赫-曾德干涉仪型光开关中，交叉端口(101→104)的光强度Pc能够由下式表示。

P_c＝2R(λ)·[1-R(λ)]·[1+cos{2π{φ_ΔL(λ)+φ(λ)}}]    (数学式4)

但是，φ_ΔL(λ)是由马赫-曾德干涉仪光程差生成部的光学光程差引起的相位差，φ(λ)是由相位生成耦合器生成的输出相位差。为了简单，第一和第二光合分波装置的分支比假设为相等，为R(λ)。光强度为0时，2π{φ_ΔL(λ)+φ(λ)}可以为π的奇数倍。但是，在现有技术马赫-曾德干涉仪中，由于ΔL设定为有限值以及光学光程差物理上产生波长依赖性，因此设定使得2π{φ_ΔL(λ)}变成与波长无关的恒定值是不可能的。另一方面，根据本发明，通过使用相位生成耦合器来生成合适的相位差，将相位差2π{φ_ΔL(λ)+φ(λ)}设定为不依赖于波长的任意的恒定值是可能的。通过根据所使用干涉仪回路的用途来合适地设定相位生成耦合器的输出相位差φ(λ)，能够提供可在宽波段上操作的干涉仪型光开关和可变光衰减器。

根据本发明，由于能够实现可在宽波段上开关操作的干涉仪型光开关回路，如果引入该回路作为光开关的基本元件，则能够实现在任意波段上操作的用于光交叉连接系统和光分插复用系统的开关。由此，部件的通用成为可能，并能够用低成本构建系统。

根据本发明，通过将其输出相位差具有波长依赖性的相位生成耦合器使用在构成干涉仪的光合分波装置当中的至少一个上，则不会产生波长依赖性，并且将光程差生成部的光学光程差设定为有限值首次成为可能。由此，实现了在现有技术中不可能实现的在宽波段上具有高消光比的、并且对制造误差有大容限的干涉仪型光开关以及可在宽波段上操作的可变光衰减器。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式干涉仪型光开关的构成模式图。

图2是表示本发明第一实施方式相位校正量之波长依赖性的示意图。

图3是表示本发明第一实施方式干涉仪型光开关处于关断状态下之透过率的波长依赖性的示意图。

图4是表示本发明第一实施方式中使用的相位生成耦合器的模式图。

图5是表示本发明第一实施方式中使用的相位生成耦合器之相位差的波长依赖性的示意图。

图6是表示本发明第一实施方式中使用的相位生成耦合器之分支比的波长依赖性的示意图。

图7是表示本发明第一实施方式干涉仪型光开关的构成模式图。

图8是表示本发明第一实施方式干涉仪型光开关之透过率的波长依赖性的示意图。

图9是表示本发明第一实施方式第一变形例干涉仪型光开关之透过率的波长依赖性的示意图。

图10是表示本发明第一实施方式第二变形例干涉仪型光开关之透过率的波长依赖性的示意图。

图11是表示本发明第二实施方式干涉仪型光开关的构成模式图。

图12是表示本发明第二实施方式相位校正量之波长依赖性的示意图。

图13是表示本发明第二实施方式干涉仪型光开关的构成模式图。

图14是表示本发明第二实施方式干涉仪型光开关之透过率的波长依赖性的示意图。

图15是表示本发明第三实施方式干涉仪型光开关的构成模式图。

图16是表示本发明第三实施方式干涉仪型光开关的截面图。

图17是表示本发明第三实施方式干涉仪型光开关之透过率的波长依赖性的示意图。

图18是表示本发明第四实施方式干涉仪型光开关的构成模式图。

图19是表示本发明第四实施方式干涉仪型光开关之透过率的波长依赖性的示意图。

图20是表示本发明第四实施方式第一变形例干涉仪型光开关的构成模式图。

图21是表示本发明第四实施方式第～变形例干涉仪型光开关之透过率的波长依赖性的示意图。

图22是表示本发明第五实施方式干涉仪型光开关的构成模式图。

图23是表示本发明第五实施方式干涉仪型光开关之透过率的波长依赖性的示意图。

图24是表示本发明第六实施方式干涉仪型光开关的构成模式图。

图25是表示本发明第六实施方式中使用的相位生成耦合器的模式图。

图26是表示本发明第六实施方式干涉仪型光开关之透过率的波长依赖性的示意图。

图27是表示本发明第七实施方式干涉仪型光开关的构成模式图。

图28A是表示本发明第七实施方式干涉仪型光开关处于关断状态下之透过率的波长依赖性的示意图。

图28B是表示本发明第七实施方式干涉仪型光开关处于接通状态下之透过率的波长依赖性的示意图。

图29是表示本发明第八实施方式干涉仪型光开关的构成模式图。

图30A是表示本发明第八实施方式干涉仪型光开关处于关断状态下之透过率的波长依赖性的示意图。

图30B是表示本发明第八实施方式干涉仪型光开关处于接通状态下之透过率的波长依赖性的示意图。

图31是表示本发明第九实施方式干涉仪型光开关的构成模式图。

图32A是表示本发明第九实施方式干涉仪型光开关处于关断状态下之TE模式透过率的波长依赖性的示意图。

图32B是表示本发明第九实施方式干涉仪型光开关处于关断状态下之TM模式透过率的波长依赖性的示意图。

图33A是表示本发明第九实施方式干涉仪型光开关处于接通状态下之TE模式透过率的波长依赖性的示意图。

图33B是表示本发明第九实施方式干涉仪型光开关处于接通状态下之TM模式透过率的波长依赖性的示意图。

图34A是表示使用本发明干涉仪型光开关之N×N开关构成例子的模式图。

图34B是表示使用本发明干涉仪型光开关之1×N开关构成例子的模式图。

图35A-35E是说明波导型光回路之制作工序的模式图。

图36是使用本发明干涉仪型光开关之光开关模块的模式图。

图37是表示现有技术马赫-曾德干涉仪型光开关的构成模式图。

图38是现有技术马赫-曾德干涉仪型光开关的截面图。

图39是表示现有技术波长无关开关(WINS)的构成模式图。

图40是表示现有技术波长无关开关(WINS)的构成模式图。

图41A是表示现有技术第一例非对称型马赫-曾德干涉仪开关之透过率的波长依赖性的示意图。

图41B是表示在现有技术可变光衰减器中在将中心波长λ_c的光透过率设定到-30dB、-20dB、-10dB时的透过率之波长依赖性的示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，详细说明本发明的最佳实施方式。

在用于说明发明实施方式的所有图中，具有相同功能的部分给出了相同的标记，省略其重复说明。在下面的实施方式中，使用平面光波导，说明干涉仪型光开关和可变光衰减器，作为光波导，其使用在硅基板上所形成的石英系列光波导。这是由于平面光波导集成性好以及开关规模之大规模化和制作费用之低成本化优良所致。而且是由于其组合光波导为低损耗以及稳定并且与石英系列光纤之间的匹配性好所致。但是，本发明不局限于这些组合。波导型光开关的说明一般将广泛使用的马赫-曾德干涉仪型2×2基本构成元件作为例子进行说明。但是，本发明不局限于此，即使对于其他开关也同样能够适用。

(第一实施方式)

图1表示本发明第一实施方式干涉仪型光开关的构成。

本实施方式的干涉仪型光开关由输出相位差具有波长依赖性的光合分波装置(相位生成耦合器)111、光合分波装置121、在光合分波装置111、121中夹着的光程差生成部131、在光程差生成部131上形成的移相器141、输入波导101、102、以及输出波导103、104构成。

如图41A所示，马赫-曾德干涉仪的透过特性在信号光波长λ_s具有高的消光比，越离开信号光波长消光比越恶化。这里，如果能够使整个波长区为信号光波长，则在整个波长区就能够维持高的消光比。通过光程差生成部提供相位差，能够使信号光波长改变，信号光波长由该提供的相位差量确定。因此，如果能够根据各自的波长对光程差生成部提供合适的相位差，就能够在整个波长区为信号光波长。

采用数学式来详细说明这个原理。从马赫-曾德干涉仪(参考图37)的输入波导101输入信号光，如果假设由光程差生成部131的光学光程差ΔL引起的相位差为φΔ_L(λ)，λ为波长，则从输出波导104输出的光强度Pc可表示为：

P_c＝0.5[1+cos{2πφ_ΔL(λ)}]             (数学式5)但是，在本发明的各个实施方式中，相位差假设为使用通过2π标准化的值。构成马赫-曾德干涉仪的2个光合分波装置的分支比假设为恒定值0.5。根据上述数学式5，说明由于由光程差生成部131的光程差引起的相位差随波长而变化，现有的马赫-曾德干涉仪的输出强度在原理上具有波长依赖性。

这里，如果设定使得在光程差生成部131上产生的相位差相对于波长变成恒定，则能够使马赫-曾德干涉仪与波长无关。由此，通过利用从光合分波装置111输出的光的相位差来进行相位补偿。如果假设将光输入到马赫-曾德干涉仪第一光合分波装置111，从与该光合分波装置111连接的2根光波导输出的光的相位差为φ₁(λ)，将光输入到马赫-曾德干涉仪第二光合分波装置121连接的2根光波导，从该光合分波装置121输出的光的相位差为φ₂(λ)，则上述数学式5能够变形为：

P_c＝0.5[1+cos{2π{φ₁(λ)+φ_ΔL(λ)+φ₂(λ)}}]         (数学式6)

这里，如果设定使得相位差的总和2π(φ₁(λ)+φ_ΔL(λ)+φ₂(λ)}变成不依赖于波长，则能够使输出强度成为不依赖于波长。以上是本发明所使用的与波长无关性的原理。

具体说明将本发明之与波长无关性的原理适用于马赫-曾德干涉仪型光开关的情况。作为光开关的操作，可以将关断状态下的输出强度作为0，将接通状态下的输出强度作为1。因此，如果设定使得相位差的总和2π{φ₁(λ)+φ_ΔL(λ)+φ₂(λ)}成为mπ(m为整数)，则m为奇数时为关断状态，m为偶数时为接通状态，可以进行开关操作。

下面，根据用于使相位差总和成为恒定的光合分波装置111来导出相位校正量ψ(λ)。由于φ_ΔL(λ)用-ΔL/λ给出，相位校正量ψ(λ)变为：

$\mathrm{\ψ}\left(\mathrm{\λ}\right)-\frac{\mathrm{\ΔL}}{\mathrm{\λ}}=\frac{1}{2}m$  (m＝整数)       (数学式7)

这里，例如当设定m＝-1，ΔL＝λ_c/2(λ_c是波段中心波长1.55μm)时，其相位校正量ψ(λ)的波长依赖性示于图2。当将这种相位校正量提供给光程差生成部131时，马赫-曾德干涉仪型光开关之透过特性的波长依赖性示于图3。从中可知补偿了因光程差生成部131的光程差引起的相位差的波长依赖性，获得了在宽波段上的高消光比。

作为在实际马赫-曾德干涉仪中提供图2所示相位校正量的方法，说明使用其输出相位差具有波长依赖性之光合分波装置的情况。以后，将这种光合分波装置称为相位生成耦合器(Phase-generating coupler：PGC)。尽管可以考虑各种装置来作为实现其输出相位差具有波长依赖性之光合分波装置的方法，但例如能够通过连接光耦合器和光程差生成部来作为相位生成耦合器的功能。在本实施方式中，将由N+1个(N是自然数)光耦合器和相邻的光耦合器夹着的N个光程差生成部构成的光合分波装置作为相位生成耦合器使用。这是因为通过调节N+1个光耦合器的分支比和N个光程差生成部的光程差，能够任意设定该光合分波装置的分支比和输出相位差。N越大，参数设定的自由度就越增大，能够提高与目标特性之间的近似度。而且，在该构成中，具有没有原理损失之类的优点。

图1所示本实施方式的干涉仪型光开关使用了一个相位生成耦合器111。如果假设将光输入到相位生成耦合器111，从与该相位生成耦合器111连接的2根光波导输出的光的相位差为φ(λ)，将光输入到光合分波装置121连接的2根光波导，从该光合分波装置121输出的光的相位差为φ_c(常数)，则可以设定相位生成耦合器111之输出相位差的波长依赖性，使得变为：

$\mathrm{\φ}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{\mathrm{\ΔL}}{\mathrm{\λ}}+\frac{1}{2}m-{\mathrm{\φ}}_c$  (m：整数)       (数学式8)

图4示出相位生成耦合器111的一个例子。图4所示光合分波装置(相位生成耦合器)111由2个方向性耦合器151、152、由这两个方向性耦合器151、152连接的2根光波导形成的微小光程差生成部131、输入波导101、102、输出波导103、104构成。

通过重复迭代近似求得2个方向性耦合器151、152的分支比和一个微小光程差生成部152的光程差，使得该光合分波装置111的分支比在波长区中心波长λ_c＝1.55μm处成为大约0.5，输出光的相位差满足上述数学式8。

为了简单，将第一和第二光合分波装置的分支比作为恒定值0.5来推导上述数学式5，6。尽管这是理想的情况，但由于实际上光合分波装置的分支比具有波长依赖性，因此也需要考虑之。当在交叉输出关断状态下使用马赫-曾德干涉仪型光开关的情况下，如果第一和第二光合分波装置的分支比相等，则通过进行先前说明的相位补偿而能够获得高消光比。因此，设定光合分波装置使得第一和第二光合分波装置之分支比的波长依赖性大约一致。

从所设计相位生成耦合器的输入波导101输入光，从输出波导103、104输出的光的相位差之波长依赖性φ(λ)和分支比之波长依赖性分别示于图5，图6中。在图5同时描述了由相位生成耦合器校正的相位校正量ψ(λ)即在上述数学式8的右边表示的希望函数。在图5、图6中，作为数值例，将ΔL设定为0.34λ_c(≈0.53μm)、m设定为-1、φ_c设定为-1/4。可知相位生成耦合器起分支比大约为0.5的3dB光合分波装置的作用，其输出相位差φ(λ)与波长无关性所必须的相位补偿量ψ(λ)大概一致。

图7表示通过使用该相位生成耦合器111制作的干涉仪型光开关的平面图。构成相位生成耦合器111的方向性耦合器151、152的分支比分别假设为r₁＝0.3，r₂＝0.7，微小光程差生成部131的光程差设定为ΔL₁＝0.30λ_c(≈0.47μm)。马赫-曾德干涉仪131的光程差假设为ΔL＝0.34λ_c(≈0.53μm)，方向性耦合器153的分支比设定为r₃＝0.5。但是，光程差表示一个光波导(图中下层光路)对另一个光波导的相对光程。干涉仪型光开关的光合分波装置111和方向性耦合器153连接的2根光波导的间隔做成250μm。作为移相器141采用薄膜加热器，其宽度设定为40μm，长度设定为4mm。

基于上述设计值，通过使用火焰堆积法、光刻技术、反应性离子刻蚀来制作石英系列光波导回路。制作使得光波导的折射系数为0.75％，光波导的核心断面为6×6μm²。

通过切割切出制作该干涉仪型光开关的芯片，并评价其开关特性。在这里，说明当将制作的光波导回路作为基本构成元件的选通开关(gateswitch)使用时的开关操作。

当移相器(薄膜加热器)141为关断状态时，开关处于条形状态，由此信号光在从输入波导101输入时，信号光从输出波导103输出，使得不从输出波导104输出。这里，当给薄膜加热器141通电，通过热光效应使光学光程相当于信号光半波长{0.5λ_c·k(k是0之外的整数)}变化时，光程差变为ΔL+δΔL＝0.34λ_c-0.5λ_c＝-0.16λ_c。此时，移相器(薄膜加热器)141为接通(ON)状态，开关处于交叉(cross)状态，从输入波导101输入的信号光从输出波导104输出。即，当输入端口假设为101，输出端口假设为104时，移相器在关断状态下不输出信号光，移相器在接通状态下输出信号光，由此作为选通开关发挥作用。当输入端口为102时也能够确认出同样的开关操作。

