KR20050097942A

KR20050097942A - 간섭계형 광 스위치 및 가변 광 감쇠기

Info

Publication number: KR20050097942A
Application number: KR1020057013093A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 미즈노; 히로시 다카하시; 즈토무 기토; 마나부 오구마; ??이치 소우마
Original assignee: 니폰 덴신 덴와 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2005-10-10
Also published as: US20060072866A1; EP1643302A4; EP1643302B1; CN1739059A; CA2506387C; CN100405202C; EP1643302A1; JPWO2005003852A1; WO2005003852A1; JP4105724B2; KR100725638B1; CA2506387A1; US7590312B2

Abstract

광대역에서 스위칭가능한 것과 함께, 고소광비로 제조 허용공차가 큰 간섭계형 광 스위치 및 그것을 이용한 광 스위치 모듈을 제공한다. 광 합/분파 수단으로서 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 위상 생성 커플러(111)를 이용하고, 위상 생성 커플러(111)로부터 출력되는 광의 위상차φ₁(λ), 광로 길이차 부여부(131)의 광로 길이차에 기인하는 위상차 φΔ_L(λ), 및 방향성 결합기(153)로부터 출력되는 광의 위상차 φ₂(λ)의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}이 파장에 의존하지 않고 일정하게 되도록 설정함으로써, 파장 무의존의 간섭계형 광 스위치를 실현한다.

Description

간섭계형 광 스위치 및 가변 광 감쇠기{INTERFERENCE OPTICAL SWITCH AND VARIABLE OPTICAL ATTENUATOR}

본 발명은 광 통신 시스템이나 광 신호 처리 등에 이용되는 간섭계형 광 스위치 및 가변 광 감쇠기에 관한 것으로, 상세하게는 넓은 파장 대역에서 전환 동작이 가능한 도파로형 광 회로에 관한 것이다.

인터넷의 폭발적인 보급에 의해, 통신 회선의 대용량화가 미국을 중심으로 해서 급속히 진전되고 있다. 이 대용량화의 핵심 기술은 파장 분할 다중(Wavelength Division Multiplexing: WDM) 시스템이다. WDM 시스템은 1개의 광 섬유에 복수의 파장이 상이한 신호 광을 동시에 전파(transmitting)시켜 통신 용량을 비약적으로 확대하는 시스템이다. 현재 부설되어 있는 광 통신 시스템은, 개별적으로 노드 사이를 연결하는 포인트 투 포인트 시스템(Point to point system)이지만, 금후(今後)에는 더욱 고기능의 광 크로스 커넥트(Cross connect) 시스템이나 광 애드 드롭 다중(Optical Add/drop multiplexing ; OADM) 시스템의 개발이 진행되고 있다. 광 크로스 커넥트 시스템은, 예를 들면, 전화국 등의 노드 부분에서 전송로의 전환을 수행하는 시스템이며, 광 애드 드롭 다중 시스템은 다중화된 신호 광으로부터 특정 파장을 추출하여 다른 전송로로 분배하거나, 특정 파장에 새로운 신호를 부가하여 송출하는 시스템이다. 따라서, 이러한 시스템은 신호 광의 합파/분파(multiplexing/demultiplexing) 기능 이외에, 광 신호인 채로 광로의 전환 기능을 가능하게 하는 공간 분할형 광 스위치가 필요로 하고 있고, 이는 금후의 광 통신망을 담당할 중요한 부품 중 하나이다.

이와 같은 상용 통신 시스템에서 이용하는 광 스위치에는 소형, 저가, 저소비 전력, 고속 제어성 등의 특성이 요구되고 있다. 또한, 투과율의 파장 의존성이나 편파(偏波) 의존성이 작고, 넓은 파장 대역에서 전환가능한 광 스위치가 요구되고 있다.

각종 광 부품이 연구 개발되고 있는 가운데, 기판 상의 광 도파로를 기본으로 한 도파로형 광 부품은, 양산성, 집적성, 신뢰성이 뛰어난 광 부품으로서 주목받고 있다. 도파로형 광 스위치는 포토리소그래피 기술 및 미세 가공 기술에 의해, 광 파장 이하의 고정밀도로 양호한 재현성으로 양산할 수 있고, 또한 스위치를 구성하는 기본 소자가 소형이기 때문에 대규모화에도 적합하며, 가장 유망한 형태의 광 스위치로 고려되고 있다. 또한, 특히 실리콘 기판 상에 형성된 석영계 광 도파로는 저손실이며, 신뢰성과 확장성도 높기 때문에, 금후의 광 통신 시스템의 구성 부품으로서 기대되고 있다.

종래의 도파로형 광 스위치의 기본 구성요소로서, 마하-젠더(MACH-ZEHNDER) 간섭계가 이용되고 있다. 마하-젠더 간섭계는 2개의 커플러와, 이 2개의 커플러에 개재된 암(arm) 도파로로 구성되어 있다. 암 도파로 상의 박막 히터를 구동하는 것에 의해, 광로를 전환할 수 있다.

(종래 기술의 제1 예)

종래의 도파로형 광 부품에서의 광 스위치는, 광 합/분파 수단과 광로 길이차 부여부로 구성되는 간섭계형 광 스위치이다. 대표적인 간섭계형 광 스위치는 2입력 2출력의 마하-젠더 간섭계이며, 광 스위치의 기본 소자로서 많이 이용되고 있다(문헌1: M.Okuno et a1., "Low-loss and high extinction ratio silica-based 1xN thermo-optic switches" OECC/IOOC 2001 Conference Incorporating ACOFT, pp.39-41, 5 July 2001).

도37은 종래의 마하-젠더 간섭계형 광 스위치의 평면도이다. 이 마하-젠더 간섭계형 광 스위치는, 2개의 방향성 결합기(151, 152), 이들 2개의 방향성 결합기(151, 152)에 개재된 광로 길이차 부여부(131), 광로 길이차 부여부에 형성된 위상 시프터(141), 입력 도파로(101, 102), 및 출력 도파로(103, 104)로 구성되어 있다. 예를 들면, 방향성 결합기(151, 152)로서 분기비(分岐比)가 r=O.5인 3dB 방향성 결합기가 이용되고, 위상 시프터(141)로서 박막 히터가 이용된다. 또한, 2개의 방향성 결합기(151, 152)를 연결하고 있는 2개의 광 도파로(광로 길이차 부여부)의 광학적인 광로 길이차 ΔL은, 신호 광의 파장을 λs(=1.5㎛)라고 하면, ΔL=0.5λs(=0.75㎛)나 ΔL=0·λs=0이 되도록 설정된다. 한편, ΔL은 도37의 광로 길이차 부여부에서, 하측의 도파로에 대한 상측의 도파로의 상대적인 광로 길이차이며, 도파로의 실효 굴절율(實效屈折率)을 포함하는 광학적인 광로 길이차이다. 일반적으로, 초기 상태에서 ΔL이 0.5λs로 설정되어 있는 소자는 비대칭형 마하-젠더 간섭계 광 스위치라고 불리며, 탭 스위치나 게이트 스위치로서 이용된다. 한편, ΔL이 0으로 설정되어 있는 소자는 대칭형 마하-젠더 간섭계 광 스위치라 불리고, 2분기 스위치로서 이용된다.

도38은, 도37에 도시된 마하-젠더 간섭계형 광 스위치의 B-B 선분에 따른 단면도이다. 실리콘 기판(161) 상에는 석영계 글래스로 형성된 클래드(clad) 글래스층(164, 167)이 설치되어 있다. 이 클래드 글래스층(164,167)의 중간층에는 석영계 글래스로 형성된 코어 글래스부(165)가 설치되고, 광 도파로가 형성되어 있다. 또한, 상부 클래드 글래스층(167)의 표면에는 위상 시프터(박막 히터)(141)가 형성되어 있다. 즉, 상기 도파로형 광 부품은 광 도파로 및 박막 히터 등에 의해 형성되어 있다.

다음으로, 도37에 도시한 마하-젠더 간섭계형 광 스위치의 스위칭 동작을 설명하기로 한다.

우선, 비대칭형 스위칭의 경우를 설명한다. 위상 시프터(박막 히터)(141)가 OFF 상태인 경우, 스위치는 바 상태로 있고, 입력 도파로(101)로부터 입력된 신호 광은 출력 도파로(103)로부터 출력되고, 입력 도파로(102)로부터 입력된 신호 광은 출력 도파로(104)로부터 출력된다. 박막 히터(141)를 통전(通電)하여, 열광학 효과에 의해 광학적 광로 길이를 신호 광의 반파장(O.5λs·k(k는 0이외의 정수))에 상당하는 만큼 변화시키면, 광로 길이차는 ΔL+δΔL=0.5λs-0.5λs=O이 된다. 이 위상 시프터(박막 히터)(141)가 ON 상태인 경우, 스위치는 크로스 상태로 있고, 입력 도파로(101)로부터 입력된 신호 광은 출력 도파로(104)로부터 출력되고, 입력 도파로(102)로부터 입력된 신호 광은 출력 도파로(103)로부터 출력된다. 이와 같이, 박막 히터에 의한 가열의 유무에 의해, 광로 길이차 부여부(131)의 광학적 광로 길이를 변화시킴으로써, 광로의 전환을 수행할 수 있다.

다음으로, 대칭형 스위치의 경우를 설명한다. 위상 시프터(박막 히터)(141)가 OFF 상태인 경우, 스위치는 크로스 상태로 있고, 신호 광은 크로스 포트(cross port)(101=>104, 또는 102=>103)로부터 출력된다. 박막 히터(141)를 통전하여, 광학적 광로 길이차를 ΔL+δΔL=0.5λs로 한 ON 상태에서는, 스위치는 바 상태로 전환되고, 신호 광은 쓰루 포트(through port)(101⇒103 또는 102⇒104)로부터 출력된다.

대칭형을 이용한 2분기 스위치에서는, 광(光)을 입력 도파로(101)로부터 입력했다고 하면, 신호 광은 OFF 상태에서는 크로스 포트(출력 도파로(104))로부터 출력되고, 쓰루 포트(출력 도파로(103))로부터는 출력되지 않는다. 이와 반대로, ON 상태에서는 신호 광은 쓰루 포트(출력 도파로(103))로부터 출력되고, 크로스 포트(출력 도파로(104))로부터는 출력되지 않는다. 이와 같이, 2분기 스위치는 초기의 OFF 상태에서 크로스 포트로부터 출력되도록 되어 있으며, 박막 히터의 가열에 의해 출력을 쓰루 포트로 전환하고 있다.

비대칭형을 이용한 탭 스위치는 2분기 스위치와 반대의 스위칭 동작을 하며, 초기의 OFF 상태에서는 쓰루 포토로부터 출력되도록 되어 있으며, 박막 히터의 가열에 의해 출력을 크로스 포트로 전환하고 있다. 또한, 비대칭형을 이용한 게이트 스위치는 탭 스위치의 크로스 포트만을 사용한다. 초기의 OFF 상태에서는 크로스 포트로부터는 출력되지 않고, 박막 히터의 가열에 의해 ON 상태로 되면, 신호 광은 크로스 포트로부터 출력된다. 대칭형과 비대칭형 모두 광 스위치의 기본 소자로서 이용된다. 그러나, 특히 비대칭형인 경우에는, 제1 및 제2 방향성 결합기(151, 152)의 분기비가 동일하면, 고소광비(extinction ratio)를 유지할 수 있는 특징이 있기 때문에, 광 결합기의 제조 오차에 대하여 강하다는 이점이 있다.

이러한 간섭계형 광 스위치는 1×1형 스위치나 광통신 시스템에 장해가 발생한 경우에 현용계(現用系)로부터 예비계로의 전환에 이용되는 1×2형 광 스위치로서 이용되고 있다. 또한, 단독으로 이용될 뿐만 아니라, 소광비를 높이도록, 마하-젠더 간섭계형 광 스위치의 일측의 출력에, 동일한 구성의 마하-젠더 간섭계형 광 스위치를 종속적으로 접속하는 구성도 보고되고 있다(문헌2: T.Goh et a1.,"High-extinction ratio and low-loss silica-based 8x8 thermooptic matrix switch," IEEE Photonics technology letters 1998, Vol.10, pp.358-360).

또한, 박막 히터의 통전시의 소비 전력을 저감하기 위해서, 위상 시프터의 양단에 단열 홈구조를 설치한 구성도 보고되고 있다(문헌3: 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).

또한, 상기 마하-젠더 간섭계형 광 스위치를 기본 구성 소자로 하고, 이들을 복수 조합함으로써 N×N 매트릭스 광 스위치(문헌4: T.Goh et al., "Low-loss & and high-extinction-ratio silica-based strictly nonblocking 16xl6 thermooptic matrix switch" IEEE Photonics Technology Letters 1998, Vo1.10, No.6, pp.810 -812), 1×N 탭형 광 스위치(문헌1), 1×N 트리형 광 스위치(문헌5: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) 스위치 등의 M×N 대규모 광 스위치를 구성할 수도 있다.

(종래 기술의 제2 예)

도39는 종래의 파장 무의존 광 스위치(Wavelength insensitive Switch: WINS)를 도시한다. WINS는 제1 기본 회로(190)에, 제1 기본 회로(190)에 대하여 점대칭으로 되는 제2 기본 회로가 접속된 구성을 하고 있다. 여기서, 제1 기본 회로(190)는 2개의 방향성 결합기(151, 152)와, 이들 2개의 방향성 결합기(151, 152)에 개재된 광로 길이차 부여부(134)로 구성되는 파장 무의존 커플러(Wavelength Insensitive Coupler; WINC)이다.

방향성 결합기(151, 154)의 분기비는 r₁=0.8, 방향성 결합기(152, 153)의 분기비는 r₂=0.3, 광로 길이차 부여부(134)의 광학적 광로 길이차는 ΔL₁(=-ΔL₃)=0.32㎛이며, 제1 기본 회로(190)와, 이에 대하여 점대칭으로 되는 제2 기본 회로에 개재된 2개의 도파로는 광로 길이차 부여부(135)를 형성하고, 그 광학적 광로 길이차는 ΔL₂=0으로 설정되어 있다. 단, 광로 길이차는 일측의 광 도파로(동도에서는 하측의 광로)에 대한 타측의 광 도파로의 상대적인 광로 길이차를 나타내고 있다. 광로 길이차 부여부(135)의 광 도파로 상에는 위상 시프터(박막 히터)(142)가 형성되어 있으며, 이 박막 히터를 통전함으로써 전환 동작을 수행할 수 있다.

이 회로는, 종래의 대칭형 마하-젠더 간섭계 스위치(도37)의 방향성 결합기(151, 152)를 각각 WINC로 전환한 회로라고 간주할 수 있다. 종래의 방향성 결합기의 분기비는 파장 의존성을 갖기 때문에, 3dB 커플러, 즉, 분기비 0.5의 커플러로서 기능하는 파장 범위는 한정되어 있다. 대칭형 마하-젠더 간섭계 스위치의 소광비가 높아지는 것은, 방향성 결합기(151, 152)의 합계가 완전 결합 길이로 될 때이기 때문에, 방향성 결합기(151, 152)의 분기비가 각각 0.5보다 작거나, 또는 커지면 소광비는 열화한다. 이에 반해, 도39의 회로는 WINC을 이용하고 있기 때문에, 파장에 의존하지 않고 분기비를 약 O.5로 할 수 있다. WINS는 광 결합기의 분기비의 파장 의존성이 작은 WINC을 이용하기 때문에, 종래의 대칭형 마하-젠더 간섭계 스위치보다 넓은 파장 대역에서 스위칭될 수 있다. 그러나, 실제로는 제조 오차 등에 의해, 넓은 파장 대역에 걸쳐 WINC의 분기비를 0.5로 유지하기 곤란하고, 분기비의 편차에 의해 파장 특성은 열화된다.

따라서, WINS를 구성하는 2개의 WINC의 분기비를 조정할 수 있도록 WINC의 광로 길이차 부여부(134, 136)에 미세 조정용 위상 시프터(박막 히터)(141, 143)를 형성하였다(도40). WINS는 대칭형이기 때문에, 박막 히터를 구동하지 않는 초기 상태에서는, WINS는 크로스 상태로 있고, 입력 도파로(101)로부터 입력된 신호 광은 출력 도파로(104)로부터 출력된다. 여기서, 광로 길이차 부여부의 박막 히터(141, 142, 143)를 통전하여, 열광학 효과에 의해 광학적인 광로 길이를 각각 δΔL₁, δΔL₂, δΔL₃ 만큼 변화시키면, WINS는 바 상태로 되고, 입력 도파로(101)로부터 입력된 신호 광은 출력 도파로(103)로부터 출력되고, 출력 도파로(104)로의 출력은 저지되었다. 그 투과율의 파장 의존성을 측정한 결과, 1.2∼1.7㎛의 넓은 파장 영역에서 소광비 -20dB 이상이 얻어졌다.

(종래 기술의 제3 예)

간섭계형 광 스위치는, 출력 강도를 0과 1로 함으로써 전환 동작을 수행하지만, 출력 강도를 0에서 1 사이로 설정함으로써, 광 신호의 강도를 감쇠시키는 가변 광 감쇠기로서 이용할 수 있다. 예로서, 종래의 비대칭형 마하-젠더 간섭계의 파장 특성을 나타내고, 간섭형 광 스위치와 가변 광 감쇠기의 상이점을 설명한다. 도41a는 종래 기술의 제1 예에서 설명한 비대칭형 마하-젠더 간섭계 스위치의 투과율의 파장 의존성을 도시한다. ON 상태가 출력 강도 1, OFF 상태가 출력 강도 0에 대응하고, OFF 상태의 투과율이 작을수록 소광비는 높아진다. 초기의 OFF 상태에서는 광로 길이차 부여부(131)(도37)의 광학적 광로 길이차는 ΔL=0.5λs이며, ON 상태에서는 광로 길이차 부여부(131)(도37)의 광학적 광로 길이차는 ΔL+δΔL=0.5λs-0.5λs=0이다.

도41b는 종래의 가변 광 감쇠기에서 중심 파장 λc에서의 광의 투과율을 -30dB, -20dB, -10dB로 설정한 경우의 투과율의 파장 의존성을 도시한다. 위상 시프터(박막 히터)에 의해 광로 길이차 부여부(131)의 광학적 광로 길이차를 변화시키고, 투과율을 적절한 값으로 설정함으로써, 광 강도를 임의적으로 감쇠시킬 수 있다.

(종래 기술의 과제)

그러나, 종래의 간섭계형 광 스위치 또는 가변 광 감쇠기에는 다음과 같은 문제가 있었다.

종래 기술의 제1 예에서 설명한 종래의 대칭형 마하-젠더 간섭계 스위치의 소광비가 높아지는 것은, 2개의 방향성 결합기의 합계가 완전 결합 길이로 될 때이기 때문에, 2개의 방향성 결합기의 분기비가 0.5이면 고소광비가 얻어진다. 그러나, 제조 오차에 의해 방향성 결합기의 분기비가, 예를 들면, r1=r2=0.4로 되면, 고소광비로 되는 조건을 만족하지 않기 때문에, 소광비는 크게 열화한다. 또한, 어떤 파장에서는 분기비가 0.5였다고 해도, 파장 의존성에 의해 방향성 결합기의 분기비는 파장에 의해 변화하기 때문에, 투과율에 파장 의존성이 발생한다. 이와 같이, 광 결합기의 제조 오차와 파장 의존성에 의해 종래의 대칭형 마하-젠더 간섭계 스위치를 넓은 대역에서 사용하는 것은 불가능하였다.

한편, 비대칭형 마하-젠더 간섭계 스위치의 소광비가 높아지는 것은, 2개의 방향성 결합기의 분기비가 동일해질 때이므로, 제조 오차에 의해, 예를 들면, r1=r2=0.4로 되었다고 해도 고소광비를 유지할 수 있다. 동일하게, 파장 의존성에 의해 분기비가 파장에 의해 변화하여도 고소광비를 유지할 수 있다. 그러나, 마하-젠더 간섭계 스위치를 비대칭형으로 하기 위해서는, 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차를 0.5λc로 설정할 필요가 있다. 광로 길이차를 유한값으로 설정한다면 원리적으로 파장 의존성이 발생하고, 투과율이 파장에 의해 변화한다. 비대칭형은 광 결합기의 제조 오차와 파장 의존성에 대한 내성이 강하다는 이점이 있지만, 종래 기술에서는 파장 의존없이 광로 길이차를 유한값으로 설정하는 것은 불가능하였다.

그 때문에, 어떠한 마하-젠더 간섭계형 광 스위치를 이용하여도, 도41a에 도시된 바와 같은 파장 의존성을 갖는다. 도41a는 신호 광 파장(λs)을 1.5㎛로 설정한 경우의 1.45 내지 1.65㎛의 파장 대역을 나타내며, λs에서는 소광비가 양호하지만, 파장이 신호 광 파장으로부터 멀어짐에 따라, ON 상태와 OFF 상태의 투과율의 차인 소광비가 열화한다. 만일, 소광비의 목표치가 -30dB 이하라고 하면, 종래의 마하-젠더 간섭계형 광 스위치에서 목표치를 달성할 수 있는 것은 신호 광 파장 λs를 중심으로 넓어도 60nm 정도이다. 그 때문에, 예를 들면, 중심 파장 1.55㎛에서는 소광비는 -25dB 정도로 열화한다. 이와 같이, 종래의 마하-젠더 간섭계형 광 스위치에서는 충분한 소광비를 확보할 수 있는 파장 대역은 한정되어 있고, 넓은 파장 대역을 이용하는 파장 분할 다중 전송 시스템 등에 적용하는 것은 불가능하였다.

종래 기술의 제2 예에서 설명한 WINS는 광 결합기의 분기비의 파장 의존성을 작게할 수 있기 때문에, 종래 기술의 제1 예의 광 스위치보다 파장 의존성을 경감할 수 있다. 그러나, WINS는 대칭형 마하-젠더 간섭계 스위치에 기초하고 있기 때문에, 높은 소광비를 얻기 위해서는 2개의 WINC의 분기비를 0.5로 할 필요가 있었다. 그러나, WINC를 이용함으로써 파장 의존성을 작게 할 수 있지만, 전체 파장 대역에서 분기비를 0.5로 유지하는 것은 불가능하다. 그 때문에, 예를 들면, 어떤 파장에서 분기비 r1=r2=0.45로 되어 있다고 하면, 소광비는 크게 열화한다. 또한, 도40에 도시된 바와 같이, WINC의 광로 길이차 부여부에도 위상 시프터를 형성하여, 광로 길이차를 미세 조정하면, 파장 의존성을 개선할 수 있다. 그러나, 3개의 위상 시프터를 동시에 구동할 필요가 있다. 따라서, (1)스위칭시의 소비 전력이 종래의 수배로 증가하고, (2)조정 개소(箇所)가 증가함에 따라 제어 시간이 증가하고, (3)스위칭 동작의 제어 알고리즘이 복잡해지고, (4)위상 시프터의 수가 증가함에 따라 전기 배선량이 종래의 몇 배로 증가하는 등의 많은 문제가 발생하여, 저소비 전력, 고속 제어성 등, 상용 시스템에 필요시 되는 특성을 만족시키지 못했다.

종래 기술의 제3 예에서 설명한 가변 감쇠기는 중심 파장만에서 원하는 감쇠량이 얻어지고, 그 이외의 파장에서는 감쇠량을 설정하는 것이 불가능하였다.

또한, 본 발명에 관련되는 문헌으로서 문헌1 내지 문헌5를 기재하였지만, 동일한 종래 기술에 대한 기재가 있는 참고문헌으로서 하기의 것을 소개한다.