下面，图8表示出所测量透过率的波长特性。为了比较，通过结合图37所示现有马赫-曾德干涉仪型光开关之透过率的波长依赖性来图示说明。

当移相器(薄膜加热器)141为关断状态时，本实施方式的干涉仪型光开关在1.45～1.6μm宽的波段上获得-40dB以下的高消光比。当移相器成为接通状态时，本实施方式的干涉仪型光开关在宽波段上获得良好的插入损失。

这样，本实施方式的干涉仪型光开关通过使用与现有技术完全不同的原理来在宽的波段上实现高消光比，小型化，并且只用一个移相器就能够确认宽波段的开关操作。并且能够实现这种干涉仪型光开关，由于其与宽波段上的开关操作对应，因此对光合分波装置之分支比误差和光程差生成部之光程差误差的容许量变大，即使发生制作误差，也能够维持高消光比。

上面，在本实施方式说明的干涉仪型光开关中，尽管设计使得在波段为1.45～1.65μm的范围获得高消光比，但是，通过最佳设计相位校正量，能够在诸如1～2μm的任意波段上获得高消光比。而且，作为输出相位差具有波长依赖性的光合分波装置，尽管使用由N+1个(N为1以上的整数)光合分波装置和在相邻的光合分波装置所夹着的N个光程差生成部构成的光合分波装置，但是，当然，也可以使用其他的光合分波装置。不局限于本实施方式说明的构成，例如可以通过组合由3个光合分波装置和相邻的光合分波装置所夹着的2个光程差生成部构成的不同的光合分波装置来构成相位生成耦合器。而且，光合分波装置不局限于本实施方式使用的方向性耦合器，其可以使用多模式干涉耦合器等其他种类的耦合器，例如可以使用将构成相位生成耦合器的光合分波装置的一个做成方向性耦合器，将另一个做成多模式干涉仪耦合器等的多种光合分波装置。

可以通过考虑所使用光合分波装置分支比的波长依赖性来设定相位特性。使光波导的折射率局部变化，能够调节光学光程差以及光合分波装置的耦合特性和相位特性。在本实施例中，尽管将输入波导假设为101、102，但即使将103、104使用作为输入波导，将101、102使用作为输出波导，也能获得相同的效果。尽管设计使得m为-1，但也可以使m为+1，以及可以使用其他的整数。

如以上说明，本发明不局限于在这里说明的构成，当看作为回路整体时，如果设定使得在所设定波段和整个频段上构成回路的光合分波装置之输出相位差和由光程差生成部的光程差引起的相位差的总和变成不依赖于波长，则能够构成干涉仪型光开关，其能够在宽波段上维持高消光比，而与波导种类、波导形状、波导材料、波段、光合分波装置种类等无关。

(第一实施方式的第一变形例)

在本发明第一实施方式的第一变形例中，使用了与图7所示第一实施方式干涉仪型光开关相同的构成。

通过多项式近似求得2个方向性耦合器151、152的分支比和1个微小光程差生成部132的光程差，使得相位生成耦合器111的分支比在波长区中心波长λ_c＝1.55μm大概变成0.5，并使输出光的相位差满足上述数学式8。结果，将方向性耦合器151、152的分支比分别假设为r₁＝0.1，r₂＝0.6，微小光程差生成部132的光程差假设为ΔL₁＝0.27λ_c(≈0.38μm)，方向性耦合器153的分支比设定为r₃＝0.5。马赫-曾德干涉仪的光程差假设为ΔL＝0.37λ_c(≈0.53μm)，光合分波装置111和方向性耦合器153连接的2根光波导的间隔做成250μm。但是，光程差表示一个光波导(图中下层光路)对另一个光波导的相对光程。作为移相器141采用薄膜加热器，其宽度设定为40μm，长度设定为4mm。

基于上述设计值，通过使用火焰堆积法、光刻技术、反应性离子刻蚀来制作石英系列光波导回路。制作使得光波导的折射系数为1.5％，光波导的核心断面为4.5×4.5μm²。这样，在本实施例中，与现有波导相比，使用了折射系数高的波导。这是原因，当波导的折射系数高时，光纤耦合损失等额外损失增加，相反，由于能够使波导的最小曲率半径小，回路变成了小型化。

通过切割切出制作该干涉仪型光开关的芯片，在硅基板161的下部配设散热板(未图示)，在输入输出波导101～104上连接单模式光纤(未图示)，在薄膜加热器141上连接供电引线(未图示)，由此做成2输入2输出光开关模块。通过将本实施方式的干涉仪型光开关做成这种模块化，该开关能够容易地应用于光交叉连接系统和光分插式多路系统等光通信系统中。

接着，评价所制作干涉仪型光开关模块的开关特性。在这里，说明当将制作的光波导回路作为基本构成元件的选通开关使用时的开关操作。当移相器(薄膜加热器)141为关断状态时，开关处于条形状态，由此信号光在从输入波导101输入时信号光从输出波导103输出，使得不从输出波导104输出。这里，尽管图7中没有图示，但在构成光程差生成部131的2根延迟线当中，当对在上层光波导(第一光波导)上所形成的薄膜加热器通电，并且通过热光效应使光学光程相当于信号光半波长{0.5λ_c·k(k是0之外的整数)}变化时，光程差变为ΔL+δΔL＝0.30λ_c+0.50λ_c＝0.80λ_c。此时，移相器(薄膜加热器)141为接通(ON)状态，开关在交叉(cross)状态，从输入波导101输入的信号光从输出波导104输出，由此确认出作为选通开关发挥作用。在本实施例中，尽管上述k值假设为+1，但显然k也可以为其他值。

图9表示出所测量透过率的波长特性。为了比较，通过结合图37所示现有马赫-曾德干涉仪型光开关之透过率的波长依赖性来图示说明。当移相器为关断状态时，本实施方式的干涉仪型光开关与现有技术光开关相比获得了在宽波段上的高消光比。当移相器成为接通状态时，本实施方式的干涉仪型光开关在宽波段上获得良好的插入损失。

(第一实施方式的第二变形例)

在本发明第一实施方式的第二变形例中，使用了与图7所示第一实施方式干涉仪型光开关相同的构成。

通过最小二乘法曲线近似求得2个方向性耦合器151、152的分支比和1个微小光程差生成部132的光程差，使得相位生成耦合器111的分支比在波长区中心波长λ_c＝1.55μm大概变成0.45，并使输出光的相位差满足上述数学式8。结果，将方向性耦合器151、152的分支比分别假设为r₁＝0.4，r₂＝0.8，微小光程差生成部132的光程差假设为ΔL₁＝0.30λ_c(≈0.47μm)，方向性耦合器153的分支比设定为r₃＝0.5。马赫-曾德干涉仪的光程差假设为ΔL＝0.32λ_c(≈0.50μm)，光合分波装置111和方向性耦合器153连接的2根光波导的间隔做成500μm。但是，光程差表示一个光波导(图中下层光路)对另一个光波导的相对光程。作为移相器采用薄膜加热器，其宽度设定为40μm，长度设定为8mm。马赫-曾德干涉仪光程差最初设定为ΔL＝0μm，在制作回路之后，通过由薄膜加热器进行永久性局部加热处理使波导的折射率变化，调整使得光学光程差变成ΔL＝0.32λ_c(≈0.50μm)。

这样，光学光程是包含波导之折射率的波导的光程，是还包含折射率之波长依赖性的光路的长度。因此，通过在形成波导后使波导的折射率改变，也能够使光学光程改变。由此，制作光程差为0(零)的干涉仪型光开关，通过在制作工序中使波导的折射率变化而能够调整使得光学光程差变为设计值。此外，通过使用由薄膜加热器产生的永久性局部加热处理法也能够消除制作误差。就是说，即使在因制作误差引起的光学光程差偏离设计值时，通过制作后调整折射率，也能够将光程差校正到符合设计。本实施方式之所以使用薄膜加热器，是因为在光波导上作为移相器已经形成了薄膜加热器。而且，由于薄膜加热器被安装在光波导上，能够简便高精度地调整折射率。显然，折射率的调整方法不限于薄膜加热器，可以使用诸如激光等光辐射的其他方法。在本实施方式中，尽管将用于移相器的薄膜加热器兼用于局部加热处理，但通过设置专用于永久性局部加热处理的薄膜加热器也可以调整折射率。而且，通过调整构成光合分波装置111之方向性耦合器151、152和微小光程差生成部132光波导的折射率，也能够校正光合分波装置111的特性。

基于上述设计值，通过使用火焰堆积法、光刻技术、反应性离子刻蚀来制作石英系列光波导回路。制作使得光波导的折射系数为0.75％，光波导的核心断面为6×6μm²。

通过切割切出制作该干涉仪型光开关的芯片，在硅基板161的下部配设散热板(未图示)，在输入输出波导101～104上连接分散移动式光纤(未图示)，在薄膜加热器141上连接供电引线(未图示)，由此做成2输入2输出光开关模块。

接着，评价按上述制作的干涉仪型光开关模块的开关特性。在这里，说明当将制作的光波导回路作为基本构成元件的选通开关使用时的开关操作。当移相器(薄膜加热器)141为关断状态时，开关处于条形状态，由此信号光在从输入波导101输入时信号光从输出波导103输出，使得不从输出波导104输出。这里，当给薄膜加热器通电，通过热光效应使光学光程相当于信号光半波长{0.5λ_c·k(k是0之外的整数)}变化时，光程差变为ΔL+δΔL＝0.32λ_c-0.50λ_c＝-0.18λ_c。此时，移相器(薄膜加热器)141为接通(ON)状态，开关处于交叉(cross)状态，从输入波导101输入的信号光从输出波导104输出，由此确认出作为选通开关发挥作用。

图10表示出所测量透过率的波长特性。为了比较，通过结合图37所示现有马赫-曾德干涉仪型光开关之透过率的波长特性来图示说明。当移相器为关断状态时，本实施方式的干涉仪型光开关在1.45～1.63μm宽的波段上能够维持-30dB以下的消光比。当移相器成为接通状态时，本实施方式的干涉仪型光开关在宽波段上获得良好的插入损失。在本实施例中，尽管设计使得第一光合分波装置(相位生成耦合器111)的分支比(0.45)和第二光合分波装置(方向性耦合器153)的分支比(0.5)不同，但与现有技术光开关相比，仍在宽波段上获得高消光比。这样，第一和第二光合分波装置可以是不同的分支比，分支比的波长依赖性也可以不同。

(第二实施方式)

图11表示本发明第二实施方式干涉仪型光开关的构成。该干涉仪型光开关的回路由其输出相位差具有波长依赖性的一对光合分波装置(相位生成耦合器)111和112、在光合分波装置111、121中夹着的光程差生成部131、在光程差生成部131上形成的移相器(薄膜加热器)141、输入波导101、102、以及输出波导103、104构成。

在本实施方式中，说明使用多个相位生成耦合器时的构成。如果假设将光输入到前级相位生成耦合器111，从与该相位生成耦合器111连接的2根光波导输出的光的相位差为φ₁(λ)，将光输入到下一级相位生成耦合器112连接的2根光波导，从该相位生成耦合器112输出的光的相位差为φ₂(λ)，m为整数，则可以设定相位生成耦合器111和112之输出相位差的波长依赖性，使得变为：

${\mathrm{\φ}}_1\left(\mathrm{\λ}\right)+{\mathrm{\φ}}_2\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{\mathrm{\ΔL}}{\mathrm{\λ}}+\frac{1}{2}m$  (数学式9)

在这里，作为相位生成耦合器111和112，分别使用图4所示光合分波装置(相位生成耦合器)。图4所示光合分波装置(相位生成耦合器)由2个方向性耦合器151、152、由这两个方向性耦合器151、152连接的2根光波导形成的微小光程差生成部132、输入波导101、102、输出波导103、104构成。通过最小二乘法曲线近似求得构成各个相位生成耦合器的2个方向性耦合器151、152的分支比和一个微小光程差生成部132的光程差，使得该光合分波装置的分支比在波长区中心波长λ_c＝1.55μm处分别变为大约0.5，并且输出光的相位差满足上述数学式9。

这样设计的相位生成耦合器111、112相位差的合计值示于图12中。其同时描述了由相位生成耦合器校正的相位校正量ψ(λ)即在上述数学式9的右边表示的希望函数。在图12中，作为数值例子，将ΔL设定为0.16λ_c(≈0.25μm)、m设定为-1。可知2个相位生成耦合器作为分支比分别大约为0.5的3dB光合分波装置发挥作用，其相位差的和φ₁(λ)+φ₂(λ)与波长无关性所必须的相位补偿量ψ(λ)大概一致。

图13示出了实际制作的干涉仪型光开关的平面图。构成相位生成耦合器111的方向性耦合器151、152的分支比分别假设为r₁＝0.4，r₂＝0.1，微小光程差生成部132由第一光波导和第二光波导的2根光延迟线构成，其各自的光学光程设定为I₁₁＝502.32μm，I₂₁＝501.99μm，其光学光程差假设为ΔL₁＝I₁₁-I₂₁＝0.21λ_c(＝0.33μm)。构成另一个相位生成耦合器112的方向性耦合器153、154的分支比分别假设为r₃＝0.2，r₄＝0.3，微小光程差生成部133由第一光波导和第二光波导的2根光延迟线构成，其各自的光学光程设定为I₁₂＝463.94μm，I₂₂＝463.68μm，其光学光程差假设为ΔL₂＝I₁₂-I₂₂＝0.17λ_c(＝0.26μm)。而且，在本实施方式中，使用了2个相位生成耦合器，在这些光程差生成部中，光学光程差总和较长一方的光延迟线配置在使得偏于一方(图13的上层)的回路上。即，由于∑δl_1，1＝l₁₁，∑δl_2，1＝l₂₁，∑δl_1，2＝l₁₂，∑δl_2，2＝l₂₂，因此满足∑δl_1，1＞∑δl_2，1且∑δl_1，2＞∑δl_2，2。马赫-曾德干涉仪的光程差假设为ΔL＝0.16λ_c(≈0.25μm)，光合分波装置111和112连接的2根光波导的间隔做成200μm。作为移相器141采用薄膜加热器，其宽度设定为40μm，长度设定为4mm。

基于上述设计值，通过使用火焰堆积法、光刻技术、反应性离子刻蚀来制作石英系列光波导回路。制作使得光波导的折射系数为1.5％，光波导的核心断面为4.5×4.5μm²。

通过切割切出制作该干涉仪型光开关的芯片，在硅基板161的下部配设散热板(未图示)，在输入输出波导101～104上连接单模式光纤(未图示)，在薄膜加热器141上连接供电引线(未图示)，由此做成2输入2输出光开关模块。评价该干涉仪型光开关模块的开关特性。

在这里，说明当将制作的光波导回路作为基本构成元件的选通开关采用时的开关操作。当移相器(薄膜加热器)141为关断状态时，开关处于条形状态，由此信号光在从输入波导101输入时信号光从输出波导103输出，使得不从输出波导104输出。这里，当给薄膜加热器141通电，通过热光效应使光学光程相当于信号光半波长{0.5λ_c·k(k是0之外的整数)}变化时，光程差变为ΔL+δΔL＝0.16λ_c-0.5λ_c＝-0.34λ_c。此时，移相器(薄膜加热器)141为接通(ON)状态，开关处于交叉(cross)状态，从输入波导101输入的信号光从输出波导104输出。即，当输入端口假设为101，输出端口假设为104时，移相器141在关断状态下不输出信号光，移相器在接通状态下输出信号光，由此作为选通开关发挥作用。当输入端口为102时也能够确认出同样的开关操作。

下面，图14表示出本实施方式干涉仪型开关所测量透过率的波长特性。为了比较，通过结合图37所示现有马赫-曾德干涉仪型光开关之透过率的波长依赖性来图示说明。当移相器141为关断状态时，本实施方式的干涉仪型光开关在1.45～1.6μm宽的波段上获得-40dB以下的高消光比。当移相器成为接通状态时，本实施方式的干涉仪型光开关在宽波段上获得良好的插入损失。

这样，本实施方式的干涉仪型光开关通过使用与现有技术完全不同的原理来在宽的波段上实现高消光比，只用一个移相器就能够确认宽波段的开关操作。由于其与宽波段上的开关操作对应，因此能够实现干涉仪型光开关，其对光合分波装置之分支比误差和光程差生成部之光程差误差的容许量变大，由此即使发生制作误差，也能够维持高消光比。

在本实施方式中，由于使用2个不同的相位生成耦合器，因此相位补偿量和光合分波装置分支比的近似度提高，与第一实施方式相比，获得了良好特性。最理想的马赫-曾德干涉仪型光开关是第一和第二光合分波装置之分支比不依赖于波长而变成0.5的时刻。由于本实施方式是能够同时自由设定第一和第二光合分波装置之相位差和分支比的结构，因此实现没有限制的理想的干涉仪型开关是可能的。

上面，在本实施方式说明的干涉仪型光开关中，尽管设计使得在波段为1.45～1.65μm的范围获得高消光比，但是，本发明不局限于此，通过最佳设计相位校正量，能够在诸如1～2μm的任意波段上获得高消光比。而且，作为输出相位差具有波长依赖性的光合分波装置，尽管使用由N+1个(N为1以上的整数)之方向性耦合器和在相邻的方向性耦合器所夹着的N个微小光程差生成部构成的光合分波装置，但是，显然，也可以使用其他构成的光合分波装置。不局限于本实施方式说明的构成，例如可以通过4个光合分波装置和相邻的光合分波装置所夹着的3个光程差生成部来构成干涉仪型光开关，也可以通过组合不同的光合分波装置来构成相位生成耦合器。而且，光合分波装置不局限于本实施方式使用的方向性耦合器，也可以使用其他种类的耦合器。通过考虑所使用光合分波装置之分支比的波长依赖性来设定相位特性。在本实施方式的构成中，通过使光波导的折射率局部变化，能够调节光学光程差以及光合分波装置的耦合特性和相位特性。在本实施例中，尽管将输入波导假设为101、102，但即使将103、104使用作为输入波导，将101、102使用作为输出波导，也能获得相同的效果。在本实施例中，尽管设计使得上述数学式9的m为-1，但也可以使m为+1，以及可以使用任意的整数。

如以上说明，本发明不局限于在这里说明的构成，当看作为回路整体时，如果使得在所设定波段和整个频段上构成回路的光合分波装置之输出相位差和由光程差生成部的光程差引起的相位差的总和变成对波长为恒定，则能够构成干涉仪型光开关，其能够在宽波段上维持高消光比，而与波导种类、波导形状、波导材料、波段、光合分波装置种类等无关。

(第三实施方式)

图15表示本发明第三实施方式干涉仪型光开关的构成。本实施方式的干涉仪型光开关回路由其输出相位差具有波长依赖性的光合分波装置(相位生成耦合器)111、方向性耦合器153、在光合分波装置111和方向性耦合器153中夹着的光程差生成部131、在光程差生成部131上形成的移相器141、输入波导101、102、以及输出波导103、104构成。作为相位生成耦合器111，使用了由2个方向性耦合器151、152以及连接2个方向性耦合器151、152的2根光波导形成的微小光程差生成部132构成的光合分波装置。在一对移相器141侧部附近的基板上还形成了3个绝热沟168。

图16表示图15所示干涉仪型光开关A-A线箭头所示断面结构。在硅基板161上形成了由石英系列玻璃形成的包覆玻璃层164、167。在该包覆玻璃层164、167的中层配设了由石英系列玻璃形成的核心玻璃部165，由此形成光波导。在上部包覆玻璃层167的表面上形成移相器(薄膜加热器)141，在移相器141的两侧形成绝热沟168。该绝热沟168结构被配置于使得在周边核心附近应力变成相等的位置上。

通过非线性多项式近似求得2个方向性耦合器151、152的分支比和1个微小光程差生成部132的光程差，使得相位生成耦合器111的分支比在波长区中心波长λ_c＝1.55μm大概变成0.5，并使输出光的相位差满足上述数学式8。结果，将方向性耦合器151、152的分支比分别假设为r₁＝0.1，r₂＝0.6，微小光程差生成部132的光程差假设为ΔL₁＝0.27λ_c(≈0.38μm)，方向性耦合器153的分支比设定为r₃＝0.5。马赫-曾德干涉仪的光程差假设为ΔL＝0.37λ_c(≈0.53μm)，光合分波装置111和方向性耦合器153连接的2根光波导的间隔做成100μm。但是，光程差表示一个光波导(图中下层光路)对另一个光波导的相对光程。作为移相器141采用薄膜加热器，其宽度设定为40μm，长度设定为2mm。

基于上述设计值，通过使用火焰堆积法、光刻技术、反应性离子刻蚀来制作石英系列光波导回路。制作使得光波导的折射系数为0.75％，光波导的核心断面为6×6μm²，绝热沟168的宽度为70μm，深度为35μm。

通过切割切出制作该干涉仪型光开关的芯片，在硅基板161的下部配设散热板(未图示)，在输入输出波导101～104上连接单模式光纤(未图示)，在薄膜加热器141上连接供电引线(未图示)，由此做成2输入2输出光开关模块。评价该干涉仪型光开关模块的开关特性。

在这里，说明当将制作的光波导回路作为基本构成元件的选通开关使用时的开关操作。当移相器(薄膜加热器)141为关断状态时，开关处于条形状态，由此信号光在从输入波导101输入时，信号光从输出波导103输出，使得不从输出波导104输出。这里，当给薄膜加热器141通电，通过热光效应使光学光程相当于信号光半波长{0.5λ_c·k(k是0之外的整数)}变化时，光程差变为ΔL+δΔL＝0.37λ_c-0.50λ_c＝-0.13λ_c。此时，移相器(薄膜加热器)141为接通(ON)状态，开关处于交叉(cross)状态，从输入波导101输入的信号光从输出波导104输出。即，当输入端口假设为101，输出端口假设为104时，移相器141在关断状态下不输出信号光，移相器在接通状态下输出信号光，由此作为选通开关发挥作用。当输入端口为102时也能够确认出同样的开关操作。在本实施例中，尽管将输入波导假设为101、102，但即使将103、104使用作为输入波导，将101、102使用作为输出波导也可获得同样的效果。而且，由于在本实施方式光开关上形成了绝热沟结构，因此能够将开关操作所要求的移相器耗电抑制为原来的1/10。

下面，图17表示出在本实施方式回路中所测量透过率的波长依赖性。即使在本实施方式的光开关中，当移相器为关断状态时，也在1.3～1.6μm宽的波段上获得-30dB以下的高消光比。

上面，本实施方式的干涉仪型光开关通过使用与现有技术完全不同的原理来在宽波段上实现高消光比和小型化，只用一个移相器就能够确认宽波段的开关操作。由于其与宽波段上的开关操作对应，因此能够实现干涉仪型光开关，其对光合分波装置之分支比误差和光程差生成部之光程差误差的容许量变大，由此即使发生制作误差，也能够维持高消光比。而且，由于本实施方式干涉仪型光开关在基板上具有绝热沟结构，因此能够将开关电力抑制到极其小。显然，沟的形状、位置是任意的，在沟中可以包含除空气之外的任意材料，如本实施方式所示的，可以在平面基板上形成除光回路之外的结构。

(第四实施方式)

图18表示本发明第四实施方式干涉仪型光开关的结构。本实施方式干涉仪型关开关的回路是使用多个干涉仪型光开关的多路干涉仪结构的光开关。如果采用这种多路干涉仪结构，由于能够阻止在开关处于关断状态时由多个基本构成元件引起的漏光，因此与基本构成元件单体相比，获得了高的消光比。

本回路连接了2台图7所示第一实施方式干涉仪型光开关。前级(输入侧)干涉仪型光开关170的一个输出(与图7的104对应)被连接到后级(输出侧)干涉仪型光开关171的一个输入(与图7的102对应)，前级干涉仪型光开关170的另一个输出(与图7的103对应)被使用作为输出波导103。后级干涉仪型光开关171的另一个输入(与图7的101对应)被使用作为输入波导101，输入波导101和输出波导103的中间相互交叉，构成交叉波导155。显然，也能够布图回路，使得输入波导和输出波导不相互交叉。前级干涉仪型光开关170的一个输入(与图7的101对应)被使用作为输入波导102，后级干涉仪型光开关171的一个输出(与图7的103对应)被使用作为输出波导104。

通过共轭梯度法求得2个方向性耦合器151、152的分支比和1个微小光程差生成部132的光程差，使得相位生成耦合器的分支比在波长区中心波长λ_c＝1.55μm大概变成0.5，并使输出光的相位差满足上述数学式8。结果，将方向性耦合器151、152的分支比分别假设为r₁＝0.3，r₂＝0.7，微小光程差生成部132的光程差假设为ΔL₁＝0.30λ_c(≈0.47μm)，方向性耦合器153的分支比设定为r₃＝0.5。马赫-曾德干涉仪的光程差假设为ΔL＝0.34λ_c(≈0.53μm)，光合分波装置111和方向性耦合器153连接的2根光波导的间隔做成100μm。但是，光程差表示一个光波导(图中下层光路)对另一个光波导的相对光程。作为移相器141采用薄膜加热器，其宽度设定为40μm，长度设定为4mm。马赫-曾德干涉仪的光程差最初设定为ΔL＝0μm，制作回路后，通过根据薄膜加热器141进行永久性局部加热处理，使光学光程差调整变成ΔL＝0.34λ_c(≈0.53μm)。

在本实施方式中，尽管在构成光程差生成部131的2组光波导上分别形成了2个薄膜加热器141，一个用于局部加热处理，另一个用于开关操作，但可以将两者都用于局部加热处理，也可以将两者都用于开关操作。显然，也可以形成3个或3个以上的薄膜加热器。薄膜加热器141的形状是任意的，多个薄膜加热器的形状可以分别不同。可以同时使用构成光程差生成部131的2组光波导的薄膜加热器141来进行局部加热处理和开关操作。

基于上述设计值，通过使用火焰堆积法、光刻技术、反应性离子刻蚀来制作石英系列光波导回路。制作使得光波导的折射系数为1.5％，光波导的核心断面为4.5×4.5μm²，绝热沟宽度为70μm，深度为50μm。

通过切割切出制作该干涉仪型光开关的芯片，在硅基板161的下部配设散热板(未图示)，在输入输出波导101～104上连接分散移动式光纤(未图示)，在薄膜加热器141上连接供电引线(未图示)，由此做成2输入2输出光开关模块。评价该干涉仪型光开关模块的开关特性。

当移相器(薄膜加热器)141为关断状态时，开关处于条形状态，由此信号光在从输入波导102输入时信号光从输出波导103输出，使得不从输出波导104输出。此时，由于阻止了由2个基本构成元件170、171引起的向输出波导104的漏光，因此获得了高的消光比。这里，当给干涉仪型光开关170、171的薄膜加热器141通电，通过热光效应使光学光程相当于信号光半波长{0.5λ_c·k(k是0之外的整数)}变化时，光程差变为ΔL+δΔL＝0.34λ_c-0.50λ_c＝-0.16λ_c。此时，移相器(薄膜加热器)141为接通(ON)状态，开关处于交叉(cross)状态，从输入波导102输入的信号光从输出波导104输出。在本实施方式中，尽管将输入波导假设为101、102，但即使将103、104使用作为输入波导，将101、102使用作为输出波导也可获得同样的效果。而且，由于在本实施方式光开关上形成了绝热沟结构，因此能够将开关操作所要求的移相器耗电抑制为原来的1/10。

下面，图19表示出本实施方式干涉仪型开关所测量透过率的波长特性。为了比较，通过结合图37所示现有马赫-曾德干涉仪型光开关之透过率的波长依赖性来图示说明。当移相器141为关断状态时，本实施方式的干涉仪型光开关通过多路干涉仪结构在1.45～1.63μm宽的波段上获得-60dB以下的高消光比。当移相器141成为接通状态时，本实施方式的干涉仪型光开关在宽波段上获得良好的插入损失。

如上述，通过多个多级使用本发明的干涉仪型光开关，能够将其用作为一个干涉仪型光开关的作用。在本实施方式中，尽管通过组合2个相同的干涉仪型光开关来构成二路干涉仪结构，显然，这2个干涉仪型光开关可以使用不同的设计值。而且，不局限于本实施方式所示的两路干涉仪结构，也能够采用其他的结构，可以通过相互连接任意的光波导来将任意的光波导用作为输入波导、输出波导。显然，可以组合3个以上相同结构的干涉仪型光开关，也可以多个组合不同结构的干涉仪型光开关。

如上述，通过使用本实施方式干涉仪型光开关，能够在宽波段上进行开关操作。本实施方式的干涉仪型光开关由于与在宽波段的开关操作对应，因此对于光合分波装置的分支比误差和光程差生成部的光程差误差，其容许量增大，由此即使发生制作误差，也能够实现能够维持高消光比的干涉仪型光开关。

(第四实施方式的第一变形例)

图20表示本发明第四实施方式第一变形例干涉仪型光开关的结构。本变形例的回路是使用2台图13所示的在第二实施方式中说明的干涉仪型光开关的多路干涉仪结构的光开关。如果采用这种多路干涉仪结构，由于能够阻止在开关处于关断状态时由多个基本构成元件170、171引起的漏光，因此与基本构成元件单体相比，获得了高的消光比。

本例的多路干涉仪型光开关配置了2台图13的基本构成元件，使得相对回路的中心为线对称。前级干涉仪型光开关170的一个输出(与图13的104对应)被连接到后级干涉仪型光开关171的一个输入(与图13的102对应)，前级干涉仪型光开关170的另一个输出(与图13的103对应)被使用作为输出波导103。后级干涉仪型光开关171的另一个输入(与图13的101对应)被使用作为输入波导101，输入波导101和输出波导103的中间相互交叉，构成交叉波导155。前级干涉仪型光开关170的一个输入(与图13的101对应)被使用作为输入波导102，后级干涉仪型光开关171的另一个输出(与图13的103对应)被使用作为输出波导104。显然，可以使如前述第四实施方式那样的2台基本构成元件170、171配置成相同的指向。回路布图是任意的，可以如图那样将2个基本构成元件170、171横向并列，也可以纵向并列。

构成本例多路干涉仪的干涉仪型光开关170和171使用了相同的设计值。通过多重回归近似求得构成各个相位生成耦合器的2个方向性耦合器151、152和153、154的分支比和微小光程差生成部132、133的光程差，使得相位生成耦合器111和112(参考图13)的分支比在波长区中心波长λ_c＝1.55μm大概分别变成0.5，并使输出光的相位差满足上述数学式9。结果，将构成一个相位生成耦合器111的方向性耦合器151、152的分支比分别假设为r₁＝0.3，r₂＝0.1，微小光程差生成部132的光程差假设为ΔL₁＝0.19λ_c(≈0.29μm)。但是，光程差表示一个光波导(图中下层光路)对另一个光波导的相对光程。将构成另一个相位生成耦合器112的方向性耦合器153、154的分支比分别假设为r₃＝0.1，r₄＝0.3，微小光程差生成部133的光程差假设为ΔL₂＝0.19λ_c(≈0.29μm)。马赫-曾德干涉仪的光程差假设为ΔL＝0.16λ_c(≈0.25μm)，光合分波装置111和112连接的2根光波导的间隔做成100μm。作为移相器141采用薄膜加热器，其宽度设定为40μm，长度设定为4mm。

基于上述设计值，通过使用火焰堆积法、光刻技术、反应性离子刻蚀来制作石英系列光波导回路。制作使得光波导的折射系数为1.5％，光波导的核心断面为4.5×4.5μm²，绝热沟宽度为70μm，深度为50μm。

通过切割切出制作该干涉仪型光开关的芯片，在硅基板161的下部配设散热板(未图示)，在输入输出波导101～104上连接单模式光纤(未图示)，在薄膜加热器141上连接供电引线(未图示)，由此做成2输入2输出光开关模块。评价该干涉仪型光开关模块的开关特性。