문헌6: K.,Jinguji et al.,"Two-port optical wavelength circuits composed of cascaded Mach-Zehnder interferometers with point-symmetrical configuration", Journal of Lightwave Technology 1996, Vo1.14, No.10, pp. 2301-2310.

문헌7: 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.

문헌8: T.Mizuno et al., "Mach-Zehnder interferometer with a uniform wavelength period.", Optics Letters 2004, Vol.29, No.5, pp.454-456.

문헌9: EPO382461

문헌10: 일본특허공보 제3175499호

문헌11: 일본특허공보 제3041825호

도1은 본 발명의 제1 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한 모식도.

도2는 본 발명의 제1 실시예에서의 위상 보정량의 파장 의존성을 도시한 도면.

도3은 본 발명의 제1 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 OFF 상태에서의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도4는 본 발명의 제1 실시예에서 이용한 위상 생성 커플러의 모식도.

도5는 본 발명의 제1 실시예에서 이용한 위상 생성 커플러의 위상차의 파장 의존성을 도시한 도면.

도6은 본 발명의 제1 실시예에서 이용한 위상 생성 커플러의 분기비의 파장 의존성을 도시한 도면.

도7은 본 발명의 제1 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한 모식도.

도8은 본 발명의 제1 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도9는 본 발명의 제1 실시예의 제1 변형예에서의 간섭계형 광 스위치의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도10은 본 발명의 제1 실시예의 제2 변형예에서의 간섭계형 광 스위치의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도11은 본 발명의 제2 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한 모식도.

도12는 본 발명의 제2 실시예에서의 위상 보정량의 파장 의존성을 도시한 도면.

도13은 본 발명의 제2 실시예에서의 간섭계형 스위치의 구성을 도시한 모식도.

도14는 본 발명의 제2 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도15는 본 발명의 제3 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한 모식도.

도16은 본 발명의 제3 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 단면도.

도17은 본 발명의 제3 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도18은 본 발명의 제4 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한 모식도.

도19는 본 발명의 제4 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도20은 본 발명의 제4 실시예의 제1 변형예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한 모식도.

도21은 본 발명의 제4 실시예의 제1 변형예에서의 간섭계형 광 스위치의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도22는 본 발명의 제5 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한 모식도.

도23은 본 발명의 제5 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도24는 본 발명의 제6 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한 모식도.

도25는 본 발명의 제6 실시예에서 이용한 위상 생성 커플러의 모식도.

도26은 본 발명의 제6 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도27은 본 발명의 제7 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한 모식도.

도28a는 본 발명의 제7 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 OFF 상태의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도28b는 본 발명의 제7 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 ON 상태의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도29는 본 발명의 제8 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한 모식도.

도30a는 본 발명의 제8 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 OFF 상태의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도30b는 본 발명의 제8 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 ON 상태의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도31은 본 발명의 제9 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한 모식도.

도32a는 본 발명의 제9 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 OFF 상태에서의 TE 모드의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도32b는 본 발명의 제9 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 OFF 상태에서의 TM 모드의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도33a는 본 발명의 제9 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 ON 상태에서의 TE 모드의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도33b는 본 발명의 제9 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 ON 상태에서의 TM 모드의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도34a는 본 발명의 간섭계형 광 스위치를 이용한 N×N 스위치의 구성예를 도시한 모식도.

도34b는 본 발명의 간섭계형 광 스위치를 이용한 1×N 스위치의 구성예를 도시한 모식도.

도35a 내지 도35e는 도파로형 광 회로의 제작 공정을 설명하는 모식도.

도36은 본 발명의 간섭계형 스위치를 이용한 광 스위치 모듈의 모식도.

도37은 종래의 마하-젠더 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한 모식도.

도38은 종래의 마하-젠더 간섭계형 광 스위치의 단면도.

도39는 종래의 파장 무의존성 스위치(WINS)의 구성을 도시한 모식도.

도40은 종래의 파장 무의존 스위치(WINS)의 구성을 도시한 모식도.

도41a는 종래 기술의 제1 예의 비대칭형 마하-젠더 간섭계 스위치의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

도41b는 종래의 가변 광 감쇠기에서 중심 파장 λc에서의 광의 투과율을 -30dB, -20dB, -10dB로 설정했을 때의 투과율의 파장 의존성을 도시한 도면.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위해서 제안된 것으로, 광대역에서 스위칭이 가능하고, 고소광비로 제조 허용공차(tolerance)가 큰 간섭계형 광 스위치 및 가변 광 감쇠기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는, 마하-젠더 간섭계를 구성하는 커플러(광 합/분파 수단) 중 적어도 하나에, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 위상 생성 커플러를 이용하였다. 또한, 이 위상 생성 커플러와 암 도파로에 기인하는 위상의 총합이 파장에 의존하지 않고 일정하게 되도록 설정하는 것을 특징으로 함으로써, 마하-젠더 간섭계의 출력 강도의 파장 무의존화를 실현하였다.

여기서, 광 합/분파 수단의 출력의 위상차란, 광 합/분파 수단의 입력 포트 중 적어도 하나에 광을 입력하고, 광 합/분파 수단의 출력 포트 중 적어도 2개로부터 광을 출력할 때의 2개의 출력 포트 사이에 발생하는 출력광의 위상차이다.

또한, 광 합/분파 수단의 입력 포트 중 적어도 2개에 광을 입력하고, 광 합/분파 수단의 출력 포트 중 적어도 하나로부터 광을 출력할 때, 입력 포트의 차이에 의해 동일 출력 포트에서도 광의 위상차가 발생한다. 이 경우에는, 하나의 출력 포트에 광을 입력하고, 2개의 입력 포트로부터 광을 출력했다고 간주할 수 있기 때문에, 어느 경우에나 2개의 포트 사이의 출력의 위상차를 정의할 수 있다. 이와 같이, 다른 입력 포트 또는 출력 포트에 광을 입력 또는 출력할 때, 포트 사이에 파장마다 다른 위상차를 발생하게 할 수 있는 광 커플러가 위상 생성 커플러이다.

더 상세하게는, 본 발명에 따른 간섭계형 광 스위치 및 가변 광 감쇠기는, 제1 광 합/분파 수단, 제1 광 합/분파 수단에 접속된 2개의 광 도파로로 이루어진 광로 길이차 부여부, 광로 길이차 부여부에 접속된 제2 광 합/분파 수단, 제1 광 합/분파 수단에 접속된 하나 또는 복수의 입력 도파로, 제2 광 합/분파 수단에 접속된 하나 또는 복수의 출력 도파로, 및 광로 길이차 부여부에 설치된 위상 시프터를 포함하는 도파로형 광 회로로 이루어지고, 제1 광 합/분파 수단 또는 제2 광 합/분파 수단 중 적어도 일측을, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 위상 생성 커플러로 함으로써, 종래의 간섭계형 광 스위치로는 실현할 수 없었던 새로운 기능을 갖는 간섭계형 스위치, 및 가변 감쇠기를 제공할 수 있다.

또한, 위상 생성 커플러가 광 결합기와 광로 길이차 부여부의 접속에 의해 구성되는 것을 특징으로 함으로써, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 광 합/분파 수단을 실현하여도 좋다. 또한, 광 결합기의 분기비와 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차를 적절하게 설정함으로써, 임의의 위상차를 생성할 수 있다.

또한, 위상 생성 커플러가 N+1개(N은 자연수)의 광 결합기와, 인접하는 광 결합기에 개재된 N개의 광로 길이차 부여부로 구성되는 것을 특징으로 함으로써, 원리 손실(principle loss) 없이 위상 생성 기능을 갖는 위상 생성 커플러를 실현하여도 좋다. 또한, N을 크게 할수록 파라미터 설정의 자유도가 증가하고, 위상 생성 커플러의 출력의 위상차와 적정 위상의 근사도, 및 위상 생성 커플러의 분기비와 적정 분기비의 근사도가 높아진다. 그 때문에, 용이하게, 정밀도가 양호한 위상을 생성할 수 있는 위상 생성 커플러를 제공할 수 있다.

또한, 광의 파장을 λ, 제1 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L( λ), 제2 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)로 하면, 3개의 위상차의 총합

2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)} [수학식 1]

가 파장 무의존으로 되도록 일정하게 설정된 것을 특징으로 함으로써, 실효적으로 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차를 파장에 의존하지 않고 임의의 값으로 설정하여도 좋다. 그에 의해 출력의 투과 특성을 파장 무의존으로 할 수 있고, 광대역에서 사용할 수 있는 간섭계형 광 스위치나 가변 광 감쇠기 등의 광 부품을 제공할 수 있다.

또한, 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 (2m'+1)·π(m'는 정수)로 설정되고, 제1 광 합/분파 수단과 제2 광 합/분파 수단의 분기비가, 전체 파장 영역에 걸쳐 대략 동일하게 되도록 설정하여도 좋다. 그에 따라, 종래에는 원리적으로 불가능하였던 파장 무의존의 비대칭형 마하-젠더 간섭계 스위치를 실현할 수 있다. 예를 들면, 넓은 파장 영역에서 고소광비를 갖고, 제조 편차에 강한 광대역 게이트 스위치나 탭 스위치를 제공할 수 있다. 또한, 파장 무의존 가변 광 감쇠기로서 사용할 수도 있다.

또한, 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 2m'·π(m'는 정수)로 설정되고, 제1 광 합/분파 수단과 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 대략 1로 되도록 설정된 것을 특징으로 할 수 있다. 그에 의해, 예를 들면, 파장 무의존인 대칭형 마하-젠더 간섭계 스위치로서 동작시켜도 좋다.

또한, 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차의 합계가, ΔL/λ+m/2(m은 정수)인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 광의 파장을 λ, 제1 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 제2 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)로 하면, 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장에 대해서 일정하게 되도록 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 설정된 것을 특징으로 할 수 있다. 그에 따르면, 광대역에 걸쳐서 출력 강도가 일정한 간섭계형 광 스위치 및 가변 광 감쇠기를 제공할 수 있다.

또한, 제1 광 합/분파 수단 또는 제2 광 합/분파 수단 중 일측이, 위상차 2πφc(상수)의 광 결합기이며, 타측이 2개의 광 결합기와 그 2개의 광 결합기에 개재된 하나의 광로 길이차 부여부로 구성되는 위상차 2πφ(λ)의 위상 생성 커플러이며,

φ(λ)=ΔL/λ+m/2-φc [수학식 2]

를 만족하도록, 광 합/분파 수단를 구성하는 2개의 광 결합기의 분기비와, 하나의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차가 설정된 것을 특징으로 함으로써, 넓은 파장 대역에서 스위칭 동작이 가능한 간섭계형 광 스위치를 제공할 수 있다.

또한, 제1 광 합/분파 수단 및 제2 광 합/분파 수단이, 각각 2개의 광 결합기와 2개의 광 결합기에 개재된 하나의 광로 길이차 부여부로 구성되는 위상 생성 커플러이며, 제1 광 합/분파 수단의 위상차와 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차의 합이

φ₁(λ)+ φ₂(λ)=ΔL/λ+m/2 [수학식 3]

를 만족하도록, 제1 광 합/분파 수단 및 제2 광 합/분파 수단을 구성하는 2개의 광 결합기의 분기비와, 하나의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차가 설정된 것을 특징으로 함으로써, 넓은 파장 대역에서 스위칭 동작이 가능한 간섭계형 광 스위치를 제공할 수 있다.

또한, 제1 광 합/분파 수단 및 제2 광 합/분파 수단이 각각, N+1개(N은 자연수)의 광 결합기와, 인접하는 광 결합기에 개재되고, 제1 및 제2의 2개의 광 도파로(지연선)로 이루어지는 N개의 광로 길이차 부여부로 구성되는 위상 생성 커플러이며, 제1 광 합/분파 수단의 N개의 광로 길이차 부여부를 구성하는 제1 광 도파로의 광학적 광로 길이차의 총합을 ∑δl _1,1, 제2 광 도파로의 광학적 광로 길이 차이의 총합을 ∑δl _2,1, 제2의 광합분파 수단의 N개의 광로 길이 차이 부여부를 구성하는 제1 광 도파로의 광학적 광로 길이 차이의 총합을 ∑δl _2,2로 하면, 광학적 광로 길이 차이의 총합이( ∑δ l ₁ _,1>∑δ l ₂ _,1 및 ∑δ l ₁ _,2>∑δ l ₂ _,2), 또는, (∑δ l ₂ _,1>∑δl _1,1 및 ∑δ l ₂ _,2>∑δ l ₁ _,2)중 어느 하나를 만족하도록 설정하고, 위상 생성 커플러에 의해 효율적으로 위상을 생성하여도 좋다.

또한, 제1 광 합/분파 수단 및 제2 광 합/분파 수단이, N+1개(N은 자연수)의 광 결합기와, 인접하는 광 결합기에 개재된 N개의 광로 길이차 부여부로 구성되는 위상 생성 커플러이며, 제1 광 합/분파 수단 및 제2 광 합/분파 수단의 N+1개(N은 자연수)의 광 결합기의 분기비가 동일한 값으로 설정된 것을 특징으로 하여도 좋다. 광 결합기가 제작하기 용이해지면, 수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 광 결합기로서, 근접한 2개의 광 도파로로 이루어지는 방향성 결합기를 이용하면, 2개의 광 도파로의 결합 길이나 도파로간의 간격 등을 적절하게 설정함으로써, 광 결합기의 분기비를 용이하게 임의의 값으로 설정할 수 있다.

또한, 위상 시프터로서, 광 도파로 상에 설치된 박막 히터를 이용함으로써, 정밀하게 위상을 시프트시킬 수 있다.

또한, 위상 시프터 근방에 단열 홈을 형성함으로써, 위상 시프터에 필요한 소비 전력을 억제할 수 있다.

또한, 도파로형 광 회로가 석영계 글래스 광 도파로로 구성되어 있는 것을 특징으로 함으로써, 집적성, 신뢰성, 안정성이 우수한 저손실 도파로형 광 회로를 제공할 수 있다.

또한, 간섭계형 광 스위치를 다단으로 복수 접속한 것을 특징으로 함으로써, 더욱 고소광비의 간섭계형 광 스위치나 고기능의 간섭계형 광 스위치를 제공할 수 있다. 또한, 간섭계형 광 스위치를 복수 접속함으로써 N×N 매트릭스 스위치, 1×N 트리 스위치, 1×N 탭 스위치, M×N의 DC스위치, ROADM 스위치 등의 대규모 간섭계형 광 스위치를 구성할 수 있다.

또한, 제1 간섭계형 광 스위치의 2개의 출력 도파로 중 일측이 제2 간섭계형 광 스위치의 입력 도파로에 접속되고, 제1 간섭계형 광 스위치의 입력 도파로를 간섭계형 광 스위치의 입력 포트로서 이용하고, 제2 간섭계형 광 스위치의 출력 도파로를 간섭계형 광 스위치의 제1 출력 포트로서 이용하고, 제1 간섭계형 광 스위치 의 2개의 출력 도파로 중 타측이 간섭계형 광 스위치의 제2 출력 포트로서 이용하는 것을 특징으로 함으로써, 일정 소비 전력의 1×2 간섭계형 광 스위치를 실현하여도 좋다.

또한, 제1 간섭계형 광 스위치의 2개의 출력 도파로 중 일측이 제2 간섭계형 광 스위치의 입력 도파로에 접속되고, 타측이 제3 간섭계형 광 스위치의 입력 도파로에 접속되고, 제1 간섭계형 광 스위치의 입력 도파로를 간섭계형 광 스위치의 입력 포트로서 이용하고, 제2 간섭계형 광 스위치의 출력 도파로를 간섭계형 광 스위치의 제1 출력 포트로서 이용하고, 제3 간섭계형 광 스위치의 출력 도파로를 간섭계형 광 스위치의 제2 출력 포트로서 이용하는 것을 특징으로 함으로써, PI-LOSS(패스 무의존 손실)의 1×2 간섭계형 스위치를 실현하여도 좋다.

또한, 간섭계형 광 스위치를 적어도 하나 이용하고, M(M:자연수)입력 N(N:자연수)출력의 광 스위치를 구성한 것을 특징으로 함으로써, N×N 매트릭스 스위치, 1×N 트리 스위치, 1×N 탭 스위치, M×N의 DC 스위치, ROADM 스위치 등의 대규모 광 스위치를 제공할 수 있다.

또한, 간섭계형 광 스위치의 광 도파로 상에 복굴절율 조정 수단이 설치되어 있거나, 또는 복굴절율의 조정이 수행된 것을 특징으로 하는 편파(偏波) 무의존, 또는 편광 빔 스위치 등의 편광 의존의 간섭계형 광 스위치를 제공할 수 있다.

또한, 도파로형 광 회로의 출력 강도가 최대로 되는 상태와 최소로 되는 상태를 전환하는 것이 간섭계형 스위치이지만, 그 출력 강도를 가변으로 하고, 최대와 최소 사이의 임의의 값으로 설정함으로써, 가변 광 감쇠기로서 기능시킬 수 있다. 이 경우, 출력 강도가 넓은 파장 대역에서 일정하게 되는 광대역 가변 광 감쇠기를 제공할 수 있다.

또한, 도파로형 광 회로를 내부에 갖는 케이싱과, 이 케이싱에 유지되고, 도파로형 광 회로로 신호의 입출력을 수행하는 광 감쇠기를 갖는 것을 특징으로 함으로써, 광 크로스 커넥트(OXC) 시스템이나 광 애드 드롭 다중(OADM) 시스템 등의 광 통신 시스템에 사용할 수 있는 도파로형 광 회로의 광 모듈을 제공할 수 있다.

본 발명에서는, 마하-젠더 간섭계의 제1 광 합/분파 수단 또는 제2 광 합/분파 수단 중 적어도 일측에, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 위상 생성 커플러를 이용한다. 그에 따라, 종래 기술에서는 실현할 수 없었던 새로운 기능을 갖는 간섭계형 광 스위치 및 가변 광 감쇠기를 실현하고 있다.

위상 생성 커플러를 포함하는 본 발명의 마하-젠더 간섭계형 광 스위치에서, 크로스 포트(101=>104)의 광 강도 Pc 는 다음의 식

P_C=2R(λ)·[1-R(λ)]·[1+cos{2π{φ_ΔL(λ)+Φ(λ)}}] [수학식 4]

로 표현할 수 있다. 단, φ_ΔL(λ)는 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차에 기인하는 위상차, Φ(λ)는 위상 생성 커플러에 의해 생성되는 출력의 위상차이다. 또한, 간단히 하기 위해, 제1 및 제2 광 합/분파 수단의 분기비는 동일하고, R(λ)로 하였다. 광 강도를 0으로 하기 위해서는, 2π{φ_ΔL(λ)+Φ(λ)}가 π의 홀수배가 되도록 하면 좋다. 그러나, 종래의 마하-젠더 간섭계에서는 ΔL을 유한값으로 설정하면 물리적으로 광학적 광로 길이차에 파장 의존성이 발생하기 때문에, 2π{φ_ΔL(λ)}가 파장에 의존하지 않고 일정값으로 되도록 설정하는 것은 불가능하였다. 한편, 본 발명에서는 위상 생성 커플러를 이용하여 적절한 위상차를 생성함으로써, 위상차 2π{φ_ΔL(λ)+Φ(λ)}를 파장에 의존하지 않고 임의의 일정값으로 설정할 수 있었다. 적용하는 간섭계 회로의 용도에 따라 위상 생성 커플러의 출력의 위상차 Φ(λ)를 적당히 설정함으로써, 넓은 파장 대역에서 동작가능한 간섭계형 스위치나 가변 광 감쇠기를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 넓은 파장 대역에서 스위칭 동작이 가능한 간섭계형 광 스위치 회로를 실현할 수 있기 때문에, 이 회로를 광 스위치의 기본 소자로서 도입하면, 임의의 파장 대역에서 동작하는 광 크로스 커넥트 시스템이나 광 애드 드롭 다중 시스템용 스위치를 실현할 수 있다. 그에 따라, 부품의 공용(共用)이 가능하게 되어, 시스템을 저비용으로 구축할 수 있다.

본 발명에서는 간섭계를 구성하는 광 합/분파 수단 중 적어도 하나에, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 위상 생성 커플러를 이용함으로써, 파장 의존성을 발생시키지 않고, 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차를 유한값으로 설정할 수 있었다. 그에 따라 종래 기술에서는 실현할 수 없었던 넓은 대역에서 고소광비를 갖고, 또한 제조 오차에 대한 허용량이 큰 간섭계형 광 스위치 및 넓은 대역에서 동작가능한 가변 광 감쇠기를 실현하였다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

또한, 발명의 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서, 동일 기능을 갖는 것은 동일 부호를 부여하고, 그 반복 설명은 생략한다. 이하의 실시예에서는, 평면 광 도파로를 이용하고, 광 도파로로서는 실리콘 기판 상에 형성한 석영계 광 도파로를 사용한 간섭계형 광 스위치 및 가변 광 감쇠기에 대해서 설명한다. 이는 평면 광 도파로가 집적성이 우수하고, 스위치 규모의 대규모화나 제작 비용의 저비용화가 우수하기 때문이다. 또한, 이러한 조합의 광 도파로가 저손실이고, 안정적이며, 또한 석영계 광 섬유와의 정합성이 우수하기 때문이다. 그러나, 본 발명은 이러한 조합으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 도파로형 광 스위치의 설명은, 일반적으로 널리 이용되고 있는 마하-젠더 간섭계형 2×2 기본 구성 소자를 예로 들어 설명한다. 그러나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니며, 다른 스위치에 관해서도 동일하게 적용될 수 있다.

(제1 실시예)

도1은 본 발명의 제1 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한다.

본 실시예의 간섭계형 광 스위치는, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 광 합/분파 수단(위상 생성 커플러)(111), 광 합/분파 수단(121), 광 합/분파 수단(111, 121)에 개재된 광로 길이차 부여부(131), 광로 길이차 부여부(131)에 형성된 위상 시프터(141), 입력 도파로(101, 102), 및 출력 도파로(103, 104)로 구성되어 있다.

마하-젠더 간섭계의 투과 특성은, 도41a에 도시된 바와 같이, 신호 광 파장 λs에서 높은 소광비를 갖고, 신호 광 파장으로부터 멀어질수록 소광비는 열화된다. 여기서, 만일 모든 파장 영역을 신호 광 파장으로 할 수 있으면, 그 파장 영역 전체에서 높은 소광비를 유지할 수 있다. 신호 광 파장은 광로 길이차 부여부에 위상차를 부여함으로써 변화시킬 수 있고, 그 부여하는 위상차의 양에 따라 신호 광 파장이 결정된다. 따라서, 각각의 파장에 따라서 적절한 위상차를 광로 길이차 부여부에 부여할 수 있다면, 전체 파장 영역을 신호 광 파장으로 할 수 있다.

이 원리를 수식에 의해 상세하게 설명한다. 마하-젠더 간섭계(도37 참조)의 입력 도파로(101)로부터 신호 광을 입력하고, 출력 도파로(104)로부터 출력되는 광강도 Pc는, 광로 길이차 부여부(131)의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 φΔ_L(λ), λ을 파장으로 하면,

Pc=0.5·[1+cos{2πφ_ΔL(λ)}] [수학식 5]

로 표현된다. 단, 본 발명의 각 실시예에서는, 위상차가 2π로 규격화한 값을 이용하는 것으로 한다. 또한, 마하-젠더 간섭계를 구성하는 2개의 광 합/분파 수단의 분기비는 일정한 값 0.5로 한다. 상기 [수학식 5]에서, 종래의 마하-젠더 간섭계의 출력 강도는 광로 길이차 부여부(131)의 광로 길이차에 기인하는 위상차가 파장에 의해 변화하기 때문에, 원리적으로 파장 의존성을 갖는 것이 명백하다.