当移相器(薄膜加热器)141为关断状态时，开关处于条形状态，由此信号光在从输入波导102输入时，信号光从输出波导103输出，使得不从输出波导104输出。此时，由于阻止了由2个基本构成元件170、171引起的向输出波导104的漏光，因此获得了高的消光比。这里，当给干涉仪型光开关170、171的薄膜加热器141通电，通过热光效应使光学光程相当于信号光半波长{0.5λ_c·k(k是0之外的整数)}变化时，光程差变为ΔL-δΔL＝0.16λ_c-0.50λ_c＝-0.34λ_c。此时，移相器(薄膜加热器)141为接通(ON)状态，开关处于交叉(cross)状态，从输入波导102输入的信号光从输出波导104输出。在本实施例中，尽管将输入波导假设为101、102，但即使将103、104使用作为输入波导，将101、102使用作为输出波导也可获得同样的效果。而且，由于在本例的光开关上形成了绝热沟结构，因此能够将开关操作所要求的移相器耗电抑制为原来的1/10。

下面，图21表示出本例干涉仪型开关所测量透过率的波长特性。为了比较，通过结合图37所示现有马赫—曾德干涉仪型光开关之透过率的波长依赖性来图示说明。

当移相器为关断状态时，本例的干涉仪型光开关通过多路干涉仪结构，在1.45～1.65μm宽的波段上获得-60dB以下、在1.45～1.63μm宽的波段上获得-80dB以下的高消光比。当移相器成为接通状态时，本例的干涉仪型光开关在宽波段上获得良好的插入损失。

如上述，通过多个使用本发明的干涉仪型光开关，能够将其用作为一个干涉仪型光开关的作用。在本例中，尽管通过组合2个相同的干涉仪型光开关来构成二路干涉仪结构，显然，这2个干涉仪型光开关可以使用不同的设计值。而且，不局限于本例所示的两路干涉仪结构，也能够采用其他的结构，例如，可以通过将第一实施方式干涉仪型光开关和第二实施方式干涉仪型光开关组合来构成两路干涉仪等。而且，连接多个干涉仪型光开关的方法不限定于本例，可以将任意的光波导相互连接，以及可以将任意的光波导使用作为输入波导、输出波导。也能够组合3个以上的干涉仪型光开关。

在本例中，为了使对于制作误差的容差增大，设计使得构成2个相位生成耦合器111、112(参考图13)的方向性耦合器151～154的分支比和微小光程差生成部132、133的光程差变成相同的值。使相位生成耦合器111、112相对其中心变成线对称。即，使得r₁＝r₄，r₂＝r₃，ΔL₁＝ΔL₂。通过这样做，由于只使用两种方向性耦合器151～154的分支比，因此为了实现按照设计的特性，可以制作2种分支比。另一方面，由于在第二实施方式中使用4种不同设计值的方向性耦合器，因此为了实现按照设计的特性，需要制作4种分支比。相反，如第二实施方式那样，当使第一和第二光合分波装置111、112成为不同的设计值时，由于相位差和分支比之波长依赖性的设计自由度增加了，因此具有提高相似度的优点。因此，根据用途，可以选择是重视制作误差的容差还是重视设计自由度。

而且，当在多路干涉仪结构之间进行比较时，本例具有的优点是：与前述第四实施方式相比，回路尺寸变大了，但另一方面，设计值的种类少了。就是说，尽管在第四实施方式中使用了分支比不同的3种方向性耦合器，但由于在本例中只使用2种分支比，因此能够更容易地制作。而且，在本例中，通过将2个线对称的干涉仪型光开关配置成线对称来构成多路干涉仪。由于本例是这种对称性非常高的结构，因此能够容易地插入例如半波长板。

本例中，尽管使2个干涉仪型光开关170和171做成相同的设计值，但也可以做成不同的设计值。例如，本例中，由于将2个干涉仪型光开关的最大消光波长均设定在1.55μm附近，因此在将1.55μm为中心的1.52～1.57μm之最大消光波长范围内实现了-140dB以上的绝对值非常大的最大消光比。但是，如果将干涉仪型光开关170的最大消光波长设定在例如1.5μm附近、将干涉仪型光开关171的最大消光波长设定在例如1.6μm附近，尽管最大消光比的绝对值变小，但能够扩大可维持最大消光波长的波长范围。显然，这里说明的仅是一例，能够设定使得构成多路干涉仪的各个基本构成元件变成任意的特性。

(第五实施方式)

图22表示本发明第五实施方式干涉仪型光开关的构成。本实施方式的干涉仪型光开关回路由相位生成耦合器111、方向性耦合器153、在光合分波装置111和方向性耦合器153中夹着的光程差生成部131、在光程差生成部131上形成的移相器141、输入波导101、102、以及输出波导103、104构成。

在前述第一至第四实施方式的干涉仪型光开关中，特别说明了使得输出强度开关控制为0或1的满足上述数学式7的情况。但是，如果本发明的光开关设定使得相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}成为不依赖于波长的mπ(m为整数)之外的值，则也能够将输出强度做成取0和1之间不同的值。如果这样，则能够实现在宽波段上可使用的输出强度可变的光开关(宽波段可变光衰减器，即所谓可变光衰减器)。

具体地，为了将输出透过率做成0dB、-10dB、-20dB、-30dB，可以设定相位差的值，使得从输出波导104输出的光信号的各个输出强度变成Pc＝1.0、0.1、0.01、0.001。由于光开关的输出强度用上述数学式6表示，如果设定使得由光合分波装置111和光程差生成部131引起的总相位差{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}分别变成-1.00、-0.60、-0.53、-0.51、-0.50，则能够实现输出透过率分别为0dB、-10dB、-20dB、-30dB的宽波段光强度可变的光开关。

在图22所示本实施方式的干涉仪型光开关中，构成相位生成耦合器111的方向性耦合器151、152的分支比分别假设为r₁＝0.3，r₂＝0.7，微小光程差生成部132的光程设定为ΔL₁＝0.30λ_c(≈0.47μm)。马赫-曾德干涉仪131的光程假设为ΔL＝0.34λ_c(≈0.53μm)，方向性耦合器153的分支比设定为r₃＝0.5。但是，光程差表示一个光波导(图中下层光路)对另一个光波导的相对光程。干涉仪型光开关的光合分波装置111和方向性耦合器153连接的2根光波导的间隔做成200μm。作为移相器141采用薄膜加热器，其宽度设定为40μm，长度设定为4mm。

基于上述设计值，通过使用火焰堆积法、光刻技术、反应性离子刻蚀来制作石英系列光波导回路。制作使得光波导的折射系数为1.5％，光波导的核心断面为4.5×4.5μm²。

通过切割切出制作该干涉仪型光开关的芯片，在硅基板161的下部配设散热板(未图示)，在输入输出波导101～104上连接单模式光纤(未图示)，在薄膜加热器141上连接供电引线(未图示)，由此做成2输入2输出光开关模块。评价该干涉仪型光开关模块的开关特性。

当移相器(薄膜加热器)141为关断状态时，开关处于条形状态，由此当信号光从输入波导101输入时，信号光不从输出波导104输出。作为此状态下透过率波长依赖性最大的消光时刻，图23示出了透过率的波长依赖性。这里，当给薄膜加热器141通电，改变功率，通过热光效应使光学光程差分别为ΔL＝0.35λ_c、0.37λ_c、0.44λ_c、0.84λ_c时，由光合分波装置111和光程差生成部131引起的总相位差{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}分别变成-0.51、-0.53、-0.60、-1.00，各个状态的透过率变为-30dB、-20dB、-10dB、0dB(参考图2)。如图23所示，透过率的波长依赖性在宽波段上变成与波长无关。与图41B所示现有可变光衰减器的波长特性相比，本发明的效果是显然的。与现有技术仅仅能够在特定的一个波长上对光衰减相反，本发明能够在宽波段上一齐对光衰减。这样，能够确认作为光强度可变之宽波段光开关(可变光衰减器)的开关操作。

在这里，尽管说明了第一和第二光合分波装置111、153的分支比为0.5的理想情况，但实际上会发生波长依赖性和制作误差。为了严格平坦化，可以按下述通过还考虑第一和第二光合分波装置111、153的分支比来设定相位差。如果假设第一和第二光合分波装置111、153的分支比分别为R1(λ)、R2(λ)，如果设定相位差的总和使得输出强度Pc(λ)相对波长变为恒定，则输出强度变为不依赖于波长。具体地，相位差总和可以假定变为：

${\mathrm{\φ}}_1\left(\mathrm{\λ}\right)+{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{\ΔL}}\left(\mathrm{\λ}\right)+{\mathrm{\φ}}_2\left(\mathrm{\λ}\right)$

$=\arccos \left\{\right\{\mathrm{Pc}\left(\mathrm{\λ}\right)-R1\left(\mathrm{\λ}\right)\{1-R2\left(\mathrm{\λ}\right)\}-R2\left(\mathrm{\λ}\right)\{1-R1\left(\mathrm{\λ}\right)\}\}$

$\·{\left[4R1\left(\mathrm{\λ}\right)\right\{1-R2\left(\mathrm{\λ}\right)\left\}R2\left(\mathrm{\λ}\right)\right\{1-R1\left(\mathrm{\λ}\right)\left\}\right]}^{\frac{1}{2}}\}/2\mathrm{\π}$

显然，如从图23的特性可知，即使仅仅设定使得相位差总和成为恒定值，在充分宽的波段上透过率也是恒定的，并获得良好的特性。

在上述例子中，尽管使光信号输入到输入波导101以及从输出波导104提取光信号，但也可以从输出波导103提取光信号以及可以使光信号输入到输入波导102。还可以使光信号输入到输出波导103、104和从输入波导101、102提取光信号。尽管图22中没有图示，但在构成光程差生成部131的2根延迟线中，可以通过在下层光波导(第二光波导)上还形成移相器和使光学光程差变化来设定任意的光衰减量。显然，在本实施方式之光强度可变的干涉仪型光开关中能够采用在各个实施方式中说明的特征构成。例如，可以将如在第二实施方式中说明的图13的第一和第二光合分波装置111、112做成相位生成耦合器，可以形成如在第三实施方式中说明的图15的绝热沟结构。可以做成如在第四实施方式中说明的图18的多路干涉仪结构，通过将各个基本构成元件调整到相互不同的条件，能够使整个输出强度相对波长变为恒定。

如上述，本实施方式的干涉仪型光开关能够通过使用与现有技术完全不同的原理来在宽的波段上实现透过率恒定的光强度可变的光开关。并且只用一个移相器就能够确认宽波段的开关操作。

(第六实施方式)

图24表示本发明第六实施方式干涉仪型光开关的构成。本实施方式的干涉仪型光开关由输出相位差具有波长依赖性的一对光合分波装置(相位生成耦合器)111和112、在这些光合分波装置111和112中夹着的光程差生成部131、在光程差生成部131上形成的移相器141、输入波导101、102、以及输出波导103、104构成。通过适当设定光合分波装置111和112的输出相位差，能够实现在宽波段上具有良好开关特性的光开关。

作为实现其输出相位差具有波长依赖性之光合分波装置的方法，尽管考虑了各种装置，但在本实施方式中，通过N+1个光耦合器以及在相邻光耦合器中夹着的N个光程差生成部，分别构成了光合分波装置111和112。但是，N是自然数，图24中示出了N＝2的情况。

图25表示在本发明第六实施方式中使用的相位生成耦合器(光合分波装置)的构成。图25的光合分波装置由3个光耦合器123、124、125以及在相邻光耦合器中夹着的2个光程差生成部132、133构成。光程差生成部132由第一光波导156和第二光波导158的2根光延迟线构成，当假设各自的光学光程为I_1a、I_2a时，其光学光程差是δI₁＝I_1a-I_2a。光程差生成部133由第一光波导157和第二光波导159的2根光延迟线构成，当假设各自的光学光程为I_1b、I_2b时，其光学光程差是δI₂＝I_1b-I_2b。

在至此说明的第一至第五实施方式中，作为实现相位生成耦合器的装置，也使用了本构成的光合分波装置，这是因为其在原理上没有损失并能够保持希望的输出相位差和分支比。显然，即使使用本构成光合分波装置之外的装置，通过在输出相位差上保持波长依赖性，也能够获得本发明产生的效果。例如，可以通过组合光耦合器和光程差生成部来构成光合分波装置，此可以是以横向型为代表的FIR(有限脉冲响应)滤波器和以环型为代表的IIR(无限脉冲响应)滤波器。

下面表示当将该干涉仪型光开关作为非对称型光开关操作时的设计例子。由马赫-曾德干涉仪光程差生成部的光学光程差引起的相位差2πφΔ_L(λ)和由其输出相位差具有波长依赖性的相位生成耦合器111、112生成的相位差2πφ₁(λ)和2πφ₂(λ)总和的相位变为mπ(m是整数)，并且当m为奇数时，变成非对称型开关。在现有技术非对称型马赫-曾德干涉仪开关中，光程差生成部具有波长依赖性。因此，由于只能在某个特定波长上将相位设定成mπ(m为奇数)，因此限定了能够使用的波段。另一方面，在本发明的干涉仪型开关中，通过使用其输出相位差具有波长依赖性的光合分波装置(相位生成耦合器)111、112，与波段无关，能够将相位设定成恒定值mπ(m为奇数)，而且，由于是非对称型，即使第一和第二光合分波装置111、112的分支比偏离理想值0.5，在交叉端口仍可稳定获得高的消光比。显然，在非对称型中，如果分支比偏离理想值，则变成接通状态下的损失，与在对称型中由分支比偏离理想值引起的消光比劣化相比，其成为能够忽视的小值。

在使用图1说明的第一实施方式中，为了简单，第一和第二光合分波装置111、112的分支比在全波段上取恒定值0.5而获得前述的数学式6。但是实际上，在所使用的全波段上将光合分波装置的分支比做成恒定值0.5不是容易的，特别是，波段越宽，分支比保持恒定值变得越难。如果假设第一和第二光合分波装置111、112的分支比相等，都是R(λ)，则从输入波导101输入、从输出波导104输出的光强度Pc能够由下式表示：

P_c＝2R(λ)·[1-R(λ)]·[1+cos{2π{φ_ΔL(λ)+φ(λ)}}]  (数学式10)

但是，φ(λ)是由第一和第二光合分波装置111、112输出相位差引起的相位，在这里假设φ(λ)＝φ₁(λ)+φ₂(λ)。根据上述数学式10，如果2π{φ_ΔL(λ)+φ₁(λ)+φ₂(λ)}变成mπ(m是整数)并且m为奇数，则即使第一和第二光合装置111、112的分支比R(λ)为任何值，也能够保持高的消光比。因此，在宽波段上能够容易地维持高消光比。

就是说，由于现有技术使光程差生成部设定在有限值和产生波长依赖性是常识，在宽波段上不能够实现可开关操作的非对称型马赫—曾德干涉仪型光开关。与此相反，根据本发明的原理即在光合分波装置输出相位差上保持波长依赖性，使得能够最初将光程差生成部的光学光程差设定为与不依赖于波长且为任意值。作为实施方式之一，通过将本发明的原理适用于非对称马赫-曾德干涉仪型光开关，能够首次实现在过去是不可能的、在宽波段上具有高消光比且制造偏差可放宽的干涉仪型光开关。

下面说明具体的相位生成耦合器的设计例子。在本实施方式中，作为实现相位生成耦合器的装置，使用了由N+1个光耦合器和邻接光耦合器夹着的N个微小光程差生成部构成的光合分波装置。将构成第一和第二光合分波装置111和112的N+1个光耦合器全部假设为同一分支比，在使该值为极小的约束条件下，优化设计参数，使得相位生成耦合器的分支比在所使用的整个波段上变为大约0.5，并且输出相位差φ(λ)与相位校正量Ψ(λ)吻合。优化的设计参数为构成相位生成耦合器之光耦合器151、152、153、251、252、253的分支比、微小光程差生成部132、133、232、233的光学光程差以及马赫-曾德干涉仪之光程差生成部131的光学光程差ΔL。与现有技术马赫-曾德干涉仪型光开关之光程差生成部的光学光程差被设定成0λ_c或者0.5λ_c相对，本发明的特征之一是通过包含光学光程差ΔL优化使得相位生成耦合器的输出相位差变成适当的相位。

在本实施方式中，适用波长范围假设为1.25～1.65μm，考虑在1.3μm和1.55μm上使用时，优化使得在1.3μm和1.55μm上的近似度变为最高。作为光耦合器151、152、153、251、252、253，使用由近接的2根光波导构成的方向性耦合器。最优化的结果，N＝2，方向性耦合器151、152、153、251、252、253的分支比变为r＝0.1，微小光程差生成部132和232的光学光程差变为ΔL₁＝0.09λ_c(≈0.13μm)，微小光程差生成部133和233的光学光程差变为ΔL₂＝0.05λ_c(≈0.07μm)。马赫-曾德干涉仪的光学光程差假设为ΔL＝0.31λ_c(≈0.45μm)，m＝-1，光合分波装置111、112夹着的2根光波导的间隔做成500μm。作为移相器141采用薄膜加热器，其宽度设定为80μm，长度设定为3mm。

基于上述设计值，通过使用火焰堆积法、光刻技术、反应性离子刻蚀来制作石英系列光波导回路。制作使得光波导的折射系数为0.75％，光波导的核心断面为6×6μm²。

通过切割切出制作该干涉仪型光开关的芯片，在硅基板161的下部配设散热板(未图示)，在输入输出波导101～104上连接单模式光纤(未图示)，在薄膜加热器141上连接供电引线(未图示)，由此做成2输入2输出光开关模块。

当移相器(薄膜加热器)141为关断状态时，开关处于条形状态，信号光不从交叉端口输出。给薄膜加热器141通电，在光学光程差变为ΔL+δΔL＝0.31λ_c-0.50λ_c＝-0.19λ_c的接通状态下，开关切换到交叉(cross)状态，信号光从交叉端口输出。

图26表示本实施方式干涉仪型光开关所测量的透过率的波长特性。当移相器141为关断状态时，本实施方式的干涉仪型光开关在1.25～1.6μm宽的波段上能够获得-30dB以下的消光比。特别地，在本实施方式中，由于最优化相位生成耦合器111、112的设计值，使得在1.3μm和1.55μm上的近似度变为优良，因此在1.3μm和1.55μm上也是高消光比，并实现-50dB以下。

如上述，以本发明为基础制作了能够在宽波段上维持高消光比的非对称马赫-曾德干涉仪，以及实现了良好的选通开关。但是，本发明不局限于选通开关，其也能够在任意的干涉仪型光开关的宽波段上使用，例如可以适用于宽波段的分接开关。上述中，尽管设定相位生成耦合器的相位差和马赫-曾德干涉仪光程差生成部的光学光程差ΔL，使得在最初关断状态下2π{φ_ΔL(λ)+φ₁(λ)+φ₂(λ)}＝(2m’+1)π(m’是整数)，但通过设定使得在关断状态下2π{φ_ΔL(λ)+φ₁(λ)+φ₂(λ)}＝2m’π(m’是整数)，实现了在宽波段上可开关操作的对称型马赫-曾德干涉仪以及作为良好的2分支开关动作。

本实施方式中，在优化相位生成耦合器时，将N+1个光耦合器(123、124、125)全部假定为同一分支比，还设定将其值取极小之类的约束条件。这种约束条件不是必须的，但是，如果使构成相位生成耦合器之光耦合器的分支比全部成为恒定，则具有容易制作光耦合器之类的优点。尽管该分支比能够设定为从0到1之间的任意值，但该分支比优化成为0.1和更小的值。这是由于能够获得分支比越小，方向性耦合器变得越小型、抗制造误差能力强、极化波依赖性变得越小之类的优点。本实施方式的相位生成耦合器(图25)与N＝1的情况(图4)相比，由于其光耦合器(123、124、125)和光程差生成部(132、133)分别多了一个，因此一些回路的尺寸变大了。但是，由于方向性耦合器(123、124、125)是小型的，因此回路尺寸仅仅增加一点。

在本实施方式中，使用了由N+1个光耦合器和相邻光耦合器夹着的N个光程差生成部构成的相位生成耦合器，并设定N＝2。由于N越大，可设定参数越增加，因此能够提高相位生成耦合器的近似度。例如，当将图17(第三实施方式)和图26(本实施方式)相比较时，由于本实施方式之相位生成耦合器的近似度良好，因此消光比变成30dB以上的波长范围变宽。根据更详细说明，由于在第三实施方式中设定N＝1，因此在相位生成耦合器中有3种设计值。另一方面，在本实施方式中，由于设定N＝2，因此有5种设计值，设计的自由度变高了。由此，能够提高相位差的近似度，以及即使将N+1＝3个光耦合器设定为相同值，也保留了3种设计自由度。结果，获得全部光耦合器的分支比成为0.1的设计值，并且获得抗制造误差能力强的且极化波依赖性小的干涉仪型光开关。

而且，在本实施方式中，使用了2个相位生成耦合器111、112，在这些光程差生成部151、152、153、251、252、253中，光学光程差总和长的一方的光延迟线配置在使得偏于一方(图24的上层)的回路上。具体地，在图24中，构成第一光合分波装置111之N＝2个光程差生成部132、133的第一光波导的光学光程差总和为∑δl_1，1＝l_11a+I_11b＝678.26+551.79＝1230.05，第二光波导的光学光程差总和为∑δl_2，1＝l_21a+I_21b＝678.13+551.72＝1229.85，而且，构成第二光合分波装置112之N＝2个光程差生成部233、232的第一光波导的光学光程差总和为∑δl_1，2＝l_12a+I_12b＝551.79+678.26＝1230.05，第二光波导的光学光程差总和为∑δl_2，2＝l_22a+I_22b＝551.72+678.13＝1229.85。因此满足∑δl_1，1＞∑δl_2，1且∑δl_1，2＞∑δl_2，2，因此可知，相位生成耦合器111和112之光程差生成部总和长的是第一光波导一方，并偏于图24的上层。由于这样，能够通过相位生成耦合器111、112有效地产生相位。本实施方式干涉仪型光开关构成是特殊的例子，其作为第一和第二光合分波装置使用了相同设计值的相位生成耦合器，并配置使得以马赫—曾德干涉仪的光程差生成部131为中心的相互镜像对称。此时，可以设定相位差，使得满足φ₁(λ)＝φ₂(λ)＝Ψ(λ)/2。相对于在第一实施方式中只使用一个相位生成耦合器的相位差φ₁(λ)，在本实施方式中，对于一个相位生成耦合器，应该生成的相位差只需一半即可。显然，不需要偏于第一和第二相位生成耦合器之光程差生成部长的一方，可以偏于相互相反的一方。本发明各个实施方式中，由于光程差生成部的光程差表示第一波导对第二波导的相对光程差，在第二波导比第一波导更长的情况下，光程差变为负值。在N为2以上时，在N个光程差生成部的符号不同的情况下，也能够与上述相同来定义偏向性。例如，如果微小光程差生成部132和232的第二波导一方长、其光程差的符号为负的话，则构成第一光合分波装置111之光程差生成部132、133的第一光波导和第二光波导的光学光程差总和分别变为∑δl_1，1＝l_11a+I_11b＝678.13+551.79＝1229.92，∑δl_2，1＝l_21a+I_21b＝678.26+551.72＝1229.98，∑δl_1，2＝l_12a+I_12b＝551.79+678.13，∑δl_2，2＝l_22a+I_22b＝551.72+678.26。这种情况下，能够满足∑δl_2，1＞∑δl_1，1且∑δl_2，2＞∑δl_1，2，偏于第二波导一方。

(第七实施方式)

图27表示本发明第七实施方式干涉仪型光开关的构成。本实施方式的干涉仪型光开关能够起1×2开关的作用。作为本回路的基本要素即干涉仪型光开关的光合分波装置，通过使用其输出相位差具有波长依赖性的相位生成耦合器，能够实现与波段无关的开关操作。

本光开关回路由多级连接2个干涉仪型光开关170、171构成。详细地，使用了具有相同设计值的第一和第二这两个干涉仪型光开关170、171，第一干涉仪型光开关170输出侧的上端口连接到第二干涉仪型光开关171输入侧的下端口。将第一干涉仪型光开关170输入侧的上端口作为输入波导101，将第二干涉仪型光开关171输出侧的上端口作为输出波导103(第一输出端口)，将第一干涉仪型光开关170输出侧的下端口作为输出波导104(第二输出端口)。

本实施方式中，由于2个干涉仪型光开关170、171假设为相同的设计值，因此只详细说明第一干涉仪型开关170。作为实现其输出相位差具有波长依赖性之光合分波装置的方法，尽管考虑了各种装置，但也可以通过由连接光耦合器和光程差生成部所构成的光合分波装置来实现。在本实施方式中，通过N+1(＝2)个光耦合器151、152和153、154以及在相邻光耦合器中夹着的N(＝1)个光程差生成部132和133而构成了光合分波装置(相位生成耦合器)111和112。光合分波装置111由光耦合器(方向性耦合器151、152)以及在相邻光耦合器中夹着的光程差生成部132构成。光程差生成部132由第一光波导和第二光波导的2根光延迟线构成，当假设各自的光学光程为I₁₁，I₂₁时，其光学光程差是δL₁＝I₁₁-I₂₁。光合分波装置112由光耦合器(方向性耦合器153、154)以及在相邻光耦合器中夹着的光程差生成部133构成。光程差生成部133由第一光波导和第二光波导的2根光延迟线构成，当假设各自的光学光程为I₁₂，I₂₂时，其光学光程差是δL₂＝I₁₂-I₂₂。

下面说明具体的相位生成耦合器的设计例子。在本实施方式中，作为实现相位生成耦合器的装置，使用了由N+1个光耦合器和邻接光耦合器夹着的N个微小光程差生成部构成的光合分波装置。设定约束条件，将构成第一和第二光合分波装置111和112的N+1＝2个(共计4个)光耦合器的分支比全部假设为相同(r₁＝r₂＝r₃＝r₄＝r)。作为光耦合器，使用由邻接的2根光波导构成的方向性耦合器。在本实施方式中，适用波长范围假设为1.45～1.65μm，优化设计参数，使得相位生成耦合器的分支比在所使用的整个波段上变为大约0.5，并且输出相位差φ(λ)＝φ₁(λ)+φ₂(λ)与适当相位Ψ(λ)吻合。这里，所谓适当相位，是为了使第一和第二干涉仪型光开关170、171起非对称型马赫-曾德干涉仪型光开关作用所需要的相位生成耦合器的输出相位差，是将上述数学式7的m(m为整数)置为2m’+1(m’为整数)时的相位。优化的设计参数为构成相位生成耦合器之光耦合器的分支比、微小光程差生成部的光学光程差以及马赫-曾德干涉仪之光程差生成部的光程差ΔL。与现有技术马赫-曾德干涉仪型光开关之光程差生成部的光学光程差ΔL被设定成0λ_c或者0.5λ_c相对，本发明的特征之一是通过包含光学光程差ΔL优化使得相位生成耦合器的输出相位差变成适当的相位。

本实施方式中，当优化相位生成耦合器时，设定将N+1个光耦合器全部作为相同分支比的约束条件。尽管这种约束条件不是必须的，但如果构成相位生成耦合器的光耦合器的分支比全部做成恒定，则具有容易制作光耦合器的优点。如果与第二实施方式进行对照，在第二实施方式中，对构成相位生成耦合器的光耦合器的分支比不施以约束条件，由于设计值的自由度变多，其相位差的近似度比本实施方式更好。另一方面，本实施方式通过考虑制作容易而进行设计。这样，可以按照回路的用途来合适地设计相位生成耦合器。

而且，本实施方式中，配置回路，使得使用2个相位生成耦合器，其光程差生成部中光学光程差总和长的一方的光延迟线偏于一方(图27的上层)，即满足∑δl_1，1＞∑δl_2，1且∑δl_1，2＞∑δl_2，2。

假设数值计算结果N＝1，方向性耦合器151、152、153、154的分支比变为r＝0.2，微小光程差生成部132和133的光学光程差变为ΔL₁＝ΔL₂＝0.15λ_c(≈0.23μm)。马赫-曾德干涉仪的光学光程差假设为ΔL＝0.28λ_c(≈0.43μm)，m’＝-1，光合分波装置111、112夹着的2根光波导的间隔做成100μm。作为移相器采用薄膜加热器，其宽度设定为30μm，长度设定为2mm。

基于上述设计值，通过使用火焰堆积法、光刻技术、反应性离子刻蚀来制作石英系列光波导回路。制作使得光波导的折射系数为0.75％，光波导的核心断面为6×6μm²。

通过切割切出制作该干涉仪型光开关的芯片，在硅基板161的下部配设散热板(未图示)，在输入输出波导101～104上连接单模式光纤(未图示)，在薄膜加热器141上连接供电引线(未图示)，由此做成2输入2输出光开关模块。

说明从所制作光模块的输入波导101输入光以及将输出端口从输出波导103(第一输出端口)切换到104(第二输出端口)的操作。在初始状态下，给薄膜加热器(144)通电，将干涉仪型光开关171的光学光程差变为ΔL+δΔL＝0.28λ_c-0.50λ_c＝-0.22λ_c。在该状态下，前级干涉仪型光开关170变成条形状态，后级干涉仪型光开关171变成交叉(cross)状态。由此，从输入波导101输入的光从干涉仪型光开关170的直通端口完全透过，从干涉仪型光开关171的输出波导103(第一输出端口)输出。另一方面，光不从干涉仪型光开关170输出波导104(第二输出端口)中输出。接着，关掉薄膜加热器(144)和给薄膜加热器(142)通电，将干涉仪型光开关170的光学光程差变为ΔL+δΔL＝0.28λ_c-0.50λ_c＝-0.22λ_c。在该状态下，前级干涉仪型光开关170变成交叉状态，后级干涉仪型光开关171变成条形状态。由此，从输入波导101输入的光从干涉仪型光开关170的交叉端口即输出波导104(第二输出端口)输出。另一方面，由于通过干涉仪型光开关170的直通端口和干涉仪型光开关171的交叉端口的光被遮断，因此不从输出波导103(第一输出端口)中输出。这样，本实施方式的干涉仪型光开关能够被操作作为在0.5W之恒定耗电下的2分支开关。

图28A表示在从本实施方式干涉仪型光开关输出波导103(第一输出端口)输出的初始状态(关断状态)中的透过率的波长特性，图28B表示在从另一输出波导104(第二输出端口)输出的切换之后的状态(接通状态)中的透过率的波长特性。即使在从任一输出波导输出的情况下，在1.45～1.65μm的宽波段上也可获得-30dB以下的高消光比，实现在宽波段上具有高消光比的恒定耗电的1×2开关。

本实施方式中，多级连接包括相位生成耦合器的干涉仪型光开关以及形成一个干涉仪型光开关。并且示出使干涉仪型光开关起恒定耗电的宽波段1×2开关之作用的例子。但是，本实施方式的光开关也可以用于其他用途，适用本发明的恒定耗电光开关和1×2光开关的构成法不局限于本实施方式所示的构成，其能够采用任意形式。

(第八实施方式)

图29表示本发明第八实施方式干涉仪型光开关的构成。本实施方式的光开关能够起PI-Loss(Path Independent Loss：与路径无关的损失)结构的1×2开关的作用。而且，作为本实施方式回路基本要素即干涉仪型光开关的光合分波装置，通过使用其输出相位差具有波长依赖性的相位生成耦合器，能够实现与波段无关的开关操作。

本实施方式的干涉仪型光开关回路由多级多个连接干涉仪型光开关构成。详细地，使用了具有相同设计值的第一至第三这三个干涉仪型光开关170、171、172，第一干涉仪型光开关170输出侧的上端口连接到第二干涉仪型光开关171输入侧的下端口，第一干涉仪型光开关170输出侧的下端口连接到第三干涉仪型光开关172输入侧的上端口。将第一干涉仪型光开关170输入侧的上端口作为输入波导101，将第二干涉仪型光开关171输出侧的上端口作为输出波导103(第一输出端口)，将第三干涉仪型光开关172输出侧的上端口作为输出波导104(第二输出端口)。