여기서, 광로 길이차 부여부(131)에 발생하는 위상차가 파장에 대해서 일정하게 되도록 설정할 수 있다면, 마하-젠더 간섭계를 파장 무의존으로 할 수 있다. 따라서, 광 합/분파 수단(111)으로부터 출력되는 광의 위상차를 이용하여 위상 보상을 수행한다. 마하-젠더 간섭계의 제1 광 합/분파 수단(111)에 광을 입력하고, 이 광 합/분파 수단(111)에 연결되는 2개의 광 도파로로부터 출력되는 광의 위상차를 φ₁(λ)로 하고, 마하-젠더 간섭계의 제2 광 합/분파 수단(121)에 연결되는 2개의 광 도파로에 광을 입력하고, 이 광 합/분파 수단(121)으로부터 출력되는 광의 위상차를 φ₂(λ)로 하면, 상기의 [수학식 5]는

Pc=0.5·[1+cos{2π{φ₁(λ)+φ_ΔL(λ)+φ₂(λ)}}] [수학식 6]

으로 변형될 수 있다. 여기서, 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 파장 무의존으로 되도록 설정하면, 출력 강도를 파장 무의존으로 할 수 있다. 이상이 본 발명에서 이용하는 파장 무의존화의 원리이다.

구체적으로 마하-젠더 간섭계형 광 스위치에 본 발명의 파장 무의존화의 원리를 적용하는 경우를 설명한다. 광 스위치로서 동작시키기 위해서는, OFF 상태에서 출력 강도가 0이 되고, ON 상태에서 출력 강도가 1로 되도록 하는 것이 좋다. 따라서, 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 m·π(m은 정수)로 되도록 설정하면, m이 홀수일 때에는 OFF 상태, m이 짝수일 때에는 ON 상태로 되고, 스위칭 동작이 가능하다.

다음으로, 위상차의 총합을 일정하게 하기 위한 광 합/분파 수단(111)에 의한 위상 보정량 ψ(λ)을 도출한다. φΔ_L(λ)는 Δ_L/λ로 주어졌기 때문에, 위상 보정량 ψ(λ)는,

[수학식 7]

로 된다. 여기서, 예를 들면, m=-1, ΔL=λc/2(λc는 파장 대역의 중심 파장 1.55㎛)로 설정한 경우의 위상 보정량 ψ(λ)의 파장 의존성을 도2에 도시한다. 이와 같은 위상 보정량을 광로 길이차 부여부(131)에 기여시켰을 때의 마하-젠더 간섭계형 광 스위치의 투과 특성의 파장 의존성을 도3에 도시한다. 광로 길이차 부여부(131)의 광로 길이차에 기인하는 위상차의 파장 의존성이 보상되고, 넓은 파장 대역에서 고소광비가 얻어짐을 알 수 있다.

실제의 마하-젠더 간섭계에, 도2에 도시한 위상 보정량을 부여하는 방법으로서, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 광 합/분파 수단을 이용하는 경우를 설명한다. 이하, 이러한 광 합/분파 수단을 위상 생성 커플러(Phase-generating coupler: PGC)로 언급한다. 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 광 합/분파 수단을 실현하는 방법으로서 다양한 수단을 생각할 수 있지만, 예를 들면, 광 결합기와 광로 길이차 부여부를 접속함으로써 위상 생성 커플러로서 기능시킬 수 있다. 본 실시예에서는, N+1개(N은 자연수)의 광 결합기과, 인접하는 광 결합기에 개재된 N개의 광로 길이차 부여부로 구성되는 광 합/분파 수단을 위상 생성 커플러로서 사용하였다. 이는, N+1개의 광 결합기의 분기비와 N개의 광로 길이차 부여부의 광로 길이차를 조정함으로써, 이 광 합/분파 수단의 분기비와 출력의 위상차를 임의로 설정할 수 있기 때문이다. 또한, N을 크게 할수록 파라미터 설정의 자유도가 증가하고, 목적으로 하는 특성과의 근사도를 높일 수 있다. 또한, 이러한 구성은 원리 손실이 없다는 특징이 있다.

도1에 도시된 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는, 위상 생성 커플러(111)를 1개 이용하고 있다. 위상 생성 커플러(111)에 광을 입력하고, 이 위상 생성 커플러(111)에 연결된 2개의 광 도파로로부터 출력되는 광의 위상차를 φ(λ), 광 합/분파 수단(121)에 연결된 2개의 광 도파로에 광을 입력하고, 이 광 합/분파 수단(121)으로부터 출력되는 광의 위상차를 φc(상수)라고 하면,

[수학식 8]

로 되도록, 위상 생성 커플러(111)의 출력의 위상차의 파장 의존성을 설정하는 것이 좋다.

위상 생성 커플러(111)의 일례를 도4에 도시한다. 도4에 도시된 광 합/분파 수단(위상 생성 커플러)(111)은, 2개의 방향성 결합기(151, 152), 이 2개의 방향성 결합기(151, 152)를 연결하고 있는 2개의 광 도파로로 이루어지는 미소(微小) 광로 길이차 부여부(132), 입력 도파로(101, 102), 및 출력 도파로(103, 104)로 구성되어 있다.

이 광 합/분파 수단(111)의 분기비가 파장 영역의 중심 파장 λc=1.55㎛에서 대략 0.5로 되고, 출력되는 광의 위상차가 상기 [수학식 8]을 만족하도록, 2개의 방향성 결합기(151, 152)의 분기비와, 1개의 미소 광로 길이차 부여부(152)의 광로 길이차를 다중 회귀 근사(多重回歸近似)에 의해 구하였다.

상기 [수학식 5]와 [수학식 6]을 간단히 하기 위해, 제1 및 제2 광 합/분파 수단의 분기비를 일정값 0.5로 하여 도출하였다. 이는 이상적인 경우이긴 하지만, 실제로는 광 합/분파 수단의 분기비는 파장 의존성을 갖기 때문에, 이 또한 고려할 필요가 있다. 마하-젠더 간섭계형 광 스위치를 크로스 출력 OFF 상태에서 사용하는 경우, 제1 및 제2 광 합/분파 수단의 분기비가 동일하면, 전술한 위상 보상을 수행함으로써 고소광비를 얻을 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 파장 의존성이 대략 일치하도록 광 합/분파 수단을 설정하였다.

설계된 위상 생성 커플러의 입력 도파로(101)로부터 광을 입력하고, 출력 도파로(103, 104)로부터 출력되는 광의 위상차의 파장 의존성φ(λ)과 분기비의 파장 의존성을 각각 도5와 도6에 도시한다. 또한, 도5에 위상 생성 커플러로 보정하는 위상 보정량ψ(λ), 즉 상기 [수학식 8]의 우변에 나타낸 원하는 함수를 동시에 도시하였다. 도5와 도6에서는, 수식예로서 ΔL을 0.34λc(≒0.53㎛), m을 -1, φc를 -1/4로 설정하고 있다. 위상 생성 커플러는 분기비가 대략 0.5인 3dB 광 합/분파 수단으로서 기능하고, 그 출력의 위상차 φ(λ)는 파장 무의존화에 필요한 위상 보정량 ψ(λ)에 대략 일치함을 알 수 있다.

도7은 이러한 위상 생성 커플러(111)를 이용하여 제작한 간섭계형 광 스위치의 평면도를 도시한다. 위상 생성 커플러(111)를 구성하는 방향성 결합기(151, 152)의 분기비를 각각 r₁=0.3, r₂=0.7로 하고, 미소 광로 길이차 부여부(131)의 광로 길이차를 ΔL₁=0.30λc(≒0.47㎛)로 설정하였다. 또한, 마하-젠더 간섭계(131)의 광로 길이차를 ΔL=0.34λc(≒0.53㎛)로 하고, 방향성 결합기(153)의 분기비는 r₃=0.5로 설정하였다. 단, 광로 길이차는 일측의 광 도파로(도면에서는 하측의 광로)에 대한 타측의 광 도파로의 상대적인 광로 길이를 나타내고 있다. 간섭계형 광 스위치의 광 합/분파 수단(111)과 방향성 결합기(153)를 연결하고 있는 2개의 광 도파로의 간격은 250㎛로 하였다. 위상 시프터(phase shifter)(141)로서는 박막 히터를 이용하고, 폭은 40㎛, 길이는 4mm로 설정하였다.

상기의 설계값에 기초하여, 화염 퇴적법(火炎堆積法), 포토리소그래피 기술, 반응성 이온 에칭을 이용하여 석영계 광 도파로 회로를 제작하였다. 광 도파로의 비굴절율(比屈折率)은 0.75%, 광 도파로의 코어 단면은 6×6㎛²이 되도록 제작하였다.

이 간섭계형 광 스위치가 제작된 칩을 다이싱에 의해 절삭하여, 그 스위칭 특성을 평가하였다. 여기서는, 제작한 광 도파로 회로를 기본 구성 소자로 하는 게이트 스위치로서 이용한 경우의 스위칭 동작에 대해서 설명한다.

위상 시프터(박막 히터)(141)가 OFF 상태인 경우, 스위치는 바 상태로 있고, 이에 의해 신호 광이 입력 도파로(101)로부터 입력된 경우에 신호 광은 출력 도파로(103)로부터 출력되고, 출력 도파로(104)로부터는 출력되지 않도록 되어 있다. 여기서, 박막 히터(141)를 통전하여, 열광학 효과에 의해 광학적 광로 길이를 신호 광의 반파장에 상당하는 만큼(0.5λc·k(k는 0 이외의 정수)) 변화시키면, 광로 길이차는 ΔL+δΔL=0.34λc-0.5λc=-0.16λc로 되었다. 이 때, 위상 시프터(박막 히터)(141)는 ON 상태에서 스위치는 크로스 상태로 있고, 입력 도파로(101)로부터 입력된 신호 광은 출력 도파로(104)로부터 출력된다. 즉, 입력 포트를 101로 하고, 출력 포트를 104로 한 경우, 위상 시프터가 OFF 상태에서는 신호 광은 출력되지 않고, 위상 시프터가 ON 상태에서는 신호 광이 출력되고, 게이트 스위치로서 기능하였다. 입력 포트를 102로 했을 경우에도 동일한 스위칭 동작을 확인할 수 있었다.

다음으로, 도8은 측정한 투과율의 파장 특성을 도시한다. 비교를 위해, 도37에 도시된 종래의 마하-젠더 간섭계형 광 스위치의 투과율의 파장 의존성도 함께 도시하였다.

위상 시프터(박막 히터)(141)가 OFF 상태인 경우, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는 1.45~1.6㎛의 넓은 파장 대역에서 -40dB 이하의 고소광비가 얻어졌다. 위상 시프터를 ON 상태로 한 경우, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는 넓은 파장 대역에서 양호한 삽입 손실이 얻어졌다.

이와 같이, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는, 종래와 전혀 다른 원리를 이용하여 광대역에 걸쳐서 고소광비를 실현하고, 소형이며, 1개의 위상 시프터만으로 광대역의 스위칭 동작을 할 수 있음을 확인하였다. 또한, 넓은 파장 대역에서의 스위칭 동작에 대응하고 있기 때문에, 광 합/분파 수단의 분기비 오차나 광로 길이차 부여부의 광로 길이차 오차에 대한 허용량이 크고, 비록 제작 오차가 발생하더라도 고소광비를 유지할 수 있는 간섭계형 광 스위치를 실현할 수 있었다.

이상, 본 실시예에서 설명한 간섭계형 광 스위치는, 파장 대역이 1.45~1.65㎛인 범위에서 고소광비가 얻어지도록 설계하였지만, 위상 보정량을 최적으로 설계함으로써, 예를 들면, 1㎛~2㎛ 등, 임의의 파장 대역에서 고소광비가 얻어지도록 할 수 있다. 또한, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 광 합/분파 수단으로서 N+1개(N은 1 이상의 정수)의 광 합/분파 수단과, 인접하는 광 합/분파 수단에 개재된 N개의 광로 길이차 부여부로 구성되어 있는 광 합/분파 수단을 이용하였지만, 물론 그 이외의 광 합/분파 수단을 이용하여도 좋다. 또한, 본 실시예에서 설명한 구성으로 한정되지 않고, 예를 들면, 3개의 광 합/분파 수단과, 인접하는 광 합/분파 수단에 개재된 2개의 광로 길이차 부여부로 구성하여도 좋고, 다른 광 합/분파 수단을 조합시켜서 위상 생성 커플러를 구성하여도 좋다. 또한, 광 합/분파 수단은, 본 실시예에서 사용한 방향성 결합기로 한정되지 않고, 멀티 모드 간섭 커플러 등, 다른 종류의 것을 이용하여도 좋고, 예를 들면, 위상 생성 커플러를 구성하는 광 합/분파 수단 중 일측을 방향성 결합기, 타측을 멀티 모드 간섭계 커플러로 하는 등, 복수 종류의 광 합/분파 수단을 이용하여도 좋다.

또한, 사용하는 광 합/분파 수단의 분기비의 파장 의존성을 고려하여 위상 특성을 설정하여도 좋다. 또한, 광 도파로의 굴절율을 국소적으로 변화시켜서, 광학적 광로 길이차나 광 합/분파 수단의 결합 특성, 위상 특성을 조정할 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 입력 도파로를 101, 102로 하였지만, 103, 104를 입력 도파로로서 사용하고, 101, 102를 출력 도파로로서 사용하여도 동일한 효과가 얻어졌다. 또한, m이 -1로 되도록 설계하였지만, m은 +1이어도 좋고, 그 이외의 정수를 이용하여도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 여기서 설명한 구성으로 한정되지 않고, 회로 전체로서 봤을 때, 설정한 파장 대역이나 주파수 대역 전체 영역에서 회로를 구성하는 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와 광로 길이차 부여부의 광로 길이차에 기인하는 위상차의 총합이 파장 무의존으로 되도록 설정하면, 도파로의 종류, 도파로의 형상, 도파로 재료, 파장대, 광 합/분파 수단의 종류 등에 의존하지 않고 광대역에서 고소광비를 유지할 수 있는 간섭계형 스위치를 구성할 수 있다.

(제1 실시예의 제1 변형예)

본 발명의 제1 실시예의 제1 변형예에서는, 도7에 도시된 제1 실시예에서의 간섭계형 광 스위치와 동일한 구성을 이용한다.

위상 생성 커플러(111)의 분기비가 파장 영역의 중심 파장 λc=1.55㎛에서 대략 0.5로 되고, 출력되는 광의 위상차가 상기 [수학식 8]을 만족하도록, 2개의 방향성 결합기(151, 152)의 분기비와, 1개의 미소 광로 길이차 부여부(132)의 광로 길이차를 다항식 근사에 의해 구하였다. 그 결과, 방향성 결합기(151, 152)의 분기비를 각각 r₁=0.1, r₂=0.6으로 하고, 미소 광로 길이차 부여부(132)의 광로 길이차를 ΔL₁=0.27·λc(≒0.38㎛)로 하고, 방향성 결합기(153)의 분기비를 r₃=0.5로 설정하였다. 또한, 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차는 ΔL=0.37·λc(≒0.53㎛)으로 하고, 광 합/분파 수단(111)과 방향성 결합기(153)를 연결하고 있는 2개의 광 도파로의 간격은 250㎛로 하였다. 단, 광로 길이차는 일측의 광 도파로(도면에서는 하측의 광로)에 대한 타측의 광 도파로의 상대적인 광로 길이를 나타내고 있다. 위상 시프터(141)로서는 박막 히터를 이용하고, 그 폭을 40㎛, 그 길이를 4mm로 설정하였다.

상기의 설계값에 기초하여, 화염 퇴적법, 포토리소그래피 기술, 반응성 이온 에칭을 이용하여 석영계 광 도파로 회로를 제작하였다. 광 도파로의 비굴절율은 1.5%, 광 도파로의 코어 단면은 4.5×4.5㎛²으로 되도록 제작하였다. 이와 같이 본 실시예에서는, 종래의 도파로에 비해서 비굴절율이 높은 광 도파로를 이용하였다. 그 이유는, 도파로의 비굴절율을 높게 하면, 섬유(fiber) 결합 손실 등의 과잉 손실이 증가하는 반면, 도파로의 최소 곡률 반경을 작게 할 수 있으므로, 회로가 소형으로 되기 때문이다.

이 간섭계형 광 스위치가 제작된 칩을 다이싱에 의해 절삭하고, 실리콘 기판(161)의 하부에는 방열판(도시되지 않음)을 배치하고, 입출력 도파로(101 내지 104)에는 싱글 모드 섬유(도시되지 않음)를 접속하고, 박막 히터(141)에는 급전 리드(도시되지 않음)를 접속하여, 2입력 2출력 광 스위치 모듈로 하였다. 본 실시예의 간섭계형 광 스위치를 이와 같이 모듈화함으로써, 이 스위치는 광 크로스 커넥트 시스템이나 광 애드 드롭 다중 시스템 등의 광통신 시스템에 용이하게 도입될 수 있다.

다음으로, 제작한 간섭계형 광 스위치 모듈의 스위칭 특성을 평가하였다. 여기서는, 제작한 광 도파로 회로를 기본 구성 소자로 하는 스위치를 게이트 스위치로서 이용한 경우의 스위칭 동작에 대해서 설명한다. 위상 시프터(박막 히터)(141)가 OFF 상태인 경우, 스위치는 바 상태로 있고, 이에 의해 신호 광이 입력 도파로(101)로부터 입력된 경우에 신호 광은 출력 도파로(103)로부터 출력되고, 출력 도파로(104)로부터는 출력되지 않도록 되어 있다. 여기서, 도7에는 도시되어 있지 않지만, 광로 길이차 부여부(131)를 구성하는 2개의 지연선 중, 상측의 광 도파로(제1 광 도파로)에 형성된 박막 히터를 통전하여, 열광학 효과에 의해 광학적 광로 길이를 신호 광의 반파장에 상당하는 만큼(0.5λc·k(k는 0 이외의 정수)) 변화시키면, 광로 길이차는 ΔL+δΔL=0.30λc+0.50λc=0.80λc로 되었다. 이 때, 위상 시프터(박막 히터)(141)는 ON 상태에서 스위치는 크로스 상태로 되고, 입력 도파로(101)로부터 입력된 신호 광은 출력 도파로(104)로부터 출력되고, 게이트 스위치로서 기능하는 것을 확인하였다. 본 실시예에서는 상기 k의 값을 +1로 하였지만, k는 그 이외의 값으로 하여도 좋다.

도9는 측정한 투과율의 파장 특성을 도시한. 비교를 위해, 도37에 도시된 종래의 마하-젠더 간섭계형 광 스위치의 투과율의 파장 특성도 포함시켜 도시하였다. 위상 시프터가 OFF 상태인 경우, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는 종래기술의 광 스위치에 비해 넓은 파장 대역에서 고소광비가 얻어졌다. 위상 시프터를 ON 상태로 한 경우, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는 넓은 파장 대역에서 양호한 삽입 손실이 얻어졌다.

(제1 실시예의 제2 변형예)

본 발명의 제1 실시예의 제2 변형예에서는, 도7에 도시된 제1 실시예에서의 간섭계형 광 스위치와 동일한 구성을 이용하였다.

위상 생성 커플러(111)의 분기비가 파장 영역의 중심 파장 λc=1.55㎛에서 대략 0.45로 되고, 출력되는 광의 위상차가 상기 [수학식 8]을 만족하도록, 2개의 방향성 결합기(151, 152)의 분기비와 1개의 미소 광로 길이차 부여부(132)의 광로 길이차를 최소 제곱 곡선 근사에 의해 구하였다. 그 결과, 방향성 결합기(151, 152)의 분기비를 각각 r₁=0.4, r₂=0.8로 하고, 미소 광로 길이차 부여부(132)의 광로 길이차를 ΔL₁=0.30λc(≒0.47㎛)로 하고, 방향성 결합기(153)의 분기비를 r₃=0.5로 설정하였다. 또한, 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차는 ΔL=0.32λc(≒0.50㎛)로 하고, 광 합/분파 수단(111)과 방향성 결합기(153)를 연결하고 있는 2개의 광 도파로의 간격은 500㎛로 하였다. 단, 광로 길이차는 일측의 광 도파로(도면에서는 하측의 광로)에 대한 타측의 광 도파로의 상대적인 광로 길이를 나타내고 있다. 위상 시프터로서는 박막 히터를 이용하고, 폭은 40㎛, 길이를 8mm로 설정하였다. 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차는 최초 ΔL=0㎛로 설정하고, 회로를 제작한 후에는, 박막 히터에 의한 영구적인 국소 가열 처리를 행함으로써 도파로의 굴절율을 변화시켜, 광학적인 광로 길이차가 Δ=0.32λc(≒0.50㎛)이 되도록 조정하였다.

이와 같이, 광학적 광로 길이는 도파로의 굴절율을 포함한 도파로의 광로 길이이며, 굴절율의 파장 의존성도 포함하는 광로의 길이이다. 그 때문에, 도파로를 형성한 후에도 도파로의 굴절율을 변화시킴으로써 광학적인 광로 길이를 변화시킬 수 있다. 그 때문에 광로 길이차가 0인 간섭계형 광 스위치를 제작하여 두고, 제작 공정에서 도파로의 굴절율을 변화시킴으로써 광학적 광로 길이차가 설계값으로 되도록 조정할 수 있다. 그 외에도, 박막 히터에 의한 영구적인 국소 가열 처리법을 이용하여 제작 오차를 해소할 수 있다. 즉, 제작 오차에 의해 광학적 광로 길이차가 설계값으로부터 벗어난 경우에도, 제작 후에 굴절율을 조정함으로써, 광로 길이차를 설계대로 보정할 수 있다. 또한, 본 실시예에서 박막 히터를 이용한 것은, 광 도파로 상에 이미 위상 시프터로서 박막 히터가 형성되어 있기 때문이다. 또한, 광 도파로 상에 박막 히터가 장착되어 있기 때문에, 굴절율을 간단하고 정밀도 좋게 조정할 수 있다. 물론, 굴절율의 조정 방법은 박막 히터로 한정되지 않고, 레이저 등의 광 조사 등, 그 이외의 수단을 이용하여도 좋다. 또한, 본 실시예에서는 국소 가열 처리에 위상 시프터용 박막 히터를 병용하였지만, 영구적인 국소 가열 처리 전용의 박막 히터를 설치하여 굴절율을 조정하여도 좋다. 또한, 광 합/분파 수단(111)을 구성하는 방향성 결합기(151, 152)나 미소 광로 길이차 부여부(132)의 광 도파로의 굴절율을 조정함으로써, 광 합/분파 수단(111)의 특성을 보정할 수도 있다.

상기 설계값에 기초하여, 화염 퇴적법, 포토리소그래피 기술, 반응성 이온 에칭을 이용하여 석영계 광 도파로 회로를 제작하였다. 광 도파로의 비굴절율은 0.75%, 광 도파로의 코어 단면은 6×6㎛²으로 되도록 제작하였다.

이 간섭계형 광 스위치가 제작된 칩을 다이싱에 의해 절삭하고, 실리콘 기판(161)의 하부에는 방열판(도시되지 않음)을 배치하고, 입출력 도파로(101 내지 104)에는 분산 시프트 섬유(도시되지 않음)를 접속하고, 박막 히터(141)에는 급전 리드(도시되지 않음)를 접속하여, 2입력 2출력 광 스위치 모듈로 하였다.

다음으로, 상기와 같이 하여 제작한 간섭계형 광 스위치 모듈의 스위칭 특성을 평가하였다. 여기서는, 제작한 광 도파로 회로를 기본 구성 소자로 하는 스위치를 게이트 스위치로서 이용한 경우의 스위칭 제작에 대해서 설명한다. 위상 시프터(박막 히터)(141)가 OFF 상태인 경우, 스위치는 바 상태로 있고, 이에 의해 신호 광이 입력 도파로(101)로부터 입력된 경우에 신호 광은 출력 도파로(103)로부터 출력되고, 출력 도파로(104)로부터는 출력되지 않도록 되어 있다. 여기서, 박막 히터(141)를 통전하여, 열광학 효과에 의해 광학적 광로 길이를 신호 광의 반파장에 상당하는 만큼(0.5λc·k(k는 0 이외의 정수)) 변화시키면, 광로 길이차는 ΔL+δΔL=0.32λc-0.50λc=-0.18λc로 되었다. 이 때, 위상 시프터(박막 히터)(141)는 ON 상태에서 스위치는 크로스 상태로 되고, 입력 도파로(101)로부터 입력된 신호 광은 출력 도파로(104)로부터 출력되고, 게이트 스위치로서 기능하는 것을 확인하였다.

도10은 측정한 투과율의 파장 특성을 도시한다. 비교를 위해, 도37에 도시된 종래의 마하-젠더 간섭계형 광 스위치의 투과율의 파장 특성도 포함시켜 도시하였다. 위상 시프터가 OFF 상태인 경우, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는 1.45 내지 1.63㎛의 넓은 파장 대역에서 -30dB 이하의 소광비를 유지할 수 있었다. 위상 시프터를 ON 상태로 한 경우, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는 넓은 파장 대역에서 양호한 삽입 손실이 얻어졌다. 본 실시예에서는, 제1 광 합/분파 수단(위상 생성 커플러(111))의 분기비(0.45)와 제2 광 합/분파 수단(방향성 결합기(153))의 분기비(0.5)가 상이하도록 설계하였지만, 종래기술의 광 스위치에 비해 넓은 파장 대역에서 고소광비가 얻어졌다. 이와 같이, 제1 및 제2 광 합/분파 수단이 상이한 분기비이어도 좋고, 분기비의 파장 의존성이 상이해도 좋다.

(제2 실시예)

도11은 본 발명의 제2 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한다. 이 간섭계형 광 스위치의 회로는, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 한 쌍의 광 합/분파 수단(위상 생성 커플러)(111, 112), 이들 광 합/분파 수단(111, 112)에 개재된 광로 길이차 부여부(131), 이 광로 길이차 부여부(131)에 형성된 위상 시프터(박막 히터)(141), 입력 도파로(101, 102), 및 출력 도파로(103, 104)로 구성되어 있다.

본 실시예에서는, 위상 생성 커플러를 복수 이용한 경우의 구성에 대해서 설명한다. 전단(前段)의 위상 생성 커플러(111)에 광을 입력하고, 이 위상 생성 커플러(111)에 연결된 2개의 광 도파로로부터 출력되는 광의 위상차를 φ₁(λ)라 하고, 다음 단(段)의 위상 생성 커플러(112)에 연결된 2개의 광 도파로에 광을 입력하고, 이 위상 생성 커플러(112)로부터 출력되는 광의 위상차를 φ₂(λ)라 하고, m을 정수로 하면,

[수학식 9]

로 되도록, 위상 생성 커플러(111, 112)의 출력의 위상차의 파장 의존성을 설정하면 좋다.

여기서는, 위상 생성 커플러(111, 112)로서, 각각 도4에 도시된 광 합/분파 수단(위상 생성 커플러)을 이용하였다. 도4에 도시된 광 합/분파 수단(위상 생성 커플러)은, 2개의 방향성 결합기(151, 152), 이들 2개의 방향성 결합기(151, 152)를 연결하고 있는 2개의 광 도파로로 이루어지는 미소 광로 길이차 부여부(132), 입력 도파로(101, 102), 및 출력 도파로(103, 104)로 구성되어 있다. 이 광 합/분파 수단의 분기비가 파장 영역의 중심 파장 λc=1.55㎛에서 각각 대략 0.5로 되고, 출력되는 광의 위상차가 상기 [수학식 9]를 만족하도록, 각각의 위상 생성 커플러를 구성하는 2개의 방향성 결합기(151, 152)의 분기비와, 1개의 미소 광로 길이차 부여부(132)의 광로 길이차를 최소 제곱 근사에 의해 구하였다.

이와 같이 설계한 위상 생성 커플러(111, 112)의 위상차의 합계값을 도12에 도시한다. 또한, 위상 생성 커플러로 보정하는 위상 보정량 ψ(λ), 즉 상기 [수학식 9]의 우변에 나타낸 원하는 함수를 동시에 도시하였다. 도12에서는 수치예로서 ΔL을 0.16λc(≒0.25㎛), m을 -1로 설정하고 있다. 2개의 위상 생성 커플러는 분기비가 각각 대략 0.5인 3dB 광 합/분파 수단으로서 기능하고, 위상차의 합계 φ₁(λ)+φ₂(λ)는 파장 무의존화에 필요한 위상 보정량 ψ(λ)에 대략 일치함을 알 수 있다.

도13은 실제로 제작한 간섭계형 광 스위치의 평면도를 도시한다. 위상 생성 커플러(111)를 구성하는 방향성 결합기(151, 152)의 분기비를 각각 r₁=0.4, r₂=0.1로 하고, 미소 광로 길이차 부여부(132)는 제1 광 도파로와 제2 광 도파로의 2개의 광 지연선으로 이루어지고, 각각의 광학적 광로 길이를 l ₁₁=502.32㎛, l ₂₁=501.99㎛로 설정하고, 그 광학적 광로 길이차를 ΔL₁=l ₁₁ - l ₂₁=0.21λc(=0.33㎛)로 하였다. 또한, 일측의 위상 생성 커플러(112)를 구성하는 방향성 결합기(153, 154)의 분기비를 각각 r₃=0.2, r₄=0.3으로 하고, 미소 광로 길이차 부여부(133)는 제1 광 도파로와 제2 광 도파로의 2개의 광 지연선으로 이루어지고, 각각의 광학적 광로 길이를 l ₁₂=463.94㎛, l ₂₂=463.68㎛로 설정하고, 그 광학적 광로 길이차를 ΔL₂=l ₁₂ -l ₂₂=0.17λc(=0.26㎛)로 하였다. 또한, 본 실시예에서는 2개의 위상 생성 커플러를 이용하고, 그들의 광로 길이차 부여부에서 광학적 광로 길이차의 총합이 긴 쪽의 광 지연선이 일측(도13의 상측)으로 편재되도록 회로 상에 배치하였다. 즉, ∑δ l ₁ _,1=l ₁₁, ∑δl _2,1=l ₂₁, ∑δ l ₁ _,2=l ₁₂, ∑δ l ₂ _,2=l ₂₂이기 때문에, ∑δ l ₁ _,1>∑δ l ₂ _,1 및 ∑δl _1,2>∑δl _2,2를 만족한다. 또한, 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차를 ΔL=0.16λc(≒0.25㎛)로 하고, 광 합/분파 수단(111, 112)을 연결하고 있는 2개의 광 도파로의 간격은 200㎛로 하였다. 위상 시프터(141)로서는 박막 히터를 이용하고, 폭을 40㎛, 길이를 40mm로 설정하였다.

상기의 설계값에 기초하여, 화염 퇴적법, 포토리소그래피 기술, 반응성 이온 에칭을 이용하여 석영계 광 도파로 회로를 제작하였다. 광 도파로의 비굴절율은 1.5%, 광 도파로의 코어 단면은 4.5×4.5㎛²으로 되도록 제작하였다.

이 간섭계형 광 스위치가 제작된 칩을 다이싱에 의해 절삭하고, 실리콘 기판(161)의 하부에는 방열판(도시되지 않음)을 배치하고, 입출력 도파로(101 내지 104)에는 싱글 모드 섬유(도시되지 않음)를 접속하고, 박막 히터(141)에는 급전 리드(도시되지 않음)를 접속하여, 2입력 2출력 광 스위치 모듈로 하였다. 이 간섭계형 스위치 모듈의 스위칭 특성을 평가하였다.

여기서는, 제작한 광 도파로 회로를 기본 구성 소자로 하는 스위치를 게이트 스위치로서 이용한 경우의 스위칭 동작에 대해서 설명한다. 위상 시프터(박막 히터)(141)가 OFF 상태인 경우, 스위치는 바 상태로 있고, 이에 의해 신호 광이 입력 도파로(101)로부터 입력된 경우에 신호 광은 출력 도파로(103)로부터 출력되고, 출력 도파로(104)로부터는 출력되지 않도록 되어 있다. 여기서, 박막 히터(141)를 통전하여, 열광학 효과에 의해 광학적 광로 길이를 신호 광의 반파장에 상당하는 만큼(0.5λc·k(k는 0 이외의 정수)) 변화시키면, 광로 길이차는 ΔL+δΔL=0.16λc-0.5λc=-0.34λc로 되었다. 이 때, 위상 시프터(박막 히터)(141)는 ON 상태에서 스위치는 크로스 상태로 있고, 입력 도파로(101)로부터 입력된 신호 광은 출력 도파로(104)로부터 출력된다. 즉, 입력 포트를 101로 하고, 출력 포트를 104로 한 경우, 위상 시프터(141)가 OFF 상태에서는 신호 광이 출력되지 않고, 위상 시프터(141)가 ON 상태에서는 신호 광이 출력되고, 게이트 스위치로서 기능하였다. 입력 포트를 102로 한 경우에도 동일한 스위칭 동작을 확인할 수 있었다.

다음으로, 도14는 본 실시예의 간섭계형 스위치의 측정된 투과율의 파장 특성을 도시한다. 비교를 위해, 도37에 도시된 종래의 마하-젠더 간섭계형 광 스위치의 투과율의 파장 의존성도 포함하여 도시하였다. 위상 시프터(141)가 OFF 상태인 경우, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는 1.45 내지 1.6㎛의 넓은 파장 대역에서 -40dB 이하의 고소광비가 얻어졌다. 위상 시프터를 ON 상태로 한 경우, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는 넓은 파장 대역에서 양호한 삽입 손실이 얻어졌다.

이와 같이, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는 종래와 전혀 다른 원리를 이용하여 광대역에 걸쳐 고소광비를 실현하고, 1개의 위상 시프터만으로 광대역 스위칭 동작이 가능하다는 것을 확인하였다. 또한, 넓은 파장 대역에서의 스위칭 동작에 대응하고 있기 때문에, 광 합/분파 수단의 분기비 오차나 광로 길이차 부여부의 광로 길이차 오차에 대한 허용량이 크고, 그 때문에 제작 오차가 발생하더라도 고소광비를 유지할 수 있는 간섭계형 광 스위치를 실현할 수 있었다.

본 실시예에서는 2개의 상이한 위상 생성 커플러를 이용하고 있기 때문에, 위상 보상량과 광 합/분파 수단의 분기비의 근사도가 높아지고, 제1 실시예에 비해서 양호한 특성이 얻어졌다. 또한, 가장 이상적인 마하-젠더 간섭계형 광 스위치는, 제1 및 제2 광 합/분파 수단의 분기비가 파장에 의존하지 않고, 0.5로 되어 있을 때이다. 본 실시예는 제1 및 제2 광 합/분파 수단의 위상차와 분기비를 모두 자유롭게 설정할 수 있는 구성이기 때문에, 매우 이상적인 간섭계형 스위치를 실현할 수 있다.

이상, 본 실시예에서 설명한 간섭계형 광 스위치는, 파장 대역이 1.45 내지 1.65㎛의 범위에서 고소광비가 얻어지도록 설계하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 위상 보정량을 최적으로 설계함으로써, 예를 들면, 1㎛ 내지 2㎛ 등의 임의의 파장 대역에서 고소광비가 얻어지도록 할 수 있다. 또한, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 광 합/분파 수단으로서, N+1개(N은 1 이상의 정수)의 방향성 결합기와, 인접하는 방향성 결합기에 개재된 N개의 미소 광로 길이차 부여부로 구성되어 있는 광 합/분파 수단을 이용하였지만, 그 이외 구성의 광 합/분파 수단을 이용하여도 좋다. 또한, 본 실시예에서 설명한 구성에 한정되지 않고, 예를 들면, 4개의 광 합/분파 수단과, 인접하는 광 합/분파 수단에 개재된 3개의 광로 길이차 부여부로 간섭계형 광 스위치를 구성하여도 좋고, 다른 광 합/분파 수단을 조합하여 위상 생성 커플러를 구성하여도 좋다. 또한, 광 합/분파 수단은, 본 실시예에서 사용한 방향성 결합기로 한정되지 않고, 그 이외의 종류의 것을 이용하여도 좋다. 또한, 사용하는 광 합/분파 수단의 분기비의 파장 의존성을 고려하여 위상 특성을 설정하여도 좋다. 또한, 본 실시예의 구성에서, 광 도파로의 굴절율을 국소적으로 변화시킴으로써, 광학적 광로 길이차나 광 합/분파 수단의 결합 특성, 위상 특성을 조정할 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 입력 도파로를 101, 102로 하였지만, 103, 104를 입력 도파로로서 사용하고, 101, 102를 출력 도파로로서 사용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 상기의 [수학식 9]의 m이 -1로 되도록 설계하였지만, m은 +1이어도 좋고, 임의의 정수를 이용하여도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 여기서 설명한 구성으로 한정되지 않고, 회로 전체로서 봤을 때, 설정한 파장 대역이나 주파수 대역 전체 영역에서, 회로를 구성하는 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와 광로 길이차 부여부의 광로 길이차에 기인하는 위상차의 총합이 파장에 대해서 일정하게 되도록 하면, 도파로의 종류, 도파로의 형상, 도파로 재료, 파장대, 광 합/분파 수단의 종류 등에 의존하지 않고, 광대역에서 고소광비를 유지할 수 있는 간섭계형 광 스위치를 구성할 수 있다.

(제3 실시예)

도15는 본 발명의 제3 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한다. 본 실시예의 간섭계형 광 스위치의 회로는, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 광 합/분파 수단(위상 생성 커플러)(111), 방향성 결합기(153), 광 합/분파 수단(111)과 방향성 결합기(153)에 개재된 광로 길이차 부여부(131), 광로 길이차 부여부(131)에 형성된 위상 시프터(141), 입력 도파로(101, 102), 및 출력 도파로(103, 104)로 구성되어 있다. 또한, 위상 생성 커플러(111)로서, 2개의 방향성 결합기(151, 152)와, 이 2개의 방향성 결합기(151, 152)를 연결하고 있는 2개의 광 도파로로 이루어지는 미소 광로 길이차 부여부(132)로 구성되어 있는 광 합/분파 수단을 이용하고 있다. 또한, 한 쌍의 위상 시프터(141)의 측부 근방의 기판 상에 3개의 단열 홈(168)이 형성되어 있다.

도16은 도15에 도시된 간섭계형 광 스위치의 A-A 선분에 따른 단면의 구조를 도시한다. 실리콘 기판(161) 상에는 석영계 글래스로 형성된 클래드 글래스층(164, 167)이 적층되어 있다. 이 클래드 글래스층(164, 167)의 중간층에는 석영계 글래스로 형성된 코어 글래스부(165)가 배치되고, 이에 의해 광 도파로가 형성되어 있다. 또한, 상부 클래드 글래스층(167)의 표면에는 위상 시프터(박막 히터)(141)가 형성되어 있으며, 위상 시프터(141)의 양측에는 단열 홈(168)이 형성되어 있다. 또한, 이 단열 홈(168)의 구조는 주변의 코어 근방에서의 응력이 균등하게 되는 위치에 배치되어 있다.

위상 생성 커플러(111)의 분기비가 파장 영역의 중심 파장 λc=1.55㎛에서 대략 0.5로 되고, 출력되는 광의 위상차가 상기 [수학식 8]을 만족하도록, 2개의 방향성 결합기(151, 152)의 분기비와 1개의 미소 광로 길이차 부여부(132)의 광로 길이차를 비선형 다항식 근사에 의해 구하였다. 그 결과, 방향성 결합기(151, 152)의 분기비를 각각 r₁=0.1, r₂=0.6으로 하고, 미소 광로 길이차 부여부(132)의 광로 길이차를 ΔL₁=0.27·λc(≒0.38㎛)로 하고, 방향성 결합기(153)의 분기비를 r₃=0.5로 설정하였다. 또한, 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차는 ΔL=0.37·λc(≒0.53㎛)로 하고, 광 합/분파 수단(111)과 방향성 결합기(153)를 연결하고 있는 2개의 광 도파로의 간격은 100㎛로 하였다. 단, 광로 길이차는 일측의 광 도파로(도면에서는 하측의 광로)에 대한 타측의 광 도파로의 상대적인 광로 길이를 나타내고 있다. 위상 시프터(141)로서는 박막 히터를 이용하고, 폭을 40㎛, 길이를 2mm로 설정하였다.

상기의 설계값에 기초하여, 화염 퇴적법, 리소그래피 기술, 반응성 이온 에칭을 이용하여 석영계 광 도파로 회로를 제작하였다. 광 도파로의 비굴절율은 0.75%, 광 도파로의 코어 단면은 6×6㎛², 단열 홈(168)의 폭은 70㎛, 깊이는 35㎛로 되도록 제작하였다.

이 간섭계형 광 스위치가 제작된 칩을 다이싱에 의해 절삭하고, 실리콘 기판(161)의 하부에는 방열판(도시되지 않음)을 배치하고, 입출력 도파로(101 내지 104)에는 싱글 모드 섬유(도시되지 않음)를 접속하고, 박막 히터(141)에는 급전 리드(도시되지 않음)를 접속하여, 2입력 2출력 광 스위치 모듈로 하였다. 이 간섭계형 광 스위치 모듈의 스위칭 특성을 평가하였다.

여기서는, 제작한 광 도파로 회로를 기본 구성 소자로 하는 스위치를 게이트 스위치로서 이용한 경우의 스위칭 동작에 대해서 설명한다. 위상 시프터(박막 히터)(141)가 OFF 상태인 경우, 스위치는 바 상태로 있고, 이에 의해 입력 도파로(101)로부터 신호 광이 입력된 경우에 신호 광은 출력 도파로(103)로부터 출력되고, 출력 도파로(104)로부터는 출력되지 않도록 되어 있다. 여기서, 박막 히터(141)를 통전하여, 열광학 효과에 의해 광학적 광로 길이를 신호 광의 반파장에 상당하는 만큼(0.5λc·k(k는 0 이외의 정수)) 변화시키면, 광로 길이차는 ΔL+δΔL=0.37λc-0.5λc=-0.13λc로 되었다. 이 때, 위상 시프터(박막 히터)(141)는 ON 상태에서 스위치는 크로스 상태로 있고, 입력 도파로(101)로부터 입력된 신호 광은 출력 도파로(104)로부터 출력된다. 즉, 입력 포트를 101로 하고, 출력 포트를 104로 한 경우, 위상 시프터(141)가 OFF 상태에서는 신호 광이 출력되지 않고, 위상 시프터(141)가 ON 상태에서는 신호 광이 출력되고, 게이트 스위치로서 기능하였다. 입력 포트를 102로 한 경우에도 동일한 스위칭 동작을 확인할 수 있었다. 또한, 본 실시예에서는 입력 도파로를 101, 102로 하였지만, 103, 104를 입력 도파로로서 사용하고, 101, 102를 출력 도파로로서 사용하여도 동일한 효과가 얻어졌다. 또한, 본 실시예의 광 스위치에는 단열 홈 구조가 형성되어 있기 때문에, 스위칭에 필요로 하는 위상 시프터의 소비 전력을 종래의 1/10로 억제할 수 있었다.

다음으로, 도17은 본 실시예의 회로에서 측정한 투과율의 파장 의존성을 도시한다. 본 실시예의 광 스위치에서도, 위상 시프터가 OFF 상태인 경우, 1.3 내지 1.6㎛의 넓은 파장 대역에서 -30dB 이하의 고소광비가 얻어졌다.

이상, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는, 종래와 전혀 다른 원리를 이용하여 광대역에 걸쳐 고소광비를 실현하고, 소형이며, 1개의 위상 시프터만으로 광대역 스위칭 동작이 가능하다는 것이 확인되었다. 또한, 넓은 파장 대역에서의 스위칭 동작에 대응하고 있기 때문에, 광 합/분파 수단의 분기비 오차나 광로 길이차 부여부의 광로 길이차 오차에 대한 허용량이 크고, 제작 오차가 발생하더라도 고소광비를 유지할 수 있는 간섭계형 광 스위치를 실현할 수 있었다. 또한, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는 기판 상에 단열 홈 구조를 갖고 있기 때문에, 스위칭 전력을 매우 작게 억제할 수 있었다. 물론, 홈의 형상과 위치는 임의적이고, 홈에 공기 이외의 임의의 재료를 포함시켜도 좋고, 본 실시예에서 나타낸 바와 같이 평면 기판 상에 광 회로 이외의 구조가 형성되어 있어도 좋다.

(제4 실시예)

도18은 본 발명의 제4 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한다. 본 실시예의 간섭계형 광 스위치의 회로는, 복수의 간섭계형 광 스위치를 이용한 다중 간섭계 구성의 광 스위치이다. 이와 같은 다중 간섭계 구성을 갖는다면, 스위치가 OFF 상태인 경우에 복수의 기본 구성 소자에 의해 누설 광을 저지할 수 있기 때문에, 기본 구성 소자 단일체에 비해서 높은 소광비가 얻어진다.

본 회로는, 도7에 도시된 제1 실시예의 간섭계형 광 스위치를 2개 접속하고 있다. 또한, 전단(입력측)의 간섭계형 광 스위치(170)의 일측의 출력(도7의 104에 대응)이 후단(출력측)의 간섭계형 광 스위치(171)의 일측의 입력(도7의 102에 대응)에 접속되어 있고, 전단의 간섭계형 광 스위치(170)의 타측의 출력(도7의 103에 대응)은 출력 도파로(103)로서 사용되고 있다. 후단의 간섭계형 광 스위치(171)의 타측의 입력(도7의 101에 대응)은 입력 도파로(101)로서 사용되고 있으며, 입력 도파로(101)와 출력 도파로(103)의 도중에서 서로 교차하여, 교차 도파로(155)로 되어 있다. 물론, 입력 도파로와 출력 도파로가 서로 교차하지 않도록 회로를 레이아웃할 수도 있다. 또한, 전단의 간섭계형 광 스위치(170)의 일측의 입력(도7의 101에 대응)은 입력 도파로(102)로서 사용되고 있으며, 후단의 간섭계형 광 스위치(171)의 일측의 출력(도7의 103에 대응)은 출력 도파로(104)로서 사용되고 있다.