本实施方式中，由于三个干涉仪型光开关170、171、172假设为相同的设计值，因此只详细说明第一干涉仪型开关170。优化构成各个相位生成耦合器111、112之光耦合器151～154的分支比、微小光程差生成部132、133的光学光程差以及马赫-曾德干涉仪之光程差生成部的光学光程差ΔL，使得在所使用的全波段上本实施方式干涉仪型光开关的输出强度变为恒定。数值计算的结果，构成相位生成耦合器111和112之方向性耦合器151、152和153、154的分支比分别变为r₁＝0.2，r₂＝0.2，r₃＝0.2，r₄＝0.2，微小光程差生成部132和133的光学光程差设定为ΔL₁＝0.15λ_c(≈0.23μm)，ΔL₂＝0.15λ_c(≈0.23μm)。马赫-曾德干涉仪光程差生成部131的光学光程差假设为ΔL＝0.28λ_c(≈0.43μm)，光程差生成部131的2根光波导的间隔做成200μm。作为移相器141、142采用薄膜加热器，其宽度设定为50μm，长度设定为3mm。

基于上述设计值，通过使用火焰堆积法、光刻技术、反应性离子刻蚀来制作石英系列光波导回路。制作使得光波导的折射系数为1.5％，光波导的核心断面为4.5×4.5μm²。

通过切割切出制作该干涉仪型光开关的芯片，在硅基板161的下部配设散热板(未图示)，在输入输出波导101～104上连接单模式光纤(未图示)，在薄膜加热器141上连接供电引线(未图示)，由此做成2输入2输出光开关模块。

说明从所制作光模块的输入波导101输入光以及将输出端口从输出波导103(第一输出端口)切换到104(第二输出端口)的操作。在初始状态下，给薄膜加热器(144和146)通电，将干涉仪型光开关171和172的光学光程差变为ΔL+δΔL＝0.28λ_c-0.50λ_c＝-0.22λ_c。在该状态下，前级干涉仪型光开关170变成条形状态，后级2个干涉仪型光开关171变成交叉(cross)状态。由此，从输入波导101输入的光从干涉仪型光开关170的直通端口完全透过，从干涉仪型光开关171的输出波导103(第一输出端口)输出。另一方面，由于通过干涉仪型光开关170的交叉端口和干涉仪型光开关172的直通端口的光被遮断，因此光不从输出波导104(第二输出端口)中输出。接着，关掉薄膜加热器(144和146)和给薄膜加热器(142)通电，将干涉仪型光开关170的光学光程差变为ΔL+δΔL＝0.28λ_c-0.50λ_c＝-0.22λ_c。在该状态下，前级干涉仪型光开关170变成交叉状态，后级干涉仪型光开关171、172变成条形状态。由此，从输入波导101输入的光透过干涉仪型光开关170的交叉端口，从干涉仪型光开关172的输出波导104(第二输出端口)输出。另一方面，由于通过干涉仪型光开关170的直通端口和干涉仪型光开关171的交叉端口的光被遮断，因此光不从输出波导103(第一输出端口)中输出。

图30A表示在从本实施方式干涉仪型光开关输出波导103(第一输出端口)输出的初始状态(关断状态)中的透过率的波长特性，图30B表示在从另一输出波导104(第二输出端口)输出的切换之后的状态(接通状态)中的透过率的波长特性。即使在从任一输出波导输出的情况下，在1.45～1.65μm的宽波段上也可获得-45dB以下的高消光比。而且，在本实施方式干涉仪型光开关中，由于是不通过输出端口的光开关元件变成恒定的PI-Loss，因此即使从输出波导103(第一输出端口)、104(第二输出端口)之任何一个端口输出也变成相同的特性。

本实施方式中，多级连接包括相位生成耦合器的干涉仪型光开关以及形成一个干涉仪型光开关。并且示出使干涉仪型光开关起与光路无关具有相同波长特性之PI-Loss的宽波段1×2开关作用的例子。但是，本实施方式的光开关也可以用于其他用途，适用本发明的PI-Loss光开关和1×2光开关的构成法不局限于本实施方式所示的构成，其能够采用任意形式。

(第九实施方式)

图31表示本发明第九实施方式干涉仪型光开关的构成。在本实施方式干涉仪型光开关的光波导上设置了双折射率调节装置，如后述，本实施方式的开关能够起极化光束开关的作用。而且，作为本实施方式回路基本要素即干涉仪型光开关的光合分波装置，通过使用其输出相位差具有波长依赖性的相位生成耦合器，能够实现与波段无关的开关操作。

本实施方式干涉仪型光开关回路由多级连接两个干涉仪型光开关170、171构成。详细地，使用了具有相同设计值的第一和第二这两个干涉仪型光开关170、171，第一干涉仪型光开关170输出侧的上端口连接到第二干涉仪型光开关171输入侧的下端口。将第一干涉仪型光开关170输入侧的上端口作为输入波导101，将第二干涉仪型光开关171输出侧的上端口作为输出波导103(第一输出端口)，将第一干涉仪型光开关170输出侧的下端口作为输出波导104(第二输出端口)。

本实施方式中，由于两个干涉仪型光开关170、171假设为相同的设计值，因此只详细说明第一干涉仪型开关170。本实施方式中，作为实现相位生成耦合器111、112的装置，使用了由N+1(＝2)个光耦合器151、152和153、154以及在相邻光耦合器中夹着的N(＝1)个微小光程差生成部132和133构成的光合分波装置。作为光耦合器151、152和153、154，使用由邻接的2根光波导构成的方向性耦合器。在本实施方式中，最优化设计参数，使得适用波长范围假设为1.45～1.65μm，相位生成耦合器111、112的分支比在所使用的整个波段上变为大约0.5，并且输出相位差φ(λ)与适当相位Ψ(λ)吻合。优化的设计参数为构成相位生成耦合器111和112之光耦合器151、152和153、154的分支比、微小光程差生成部132和133的光学光程差以及马赫-曾德干涉仪之光程差生成部131的光学光程差ΔL。假设数值计算的结果N＝1，方向性耦合器151、152、153、154的分支比分别变为r₁＝0.2，r₂＝0.2，r₃＝0.2，r₄＝0.2，微小光程差生成部132和133的光学光程差设定为ΔL₁＝0.15λ_c(≈0.23μm)，ΔL₂＝0.15λ_c(≈0.23μm)。在不驱动移相器的初始状态，用于使干涉仪型光开关170成为直通状态的马赫-曾德干涉仪光程差生成部131光学光程差的最佳值变为ΔL＝0.28λ_c(≈0.43μm)。在本实施方式中，为了便于起极化光束开关的作用，在初始状态，在第一干涉仪型光开关170和第二干涉仪型光开关171中，使马赫-曾德干涉仪光程差生成部的光学光程差成为相互不同的设计值。具体在后面说明。第一干涉仪型光开关170光程差生成部131的第一光波导和第二光波导的2根光延迟线的光学光程差设定为ΔL’＝ΔL-0.5λ_c＝-0.22λ_c(-0.34μm)，第二干涉仪型光开关171光程差生成部134的第一光波导和第二光波导的2根光延迟线的光学光程差设定为ΔL”＝ΔL＝0.28λ_c(≈0.43μm)。第一和第二2根光波导的间隔做成200μm。作为移相器141、142、143、144采用薄膜加热器，其宽度设定为40μm，长度设定为5mm。

基于上述设计值，通过使用火焰堆积法、光刻技术、反应性离子刻蚀来制作石英系列光波导回路。制作使得光波导的折射系数为0.75％，光波导的核心断面为6×6μm²。

在制作石英系列光波导回路之后，通过双折射率调节装置191调节第一干涉仪型光开关170光程差生成部131第一光波导的双折射率，使得TM模式光学光程差变成比TE模式光学光程差长0.5λ_c。更详细地，由于通过双折射率调节使TE模式和TM模式光学光程差的变化部分分别为ΔnL_TE＝ΔnL，ΔnL_TM＝ΔnL+0.5λ_c，所以ΔnL_TM-ΔnL_TE＝0.5λ_c。因此，如果初始状态的TE模式和TM模式光学光程差分别为ΔL’_TE＝ΔL’，ΔL’_TM＝ΔL’，则通过双折射率调节就变为ΔL’_TE＝ΔL’+ΔnL，ΔL’_TM＝ΔL’+ΔnL+0.5λ_c。通过双折射率调节过程，第一光波导光学光程差比初始状态仅仅变长了ΔnL。因此，通过调节第二光波导的有效折射率，使第二光波导光学光程差仅仅长ΔnL。由此，使TE模式和TM模式的光学光程差分别为ΔL’_TE＝ΔL’(＝-0.22λ_c)，ΔL’_TM＝ΔL’+0.5λ_c(＝0.28λ_c)。

接着，通过双折射率调节装置194调节第二干涉仪型光开关171光程差生成部134第二光波导的双折射率，使得TM模式光学光程差变成比TE模式光学光程差长0.5λ_c。更详细地，由于通过双折射率调节使TE模式和TM模式光学光程差的变化部分分别为ΔnL_TE＝ΔnL，ΔnL_TM＝ΔnL+0.5λ_c，所以ΔnL_TM-ΔnL_TE＝0.5λ_c。因此，如果初始状态的TE模式和TM模式光学光程差分别为ΔL”_TE＝ΔL”，ΔL”_TM＝ΔL”，则通过双折射率调节就变为ΔL”_TE＝ΔL”-ΔnL，ΔL”_TM＝ΔL”-ΔnL-0.5λ_c。这里，之所以符号设为负号，是因为光程差表示第一光波导对第二光波导的相对光程。通过双折射率调节过程，第二光波导的光学光程差比初始状态仅仅长了ΔnL。因此，通过调节第一光波导的有效折射率，使第一光波导光学光程差仅仅长ΔnL。由此，使TE模式和TM模式的光学光程差分别为ΔL”_TE＝ΔL”(＝0.28λ_c)，ΔL”_TM＝ΔL”-0.5λ_c(＝-0.22λ_c)。

作为双折射率调节装置191～194，例如，公知使用激光辐射等光辐射的方法、使用薄膜加热器的方法、安装施加应力膜的方法、改变波导形状的方法、局部改变波导材质的方法等多种方法，以及能够使用任意的装置。

通过切割切出制作该干涉仪型光开关的芯片，在硅基板161的下部配设散热板(未图示)，在输入输出波导101～104上连接单模式光纤(未图示)，在薄膜加热器141上连接供电引线(未图示)，由此做成2输入2输出光开关模块。

说明从如此制作的光模块的输入波导101输入光以及切换从输出端口103(第一输出端口)和104(第二输出端口)输出的极化波的操作。在初始关断状态下，对于第一干涉仪型光开关170光程差生成部的光学光程差，其TE模式是ΔL’_TE＝ΔL’(＝-0.22λ_c)，TM模式是ΔL’_TM＝ΔL’+0.5λ_c(＝0.28λ_c)，对于第二干涉仪型光开关171光程差生成部的光学光程差，其TE模式是ΔL”_TE＝ΔL”(＝0.28λ_c)，TM模式是ΔL”_TM＝ΔL”-0.5λ_c(＝-0.22λ_c)。

在该关断状态下，对于TE模式，第一干涉仪型光开关170变成交叉状态，第二干涉仪型光开关171变成条形状态。图32A表示在本实施方式干涉仪型光开关处于关断状态之TE模式透过率的波长依赖性。从输入波导101输入的TE光从干涉仪型光开关170的交叉端口完全透过，从输出波导104(第二输出端口)输出。另一方面，由于被干涉仪型光开关170的直通端口和干涉仪型光开关171的交叉端口遮断，因此不从输出波导103(第一输出端口)中输出TE光。

在该关断状态下，对于TM模式，第一干涉仪型光开关170变成条形状态，第二干涉仪型光开关171变成交叉状态。图32B表示在关断状态之TM模式透过率的波长依赖性。从输入波导101输入的TM光从干涉仪型光开关170的直通端口和干涉仪型光开关171的交叉端口透过，从输出波导103(第一输出端口)输出。另一方面，由于被干涉仪型光开关170的交叉端口遮断，因此不从输出波导104(第二输出端口)中输出TM光。

接着，给薄膜加热器141和143通电，变成接通状态。对于第一干涉仪型光开关170光程差生成部131的光学光程差，其TE模式是ΔL’_TE＝ΔL’+0.5λ_c(＝0.28λ_c)，TM模式是ΔL’_TM＝ΔL’+1.0λ_c(＝0.78λ_c)，对于第二干涉仪型光开关171光程差生成部134的光学光程差，其TE模式是ΔL”_TE＝ΔL”+0.5λ_c(＝0.78λ_c)，TM模式是ΔL”_TM＝ΔL”(＝0.28λ_c)。

在该接通状态下，对于TE模式，第一干涉仪型光开关170变成条形状态，第二干涉仪型光开关171变成交叉状态。图33A表示在本实施方式干涉仪型光开关处于接通状态之TE模式透过率的波长依赖性。从输入波导101输入的TE光从干涉仪型光开关170的直通端口和干涉仪型光开关171的交叉端口透过，从输出波导103(第一输出端口)输出。另一方面，由于被干涉仪型光开关170的交叉端口遮断，因此不从输出波导104(第二输出端口)中输出TE光。

在该接通状态下，对于TM模式，第一干涉仪型光开关170变成交叉状态，第二干涉仪型光开关171变成条形状态。图33B表示在接通状态之TM模式透过率的波长依赖性。从输入波导101输入的TM光从干涉仪型光开关170的交叉端口完全透过，从输出波导104(第二输出端口)输出。另一方面，由于被干涉仪型光开关170的直通端口和干涉仪型光开关171的交叉端口遮断，因此不从输出波导103(第一输出端口)中输出TM光。

如上述，本实施方式是在安装了其输出相位差具有波长依赖性之相位生成耦合器的干涉仪型光开关上进行双折射率调节的一个例子。如本实施方式那样，在TE模式和TM模式中，通过使马赫-曾德干涉仪光程差生成部的光学光程差尽可能不同于半波长，能够起极化光束开关的作用。显然，也能够采用在本实施方式说明之外的形式。通过进行双折射率调节，在TE模式和TM模式下，通过使马赫-曾德干涉仪光程差生成部的光学光程差正好一致，能够实现极化光依赖性小的干涉仪型光开关。

(其他实施方式)

本发明各个实施方式中说明的干涉仪型光开关可以以单体作为光开关使用，通过多个组合这些光开关，其可以作为分接开关、选通开关、双选通开关和1×2开关等构成要素使用。通过将本发明干涉仪型光开关作为至少一个基本构成元件使用，可以构成诸如N×N矩阵开关(参考图34A)、树形开关(参考图34B)、1×N分接开关、由M个1×N开关和N个M×1耦合器构成的DC(Delivery and Coupling：分集和耦合)开关、ROADM(可重构OADM)开关等的M×N大规模光开关。其不仅可以作为光开关的功能，还可以通过与AWG组合来构成光分插复用(OADM)回路。

而且，在图34A、图34B中，180-1a～8a是输入波导，181-1b～8b是输出波导，182是光开关基本构成元件，183是光开关基本构成元件的交叉，184是1×2开关，185是选通开关。

在本实施方式中，尽管示出了适用于包括极化光束开关、极化光束分离器、极化光束耦合器等干涉仪型光开关和可变光衰减器的例子，但本发明能够适用于任意的回路。而且，通过组合应用本发明的干涉仪型光开关和可变光衰减器能够起用作为一个光回路的功能。在本发明的各个实施方式中，尽管示出了适用于光程差生成部为一个的马赫-曾德干涉仪的例子，但即使为具有2个以上之光程差生成部的结构，通过应用同样的原理，也能够获得与波长无关的各种波导光回路。例如，在光栅(lattice)滤波器、多光束干涉滤波器、横向滤波器、迈可尔逊干涉仪型滤波器、法布里-佩洛干涉仪型滤波器、带有环谐振器的滤波器等各种波导型光回路中能够应用本发明的原理。在各个实施方式中说明的光学光程差是构成光程差生成部之光波导的光学光程差，是考虑了包含波长依赖性之光波导的折射率和双折射率后的光程差。这样，通过使用光合分波装置的输出相位差以及将由光程差生成部的光程差引起的相位差设定为不依赖于波长，能够获得与波长无关的各种波导光回路。显然，本发明不局限于波长依赖性，也能够消除频率依赖性。