위상 생성 커플러의 분기비가 파장 영역의 중심 파장 λc=1.55㎛에서 대략 0.5로 되고, 출력되는 광의 위상차가 상기 [수학식 8]을 만족하도록, 2개의 방향성 결합기(151, 152)의 분기비와 1개의 미소 광로 길이차 부여부(132)의 광로 길이차를 공역 구배법(Gradient Method)에 의해 구하였다. 그 결과, 방향성 결합기(151, 152)의 분기비를 각각 r₁=0.3, r₂=0.7로 하고, 미소 광로 길이차 부여부(132)의 광로 길이차를 ΔL₁=0.30λc(≒0.47㎛)로 하고, 방향성 결합기(153)의 분기비를 r₃=0.5로 설정하였다. 또한, 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차는 ΔL=0.34λc(≒0.53㎛)로 하고, 광 합/분파 수단(111)과 방향성 결합기(153)를 연결하고 있는 2개의 광 도파로의 간격은 100㎛로 하였다. 단, 광로 길이차는 일측의 광 도파로(도면에서는 하측의 광로)에 대한 타측의 광 도파로의 상대적인 광로 길이를 나타내고 있다. 위상 시프터(141)로서는 박막 히터를 이용하고, 그 폭을 40㎛, 그 길이를 4mm로 설정하였다. 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차는 최초 ΔL=0㎛로 설정하여, 회로를 제작한 후, 박막 히터(141)에 의한 영구적인 국소 가열 처리를 수행함으로써, 광학적 광로 길이차가 ΔL=0.34λc(≒0.53㎛)로 되도록 조정하였다.

본 실시예에서는 광로 길이차 부여부(131)를 구성하는 2세트의 광 도파로에 각각 2개의 박막 히터(141)를 형성하고, 일측을 국소 가열 처리에 이용하고, 타측을 스위칭 동작에 이용하였지만, 그 양측을 국소 가열 처리에 이용하여도 좋고, 그 양측을 스위칭 동작에 이용하여도 좋다. 물론, 3개 이상의 박막 히터를 형성하여도 좋다. 또한, 박막 히터(141)의 형상은 임의적이며, 복수의 박막 히터의 형상은 각각 상이해도 좋다. 또한, 광로 길이차 부여부(131)를 구성하는 2세트의 광 도파로의 박막 히터(141)를 동시에 이용하여 국소 가열 처리나 스위칭 동작을 수행하여도 좋다.

상기 설계값에 기초하여, 화염 퇴적법, 포토리소그래피 기술, 반응성 이온 에칭을 이용하여 석영계 광 도파로 회로를 제작하였다. 광 도파로의 비굴절율은 1.5%, 광 도파로의 코어 단면은 4.5×4.5㎛², 단열 홈의 폭은 70㎛, 깊이는 50㎛로 되도록 제작하였다.

이 간섭계형 광 스위치가 제작된 칩을 다이싱에 의해 절삭하고, 실리콘 기판(161)의 하부에는 방열판(도시되지 않음)을 배치하고, 입출력 도파로(101 내지 104)에는 분산 시프트 섬유(도시되지 않음)를 접속하고, 박막 히터(141)에는 급전 리드(도시되지 않음)를 접속하여, 2입력 2출력 광 스위치 모듈로 하였다. 이 간섭계형 광 스위치 모듈의 스위칭 특성을 평가하였다.

위상 시프터(박막 히터)(141)가 OFF 상태인 경우, 스위치는 바 상태로 있고, 이에 의해 신호 광이 입력 도파로(102)로부터 입력된 경우에 신호 광은 출력 도파로(103)로부터 출력되고, 출력 도파로(104)로부터는 출력되지 않도록 되어 있다. 이 때, 2개의 기본 구성 소자(170, 171)에 의해 출력 도파로(104)로의 누설 광이 저지되기 때문에, 높은 소광비가 얻어졌다. 여기서, 간섭계형 광 스위치(170, 171)의 박막 히터(141)를 통전하여, 열광학 효과에 의해 광학적인 광로 길이를 신호 광의 반파장에 상당하는 만큼(0.5λc·k(k는 0 이외의 정수)) 변화시키면, 광로 길이차는 ΔL+δΔL=0.34λc-0.50λc=-0.16λc로 되었다. 이 때, 위상 시프터(박막 히터)(141)가 ON 상태에서, 스위치는 크로스 상태로 있고, 입력 도파로(102)로부터 입력된 신호 광은 출력 도파로(104)로부터 출력되었다. 또한, 본 실시예에서는 입력 도파로를 101, 102로 하였지만, 103, 104를 입력 도파로로서 사용하고, 101, 102를 출력 도파로로서 사용하여도 동일한 효과가 얻어졌다. 또한, 본 실시예의 광 스위치에는 단열 홈 구조가 형성되어 있기 때문에, 스위칭에 필요한 위상 시프터의 소비 전력을 종래의 1/10로 억제할 수 있었다.

다음으로, 도19는 본 실시예의 간섭계형 광 스위치의 측정된 투과율의 파장 특성을 도시한다. 비교를 위해서, 도37에 도시된 종래의 마하-젠더 간섭계형 광 스위치의 투과율의 파장 의존성도 포함시켜 도시하였다. 위상 시프터(141)가 OFF 상태인 경우, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는 다중 간섭계 구성에 의해 1.45 내지 1.63㎛의 넓은 파장 대역에서 -60dB 이하의 고소광비가 얻어졌다. 위상 시프터(141)를 ON 상태로 한 경우, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는 넓은 파장 대역에서 양호한 삽입 손실이 얻어졌다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 간섭계형 광 스위치를 복수, 다단으로 이용함으로써, 1개의 간섭계형 광 스위치로서 기능시킬 수 있다. 본 실시예에서는, 동일한 간섭계형 광 스위치를 2개 조합시킴으로써 2중 간섭계 구조를 구성하였지만, 2개의 간섭계형 광 스위치는 상이한 설계값을 이용하여도 좋다. 또한, 본 실시예에서 설명한 2중 간섭계 구성으로 한정되지 않고, 다른 구성을 가질 수도 있고, 임의의 광 도파로를 서로 접속하여 임의의 광 도파로를 입력 도파로, 출력 도파로로서 이용하여도 좋다. 또한, 3개 이상의 동일한 구조의 간섭계형 광 스위치를 조합시켜도 좋고, 다른 구조의 간섭계형 광 스위치를 복수 조합시켜도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치를 이용함으로써, 넓은 파장 대역에서 스위칭 동작을 수행할 수 있었다. 또한, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는, 넓은 파장 대역에서의 스위칭 동작에 대응하고 있기 때문에, 광 합/분파 수단의 분기비 오차나 광로 길이차 부여부의 광로 길이차 오차에 대한 허용량이 크고, 그 때문에 제작 오차가 발생하여도, 고소광비를 유지할 수 있는 간섭계형 광 스위치를 실현할 수 있었다.

(제4 실시예의 제1 변형예)

도20은 본 발명의 제4 실시예의 제1 변형예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한다. 본 실시예의 회로는, 도13에 도시된 제2 실시예에서 설명한 간섭계형 광 스위치를 2개 이용한 다중 간섭계 구성의 광 스위치이다. 이와 같은 다중 간섭계 구성을 갖는다면, 스위치가 OFF 상태인 경우에 복수의 기본 구성 소자(170, 171)에 의해 누설 광을 저지할 수 있기 때문에, 기본 구성 소자 단일체에 비해서, 높은 소광비가 얻어진다.

본 예의 다중 간섭계형 광 스위치는, 회로의 중심에 대해 선 대칭이 되도록 도13의 기본 구성 소자가 2개 배치되어 있다. 또한, 전단의 간섭계형 광 스위치(170)의 일측의 출력(도13의 104에 대응)이 후단의 간섭계형 광 스위치(171)의 타측의 입력(도13의 102에 대응)에 접속되어 있고, 전단의 간섭계형 광 스위치(170)의 타측의 출력(도13의 103에 대응)은 출력 도파로(103)로서 사용되고 있다. 후단의 간섭계형 광 스위치(171)의 타측의 입력(도13의 101에 대응)은 입력 도파로(101)로서 사용되고 있으며, 입력 도파로(101)와 출력 도파로(103)의 도중에서 서로 교차하여 교차 도파로(155)로 되어 있다. 또한, 전단의 간섭계형 광 스위치(170)의 일측의 입력(도13의 101에 대응)은 입력 도파로(102)로서 사용되고 있으며, 후단의 간섭계형 광 스위치(171)의 일측의 출력(도13의 103에 대응)은 출력 도파로(104)로서 사용되고 있다. 물론, 전술한 제4 실시예와 같이 2개의 기본 구성 소자(170, 171)를 동일한 방향으로 배치하여도 좋다. 또한, 회로 레이아웃은 임의적이며, 도20 동도와 같이 2개의 기본 구성 소자(170, 171)를 횡(橫)으로 배열하여도 좋고, 종(從)으로 배열하여도 좋다.

본 예의 다중 간섭계를 구성하는 간섭계형 광 스위치(170, 171)는 동일한 설계값을 이용하였다. 위상 생성 커플러(111, 112)(도13 참조)의 분기비가 파장 영역의 중심 파장 λc=1.55㎛에서 각각 대략 0.5로 되고, 출력되는 광의 위상차가 상기 [수학식 9]를 만족하도록, 각각의 위상 생성 커플러를 구성하는 2개의 방향성 결합기(151, 152 및 153, 154)의 분기비와 미소 광로 길이차 부여부(132, 133)의 광로 길이차를 다중 회귀 근사에 의해 구하였다. 그 결과, 일측의 위상 생성 커플러(111)를 구성하는 방향성 결합기(151, 152)의 분기비를 각각 r₁=0.3, r₂=0.1로 하고, 미소 광로 길이차 부여부(132)의 광로 길이차를 ΔL₁=0.19λc(≒0.29㎛)로 설정하였다. 단, 광로 길이차는 일측의 광 도파로(도면에서는 하측의 광로)에 대한 타측의 광 도파로의 상대적인 광로 길이를 나타내고 있다. 또한, 타측의 위상 생성 커플러(112)를 구성하는 방향성 결합기(153, 154)의 분기비를 각각 r₃=0.1, r₄=0.3으로 하고, 미소 광로 길이차 부여부(133)의 광로 길이차를 ΔL₂=0.19λc(≒0.29㎛)로 설정하였다. 또한, 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차는 ΔL=0.16λc(≒0.25㎛)로 하고, 광 합/분파 수단(111, 112)을 연결하고 있는 2개의 광 도파로의 간격은 100㎛로 하였다. 위상 시프터(141)로서는 박막 히터를 이용하고, 그 폭을 40㎛, 그 길이를 4mm로 설정하였다.

상기의 설계값에 기초하여, 화염 퇴적법, 리소그래피 기술, 반응성 이온 에칭을 이용하여 석영계 광 도파로 회로를 제작하였다. 광 도파로의 비굴절율은 1.5%, 광 도파로의 코어 단면은 4.5×4.5㎛², 단열 홈(168)의 폭은 70㎛, 그 깊이는 50㎛로 되도록 제작하였다.

위상 시프터(박막 히터)(141)가 OFF 상태인 경우, 스위치는 바 상태로 있고, 이에 의해 신호 광이 입력 도파로(102)로부터 입력된 경우에 신호 광은 출력 도파로(103)로부터 출력되고, 출력 도파로(104)로부터는 출력되지 않도록 되어 있다. 이 때, 2개의 기본 구성 소자(170, 171)에 의해 출력 도파로(104)로의 누설 광이 저지되기 때문에, 높은 소광비가 얻어진다. 여기서, 간섭계형 광 스위치(170, 171)의 박막 히터(141)를 통전하여, 열광학 효과에 의해 광학적인 광로 길이를 신호 광의 반파장에 상당하는 만큼(0.5λc·k(k는 0 이외의 정수)) 변화시키면, 광로 길이차는 ΔL-δΔL=0.16λc-0.50λc=-0.34λc로 되었다. 이 때, 위상 시프터(박막 히터)(141)는 ON 상태에서 스위치는 크로스 상태로 있고, 입력 도파로(102)로부터 입력된 신호 광은 출력 도파로(104)로부터 출력되었다. 또한, 본 실시예에서는 입력 도파로를 101, 102로 하였지만, 103, 104를 입력 도파로로서 사용하고, 101, 102를 출력 도파로로서 사용하여도 동일한 효과가 얻어졌다. 또한, 본 예의 광 스위치에는 단열 홈 구조가 형성되어 있기 때문에, 스위칭에 필요한 위상 시프터의 소비 전력을 종래의 1/10로 억제할 수 있었다.

다음으로, 도21은 본 예의 간섭계형 광 스위치의 측정된 투과율의 파장 특성을 도시한다. 비교를 위해서, 도37에 도시된 종래의 마하-젠더 간섭계형 광 스위치의 투과율의 파장 의존성도 포함하여 도시하였다.

위상 시프터가 OFF 상태인 경우, 본 예의 간섭계형 광 스위치는 다중 간섭계 구성에 의해 1.45 내지 1.65㎛의 넓은 파장 대역에서 -60dB 이하, 1.45 내지 1.63㎛의 넓은 파장 대역에서 -80dB 이하의 고소광비가 얻어졌다. 위상 시프터를 ON 상태로 한 경우, 본 예의 간섭계형 광 스위치는 넓은 파장 대역에서 양호한 삽입 손실이 얻어졌다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 간섭계형 광 스위치를 복수 이용함으로써, 1개의 간섭계형 광 스위치로서 기능하게 할 수 있었다. 본 예에서는, 동일한 간섭계형 광 스위치를 2개 조합시킴으로써 2중 간섭계 구조를 구성하였지만, 2개의 간섭계형 광 스위치는 상이한 설계값을 이용하여도 좋다. 또한, 본 실시예에서 도시한 2중 간섭계 구성으로 한정되지 않고, 예를 들면, 제1 실시예의 간섭계형 광 스위치와 제2 실시예의 간섭계형 광 스위치를 조합시켜서 이중 간섭계를 구성하는 등, 상이한 구성을 가질 수도 있다. 또한, 복수의 간섭계형 광 스위치를 접속하는 방법은 본 예로 한정되지 않고, 임의의 광 도파로끼리 서로 접속하여도 좋고, 임의의 광 도파로를 입력 도파로, 출력 도파로로서 이용하여도 좋다. 또한, 3개 이상의 간섭계형 광 스위치를 조합시킬 수도 있다.

본 예에서는 제작 오차에 대한 허용공차를 증대시키기 위해 2개의 위상 생성 커플러(111, 112)(도13 참조)를 구성하는 방향성 결합기(151~154)의 분기비와 미소 광로 길이차 부여부(132, 133)의 광로 길이차가 동일한 값으로 되도록 설계하였다. 또한, 위상 생성 커플러(111, 112)를 그 중심에 대해서 선 대칭이 되도록 하고 있다. 즉, r₁=r₄, r₂=r₃, ΔL₁=ΔL₂로 하였다. 이렇게 함으로써, 예를 들면, 방향성 결합기(151 내지 154)의 분기비는 2종류만 사용되기 때문에, 설계대로의 특성을 실현하기 위해서는 2종류의 분기비를 제작할 수 있으면 좋다. 한편, 제2 실시예에서는 4종류의 다른 설계값의 방향성 결합기를 이용하고 있기 때문에, 설계대로의 특성을 실현하기 위해서는 4종류의 분기비를 제작할 필요가 있다. 그 반면, 제2 실시예와 같이 제1 및 제2 광 합/분파 수단(111, 112)을 상이한 설계값으로 하면, 위상차와 분기비의 파장 의존성의 설계 자유도가 증가하기 때문에, 보다 근사도가 높아지는 장점이 있다. 따라서, 용도에 따라 제작 오차에 대한 내성과 설계의 자유도 중 어느 것을 중시할지를 선택하면 된다.

또한, 다중 간섭계 구성끼리 비교하면, 본 예는 전술한 제4 실시예에 비해서 회로 사이즈가 크게 되는 반면, 설계값의 종류가 적은 이점이 있다. 즉, 제4 실시예에서는 분기비가 상이한 3종류의 방향성 결합기를 이용하였지만, 본 예에서는 2종류의 분기비만 사용하기 때문에, 보다 용이하게 제작할 수 있다. 또한, 본 예에서는, 선대칭인 간섭계형 광 스위치 2개를 선대칭으로 배치하여 다중 간섭계를 구성하고 있다. 본 예는 이와 같이 매우 대칭성이 높은 구성이기 때문에, 예를 들면, 반파장판(半波長板) 등을 용이하게 삽입할 수 있다.

본 예에서는, 2개의 간섭계형 광 스위치(170과 171)를 동일한 설계값으로 하였지만, 상이한 설계값으로 하여도 좋다. 예를 들면, 본 예에서는 2개의 간섭계형 광 스위치의 최대 소광 파장을 모두 1.55㎛ 근방으로 설계하고 있기 때문에, 1.55㎛를 중심으로 1.52 내지 1.57㎛의 최대 소광 파장 범위에서 -140dB 이하의 절대값이 매우 큰 최대 소광비를 실현하고 있다. 그러나, 간섭계형 광 스위치(170)의 최대 소광 파장을, 예를 들면, 1.5㎛ 근방, 간섭계형 광 스위치(171)의 최대 소광 파장을, 예를 들면, 1.6㎛ 근방으로 설정하면, 최대 소광비의 절대값은 작아지지만, 최대 소광 파장을 유지할 수 있는 파장 범위를 확대할 수 있다. 물론, 여기서 설명한 것은 일례이며, 다중 간섭계를 구성하는 각각의 기본 구성 소자를 임의의 특성이 되도록 설정할 수 있다.

(제5 실시예)

도22는 본 발명의 제5 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한다. 본 실시예의 간섭계형 광 스위치의 회로는, 위상 생성 커플러(111), 방향성 결합기(153), 광 합/분파 수단(111)과 방향성 결합기(153)에 개재된 광로 길이차 부여부(131), 광로 길이차 부여부(131)에 형성된 위상 시프터(141), 입력 도파로(101, 102), 및 출력 도파로(103, 104)로 구성되어 있다.

전술한 제1 내지 제4 실시예 각각의 간섭계형 광 스위치에서는, 특히 출력 강도가 0이나 1로 스위칭되도록 상기 [수학식 7]을 만족하는 경우에 대해서 설명하였다. 그러나, 본 발명의 광 스위치는 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 파장 무의존으로 되도록 m·π(m은 정수) 이외의 값으로 되도록 설정하면, 출력 강도가 0과 1 사이의 상이한 값을 가지도록 할 수 있다. 그렇게 하면, 광대역에서 사용할 수 있는 출력 강도 가변의 광 스위치(광대역 가변 광 감쇠기, 소위, 가변 광 감쇠기)를 실현할 수 있다.

구체적으로 출력의 투과율을 0dB, -10dB, -20dB, -30dB로 하기 위해서는, 출력 도파로(104)로부터 출력되는 광 신호 각각의 출력 강도가 Pc=1.0, 0.1, 0.01, 0.001로 되도록 위상차의 값을 설정하면 좋다. 광 스위치의 출력 강도는 상기 [수학식 6]으로 표현되기 때문에, 광 합/분파 수단(111)과 광로 길이차 부여부(131)에 의한 총 위상차 {φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 각각 -1.00, -0.60, -0.53, -0.51, -0.50으로 되도록 설정하면, 출력의 투과율이 각각 0dB, -10dB, -20dB, -30dB의 광대역 광 강도 가변 스위치로 할 수 있다.

도22에 도시된 본 실시예의 간섭계형 광 스위치에서는, 위상 생성 커플러(111)를 구성하는 방향성 결합기(151, 152)의 분기비를 각각 r₁=0.3, r₂=0.7로 하고, 미소 광로 길이차 부여부(132)의 광로 길이를 ΔL₁=0.3λc(≒0.47㎛)로 설정하였다. 또한, 마하-젠더 간섭계(131)의 광로 길이를 ΔL=0.34λc(≒0.53㎛)로 하고, 방향성 결합기(153)의 분기비는 r₃=0.5로 설정하였다. 단, 광로 길이차는 일측의 광 도파로(동 도면에서는 하측의 광로)에 대한 타측의 광 도파로의 상대적인 광로 길이를 나타내고 있다. 간섭계형 광 스위치의 광 합/분파 수단(111)과 방향성 결합기(153)를 연결하고 있는 2개의 광 도파로의 간격은 200㎛로 하였다. 위상 시프터(141)로서는 박막 히터를 이용하고, 그 폭을 40㎛, 그 길이를 4mm로 설정하였다.

위상 시프터(박막 히터)(141)가 OFF 상태인 경우, 스위치는 바 상태로 있고, 그 때문에 신호 광이 입력 도파로(101)로부터 입력된 경우에 신호 광은 출력 도파로(104)로부터는 출력되지 않는다. 이 상태에서의 투과율의 파장 의존성을 최대 소광시로 하여, 투과율의 파장 의존성을 도23에 도시하였다. 여기서, 박막 히터(141)를 통전하고, 전력을 변경하여, 열광학 효과에 의해 광학적인 광로 길이차를 각각 ΔL=0.35λc, 0.37λc, 0.44λc, 0.84λc로 하면, 광 합/분파 수단(111)과 광로 길이차 부여부(131)에 의한 총 위상차 {φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 각각 -0.51, -0.53, -0.60, -1.00으로 되고, 각각의 상태에서의 투과율은 -30dB, -20dB, -10dB, 0dB로 되었다(도23 참조). 또한, 투과율의 파장 의존성은, 도23에 도시된 바와 같이, 넓은 파장 대역에서 파장 무의존으로 되었다. 도41b에 도시된 종래의 가변 광 감쇠기의 파장 특성과 비교하면, 본 발명의 효과는 명백하다. 종래에는 어떤 특정한 1파장에서만 광을 감쇠시킬 수 있었던 반면에, 본 발명에서는 넓은 파장 대역에 걸쳐 광을 일괄적으로 감쇠시킬 수 있다. 이와 같이, 광 강도 가변의 광대역 광 스위치(가변 광 감쇠기)로서의 스위칭 동작을 확인할 수 있었다.

또한, 여기서는, 제1 및 제2 광 합/분파 수단(111, 153)의 분기비가 0.5인 이상적인 경우를 설명하였지만, 실제로는 파장 의존성이나 제작 오차가 발생한다. 엄밀하게 평탄화하기 위해서는 다음과 같이 제1 및 제2 광 합/분파 수단(111, 153)의 분기비도 고려하여 위상차를 설정하는 것이 좋다. 제1 및 제2 광 합/분파 수단(111, 153)의 분기비를 각각 R1(λ), R2(λ)로 하면, 출력 강도 Pc(λ)가 파장에 대해서 일정하게 되도록 위상차의 총합을 설정하면, 출력 강도는 파장 무의존으로 된다. 구체적으로는, 위상차의 총합이

로 되도록 하면 좋다. 물론, 도23의 특성으로부터 명백한 바와 같이, 위상차의 총합이 일정값이 되도록 설정한 것만으로도 충분히 넓은 대역에 걸쳐 투과율은 일정하며, 양호한 특성이 얻어진다.

상기 예에서는 입력 도파로(101)에 광 신호를 입력하고, 출력 도파로(104)로부터 광 신호를 추출하였지만, 출력 도파로(103)로부터 광 신호를 추출하여도 좋고, 입력 도파로(102)에 광 신호를 입력하여도 좋다. 또한, 출력 도파로(103, 104)에 광 신호를 입력하고, 입력 도파로(101, 102)로부터 광 신호를 추출하여도 좋다. 또한, 도22에는 도시되지 않았지만, 광로 길이차 부여부(131)를 구성하는 2개의 지연선 중 하측의 광 도파로(제2 광 도파로)에도 위상 시프터를 형성하고, 광학적 광로 길이차를 변화시킴으로써, 임의의 광 감쇠량을 설정하여도 좋다. 물론, 본 실시예의 광 강도 가변의 간섭계형 광 스위치에 각 실시예에서 설명한 특징 구성을 도입할 수 있다. 예를 들면, 제2 실시예에서 설명한 바와 같이, 도13의 제1 및 제2 광 합/분파 수단(111, 112)을 위상 생성 커플러로 하여도 좋고, 제3 실시예에서 설명한 바와 같이, 도15의 단열 홈 구조를 형성하여도 좋고, 제4 실시예에서 설명한 바와 같이, 도18의 다중 간섭계 구조로 하고, 각 기본 구성 소자를 상이한 조건으로 조정하여 전체 출력 강도를 파장에 대해서 일정하게 되도록 하여도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는 종래와 전혀 다른 원리를 이용하여 광 대역에 걸쳐 투과율이 일정한 광 강도 가변 광 스위치를 실현할 수 있었다. 또한, 1개의 위상 시프터만으로 광대역 스위칭 동작이 가능하다는 것을 확인하였다.

(제6 실시예)

도24는 본 발명의 제6 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한다. 본 실시예의 간섭계형 광 스위치의 회로는, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 한 쌍의 광 합/분파 수단(위상 생성 커플러)(111, 112), 이들 광 합/분파 수단(111, 112)에 개재된 광로 길이차 부여부(131), 광로 길이차 부여부(131)에 형성된 위상 시프터(141), 입력 도파로(101, 102), 및 출력 도파로(103, 104)로 구성되어 있다. 광 합/분파 수단(111, 112)의 출력의 위상차를 적절하게 설정함으로써, 넓은 파장 대역에서 양호한 스위칭 특성을 갖는 광 스위치를 실현할 수 있다.

출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 광 합/분파 수단을 실현하는 방법으로서 다양한 수단이 고려되지만, 본 실시예에서는 N+1개의 광 결합기와, 인접하는 광 결합기에 개재된 N개의 광로 길이차 부여부에 의해, 각각 광 합/분파 수단(111, 112)을 구성하고 있다. 단, N은 자연수이고, 도24에서는 N=2의 경우를 도시하고 있다.

도25는 본 발명의 제6 실시예에서 이용한 위상 생성 커플러(광 합/분파 수단)의 구성을 도시한다. 도25의 광 합/분파 수단은, 3개의 광 결합기(123, 124, 125)와, 인접하는 광 결합기에 개재된 2개의 광로 길이차 부여부(132, 133)로 구성되어 있다. 광로 길이차 부여부(132)는 제1 광 도파로(156)와 제2 광 도파로(158)의 2개의 광 지연선으로 이루어지고, 각각의 광학적 광로 길이를 l _1a, l _2a로 하면, 그 광학적 광로 길이차는 δl ₁=l _1a-l _2a이다. 광로 길이차 부여부(133)는 제1 광 도파로(157)와 제2 광 도파로(159)의 2개의 광 지연선으로 이루어지고, 각각의 광학적 광로 길이를 l _1b, l _2b로 하면, 그 광학적 광로 길이차는 δl ₂=l _1b-l _2b이다.

지금까지 설명한 제1 내지 제5 실시예에서도 위상 생성 커플러를 실현하는 수단으로서 본 구성의 광 합/분파 수단을 이용하였지만, 이는 원리적인 손실 없이 원하는 출력의 위상차와 분기비를 갖게 할 수 있기 때문이다. 물론, 본 구성의 광 합/분파 수단 이외의 수단을 이용하여도, 출력의 위상차에 파장 의존성을 갖게 함으로써 본 발명에 의한 효과를 얻을 수 있다. 예를 들면, 광 결합기와 광로 길이차 부여부를 조합하여 광 합/분파 수단을 구성하여도 좋고, 그것이 트랜스버셜형(Transversal-form)을 비롯한 FIR(Finite Impulse Response) 필터나 링형(ring-form)을 비롯한 IIR(Infinite Impulse Response) 필터여도 좋다.

이 간섭계형 광 스위치를 비대칭형 광 스위치로서 동작시키는 경우의 설계 예를 다음에 설명한다. 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차에 기인하는 위상차 2πφ_ΔL(λ)와, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 위상 생성 커플러(111, 112)에 의해 생성되는 위상차 2πφ₁(λ) 및 2πφ₂(λ)를 총합한 위상이 m·π(m은 정수)로 되고, 또한 m이 홀수인 경우에 비대칭형 스위치로 된다. 종래의 비대칭형 마하-젠더 간섭계 스위치는, 광로 길이차 부여부에 파장 의존성이 있다. 그 때문에, 어떤 특정한 파장에서만 위상을 m·π(m:홀수)로 설정할 수 있었기 때문에, 사용할 수 있는 파장 대역이 한정되어 있었다. 한편, 본 발명의 간섭계형 스위치는, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 광 합/분파 수단(위상 생성 커플러)(111, 112)을 이용함으로써, 파장 대역에 의존하지 않고, 위상을 일정값 m·π(m:홀수)으로 설정할 수 있다. 또한, 비대칭형이기 때문에, 제1 및 제2 광 합/분파 수단(111, 112)의 분기비가 이상적인 값인 0.5로부터 벗어나더라도, 크로스 포트에서 높은 소광비가 안정되게 얻어진다. 물론, 비대칭형에서는 분기비가 이상적인 값으로부터 벗어나면 ON 상태에서의 손실로 되지만, 그것은 대칭형에서 분기비가 이상적인 값에서 벗어남에 따른 소광비의 열화에 비하면 무시할 수 있을 정도로 작은 값이다.

도1을 이용하여 설명한 제1 실시예에서는 간단히 하기 위해, 제1 및 제2 광 합/분파 수단(111, 112)의 분기비가 전체 파장 대역에 걸쳐 일정값 0.5를 취하는 것으로 하여 전술한 [수학식 6]을 얻었다. 그러나, 실제로는 사용하는 모든 파장 대역에서 광 합/분파 수단의 분기비를 일정값 0.5로 하는 것은 용이하지 않고, 특히 파장 대역이 넓을 수록 분기비를 일정하게 유지하는 것이 어려워진다. 제1 및 제2 광 합/분파 수단(111, 112)의 분기비가 동일하고, R(λ)라고 하면, 입력 도파로(101)로부터 입력하고, 출력 도파로(104)로부터 출력되는 광 강도 Pc는 다음 식

Pc=2R(λ)·[1-R(λ)]·[1+cos{2π{φ_ΔL(λ)+Φ(λ)}}] [수학식 10]

로 표현할 수 있다. 단, Φ(λ)는 제1 및 제2 광 합/분파 수단(111, 112)의 출력의 위상차에 의한 위상이고, 여기서는, Φ(λ)=φ₁(λ)+φ₂(λ)로 하였다. 상기 [수학식 10]에서, 2π{φ_ΔL(λ)+φ₁(λ)+φ₂(λ)}가 m·π(m은 정수)로 되고, m이 홀수이면, 제1 및 제2 광 합/분파 수단(111, 112)의 분기비 R(λ)가 어떠한 값이어도, 높은 소광비를 유지할 수 있다. 그 때문에, 넓은 파장 대역에 걸쳐, 고소광비를 용이하게 유지할 수 있다.

즉, 종래에는 광로 길이차 부여부를 유한의 값으로 설정하면 파장 의존성이 발생하는 것이 상식이었기 때문에, 넓은 파장 대역에 걸쳐 스위칭 동작이 가능한 비대칭형 마하-젠더 간섭계형 광 스위치는 실현할 수 없었다. 그에 반해, 본 발명의 원리, 즉, 광 합/분파 수단의 출력의 위상차에 파장 의존성을 갖게 함으로써, 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차를 파장 무의존이면서 임의의 값으로 설정할 수 있게 되었다. 실시예의 하나로서 본 발명의 원리를 비대칭 마하-젠더 간섭계형 광 스위치에 적용함으로써, 지금까지 불가능하였던, 광대역에 걸쳐 높은 소광비를 갖고, 또한 제조 편차에 강한 간섭계형 광 스위치를 실현할 수 있었다.

다음으로, 구체적인 위상 생성 커플러의 설계예를 설명한다. 본 실시예에서는, 위상 생성 커플러를 실현하는 수단으로서, N+1개의 광 결합기와, 인접하는 광 결합기에 개재된 N개의 미소 광로 길이차 부여부로 이루어지는 광 합/분파 수단을 이용하였다. 또한, 제1 및 제2 광 합/분파 수단(111, 112)을 구성하는 N+1개의 광 결합기를 모두 동일 분기비로 하고, 또한 그 값을 최대한 작게 한다는 제약 조건하에서, 위상 생성 커플러의 분기비가 사용하는 파장대의 전체 영역에서 대략 0.5로 되고, 또한 출력의 위상차 Φ(λ)가 위상 보정량 ψ(λ)와 일치하도록 설계 파라미터를 최적화하였다. 최적화한 설계 파라미터는, 위상 생성 커플러를 구성하는 광 결합기(151, 152, 153, 251, 252, 253)의 분기비, 미소 광로 길이차 부여부(132, 133, 232, 233)의 광학적 광로 길이차, 및 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차 부여부(131)의 광학적 광로 길이차 ΔL이다. 종래의 마하-젠더 간섭계형 스위치의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차가 0·λc 또는 0.5·λc로 설정되어 있던 것에 반해, 본 발명에서는 광학적 광로 길이차 ΔL도 포함하여 위상 생성 커플러의 출력의 위상차가 적정 위상이 되도록 최적화한 것도 특징 중 하나이다.

본 실시예에서는 적용 파장 범위를 1.25 내지 1.65㎛로 하고, 1.3㎛와 1.55㎛에서 사용하는 것을 고려하여, 특히 1.3㎛와 1.55㎛에서 근사도가 가장 높아지도록 최적화하였다. 광 결합기(151, 152, 153, 251, 252, 253)로서는 근접한 2개의 광 도파로로 이루어지는 방향성 결합기를 이용하였다. 최적화의 결과, N=2로 되고, 방향성 결합기(151, 152, 153, 251, 252, 253)의 분기비는 r=0.1, 미소 광로 길이차 부여부(132, 232)의 광학적 광로 길이차는 ΔL₁=0.09·λc(≒0.13㎛), 미소 광로 길이차 부여부(133, 233)의 광학적 광로 길이차는 ΔL₂=0.05·λc(≒0.07㎛)로 되었다. 또한, 마하-젠더 간섭계의 광학적 광로 길이차는 ΔL=0.31·λc(≒0.45㎛), m=-1로 하고, 광 합/분파 수단(111, 112)에 개재된 2개의 광 도파로의 간격은 500㎛로 하였다. 위상 시프터(141)로서는 박막 히터를 이용하고, 그 폭을 80㎛, 그 길이를 3mm로 설정하였다.

상기 설계값에 기초하여, 화염 퇴적법, 포토리소그래피 기술, 반응성 이온 에칭을 이용하여 석영계 광 도파로 회로를 제작하였다. 광 도파로의 비굴절율은 0.75%, 광 도파로의 코어 단면은 6×6㎛²로 되도록 제작하였다.

이 간섭계형 광 스위치가 제작된 칩을 다이싱에 의해 절삭하고, 실리콘 기판(161)의 하부에는 방열판(도시되지 않음)을 배치하고, 입출력 도파로(101 내지 104)에는 싱글 모드 섬유(도시되지 않음)를 접속하고, 박막 히터(141)에는 급전 리드(도시되지 않음)를 접속하여, 2입력 2출력 광 스위치 모듈로 하였다.

위상 시프터(박막 히터)(141)가 OFF 상태인 경우, 스위치는 바 상태로 있고, 신호 광은 크로스 포트로부터는 출력되지 않았다. 박막 히터(141)를 통전하여, 광학적 광로 길이차를 ΔL+δΔL=0.31λc-0.50λc=-0.19λc로 한 ON 상태에서는 스위치는 크로스 상태로 전환되고, 신호 광은 크로스 포트로부터 출력되었다.

다음으로, 도26은 본 실시예의 간섭계형 광 스위치로 측정한 투과율의 파장 특성을 도시한다. 위상 시프터(141)가 OFF 상태인 경우, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는 1.25 내지 1.6㎛의 넓은 파장 대역에서 -30dB 이하의 고소광비가 얻어졌다. 특히, 본 실시예에서는 1.3㎛와 1.55㎛에서 근사도가 좋아지도록 위상 생성 커플러(111, 112)의 설계값을 최적화하고 있기 때문에, 1.3㎛와 1.55㎛에서는 더욱 고소광비이며, -50dB 이하를 실현하였다.

이상 설명한 바와 같이, 광대역에 걸쳐 고소광비를 유지할 수 있는 비대칭 마하-젠더 간섭계를 본 발명에 의해 제작하고, 양호한 게이트 스위치를 실현하였다. 그러나, 본 발명은 게이트 스위치로 한정되지 않고, 임의의 간섭계형 광 스위치의 광대역화에 적용할 수 있고, 예를 들면, 광대역 탭 스위치에 적용하여도 좋다.

또한, 상기에서는 최초의 OFF 상태에서 2π{φ_ΔL(λ)+φ₁(λ)+φ₂(λ)}=(2m'+1)·π(m'는 정수)로 되도록, 위상 생성 커플러의 위상차와 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL를 설정하였지만, OFF 상태에 2π{φ_ΔL(λ)+φ₁(λ)+φ₂(λ)}=2m'·π(m'는 정수)로 되도록 설정함으로써, 넓은 파장 대역에서 스위칭 동작이 가능한 대칭형 마하-젠더 간섭계를 실현하고, 양호한 2분기 스위치로서 동작하였다.

본 실시예에서는, 위상 생성 커플러의 최적화시에, N+1개의 광 결합기(123, 124, 125)를 모두 동일 분기비로 하고, 그 값을 최대한 작게 한다는 제약 조건을 설정하였다. 이와 같은 제약 조건은 필수는 아니지만, 위상 생성 커플러를 구성하는 광 결합기의 분기비를 모두 일정하게 하면, 광 결합기를 제작하기가 쉬워진다는 이점이 있다. 또한, 그 분기비는 0에서 1까지의 임의의 값으로 설정할 수 있지만, 그 분기비는 0.1로, 작은 값이 되도록 최적화하였다. 이는 분기비가 작을 수록 방향성 결합기가 소형이 되고, 제조 오차에 강해지고, 편파 의존성이 작아지는 등의 이점이 얻어지기 때문이다. 본 실시예의 위상 생성 커플러(도25)는 N=1의 경우(도4)에 비해서 광 결합기(123, 124, 125)와 광로 길이차 부여부(132, 133)가 각각 1개씩 많기 때문에, 회로 사이즈가 약간 커진다. 그러나, 방향성 결합기(123, 124, 125)가 소형이기 때문에, 회로 사이즈의 증대는 미미하다.

또한, 본 실시예에서는 N+1개의 광 결합기와, 인접하는 광 결합기에 개재된 N개의 광로 길이차 부여부로 구성되는 위상 생성 커플러를 이용하고, N=2로 설정하였다. N을 크게 할수록 설정가능한 파라미터가 증가하기 때문에 위상 생성 커플러의 근사도를 높일 수 있다. 예를 들면, 도17(제3 실시예)과 도26(본 실시예)을 비교하면, 본 실시예의 경우가 위상 생성 커플러의 근사도가 양호하기 때문에, 소광비가 30dB 이상으로 되는 파장 범위가 넓어지고 있다. 더 상세하게 설명하면, 제3 실시예는 N=1로 설정하였기 때문에, 위상 생성 커플러에 3종류의 설계값이 있다. 한편, 본 실시예에서는 N=2로 설정하였기 때문에, 5종류의 설계값이 있고, 설계의 자유도가 높아진다. 그 때문에, 위상차의 근사도를 높일 수 있고, N+1=3개의 광 결합기를 동일한 값으로 설정하더라도 3종류의 설계의 자유도가 남는다. 결과적으로, 모든 광 결합기의 분기비가 0.1로 되는 설계값이 얻어지고, 제조 오차에 강하고, 또한 편파 의존성이 작은 간섭계형 광 스위치를 얻었다.

또한, 본 실시예에서는 2개의 위상 생성 커플러(111, 112)를 이용하고, 그들의 광로 길이차 부여부(151, 152, 153, 251, 252, 253)에서 광학적 광로 길이차의 총합이 긴 것의 광 지연선이 일측(도24의 상측)으로 편재되도록 회로 상에 배치하였다. 구체적으로, 도24에서는 제1 광 합/분파 수단(111)의 N=2개의 광로 길이차 부여부(132, 133)를 구성하는 제1 광 도파로의 광학적 광로 길이차의 총합 ∑δl _1,1=l _11a+l _11b=678.26+551.79=1230.05, 제2 광 도파로의 광학적 광로 길이차의 총합 ∑δl _2,1=l _21a+l _21b=678.13+551.72=1229.85, 그리고 제2 광 합/분파 수단(112)의 N=2개의 광로 길이차 부여부(233, 232)를 구성하는 제1 광 도파로의 광학적 광로 길이차의 총합 ∑δ l ₁ _,2=l _12a+l _12b=551.79+678.26=1230.05, 제2 광 도파로의 광학적 광로 길이차의 총합 ∑δ l ₂ _,2=l _22a+l _22b=551.72+678.13=1229.85이다. 따라서, ∑δ l ₁ _,1>∑δ l ₂ _, ₁및 ∑δ l ₁ _,2>∑δ l ₂ _,2를 만족하기 때문에, 위상 생성 커플러(111, 112)의 광로 길이차 부여부의 총합이 긴 것은 제1 광 도파로이며, 도24의 상측으로 편재하고 있음을 알 수 있다. 이와 같이 함으로써, 위상 생성 커플러(111, 12)에 의해 효율적으로 위상을 발생시킬 수 있다. 특히, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치의 구성은, 특수한 예이며, 제1 및 제2 광 합/분파 수단으로서 동일한 설계값의 위상 생성 커플러를 이용하고, 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차 부여부(131)를 중심으로, 서로 경상 대칭(mirror symmetric)이 되도록 배치하고 있다. 이 때, φ₁(λ)=φ₂(λ)=ψ(λ)/2를 만족하도록 위상차를 설정하면 좋다. 제1 실시예에서는 하나의 위상 생성 커플러의 위상차 φ₁(λ)만을 이용하는 것에 반해, 본 실시예에서는 하나의 위상 생성 커플러당 생성해야 할 위상차가 절반이어도 관계없다. 물론, 제1 및 제2 위상 생성 커플러의 광로 길이차 부여부가 긴 쪽을 일측으로 편재시키는 것은 필수는 아니며, 서로 반대 방향으로 편재시켜도 좋다. 또한, 본 발명의 각 실시예에서 광로 길이차 부여부의 광로 길이차란, 제2 도파로에 대한 제1 도파로의 상대적인 광로 길이차를 나타내고 있기 때문에, 제2 도파로가 제1 도파로보다 긴 경우, 광로 길이차는 음(munus)으로 된다. N이 2 이상일 때, N개의 광로 길이차 부여부의 부호가 상이한 경우에도 상기와 동일한 편재을 정의할 수 있다. 예를 들면, 만일 미소 광로 길이차 부여부(132와 232)의 제2 도파로가 길고, 광로 길이차의 부호가 음이었다고 하면, 제1 광 합/분파 수단(111)의 광로 길이차 부여부(132, 133)를 구성하는 제1 광 도파로와 제2 광 도파로, 및 제2 광 합/분파 수단(112)의 광로 길이차 부여부(233, 232)를 구성하는 제1 광 도파로와 제2 광 도파로의 광학적 광로 길이차의 총합은 각각 ∑δ l ₁ _,1=l _11a+l _11b=678.13+551.79=1229.92, ∑δ l ₂ _,1=l ₂₁ _a+l _21b=678.26+551.72= 1229.98, ∑δ l ₁ _,2=l _12a+l _12b=551.79+678.13, ∑δ l ₂ _,2=l _22a+l _22b=551.72+678.26이 된다. 이 경우에는 ∑δ l ₂ _,1>∑δ l ₁ _,1 및 ∑δ l ₂ _,2>∑δ l ₁ _,2를 만족하여, 제2 도파로측으로 편재될 수 있다.

(제7 실시예)

도27은 본 발명의 제7 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한다. 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는 1×2 스위치로서 기능하게 할 수 있다. 또한, 본 회로의 기본 요소인 간섭계형 광 스위치의 광 합/분파 수단으로서, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 위상 생성 커플러를 이용함으로써, 파장 대역에 의존하지 않고 스위칭 동작을 시킬 수 있다.

본 광 스위치의 회로는 2개의 간섭계형 광 스위치(170, 171)를 다단으로 접속함으로써 구성하였다. 상세하게는, 동일한 설계값을 갖는 제1 및 제2의 2개의 간섭계형 광 스위치(170, 171)를 이용하고, 제1 간섭계형 광 스위치(170)의 출력측의 상위 포트를, 제2 간섭계형 광 스위치(171)의 입력측의 하위 포트에 접속하였다. 또한, 제1 간섭계형 광 스위치(170)의 입력측의 상위 포트를 입력 도파로(101)로 하고, 제2 간섭계형 광 스위치(171)의 출력측의 상위 포트를 출력 도파로(103)(제1 출력 포트)로 하고, 제1 간섭계형 광 스위치(170)의 출력측의 하위 포트를 출력 도파로(104)(제2 출력 포트)로 하였다.

본 실시예에서는, 2개의 간섭계형 광 스위치(170, 171)를 동일한 설계값으로 하고 있기 때문에, 제1 간섭계형 스위치(170)만을 상세하게 설명한다. 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 광 합/분파 수단을 실현하는 방법으로서 다양한 수단이 고려되지만, 광 결합기와 광로 길이차 부여부와의 접속로 구성한 광 합/분파 수단에 의해 실현하여도 좋다. 본 실시예에서는, N+1(=2)개의 광 결합기(151, 152, 153, 154)와, 인접하는 광 결합기에 개재된 N(=1)개의 광로 길이차 부여부(132, 133)에 의해 광 합/분파 수단(위상 생성 커플러)(111, 112)를 구성하였다. 광 합/분파 수단(111)은, 광 결합기(방향성 결합기(151, 152)와, 인접하는 광 결합기에 개재된 광로 길이차 부여부(132)로 구성되어 있다. 광로 길이차 부여부(132)는 제1 광 도파로와 제2 광 도파로 2개의 광 지연선으로 이루어지고, 각각의 광학적 광로 길이를 l ₁₁, l ₂₁로 하면, 그 광학적 광로 길이차는 ΔL₁=l ₁₁-l ₂₁이다. 광 합/분파 수단(112)은, 광 결합기(방향성 결합기(153, 154))와, 인접하는 광 결합기에 개재된 광로 길이차 부여부(133)로 구성되어 있다. 광로 길이차 부여부(133)는 제1 광 도파로와 제2 광 도파로의 2개의 광 지연선으로 이루어지고, 각각의 광학적 광로 길이를 l ₁₂, l ₂₂라 하면, 그 광학적 광로 길이차는 ΔL₂=l ₁₂-l ₂₂이다.

다음으로, 구체적인 위상 생성 커플러의 설계예를 설명한다. 본 실시예에서는, 위상 생성 커플러를 실현하는 수단으로서, N+1개의 광 결합기와, 인접하는 광 결합기에 개재된 N개의 미소 광로 길이차 부여부로 이루어지는 광 합/분파 수단을 이용하였다. 또한, 제1 및 제2 광 합/분파 수단(111, 112)을 구성하는 각각 N+1=2개(합계 4개)의 광 결합기의 분기비를 모두 동일(r₁=r₂=r₃=r₄=r)하다는 제약 조건을 설정하였다. 광 결합기로서는 근접한 2개의 광 도파로로 이루어지는 방향성 결합기를 이용하였다. 본 실시예에서는 적용 파장 범위를 1.45 내지 1.65㎛로 하고, 위상 생성 커플러의 분기비가 사용하는 파장대의 전체 영역에서 대략 0.5로 되고, 또한 출력의 위상차Φ(λ)=φ₁(λ)+φ₂(λ)가 적정 위상 ψ(λ)과 일치하도록 설계 파라미터를 최적화하였다. 여기서, 적정 위상이란, 제1 및 제2 간섭계형 광 스위치(170, 171)가 비대칭형 마하-젠더 간섭계형 광 스위치로서 기능하기 위해 필요한 위상 생성 커플러의 출력의 위상차이며, 상기 [수학식 7]의 m(m은 정수)을 2m'+1(m'는 정수)로 치환한 경우의 위상이다. 최적화한 설계 파라미터는, 위상 생성 커플러를 구성하는 광 결합기의 분기비와 미소 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차, 및 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL이다. 종래의 마하-젠더 간섭계형 광 스위치의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL이 0·λc 또는 0.5λc로 설정되는 것에 반해, 본 발명에서는 광학적 광로 길이차 ΔL도 포함하여 위상 생성 커플러의 출력의 위상차가 적정 위상이 되도록 최적화한 것도 특징 중 하나이다.