在上述的各个实施方式中，使用在硅基板上形成干涉仪型光开关和可变光衰减器的石英系列光波导来在图35A-35E所示那样的工序中进行制作。就是说，在硅基板161上用火焰堆积法堆积以SiO₂为主体的下部包覆玻璃堆162以及在SiO₂上添加GeO₂的芯玻璃堆163(图35A)。此后，在1000℃以上的高温下进行玻璃的透明化。此时，进行玻璃堆积(图35B)，使得下部包覆玻璃层164、芯玻璃165变成设计厚度。接着，使用光刻技术在芯玻璃165上形成刻蚀掩模166(图35C)，通过反应性离子刻蚀进行芯玻璃165的图形化(图35D)。在除去刻蚀掩模166之后，再次用火焰堆积法形成上部包覆玻璃167。通过在上部包覆玻璃167中添加B₂O₃或者P₂O₃等掺杂物使得玻璃的转移温度降低，以及还使上部包覆玻璃167进入各个芯玻璃165和芯玻璃165的狭小隙间(图35E)。而且，在上部包覆玻璃167的表面上图形形成薄膜加热器(未图示)和与此连接的电气布线(未图示)。

各个实施方式中述及的光模块按下述进行组装(参考图36)。即，光模块在热传导性良好的壳体701内部用固定螺钉703固定珀耳帖(Peltier)保持板702，并在其附近在通过掘削珀耳帖保持板702制作的凹部上配置珀耳帖元件和温度传感器(热电对)(未图示)。在珀耳帖元件和温度传感器的正上方，按现在那样配置由上述各个实施方式所示的干涉仪型光开关或者可变光衰减器构成的芯片704。在芯片704的端部用粘结剂粘接玻璃板705，粘结使得与保持光纤706的光纤部件(block)707光耦合。光纤706用绝热弹性粘结剂708粘结在壳体701边缘设置的凹部上，保持使得将具有光纤涂层709的光纤套管710嵌入壳体701。芯片704用绝热弹性粘结剂708被粘结在珀耳帖保持板上。最后，加上盖子使得将此覆盖并用螺旋夹住，由此组装了本发明的光模块。盖子和螺旋夹部未图示。这是模块化的一个例子。在上述本发明的各个实施方式中，尽管输入波导和输出波导从芯片上不同端面上取出，但显然，可以布图回路使得来自于同一端面。如果这样，能够仅仅用一个光纤部件来将输入波导和输出波导与光纤连接。

尽管也有制作与本发明回路不同的独立芯片的情况，但可以通过在芯片之间将这些回路进行直接连接来做成一个芯片，也可以在多个芯片之间耦合光来形成光模块。可以在各个芯片的每个上制作各种光模块以及在光模块之间用光纤进行耦合。而且，可以在一个壳体内部制作光模块，将上述2个以上的芯片分别保持在珀耳帖保持板上。

本发明干涉仪型光开关或者可变光衰减器的形式与光波导的种类、形状、材料、折射率、制作方法无关。例如，波导材料可以是聚酰亚胺、硅、半导体、LiNbO₂等，基板材质可以是石英等。例如，本发明可使用的制造方法是旋涂法、溶胶-凝胶法、溅射法、CVD法、离子扩散法、离子束直接描绘法等。在本发明各个实施方式中，尽管使用了正方形的光波导，但也能够使用长方形、多边形、圆形等任意形状。例如，能够部分地改变光波导的芯宽度，将折射率做成与其他部分不同的值。能够在光波导上施加应力来改变折射率的值。而且，本回路尽管使用了石英系列光波导，但也可以使得透过不同的材料。例如，在光波导中可以包括硅树脂等材料，也可以包括聚酰亚胺波长板。而且也可以使用各种温度补偿法和极化光依赖性降低法。

还能够使用激光辐射等光辐射法或者薄膜加热器等局部加热法来局部改变光波导的折射率以及调节光学光程差和光合分波装置的耦合特性和相位特性。尽管在光开关操作中使用了由薄膜加热器引起的热光效应，但不局限于此，例如，可以使用光辐射，可以使用电光效应和磁光效应等。显然其区域的形状是任意的。

而且，不局限于平面型光波导，例如可以使用叠层光波导或者光纤等来构成光波导，可以通过组合平面光波导和光纤等多种光波导来构成。在光波导中可以形成分级，光波导在中途可以被分割分断。显然，本发明干涉仪型光开关和可变光衰减器不限定于光波导，其可以在其空间传输光的空间光学系统中构成干涉回路。例如，该空间光学系统可以由半透明镜、全反射镜、多层膜等构成。这样，即使使用空间光学系统，也能够实现与用光波导构成回路的情况相同的效果。在上述各个实施方式中，干涉仪型光开关和可变光衰减器是本发明构成的一个例子，不限定于这些构成。

上面，由各个实施方式中使用的N+1个光耦合器和邻接光耦合器夹着的N个光程差生成部构成的光合分波装置是相位生成耦合器的构成例子，作为光合分波装置，还可以使用例如多光束干涉滤波器、横向滤波器、迈可尔逊干涉仪型滤波器、法布里-佩洛干涉仪型滤波器、带有环谐振器的滤波器等各种滤波器结构。而且，作为光合分波装置，可以使用构成相位生成耦合器的光耦合器以及在本发明各个实施方式中述及的方向性耦合器之外的多模式干涉耦合器、可变耦合器、X分支耦合器、Y分支耦合器等任意种类的耦合器，也能够使用它们的组合。而且，上述光合分波装置提供的耦合率或者光程差生成部之光程差值的计算方法也是一个例子。对于这些所利用的形式，可以求得最佳值。当具有多个相位生成耦合器的构成法和最佳值时，可以通过考虑大小、制造容限、剩余损失等来选择最优选的形式。

尽管例示说明了本发明优选实施方式和其变形例，但本发明实施方式是不局限于上述例示。只要是在权利要求所记载的范围内，则其构成部件的置换、变更、追加、个数的增减、形状改变等各种变形都被包含在本发明的实施方式中。

产业上的实用可能性

随着多媒体时代的到来，实现有效处理大量信息的网络正变成大的课题。通过包括使存取系统光化，该存取系统用光纤连接各个家庭和网络，在今后灵活构建具有有效结构之网络时，采用光的波分复用(WDM)技术是不可缺少的。本来，光部件具有数个THz宽的带宽，现在的网络只不过利用其一部分。如果能够通过波分复用来分割使用该带宽，则在以容量扩大为主的多媒体通信中能够实现大量且容易获取多种必要信息的网络。

近年来，使用光开关的光交叉连接系统和光分插复用系统是WDM技术的关键装置，可预见有很多需要。本发明干涉仪型光开关和可变光衰减器不仅能够在这些光系统中使用，作为光开关元件，还能够在很多领域中使用。

Claims (104)

1、一种干涉仪型光开关，其特征在于，由波导型光回路构成，该波导型光回路包括：第一光合分波装置；由在所述第一光合分波装置上连接的2根光波导构成的光程差生成部；在所述光程差生成部上连接的第二光合分波装置；在所述第一光合分波装置上连接的一个或者多个输入波导；在所述第二光合分波装置上连接的一个或者多个输出波导；在所述光程差生成部上设置的移相器，

所述第一光合分波装置或者所述第二光合分波装置的至少一个是其输出相位差具有波长依赖性的相位生成耦合器。

2、根据权利要求1所述的干涉仪型光开关，其特征在于，设光的波长为λ，由所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，由所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述第一光合分波装置的输出相位差、所述第二光合分波装置的输出相位差、以及所述光程差生成部的光学光程差ΔL，使得所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}变成与波长无关。

3、根据权利要求2所述的干涉仪型光开关，其特征在于，所述第一光合分波装置的输出相位差φ₁(λ)和所述第二光合分波装置的输出相位差φ₂(λ)之和是ΔL/λ+m/2(m是整数)。

4、根据权利要求2所述的干涉仪型光开关，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为(2m’+1)π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。

5、根据权利要求2所述的干涉仪型光开关，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为2m’π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比的总和变为1。

6、根据权利要求1所述的干涉仪型光开关，其特征在于，设光的波长为λ，从所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，从所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}，使得所述波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。

7、根据权利要求1所述的干涉仪型光开关，其特征在于，所述相位生成耦合器通过连接光耦合器和光程差生成部而构成。

8、根据权利要求7所述的干涉仪型光开关，其特征在于，设光的波长为λ，由所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，由所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述第一光合分波装置的输出相位差、所述第二光合分波装置的输出相位差、以及所述光程差生成部的光学光程差ΔL，使得所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}变成与波长无关。

9、根据权利要求8所述的干涉仪型光开关，其特征在于，所述第一光合分波装置的输出相位差φ₁(λ)和所述第二光合分波装置的输出相位差φ₂(λ)之和是ΔL/λ+m/2(m是整数)。

10、根据权利要求8所述的干涉仪型光开关，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为(2m’+1)π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。

11、根据权利要求8所述的干涉仪型光开关，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为2m’π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比的总和变为1。

12、根据权利要求7所述的干涉仪型光开关，其特征在于，设光的波长为λ，从所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，从所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}，使得所述波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。

13、根据权利要求7所述的干涉仪型光开关，其特征在于，所述相位生成耦合器由N+1个(N是自然数)光耦合器和邻接的所述光耦合器夹着的N个光程差生成部构成。

14、根据权利要求13所述的干涉仪型光开关，其特征在于，设光的波长为λ，由所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，由所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述第一光合分波装置的输出相位差、所述第二光合分波装置的输出相位差、以及所述光程差生成部的光学光程差ΔL，使得所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}变成与波长无关。

15、根据权利要求14所述的干涉仪型光开关，其特征在于，所述第一光合分波装置的输出相位差φ₁(λ)和所述第二光合分波装置的输出相位差φ₂(λ)之和是ΔL/λ+m/2(m是整数)。

16、根据权利要求14所述的干涉仪型光开关，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为(2m’+1)π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。

17、根据权利要求14所述的干涉仪型光开关，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为2m’π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比的总和变为1。

18、根据权利要求13所述的干涉仪型光开关，其特征在于，设光的波长为λ，从所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，从所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}，使得所述波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。

19、根据权利要求7所述的干涉仪型光开关，其特征在于，所述第一光合分波装置或者所述第二光合分波装置当中的一个是相位差2πφ_c(常数)的光耦合器，另一个是由2个光耦合器和该2个光耦合器夹着的一个光程差生成部构成的相位差2πφ(λ)的相位生成耦合器，

如果所述光程差生成部的光学光程差为ΔL，m为整数，则设定构成所述相位生成耦合器的2个光耦合器的分支比和一个光程差生成部的光学光程差，使得满足：

φ(λ)＝ΔL/λ+m/2-φ_c               (数学式11)。

20、根据权利要求19所述的干涉仪型光开关，其特征在于，将所述第一光合分波装置和第二光合分波装置的输出相位差以及由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)的总和2π{φ(λ)+φΔ_L(λ)+φ_c(λ)}设定为(2m’+1)π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。

21、根据权利要求19所述的干涉仪型光开关，其特征在于，将所述第一光合分波装置和第二光合分波装置的输出相位差以及由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)的总和2π{φ(λ)+φΔ_L(λ)+φ_c(λ)}设定为2m’π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比之和变为1。

22、根据权利要求19所述的干涉仪型光开关，其特征在于，设光的波长为λ，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，则设定所述3个相位差的总和2π{φ(λ)+φΔ_L(λ)+φ_c(λ)}，使得所述波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。

23、根据权利要求7所述的干涉仪型光开关，其特征在于，所述第一光合分波装置和所述第二光合分波装置分别是由2个光耦合器和所述2个光耦合器夹着的一个光程差生成部构成的相位生成耦合器，

如果所述光程差生成部的光学光程差为ΔL，m为整数，则设定构成所述第一光合分波装置和所述第二光合分波装置的各自的2个光耦合器的分支比和一个光程差生成部的光学光程差，使得所述第一光合分波装置的输出相位差2πφ₁(λ)和所述第二光合分波装置的输出相位差2πφ₂(λ)之和满足：

φ₁(λ)+φ₂(λ)＝ΔL/λ+m/2          (数学式12)。

24、根据权利要求23所述的干涉仪型光开关，其特征在于，将所述第一光合分波装置和第二光合分波装置的输出相位差以及由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为(2m’+1)π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。

25、根据权利要求23所述的干涉仪型光开关，其特征在于，将所述第一光合分波装置和第二光合分波装置的输出相位差以及由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为2m’π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比之和变为1。

26、根据权利要求23所述的干涉仪型光开关，其特征在于，设光的波长为λ，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，则设定所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}，使得所述波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。

27、根据权利要求7所述的干涉仪型光开关，其特征在于，所述第一光合分波装置和所述第二光合分波装置分别是由N+1个(N为自然数)光耦合器以及邻接的所述光耦合器夹着的由第一和第二之2根光波导(延迟线)构成的N个光程差生成部构成的相位生成耦合器，

如果构成所述第一光合分波装置之N个光程差生成部的第一光波导的光学光程差总和为∑δ1_1，1，第二光波导的光学光程差总和为∑δ1_2，1，构成所述第二光合分波装置之N个光程差生成部的第一光波导的光学光程差总和为∑δ1_1，2，第二光波导的光学光程差总和为∑δ1_2，2，则所述光学光程差的总和满足(∑δ1_1，1＞∑δ1_2，1且∑δ1_1，2＞∑δ1_2，2)或者(∑δ1_2，1＞∑δ1_1，1且∑δ1_2，2＞∑δ1_1，2)的任何一个。

28、根据权利要求27所述的干涉仪型光开关，其特征在于，设光的波长为λ，由所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，由所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述第一光合分波装置的输出相位差、所述第二光合分波装置的输出相位差、以及所述光程差生成部的光学光程差ΔL，使得所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}变成与波长无关。

29、根据权利要求28所述的干涉仪型光开关，其特征在于，所述第一光合分波装置的输出相位差φ₁(λ)和所述第二光合分波装置的输出相位差φ₂(λ)之和是ΔL/λ+m/2(m是整数)。

30、根据权利要求28所述的干涉仪型光开关，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为(2m’+1)π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。

31、根据权利要求28所述的干涉仪型光开关，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为2m’π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比的总和变为1。

32、根据权利要求27所述的干涉仪型光开关，其特征在于，设光的波长为λ，从所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，从所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}，使得所述波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。

33、根据权利要求27所述的干涉仪型光开关，其特征在于，将所述第一光合分波装置的N+1个光耦合器的分支比和所述第二光合分波装置的N+1个光耦合器的分支比设定为相等的值。

34、根据权利要求33所述的干涉仪型光开关，其特征在于，

所述第一光合分波装置的输出相位差φ₁(λ)和所述第二光合分波装置的输出相位差φ₂(λ)之和是ΔL/λ+m/2(m是整数)，

设光的波长为λ，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，则设定所述第一光合分波装置的输出相位差、所述第二光合分波装置的输出相位差、以及所述光程差生成部的光学光程差ΔL，使得2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}变成(2m’+1)π(m’是整数)，

设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。

35、根据权利要求33所述的干涉仪型光开关，其特征在于，

所述第一光合分波装置的输出相位差φ₁(λ)和所述第二光合分波装置的输出相位差φ₂(λ)之和是ΔL/λ+m/2(m是整数)，

设光的波长为λ，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，则设定所述第一光合分波装置的输出相位差、所述第二光合分波装置的输出相位差、以及所述光程差生成部的光学光程差ΔL，使得2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}变成2m’π(m’是整数)，

设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比之和变为1。

36、根据权利要求33所述的干涉仪型光开关，其特征在于，设光的波长为λ，从所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，从所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}，使得所述波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。

37、根据权利要求7所述的干涉仪型光开关，其特征在于，所述第一光合分波装置和所述第二光合分波装置分别是由N+1个(N是自然数)光耦合器和邻接的所述光耦合器夹着的N个光程差生成部构成的相位生成耦合器，