본 실시예에서는 위상 생성 커플러의 최적화시, N+1개의 광 결합기를 모두 동일 분기비로 하는 제약 조건을 설정하였다. 이와 같은 제약 조건은 필수는 아니지만, 위상 생성 커플러를 구성하는 광 결합기의 분기비를 모두 일정하게 하면, 광 결합기를 제작하기가 쉬워진다는 이점이 있다. 제2 실시예와 대비시켜보면, 제2 실시예에서는 위상 생성 커플러를 구성하는 광 결합기의 분기비에는 제약 조건이 부과되지 않고, 설계값의 자유도를 많게 하였기 때문에 위상차의 근사도는 본 실시예보다 좋았다. 한편, 본 실시예는 제작의 용이함을 고려하여 설계하였다. 이와 같이, 회로의 용도에 따라 위상 생성 커플러를 적절하게 설계하는 것이 좋다.

또한, 본 실시예에서는 2개의 위상 생성 커플러를 이용하고, 그들 광로 길이차 부여부에서 광학적 광로 길이차의 총합이 긴 쪽의 광 지연선이 일측(도27의 상측)으로 편재되도록, 즉 ∑δ l ₁ _,1>∑δ l ₂ _,1 및 ∑δ l ₁ _,2>∑δ l ₂ _,2를 만족하도록 회로 상에 배치하였다.

수치 계산의 결과, N=1로 하고, 방향성 결합기(151, 152, 153, 154)의 분기비는 r=0.2, 미소 광로 길이차 부여부(132, 133)의 광학적 광로 길이차는 ΔL₁=ΔL₂=0.15·λc(≒0.23㎛)로 설정하였다. 또한, 마하-젠더 간섭계의 광학적 광로 길이차는 ΔL=0.28·λc(≒0.43㎛), m'=-1로 하고, 광 합/분파 수단(111, 112)에 개재된 2개의 광 도파로의 간격은 100㎛로 하였다. 위상 시프터로서는 박막 히터를 이용하고, 그 폭을 30㎛, 그 길이를 2mm로 설정하였다.

이 간섭계형 광 스위치가 제작된 칩을 다이싱에 의해 절삭하고, 실리콘 기판(161)의 하부에는 방열판(도시되지 않음)을 배치하고, 입출력 도파로(101 내지 104)에는 싱글 모드 섬유(도시되지 않음)를 접속하고, 박막 히터(141)에는 급전 리드(도시되지 않음)를 접속하여 2입력 2출력 광 스위치 모듈로 하였다.

제작한 광 모듈의 입력 도파로(101)로부터 광을 입력하고, 출력 포트를 출력 도파로(103)(제1 출력 도파로)로부터 출력 도파로(104)(제2 출력 포트)로 전환하는 동작에 대해서 설명한다. 초기 상태에서는 박막 히터(144)를 통전하여, 간섭계형 광 스위치(171)의 광학적 광로 길이차를 ΔL+δΔL=0.28λc-0.50λc=-0.22λc로 하였다. 이 상태에서는 전단의 간섭계형 광 스위치(170)는 바 상태, 후단의 간섭계형 광 스위치(171, 172)는 크로스 상태로 된다. 그 때문에, 입력 도파로(101)로부터 입력된 광은 간섭계형 광 스위치(170)의 쓰루 포트로부터 완전히 투과하여, 간섭계형 광 스위치(171)의 출력 도파로(103)(제1 출력 포트)로부터 출력된다. 한편, 간섭계형 광 스위치(170)의 출력 도파로(104)(제2 출력 포트)로부터는 광이 출력되지 않는다. 다음으로, 박막 히터(144)를 OFF로 복원하고, 박막 히터(142)를 통전하여, 간섭계형 광 스위치(170)의 광학적 광로 길이차를 ΔL+δΔL=0.28λc-0.50λc=-0.22λc로 하였다. 이 상태에서는, 전단의 간섭계형 광 스위치(170)는 크로스 상태, 후단의 간섭계형 광 스위치(171)는 바 상태로 된다. 그 때문에, 입력 도파로(101)로부터 입력된 광은 간섭계형 광 스위치(170)의 크로스 포트인 출력 도파로(104)(제2 출력 포트)로부터 출력된다. 한편, 간섭계형 광 스위치(170)의 쓰루 포트와 간섭계형 광 스위치(171)의 크로스 포트에 의해 광이 차단되기 때문에, 출력 도파로(103)(제1 출력 포트)로부터는 광이 출력되지 않는다. 이와 같이, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치는, 0.5W의 일정 소비 전력에서 2분기 스위치로서 동작시킬 수 있다.

도28a는 본 실시예의 간섭계형 광 스위치의 출력 도파로(103)(제1 출력 포트)로부터 출력되는 초기의 상태(OFF 상태)에서의 투과율의 파장 특성을 도시하고, 도28b는 다른 출력 도파로(104)(제2 출력 포트)로부터 출력되는 전환 후의 상태(ON 상태)에서의 투과율의 파장 특성을 도시한다. 어떤 출력 도파로로부터 출력되는 경우에도 1.45 내지 1.65㎛의 넓은 파장 대역에서 -30dB 이하의 고소광비가 얻어지고, 넓은 파장 대역에서 고소광비를 갖는 일정 소비 전력의 1×2 스위치를 실현하였다.

본 실시예에서는, 위상 생성 커플러를 갖는 간섭계형 광 스위치를 다단으로 접속하여, 하나의 간섭계형 광 스위치를 구성하였다. 또한, 그 간섭계형 광 스위치를 일정 소비 전력의 광대역 1×2 스위치로서 기능시키는 예를 도시하였다. 그러나, 본 실시예의 광 스위치는 그 이외의 용도에 이용하여도 좋고, 본 발명을 적용한 일정 소비 전력의 광 스위치나 1×2 스위치의 구성법은 본 실시예에서 나타낸 구성으로 한정되지 않고, 임의의 형태를 취할 수 있다.

(제8 실시예)

도29는 본 발명의 제8 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한다. 본 실시예의 광 스위치는 PI-Loss(Path Independent Loss: 패스 무의존 손실) 구성의 1×2 스위치로서 기능시킬 수 있다. 또한, 본 실시예의 회로의 기본 요소인 간섭계형 광 스위치의 광 합/분파 수단으로서, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 위상 생성 커플러를 이용함으로써, 파장 대역에 의존하지 않고 스위칭 동작을 시킬 수 있다.

본 실시예의 간섭계형 광 스위치의 회로는 간섭계형 광 스위치를 다단으로 복수 접속함으로써 구성하였다. 상세하게는, 동일한 설계값을 갖는 제1 내지 제3의 3개의 간섭계형 광 스위치(170, 171, 172)를 이용하고, 제1 간섭계형 광 스위치(170)의 출력측의 상위 포트를, 제2 간섭계형 광 스위치(171)의 입력측의 하위 포트에 접속하고, 제1 간섭계형 광 스위치(170)의 출력측의 하위 포트를, 제3 간섭계형 광 스위치(172)의 입력측의 상위 포트에 접속하고 있다. 또한, 제1 간섭계형 광 스위치(170)의 입력측의 상위 포트를 입력 도파로(101)로 하고, 제2 간섭계형 광 스위치(171)의 출력측의 상위 포트를 출력 도파로(103)(제1 출력 포트)로 하고, 제3 간섭계형 광 스위치(172)의 출력측의 상위 포트를 출력 도파로(104)(제2 출력 포트)로 하고 있다.

본 실시예에서는, 3개의 간섭계형 광 스위치(170, 171, 172)를 동일한 설계값으로 하고 있기 때문에, 제1 간섭계형 스위치(170)만을 상세하게 설명한다. 사용하는 파장대 전체 영역에서 본 실시예의 간섭계형 광 스위치의 출력 강도가 일정하게 되도록, 각 위상 생성 커플러(111, 112)를 구성하는 광 결합기(151 내지 154)의 분기비와 미소 광로 길이차 부여부(132, 133)의 광학적 광로 길이차, 및 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차 부여부(131)의 광학적 광로 길이차 ΔL을 최적화하였다. 수치 계산 결과, 위상 생성 커플러(111, 112)를 구성하는 방향성 결합기(151, 152, 153, 154)의 분기비를 각각 r₁=0.2, r₂=0.2, r₃=0.2, r₄=0.2로 하고, 미소 광로 길이차 부여부(132, 133)의 광학적 광로 길이차를 ΔL₁=0.15·λc(≒0.23㎛), ΔL₂=0.15·λc(≒0.23㎛)로 설정하였다. 또한, 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차 부여부(131)의 광학적 광로 길이차는 ΔL=0.28·λc(≒0.43㎛)로 하고, 광로 길이차 부여부(131)의 2개의 광 도파로의 간격은 200㎛로 하였다. 위상 시프터(141, 142)로서는 박막 히터를 이용하고, 그 폭을 50㎛, 그 길이를 3mm로 설정하였다.

상기 설계값에 기초하여, 화염 퇴적법, 포토리소그래피 기술, 반응성 이온 에칭을 이용하여 석영계 광 도파로 회로를 제작하였다. 광 도파로의 비굴절율은 1.5%, 광 도파로의 코어 단면은 4.5×4.5㎛²으로 되도록 제작하였다.

제작한 광 모듈의 입력 도파로(101)로부터 광을 입력하고, 출력 포트를 출력 도파로(103)(제1 출력 포트)로부터 출력 도파로(104)(제2 출력 포트)로 전환하는 동작에 대해서 설명한다. 초기 상태에서는 박막 히터(144와 146)를 통전하여, 간섭계형 광 스위치(171, 172)의 광학적 광로 길이차를 ΔL+δΔL=0.28λc-0.50λc=-0.22λc로 하였다. 이 상태에서는, 전단의 간섭계형 광 스위치(170)는 바 상태, 후단의 2개의 간섭계형 광 스위치(171)는 크로스 상태로 된다. 그 때문에, 입력 도파로(101)로부터 입력된 광은 간섭계형 광 스위치(170)의 쓰루 포트로부터 완전히 투과하고, 간섭계형 광 스위치(171)의 출력 도파로(103)(제1 출력 포트)로부터 출력된다. 한편, 간섭계형 광 스위치(170)의 크로스 포트와 간섭계형 광 스위치(172)의 쓰루 포트에 의해 광이 차단되기 때문에, 출력 도파로(104)(제2 출력 포트)로부터는 광이 출력되지 않는다. 다음으로, 박막 히터(144와 146)를 OFF로 복원하고, 박막 히터(142)를 통전하여, 간섭계형 광 스위치(170)의 광학적 광로 길이차를 ΔL+δΔL=0.28λc-0.50λc=-0.22λc로 하였다. 이 상태에서는, 전단의 간섭계형 광 스위치(170)는 크로스 상태, 후단의 간섭계형 광 스위치(171, 172)는 바 상태로 된다. 그 때문에, 입력 도파로(101)로부터 입력된 광은 간섭계형 광 스위치(170)의 크로스 포트를 투과하여, 간섭계형 광 스위치(172)의 출력 도파로(104)(제2 출력 포트)로부터 출력된다. 한편, 간섭계형 광 스위치(170)의 쓰루 포트와 간섭계형 광 스위치(171)의 크로스 포트에 의해 광이 차단되기 때문에, 출력 도파로(103)(제1 출력 포트)로부터는 광이 출력되지 않는다.

도30a는 본 실시예의 간섭계형 광 스위치의 출력 도파로(103)(제1 출력 포트)로부터 출력되는 초기의 상태(OFF 상태)에서의 투과율의 파장 특성을 도시하고, 도30b는 다른 출력 도파로(104)(제2 출력 포트)로부터 출력되는 전환 후의 상태(ON 상태)에서의 투과율의 파장 특성을 도시한다. 어떤 출력 도파로로부터 출력되는 경우라도, 1.45 내지 1.65㎛의 넓은 파장 대역에서 -45dB 이하의 고소광비가 얻어졌다. 또한, 본 실시예의 간섭계형 광 스위치에서는, 출력 포트에 의존하지 않고 통과하는 광 스위치 소자가 일정하게 되는 PI-Loss구성이기 때문에, 출력 도파로(103)(제1 출력 포트)와 출력 도파로(104)(제2 출력 포트) 중 어떤 포트로부터 출력되어도 동일한 특성으로 되었다.

본 실시예에서는 위상 생성 커플러를 구비한 간섭계형 광 스위치를 다단으로 접속하여, 하나의 간섭계형 광 스위치를 구성하였다. 또한, 그 간섭계형 광 스위치를, 광로에 의존하지 않고 동일한 파장 특성을 갖는 PI-Loss의 광대역 1×2 스위치로서 기능시키는 예를 나타내었다. 그러나, 본 실시예의 광 스위치는 그 이외의 용도에 이용하여도 좋고, 본 발명을 적용한 PI-Loss의 광 스위치나 1×2 광 스위치의 구성법은 본 실시예에서 나타낸 구성으로 한정되지 않고, 임의의 형태를 가질 수 있다.

(제9 실시예)

도31은 본 발명의 제9 실시예에서의 간섭계형 광 스위치의 구성을 도시한다. 본 실시예의 간섭계형 광 스위치의 광 도파로 상에는 복굴절율(複屈折率) 조정 수단이 설치되어 있고, 후술하는 바와 같이, 본 실시예의 스위치는 편광 빔 스위치로서 기능시킬 수 있다. 또한, 본 실시예의 회로의 기본 요소인 간섭계형 광 스위치의 광 합/분파 수단으로서, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 위상 생성 커플러를 이용함으로써, 파장 대역에 의존하지 않고 스위칭 동작을 시킬 수 있다.

본 실시예의 간섭계형 광 스위치의 회로는 2개의 간섭계형 광 스위치(170, 171)를 다단으로 접속함으로써 구성하였다. 상세하게는, 동일한 설계값을 갖는 제1 및 제2의 2개의 간섭계형 광 스위치(170, 171)를 이용하고, 제1 간섭계형 광 스위치(170)의 출력측의 상위 포트를, 제2 간섭계형 광 스위치(171)의 입력측의 하위 포트에 접속하였다. 또한, 제1 간섭계형 광 스위치(170)의 입력측의 상위 포트를 입력 도파로(101)로 하고, 제2 간섭계형 광 스위치(171)의 출력측의 상위 포트를 출력 도파로(103)(제1 출력 포트)로 하고, 제1 간섭계형 광 스위치(170)의 출력측의 하위 포트를 출력 도파로(104)(제2 출력 포트)로 하였다.

본 실시예에서는, 제1 및 제2 간섭계형 광 스위치(170, 171)를 동일한 설계값으로 하고 있기 때문에, 제1 간섭계형 스위치(170)만을 상세하게 설명한다. 본 실시예에서는 위상 생성 커플러(111, 112)를 실현하는 수단으로서, N+1(=2)개의 광 결합기(151, 152, 153, 154)와, 인접하는 광 결합기에 개재된 N(=1)개의 미소 광로 길이차 부여부(132, 133)로 이루어지는 광 합/분파 수단을 이용하였다. 광 결합기(151, 152, 153, 154)로서는 근접한 2개의 광 도파로로 이루어지는 방향성 결합기를 이용하였다. 본 실시예에서는 적용 파장 범위를 1.45 내지 1.65㎛로 하고, 위상 생성 커플러(111, 112)의 분기비가 사용하는 파장대의 전체 영역에서 대략 0.5로 되고, 또한 출력의 위상차 Φ(λ)가 적정 위상 ψ(λ)와 일치하도록 설계 파라미터를 최적화하였다. 최적화한 설계 파라미터는, 위상 생성 커플러(111, 112)를 구성하는 광 결합기(151, 152, 153, 154)의 분기비와 미소 광로 길이차 부여부(132, 133)의 광학적 광로 길이차, 및 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차 부여부(131)의 광학적 광로 길이차 ΔL이다. 수치 계산 결과, N=1로 하고, 방향성 결합기(151, 152, 153, 154)의 분기비는 r1=0.2, r2=0.2, r3=0.2, r4=0.2, 미소 광로 길이차 부여부(132, 133)의 광학적 광로 길이차는 ΔL₁=0.15·λc(≒0.23㎛), ΔL₂=0.15·λc(≒0.23㎛)으로 설정하였다. 또한, 위상 시프터를 구동하지 않은 초기 상태에서 간섭계형 광 스위치(170)를 쓰루 상태로 하기 위한 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차 부여부(131)의 광학적 광로 길이차의 최적값은 ΔL=0.28·λc(≒0.43㎛)으로 되었다. 본 실시예에서는 편광 빔 스위치로서 용이하게 기능시키기 위해, 초기 상태에서 제1 간섭계형 광 스위치(170)와 제2 간섭계형 광 스위치(171)에서 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차를 상이한 설계값으로 하였다. 구체적으로는 후술하겠지만, 제1 간섭계형 광 스위치(170)의 광로 길이차 부여부(131)의 제1 광 도파로와 제2 광 도파로의 2개의 광 지연선의 광학적 광로 길이차를 ΔL'=ΔL-0.5λc=-0.22λc(-0.34㎛)로 설정하고, 제2 간섭계형 광 스위치(171)의 광로 길이차 부여부(134)의 제1 광 도파로와 제2 광 도파로의 2개의 광 지연선의 광학적 광로 길이차를 ΔL"=ΔL=0.28·λc(≒0.43㎛)로 설정하였다. 제1 및 제2의 2개의 광 도파로의 간격은 200㎛로 하였다. 위상 시프터(141, 142, 143, 144)로서는 박막 히터를 이용하고, 그 폭을 40㎛, 그 길이를 5mm로 설정하였다.

석영계 광 도파로 회로를 제작한 후, 복굴절율 조정 수단(191)에 의해 제1 간섭계형 광 스위치(170)의 광로 길이차 부여부(131)의 제1 광 도파로의 복굴절을 조정하고, TM 모드의 광학적 광로 길이차가 TE 모드의 광학적 광로 길이차보다 0.5λc 길어지도록 하였다. 또한, 상세하게는, 복굴절율 조정에 의한 TE 모드와 TM 모드의 광학적 광로 길이차의 변화분을 각각 ΔnL_TE=ΔnL, ΔnL_TM=ΔnL+0.5λc로 하였기 때문에, ΔnL_TM-ΔnL_TE=0.5λc로 되어 있다. 따라서, 초기 상태의 TE 모드와 TM 모드의 광학적 광로 길이차를 각각, ΔL'_TE=ΔL', ΔL'_TM=ΔL'로 하면, 복굴절율 조정에 의해 ΔL'_TE=ΔL'+ΔnL, ΔL'_TM=ΔL'+ΔnL+0.5λc로 되었다. 복굴절율 조정 과정에서 제1 광 도파로의 광학적 광로 길이가 초기 상태보다 ΔnL만큼 여분으로 길게 되어 있다. 따라서, 제2 광 도파로의 실효 굴절율을 조정함으로써 제2 광 도파로의 광학적 광로 길이차를 ΔnL만큼 길게 하였다. 그에 따라, TE 모드와 TM 모드의 광학적 광로 길이차를 각각 ΔL'_TE=ΔL'(=-0.22λc), ΔL'_TM=ΔL'+0.5λc(=0.28λc)로 하였다.

다음으로, 제2 간섭계형 광 스위치(171)의 광로 길이차 부여부(134)의 제2 광 도파로의 복굴절율을 복굴절율 조정 수단(194)에 의해 조정하고, TM 모드의 광학적 광로 길이차가 TE 모드의 광학적 광로 길이차보다 0.5λc 길어지도록 하였다. 더 상세하게는, 복굴절율 조정에 의한 TE 모드와 TM 모드의 광학적 광로 길이차의 변화분을 각각 ΔnL_TE=ΔnL, ΔnL_TM=ΔnL+0.5λc로 하였기 때문에, ΔnL_TM-ΔnL_TE=0.5λc로 되어 있다. 따라서, 초기 상태의 TE 모드와 TM 모드의 광학적 광로 길이차를 각각 ΔL"_TE=ΔL", ΔL"_TM=ΔL" 으로 하면, 복굴절율 조정에 의해 ΔL"_TE=ΔL"-ΔnL, ΔL"_TM=ΔL"-ΔnL-0.5λc로 되었다. 여기서, 부호를 음으로 한 것은, 광로 길이차를 제2 광 도파로에 대한 제1 광 도파로의 상대적 광로 길이로 나타내고 있기 때문이다. 복굴절율 조정 과정에서 제2 광 도파로의 광학적 광로 길이가 초기 상태보다 ΔnL만큼 여분으로 길게 되어 있다. 따라서, 제1 광 도파로의 실효 굴절율을 조정하는 것에 의해 제1 광 도파로의 광학적 광로 길이차를 ΔnL만큼 길게 하였다. 그에 따라, TE 모드와 TM 모드의 광학적 광로 길이차를 각각 ΔL"_TE=ΔL"(=0.28·λc), ΔL"_TM=ΔL"-0.5λc(=-0.22·λc)로 하였다.

복굴절율 조정 수단(191 내지 194)으로서, 예를 들면, 레이저 조사 등의 광 조사를 이용하는 방법, 박막 히터를 이용하는 방법, 응력 부여막을 장착하는 방법, 도파로의 형상을 변화시키는 방법, 도파로의 재질을 국소적으로 변화시키는 방법 등 다수의 방법이 알려져 있으며, 임의의 수단을 이용할 수 있다.

이와 같이 제작한 광 모듈의 입력 도파로(101)로부터 광을 입력하고, 출력 포트(103)(제1 출력 포트)와 출력 포트(104)(제2 출력 포트)로부터 출력되는 편파를 전환하는 동작에 대해서 설명한다. 초기의 OFF 상태에서는 제1 간섭계형 광 스위치(170)의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차는 TE 모드가 ΔL'_TE=ΔL'(=-0.22λc), TM 모드가 ΔL"_TM=ΔL'+0.5λc(=0.28λc)이며, 제2 간섭계형 광 스위치(171)의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차는 TE 모드가 ΔL"_TE=ΔL"(=0.28·λc), TM 모드가 ΔL"_TM=ΔL"-0.5λc(=-0.22λc)이다.

이 OFF 상태에서는, TE 모드에 대해서, 제1 간섭계형 광 스위치(170)는 크로스 상태이고, 제2 간섭계형 광 스위치(171)는 바 상태이다. 도32a는 본 실시예의 간섭계형 광 스위치의 OFF 상태에서의 TE 모드의 투과율의 파장 의존성을 도시한다. 입력 도파로(101)로부터 입력된 TE 광은 간섭계형 광 스위치(170)의 크로스 포트로부터 완전하게 투과하고, 출력 도파로(104)(제2 출력 포트)로부터 출력된다. 한편, 간섭계형 광 스위치(170)의 쓰루 포트와 간섭계형 광 스위치(171)의 크로스 포트에 의해 차단되기 때문에, 출력 도파로(103)(제1 출력 포트)로부터 TE 광은 출력되지 않는다.