将所述第一光合分波装置的N+1个光耦合器的分支比和所述第二光合分波装置的N+1个光耦合器的分支比设定为相等的值。

38、根据权利要求37所述的干涉仪型光开关，其特征在于，设光的波长为λ，由所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，由所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述第一光合分波装置的输出相位差、所述第二光合分波装置的输出相位差、以及所述光程差生成部的光学光程差ΔL，使得所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}变成与波长无关。

39、根据权利要求38所述的干涉仪型光开关，其特征在于，所述第一光合分波装置的输出相位差φ₁(λ)和所述第二光合分波装置的输出相位差φ₂(λ)之和是ΔL/λ+m/2(m是整数)。

40、根据权利要求38所述的干涉仪型光开关，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为(2m’+1)π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。

41、根据权利要求38所述的干涉仪型光开关，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为2m’π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比的总和变为1。

42、根据权利要求37所述的干涉仪型光开关，其特征在于，设光的波长为λ，从所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，从所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}，使得所述波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。

43、一种可变光衰减器，其特征在于，通过使权利要求1所述的干涉仪型光开关的输出强度可变而使用。

44、根据权利要求43所述的可变光衰减器，其特征在于，设光的波长为λ，由所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，由所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述第一光合分波装置的输出相位差、所述第二光合分波装置的输出相位差、以及所述光程差生成部的光学光程差ΔL，使得所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}变成与波长无关。

45、根据权利要求44所述的可变光衰减器，其特征在于，所述第一光合分波装置的输出相位差φ₁(λ)和所述第二光合分波装置的输出相位差φ₂(λ)之和是ΔL/λ+m/2(m是整数)。

46、根据权利要求44所述的可变光衰减器，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为(2m’+1)π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。

47、根据权利要求44所述的可变光衰减器，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为2m’π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比的总和变为1。

48、根据权利要求43所述的可变光衰减器，其特征在于，设光的波长为λ，从所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，从所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}，使得所述波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。

49、根据权利要求43所述的可变光衰减器，其特征在于，所述相位生成耦合器通过连接光耦合器和光程差生成部而构成。

50、根据权利要求49所述的可变光衰减器，其特征在于，设光的波长为λ，由所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，由所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述第一光合分波装置的输出相位差、所述第二光合分波装置的输出相位差、以及所述光程差生成部的光学光程差ΔL，使得所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}变成与波长无关。

51、根据权利要求50所述的可变光衰减器，其特征在于，所述第一光合分波装置的输出相位差φ₁(λ)和所述第二光合分波装置的输出相位差φ₂(λ)之和是ΔL/λ+m/2(m是整数)。

52、根据权利要求50所述的可变光衰减器，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为(2m’+1)π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。

53、根据权利要求50所述的可变光衰减器，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为2m’π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比的总和变为1。

54、根据权利要求49所述的可变光衰减器，其特征在于，设光的波长为λ，从所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，从所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}，使得所述波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。

55、根据权利要求49所述的可变光衰减器，其特征在于，所述相位生成耦合器由N+1个(N是自然数)光耦合器和邻接的所述光耦合器夹着的N个光程差生成部构成。

56、根据权利要求55所述的可变光衰减器，其特征在于，设光的波长为λ，由所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，由所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述第一光合分波装置的输出相位差、所述第二光合分波装置的输出相位差、以及所述光程差生成部的光学光程差ΔL，使得所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}变成与波长无关。

57、根据权利要求56所述的可变光衰减器，其特征在于，所述第一光合分波装置的输出相位差φ₁(λ)和所述第二光合分波装置的输出相位差φ₂(λ)之和是ΔL/λ+m/2(m是整数)。

58、根据权利要求56所述的可变光衰减器，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为(2m’+1)π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。

59、根据权利要求50所述的可变光衰减器，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为2m’π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比的总和变为1。

60、根据权利要求55所述的可变光衰减器，其特征在于，设光的波长为λ，从所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，从所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}，使得所述波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。

61、根据权利要求49所述的可变光衰减器，其特征在于，所述第一光合分波装置或者所述第二光合分波装置当中的一个是相位差2πφ_c(常数)的光耦合器，另一个是由2个光耦合器和该2个光耦合器夹着的一个光程差生成部构成的相位差2πφ(λ)的相位生成耦合器，

如果所述光程差生成部的光学光程差为ΔL，m为整数，则设定构成所述相位生成耦合器的2个光耦合器的分支比和一个光程差生成部的光学光程差，使得满足：

φ(λ)＝ΔL/λ+m/2-φ_c        (数学式13)。

62、根据权利要求61所述的可变光衰减器，其特征在于，将所述第一光合分波装置和第二光合分波装置的输出相位差以及由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)的总和2π{φ(λ)+φΔ_L(λ)+φ_c(λ)}设定为(2m’+1)π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。

63、根据权利要求61所述的可变光衰减器，其特征在于，将所述第一光合分波装置和第二光合分波装置的输出相位差以及由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)的总和2π{φ(λ)+φΔ_L(λ)+φ_c(λ)}设定为2m’π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比之和变为1。

64、根据权利要求61所述的可变光衰减器，其特征在于，设光的波长为λ，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，则设定所述3个相位差的总和2π{φ(λ)+φΔ_L(λ)+φ_c(λ)}，使得所述波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。

65、根据权利要求49所述的可变光衰减器，其特征在于，所述第一光合分波装置和所述第二光合分波装置分别是由2个光耦合器和所述2个光耦合器夹着的一个光程差生成部构成的相位生成耦合器，

如果所述光程差生成部的光学光程差为ΔL，m为整数，则设定构成所述第一光合分波装置和所述第二光合分波装置的各自的2个光耦合器的分支比和一个光程差生成部的光学光程差，使得所述第一光合分波装置的输出相位差2πφ₁(λ)和所述第二光合分波装置的输出相位差2πφ₂(λ)之和满足：

φ₁(λ)+φ₂(λ)＝ΔL/λ+m/2        (数学式14)。

66、根据权利要求65所述的可变光衰减器，其特征在于，将所述第一光合分波装置和第二光合分波装置的输出相位差以及由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为(2m’+1)π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。

67、根据权利要求65所述的可变光衰减器，其特征在于，将所述第一光合分波装置和第二光合分波装置的输出相位差以及由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为2m’π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比之和变为1。

68、根据权利要求65所述的可变光衰减器，其特征在于，设光的波长为λ，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，则设定所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}，使得所述波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。

69、根据权利要求49所述的可变光衰减器，其特征在于，所述第一光合分波装置和所述第二光合分波装置分别是由N+1个(N为自然数)光耦合器以及邻接的所述光耦合器夹着的由第一和第二之2根光波导(延迟线)构成的N个光程差生成部构成的相位生成耦合器，

如果构成所述第一光合分波装置之N个光程差生成部的第一光波导的光学光程差总和为∑δ1_1，1，第二光波导的光学光程差总和为∑δ1_2，1，构成所述第二光合分波装置之N个光程差生成部的第一光波导的光学光程差总和为∑δ1_1，2，第二光波导的光学光程差总和为∑δ1_2，2，则所述光学光程差的总和满足(∑δ1_1，1＞∑δ1_2，1且∑δ1_1，2＞∑δ1_2，2)或者(∑δ1_2，1＞∑δ1_1，1且∑δ1_2，2＞∑δ1_1，2)的任何一个。

70、根据权利要求69所述的可变光衰减器，其特征在于，设光的波长为λ，由所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，由所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述第一光合分波装置的输出相位差、所述第二光合分波装置的输出相位差、以及所述光程差生成部的光学光程差ΔL，使得所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}变成与波长无关。

71、根据权利要求70所述的可变光衰减器，其特征在于，所述第一光合分波装置的输出相位差φ₁(λ)和所述第二光合分波装置的输出相位差φ₂(λ)之和是ΔL/λ+m/2(m是整数)。

72、根据权利要求70所述的可变光衰减器，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为(2m’+1)π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。

73、根据权利要求70所述的可变光衰减器，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为2m’π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比的总和变为1。

74、根据权利要求69所述的可变光衰减器，其特征在于，设光的波长为λ，从所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，从所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}，使得所述波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。

75、根据权利要求69所述的可变光衰减器，其特征在于，将所述第一光合分波装置的N+1个光耦合器的分支比和所述第二光合分波装置的N+1个光耦合器的分支比设定为相等的值。

76、根据权利要求75所述的可变光衰减器，其特征在于，

所述第一光合分波装置的输出相位差φ₁(λ)和所述第二光合分波装置的输出相位差φ₂(λ)之和是ΔL/λ+m/2(m是整数)，

设光的波长为λ，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，则设定所述第一光合分波装置的输出相位差、所述第二光合分波装置的输出相位差、以及所述光程差生成部的光学光程差ΔL，使得2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}变成(2m’+1)π(m’是整数)，

设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。

77、根据权利要求75所述的可变光衰减器，其特征在于，

所述第一光合分波装置的输出相位差φ₁(λ)和所述第二光合分波装置的输出相位差φ₂(λ)之和是ΔL/λ+m/2(m是整数)，

设光的波长为λ，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，则设定所述第一光合分波装置的输出相位差、所述第二光合分波装置的输出相位差、以及所述光程差生成部的光学光程差ΔL，使得2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}变成2m’π(m’是整数)，

设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比之和变为1。

78、根据权利要求75所述的可变光衰减器，其特征在于，设光的波长为λ，从所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，从所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}，使得所述波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。

79、根据权利要求49所述的可变光衰减器，其特征在于，所述第一光合分波装置和所述第二光合分波装置分别是由N+1个(N是自然数)光耦合器和邻接的所述光耦合器夹着的N个光程差生成部构成的相位生成耦合器，

将所述第一光合分波装置的N+1个光耦合器的分支比和所述第二光合分波装置的N+1个光耦合器的分支比设定为相等的值。

80、根据权利要求79所述的可变光衰减器，其特征在于，设光的波长为λ，由所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔ_L(λ)，由所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述第一光合分波装置的输出相位差、所述第二光合分波装置的输出相位差、以及所述光程差生成部的光学光程差ΔL，使得所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}变成与波长无关。

81、根据权利要求80所述的可变光衰减器，其特征在于，所述第一光合分波装置的输出相位差φ₁(λ)和所述第二光合分波装置的输出相位差φ₂(λ)之和是ΔL/λ+m/2(m是整数)。

82、根据权利要求80所述的可变光衰减器，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为(2m’+1)π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比在整个波长区域上变为相等。

83、根据权利要求80所述的可变光衰减器，其特征在于，将所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}设定为2m’π(m’是整数)，设定使得所述第一光合分波装置的分支比和所述第二光合分波装置的分支比的总和变为1。

84、根据权利要求79所述的可变光衰减器，其特征在于，设光的波长为λ，从所述第一光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₁(λ)，由所述光程差生成部的光学光程差ΔL引起的相位差为2πφΔL₍λ)，从所述第二光合分波装置输出的光的相位差为2πφ₂(λ)，则设定所述3个相位差的总和2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}，使得所述波导型光回路的输出强度相对于波长λ变成恒定。

85、一种干涉仪型光开关，其特征在于，将多个权利要求1～42中任一项所述的干涉仪型光开关连接成多级。

86、一种可变光衰减器，其特征在于，将多个权利要求43～84中任一项所述的可变光衰减器连接成多级。

87、一种干涉仪型光开关，其特征在于，

具有将多个权利要求1～42中任一项所述的干涉仪型光开关连接成多级的光回路，

第一干涉仪型光开关的2个输出波导当中的一个输出波导连接到第二干涉仪型光开关的输入波导，

将所述第一干涉仪型光开关的输入波导用作为所述光回路的输入端口，

将所述第二干涉仪型光开关的输出波导用作为所述光回路的第一输出端口，

将所述第一干涉仪型光开关的2个输出波导当中的另一个输出波导用作为所述光回路的第二输出端口。

88、一种可变光衰减器，其特征在于，

具有将多个权利要求43～84中任一项所述的可变光衰减器连接成多级的光回路，

第一可变光衰减器的2个输出波导当中的一个输出波导连接到第二可变光衰减器的输入波导，

将所述第一可变光衰减器的输入波导用作为所述光回路的输入端口，

将所述第二可变光衰减器的输出波导用作为所述光回路的第一输出端口，

将所述第一可变光衰减器的2个输出波导当中的另一个输出波导用作为所述光回路的第二输出端口。

89、一种干涉仪型光开关，其特征在于，

具有将多个权利要求1～42中任一项所述的干涉仪型光开关连接成多级的光回路，

第一干涉仪型光开关的2个输出波导当中的一个输出波导连接到第二干涉仪型光开关的输入波导，

所述第一干涉仪型光开关的2个输出波导当中的另一个输出波导连接到第三干涉仪型光开关的输入波导，

将所述第一干涉仪型光开关的输入波导用作为所述光回路的输入端口，

将所述第二干涉仪型光开关的输出波导用作为所述光回路的第一输出端口，

将所述第三干涉仪型光开关的输出波导用作为所述光回路的第二输出端口。

90、一种可变光衰减器，其特征在于，

具有将多个权利要求43～84中任一项所述的可变光衰减器连接成多级的光回路，

第一可变光衰减器的2个输出波导当中的一个输出波导连接到第二可变光衰减器的输入波导，

所述第一可变光衰减器的2个输出波导当中的另一个输出波导连接到第三可变光衰减器的输入波导，

将所述第一可变光衰减器的输入波导用作为所述光回路的输入端口，

将所述第二可变光衰减器的输出波导用作为所述光回路的第一输出端口，

将所述第三可变光衰减器的输出波导用作为所述光回路的第二输出端口。

91、一种干涉仪型光开关，其特征在于，使用在权利要求1～42中任一项所述的至少一个干涉仪型光开关来构成M(M为自然数)个输入N(N为自然数)个输出的光开关。

92、一种可变光衰减器，其特征在于，使用在权利要求43～84中任一项所述的至少一个可变光衰减器来构成M(M为自然数)个输入N(N为自然数)个输出的光开关。

93、根据权利要求1～42中任一项所述的干涉仪型光开关，其特征在于，所述光耦合器是由邻接的2根光波导构成的方向性耦合器。

94、根据权利要求43～84中任一项所述的可变光衰减器，其特征在于，所述光耦合器是由邻接的2根光波导构成的方向性耦合器。

95、根据权利要求1～42中任一项所述的干涉仪型光开关，其特征在于，所述移相器是在光波导上设置的薄膜加热器。

96、根据权利要求43～84中任一项所述的可变光衰减器，其特征在于，所述移相器是在光波导上设置的薄膜加热器。

97、根据权利要求1～42中任一项所述的干涉仪型光开关，其特征在于，所述移相器是在光波导上设置的薄膜加热器，在该薄膜加热器附近形成有绝热沟。

98、根据权利要求43～84中任一项所述的可变光衰减器，其特征在于，所述移相器是在光波导上设置的薄膜加热器，在该薄膜加热器附近形成有绝热沟。

99、根据权利要求1～42中任一项所述的干涉仪型光开关，其特征在于，所述波导型光回路由石英系列玻璃光波导构成。

100、根据权利要求43～84中任一项所述的可变光衰减器，其特征在于，所述波导型光回路由石英系列玻璃光波导构成。

101、根据权利要求1～42中任一项所述的干涉仪型光开关，其特征在于，在所述干涉仪型光开关的光波导上设置了双折射率调节装置，或者进行双折射率的调节。

102、根据权利要求43～84中任一项所述的可变光衰减器，其特征在于，在所述可变光衰减器的光波导上设置了双折射率调节装置，或者进行双折射率的调节。

103、一种光模块，其特征在于，具有：

壳体，其内部具有权利要求1～42中任一项所述的干涉仪型光开关；

光纤，其保持在所述壳体上，对所述干涉仪型光开关进行信号的输入输出。

104、一种光模块，其特征在于，具有：

壳体，其内部具有权利要求43～84中任一项所述的可变光衰减器；

光纤，其保持在所述壳体上，对所述可变光衰减器进行信号的输入输出。

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