또한, 이 OFF 상태에서는, TM 모드에 대해서, 제1 간섭계형 광 스위치(170)는 바 상태이고, 제2 간섭계형 광 스위치(171)는 크로스 상태이다. 도32b는 OFF 상태의 TM 모드의 투과율의 파장 의존성을 도시한다. 입력 도파로(101)로부터 입력된 TM 광은 간섭계형 광 스위치(170)의 쓰루 포트와 간섭계형 광 스위치(170)의 크로스 포트로부터 투과하여, 출력 도파로(103)(제1 출력 포트)로부터 출력된다. 한편, 간섭계형 광 스위치(170)의 크로스 포트에 의해 차단되기 때문에, 출력 도파로(104)(제2 출력 포트)로부터 TM 광은 출력되지 않는다.

다음으로, 박막 히터(141과 143)를 통전하여, ON 상태로 하였다. 제1 간섭계형 광 스위치(170)의 광로 길이차 부여부(131)의 광학적 광로 길이차는 TE 모드가 ΔL'_TE=ΔL'+0.5λc(=0.28λc), TM 모드가 ΔL'_TM=ΔL'+1.0λc(=0.78λc)이며, 제2 간섭계형 광 스위치(171)의 광로 길이차 부여부(134)의 광학적 광로 길이차는 TE 모드가 ΔL"_TE=ΔL"+0.5λc(=0.78·λc), TM 모드가 ΔL"_TM=ΔL"(=0.28λc)이다.

이 ON 상태에서는, TE 모드에 대해서, 제1 간섭계형 광 스위치(170)는 바 상태이고, 제2 간섭계형 광 스위치(171)는 크로스 상태이다. 도33a는 본 실시예의 간섭계형 광 스위치의 ON 상태의 TE 모드의 투과율의 파장 의존성을 도시한다. 입력 도파로(101)로부터 입력된 TE 광은 간섭계형 광 스위치(170)의 쓰루 포트와 간섭계형 광 스위치(171)의 크로스 포트로부터 투과하여, 출력 도파로(103)(제1 출력 포트)로부터 출력된다. 한편, 간섭계형 광 스위치(170)의 크로스 포트에 의해 차단되기 때문에, 출력 도파로(104)(제2 출력 포트)로부터 TE 광은 출력되지 않는다.

또한, 이 ON 상태에서는, TM 모드에 대해서, 제1 간섭계형 광 스위치(170)는 크로스 상태이고, 제2 간섭계형 광 스위치(171)는 바 상태이다. 도33b는 ON 상태의 TM 모드의 투과율의 파장 의존성을 도시한다. 입력 도파로(101)로부터 입력된 TM 광은 간섭계형 광 스위치(170)의 크로스 포트로부터 완전하게 투과하여, 출력 도파로(104)(제2 출력 포트)로부터 출력된다. 한편, 간섭계형 광 스위치(170)의 쓰루 포트와 간섭계형 광 스위치(171)의 크로스 포트에 의해 차단되기 때문에, 출력 도파로(103)(제1 출력 포트)로부터 TM 광은 출력되지 않는다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예는, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 위상 생성 커플러를 포함한한 간섭계형 광 스위치에 복굴절율 조정을 수행하는 일례이다. 본 실시예와 같이 TE 모드와 TM 모드에서 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차가 반파장만큼 다른 것으로 함으로써, 편광 빔 스위치로서 기능하게 할 수 있다. 물론, 본 실시예에 설명된 이외의 형태를 가질 수도 있다. 또한, 복굴절율 조정을 수행함으로써, TE 모드와 TM 모드에서 마하-젠더 간섭계의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이가 정확히 일치하도록 하여, 편광 의존성이 작은 간섭계형 광 스위치로 할 수도 있다.

(기타 실시예)

본 발명의 각 실시예에서 설명한 간섭계형 광 스위치는, 단일체인 광 스위치로서 이용하여도 좋고, 그들 광 스위치를 복수 조합하여, 탭 스위치, 게이트 스위치, 더블 게이트 스위치나 1×2 스위치 등의 구성 요소로서 이용하여도 좋다. 또한, 본 발명의 간섭계형 광 스위치를 적어도 하나의 기본 구성 소자로서 이용하고, N×N 매트릭스 스위치(도34a 참조), 1×N 트리 스위치(도34b 참조), 1×N 탭 스위치, M개의 1×N 스위치와 N개의 M×1 커플러로 구성되는 DC(Delivery and-Coupling) 스위치, ROADM(Reconfigurable OADM) 스위치 등의 M×N 대규모 광 스위치를 구성하여도 좋다. 또한, 예를 들면, 광 스위치로서의 기능만이 아니라, AWG와 조합하여 광 애드 드롭 다중(OADM)회로를 구성하여도 좋다.

또한, 도34a 및 도34b에서, 180-1a~8a는 입력 도파로, 181-1b~8b는 출력 도파로, 182는 광 스위치의 기본 구성 소자, 183은 광 스위치의 기본 구성 소자의 교차, 184는 1×2 스위치, 185는 게이트 스위치이다.

또한, 각 실시예에서는, 편광 빔 스위치, 편광 빔 스플리터, 편광 빔 커플러 등을 포함하는 간섭계형 광 스위치나 가변 광 감쇠기에 적용한 예를 나타냈지만, 본 발명은 임의의 회로에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명을 적용한 간섭계형 광 스위치와 가변 광 감쇠기를 조합시켜 하나의 광 회로로서 기능시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 각 실시예에서는 광로 길이차 부여부가 1개인 마하-젠더 간섭계에 적용한 예를 나타냈지만, 광로 길이차 부여부를 2개 이상 가지는 구성에서도, 동일한 원리를 적용함으로써 파장 무의존의 각종 도파로 광 회로가 얻어진다. 예를 들면, 격자형 필터(lattice-type filter), 다광속 간섭 필터(multiple beam interference filter), 트랜스버셜형 필터(Transversal-form filter), 마이켈슨 간섭계형 필터(Michelson interferometer filter), 패브리-페로 간섭계형 필터(Fabry-Perot Interferometer filter), 링 공진기 부착 필터(ring reasonator filter) 등 각종 도파로형 광 회로에 본 발명의 원리를 적용할 수 있다. 또한, 각 실시예에서 설명한 광학적 광로 길이차는 광로 길이차 부여부를 구성하는 광 도파로의 광학적인 광로차이며, 파장 의존성을 포함한 광 도파로의 굴절율이나 복굴절율을 고려한 광로차이다. 이와 같이, 광 합/분파 수단의 출력의 위상차를 이용하여, 광로 길이차 부여부의 광로 길이차에 기인하는 위상차를 파장 무의존으로 설정함으로써, 파장 무의존의 각종 도파로 광 회로가 얻어진다. 물론, 본 발명은 파장 의존성으로 한정되지 않고, 주파수 의존성을 해소할 수도 있다.

이상 설명한 각 실시예에서는 간섭계형 광 스위치 및 가변 광 감쇠기를 실리콘 기판 상에 형성된 석영계 광 도파로를 이용하여, 도35a 내지 도35e에 도시된 공정으로 제작하였다. 즉, 실리콘 기판(161) 상에, 화염 퇴적법으로 SiO₂를 주체로 한 하부 클래드 글래스 수트(GLASS SOOT)(162)와, SiO₂에 GeO₂를 첨가한 코어 글래스 수트(163)를 퇴적하였다(도35a). 그 후, 1000℃ 이상의 고온에서 글래스 투명화를 수행하였다. 이 때, 하부 클래드 글래스층(164), 코어 글래스(165)는 설계한 두께로 되도록, 글래스의 퇴적을 수행하였다(도35b). 그 다음, 포토리소그래피 기술을 이용하여 코어 글래스(165) 상에 에칭 마스크(166)을 형성하고(도35c), 반응성 이온 에칭에 의해 코어 글래스(165)의 패턴화를 수행하였다(도35d). 에칭 마스크(166)를 제거한 후, 상부 클래드 글래스(167)를 재차 화염 퇴적법으로 형성하였다. 상부 클래드 글래스(167)에는 B₂O₃나 P₂O₃ 등의 도펀트를 첨가하여 글래스 전이 온도를 낮추고, 각각의 코어 글래스(165)와 코어 글래스(165)의 좁은 틈에도 상부 클래드 글래스(167)가 들어가도록 하였다(도35e). 또한, 상부 클래드 글래스(167)의 표면에 박막 히터(도시되지 않음)와 그에 연결되는 전기 배선(도시되지 않음)를 패턴화하였다.

또한, 각 실시예에서 설명한 광 모듈은, 다음과 같이 조립한다(도36 참조). 즉, 광 모듈은 열전도성이 좋은 케이싱(701)의 내부에 페르체 유지판(peltier holding plate)(702)을 고정 나사(703)로 고정하고, 페르체 유지판(702)을 굴삭(掘削)하여 제작한 오목부에 페르체 소자와 온도 센서(열전대, thermocouple)(도시되지 않음)를 그 근방에 배치한다. 페르체 소자 및 온도 센서의 바로 위에, 상기 각 실시예에 도시된 간섭계형 광 스위치 또는 가변 광 감쇠기로 이루어진 칩(704)이 오도록 배치한다. 칩(704)의 단부에는 글래스판(705)을 접착제로 접착하고, 섬유(706)를 유지하고 있는 섬유 블록(707)과 광 결합하도록 접착하고 있다. 섬유(706)는 케이싱(701)의 테두리에 형성된 오목부에 단열성 탄성 접착제(708)로 접착되어 있으며, 섬유 코드(fiber cord)(709)를 갖는 섬유 부츠(fiber boots)(710)를 케이싱(701)에 매립하도록 유지되어 있다. 칩(704)은 페르체 유지판에 단열성 탄성 접착제(708)로 접착되어 있다. 마지막으로, 이들을 덮도록 덮개를 덮고, 나사로 고정하여 본 발명의 광 모듈을 조립하였다. 또한, 덮개와 나사 고정부는 도시되어 있지 않다. 또한, 이는 모듈화의 일례이다. 상기 본 발명의 각 실시예에서는, 입력 도파로와 출력 도파로가 칩 상의 다른 단면으로부터 추출되고 있지만, 동일 단면에 오도록 회로를 레이아웃하여도 좋다. 그렇게 하면, 하나의 섬유 블록만으로도 입력 도파로와 출력 도파로를 섬유와 접속할 수 있다.

본 발명의 회로는 다른 독립적인 칩으로서 제작하는 경우도 있지만, 이들을 칩 사이에서 직접 접속함으로써 하나의 칩으로 하여도 좋고, 복수 칩 사이에서 광을 결합시켜 광 모듈을 형성하여도 좋다. 또한, 각각의 칩마다 별개의 광 모듈을 제작하고, 광 모듈 사이를 섬유로 결합하여도 좋다. 또한, 1개의 케이싱 내부에 상기 2개 이상의 칩을 각각 페르체 유지판 상에 유지시킨 광 모듈을 제작하여도 좋다.

또한, 본 발명의 간섭계형 광 스위치 또는 가변 광 감쇠기의 형태는, 광 도파로의 종류, 형상, 재료, 굴절율, 제작법에 의존하지 않는다. 예를 들면, 그 도파로 재료가 폴리이미드, 실리콘, 반도체, LiNbO₂ 등이어도 좋고, 기판 재질이 석영 등이어도 좋다. 또한, 예를 들면, 그 제조 방법이, 스핀 코팅법(spin coating method), 졸겔법(Sol-Gel method), 스퍼터법(sputter method), CVD법, 이온 확산법, 이온빔 직접 묘화법(ion beam direct patterning method)등이어도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 각 실시예에서는, 정방형(正方形)의 광 도파로를 이용하였지만, 장방형(長方形), 다각형, 원형 등 임의의 형상을 이용할 수 있다. 예를 들면, 광 도파로의 코어 폭을 부분적으로 변경하고, 굴절율을 다른 부분과 상이한 값으로 할 수 있다. 또한, 광 도파로에 응력을 부여하고, 굴절율의 값을 변화시킬 수도 있다. 또한, 본 회로는 석영계 광 도파로를 이용하였지만, 다른 재료를 투과하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 광 도파로 중에 실리콘 수지 등의 재료를 포함하여도 좋고, 폴리이미드 파장판(波長板)을 포함하여도 좋다. 또한, 각종 온도 보상법이나 편파 의존성 저감법을 적용하여도 좋다.

또한, 레이저 조사 등의 광 조사법이나 박막 히터 등에 의한 국소 가열법 등을 이용하여 광 도파로의 굴절율을 국소적으로 변화시켜, 광학적인 광로 길이차나 광 합/분파 수단의 결합 특성, 위상 특성을 조정할 수도 있다. 또한, 광의 스위칭 동작에는 박막 히터에 의한 열광학 효과를 이용하였지만, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면, 조사광을 이용하여도 좋고, 전기 광학 효과, 자기 광학 효과 등을 이용하여도 좋다. 물론 그 영역의 형상은 임의이다.

또한, 평면형 광 도파로로 한정되지 않고, 예를 들어, 적층 광 도파로나 광 섬유 등을 이용하여 광 도파로를 구성하여도 좋고, 평면 광 도파로와 광 섬유 등, 복수 종류의 광 도파로를 조합하여 구성하여도 좋다. 또한, 광 도파로에 격자(grating)가 형성되어 있어도 좋고, 광 도파로가 도중에서 분할, 분단되어 있어도 좋다. 물론, 본 발명의 간섭계형 광 스위치 및 가변 광 감쇠기는 광 도파로로 한정되지 않고, 광(光)을 공간 중에 전파시킨 공간 광학계에서 간섭 회로를 구성하여도 좋다. 예를 들면, 이 공간 광학계는 반투명 거울, 전반사 거울, 다층막 등으로 구성되어 있어도 좋다. 이와 같이, 공간 광학계를 이용하여도, 회로를 광 도파로로 구성한 경우와 동일한 효과를 실현할 수 있다. 또한, 이상 설명한 각 실시예에서의 간섭계형 광 스위치 및 가변 광 감쇠기는 본 발명의 구성예 중 하나이며, 이러한 구성으로 한정되는 것은 아니다.

이상, 각 실시예에서 이용한 N+1개의 광 결합기와, 인접하는 광 결합기에 개재된 N개의 광로 길이차 부여부로 구성되는 광 합/분파 수단은, 위상 생성 커플러의 구성예이며, 예를 들면, 다광속 간섭 필터, 트랜스버셜형 필터, 마이켈슨 간섭계형 필터, 페브리 페로 간섭계형 필터, 링 공진기 부착 필터 등 각종 필터 구성을 광 합/분파 수단으로서 이용하여도 좋다. 또한, 위상 생성 커플러를 구성하는 광 결합기나, 광 합/분파 수단으로서, 본 발명의 각 실시예에서 설명한 방향성 결합기 이외에도 멀티 모드 간섭 커플러, 가변 커플러, X분기 커플러, Y분기 커플러 등 임의의 종류의 것을 이용할 수 있고, 또한 이들을 조합시킬 수도 있다. 또한, 광 합/분파 수단에 부여한 결합율이나 광로 길이차 부여부의 광로 길이차의 값이나 계산 방법도 역시 하나의 예이다. 또한, 이들은 이용하는 형태에 따라 최적값을 구하면 좋다. 또한, 위상 생성 커플러의 구성법이나 최적값이 복수인 경우에는, 사이즈, 제조 허용공차, 과잉 손실 등을 고려하여 가장 바람직한 형태를 선택하여도 좋다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예와 그 변형예를 예시하여 설명하였지만, 본 발명의 실시예는 상기 예로 한정되는 것이 아니며, 특허청구범위의 각 청구항에 기재된 범위 내에 있다면, 그 구성 부재 등의 치환, 변경, 추가, 개수의 증감, 형상의 변경 등의 각종 변형은, 모두 본 발명의 실시예에 포함된다.

멀티미디어 시대의 도래와 함께, 대량 정보를 효율적으로 다룰 수 있는 네트워크의 실현이 큰 과제로 되어 왔다. 각 가정과 네트워크를 광 섬유로 연결하는 액세스계의 광화(光化)를 포함하여, 금후 유연하고 효율적인 구조를 갖는 네트워크를 구축하기 위해서는, 광의 파장 다중(WDM) 기술을 도입하는 것이 필요 불가결하다. 원래, 광 부품은 수 THz의 광대한 대역을 갖고 있고, 현재의 네트워크는 그 대역의 극히 일부를 이용하고 있는데 불과하다. 파장 다중에 의해 이 대역을 분할하여 사용할 수 있으면, 용량의 확대를 비롯하여 멀티미디어 통신에 불가결한 다양한 정보를 대량으로, 그리고 용이하게 다룰 수 있는 네크워크를 실현할 수 있다.

근래에 광 스위치를 이용한 광 크로스 커넥트 시스템이나 광 애드 드롭 다중 시스템은 WDM 기술의 핵심 장치이며, 많은 수요가 예상된다. 본 발명의 간섭계형 광 스위치 및 가변 광 감쇠기는 이러한 광 시스템만이 아니라, 광 스위치 소자로서 많은 분야에서 이용할 수 있다.

Claims

제1 광 합/분파 수단;

상기 제1 광 합/분파 수단에 접속된 2개의 광 도파로로 이루어진 광로 길이차 부여부;

상기 광로 길이차 부여부에 접속된 제2 광 합/분파 수단;

상기 제1 광 합/분파 수단에 접속된 하나 또는 복수의 입력 도파로;

상기 제2 광 합/분파 수단에 접속된 하나 또는 복수의 출력 도파로; 및

상기 광로 길이차 부여부에 설치된 위상 시프터를 구비한 도파로형 광 회로

를 포함하고,

상기 제1 광 합/분파 수단 또는 상기 제2 광 합/분파 수단 중 적어도 일측은, 출력의 위상차가 파장 의존성을 갖는 위상 생성 커플러인

간섭계형 광 스위치.
제1항에 있어서,

광의 파장를 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 파장 무의존으로 되도록 상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL이 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제2항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₁(λ)와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₂(λ)의 합이, ΔL/λ+m/2(m은 정수)인

간섭계형 광 스위치.
제2항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, (2m'+1)·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비가 전체 파장 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제2항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 2m'·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 1로 되도록 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제1항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장 λ에 대하여 일정하게 되도록, 상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제1항에 있어서,

상기 위상 생성 커플러는 광 결합기와 광로 길이차 부여부의 접속에 의해 구성되는

간섭계형 광 스위치.
제7항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 파장 무의존으로 되도록 상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL이 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제8항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₁(λ)와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₂(λ)의 합이, ΔL/λ+m/2(m은 정수)인

간섭계형 광 스위치.
제8항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, (2m'+1)·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비가 전체 파장 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제8항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 2m'·π（m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 1로 되도록 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제7항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφ_ΔL(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장 λ에 대하여 일정하게 되도록, 상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제7항에 있어서,

상기 위상 생성 커플러가, N+1개(N은 자연수)의 광 결합기와, 인접하는 상기광 결합기에 개재된 N개의 광로 길이차 부여부로 구성되는

간섭계형 광 스위치.
제13항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 파장 무의존으로 되도록 상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL이 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제14항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₁(λ)와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₂(λ)의 합이, ΔL/λ+m/2(m은 정수)인

간섭계형 광 스위치.
제14항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, (2m'+1)·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비가, 전체 파장 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제14항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 2m'·π (m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 1로 되도록 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제13항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장 λ에 대하여 일정하게 되도록, 상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제7항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단 또는 상기 제2 광 합/분파 수단 중 일측은, 위상차 2πφc(상수)의 광 결합기이고, 타측은 2개의 광 결합기와 당해 2개의 광 결합기에 개재된 하나의 광로 길이차 부여부로 구성되는 위상차 2πφ(λ)의 위상 생성 커플러이고,

상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차를 ΔL, m을 정수라고 하면,

φ(λ)=ΔL/λ+m/2-φc

를 만족하도록, 상기 위상 생성 커플러를 구성하는 2개의 광 결합기의 분기비와, 하나의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차가 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제19항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단과 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차 2πφΔ_L(λ)의 총합 2π{φ(λ)+φΔ_L(λ)+φc(λ)}가, (2m'+1)·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비가, 전체 파장 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제19항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단과 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차 2πφΔ_L(λ)의 총합 2π{φ(λ)+φΔ_L(λ)+φc(λ)}가, 2m'·π (m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 1로 되도록 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제19항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ)라고 하면,

상기 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장 λ에 대하여 일정하게 되도록, 상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ(λ)+φΔ_L(λ)+φ_c(λ)}가 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제7항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단 및 상기 제2 광 합/분파 수단은, 각각 2개의 광 결합기와 상기 2개의 광 결합기에 개재된 하나의 광로 길이차 부여부로 구성되는 위상 생성 커플러이고,

상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차를 ΔL, m을 정수라고 하면, 상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 2πφ₁(λ)와 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 2πφ₂(λ)의 합이,

φ₁(λ)+φ₂(λ)=ΔL/λ+m/2

를 만족하도록, 상기 제1 광 합/분파 수단 및 상기 제2 광 합/분파 수단을 구성하는 각각의 2개의 광 결합기의 분기비와, 하나의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차가 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제23항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단과 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차 2πφΔ_L(λ)의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, (2m'+1)·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비가, 전체 파장 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제23항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단과 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차 2πφΔ_L(λ)의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 2m'·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 1로 되도록 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제23항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ)라고 하면,

상기 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장 λ에 대하여 일정하게 되도록 상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제7항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단 및 상기 제2 광 합/분파 수단이 각각, N+1개(N은 자연수)의 광 결합기와, 인접하는 상기 광 결합기에 개재되어 제1 및 제2의 2개의 광 도파로(지연선)로 이루어지는 N개의 광로 길이차 부여부로 구성되는 위상 생성 커플러이고,

상기 제1의 광합분파 수단의 N개의 광로 길이 차이 부여부를 구성하는 제1 광 도파로의 광학적 광로 길이 차이의 총합을 Σδ l ₁ _,1, 제2 광 도파로의 광학적 광로 길이 차이의 총합을 Σδ l ₂ _,1, 상기 제2의 광합분파 수단의 N개의 광로 길이 차이 부여부를 구성하는 제1 광 도파로의 광학적 광로 길이 차이의 총합을 Σδ l ₁ _,2, 제2 광 도파로의 광학적 광로 길이 차이의 총합을 Σδ l ₂ _,2라고 하면, 상기 광학적 광로 길이 차이의 총합이 (Σδ l ₁ _,1>Σδ l ₂ _,1 및 Σδ l ₁ _,2>Σδ l ₂ _,2), 또는, (Σδl _2,1>Σδl _1,1 및 Σδ l ₂ _,2>Σδ l ₁ _,2)중 어느 하나를 만족하는

간섭계형 광 스위치.
제27항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2φΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 파장 무의존으로 되도록 상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL이 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제28항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₁(λ)와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₂(λ)의 합이, ΔL/λ+m/2(m은 정수)인

간섭계형 광 스위치.
제28항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, (2m'+1)·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비가, 전체 파장 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제28항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 2m'·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 1로 되도록 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제27항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장 λ에 대해서 일정하게 되도록, 상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제27항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단의 N+1개의 광 결합기의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 N+1개의 광 결합기의 분기비가 동일한 값으로 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제33항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₁(λ)와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₂(λ)의 합은, ΔL/λ+m/2(m은 정수)이고,

광의 파장을 λ, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ)라고 하면,

2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, (2m'+1)·π(m'는 정수)로 되도록 상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL이 설정되고,

상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비가, 전체 파장 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제33항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₁(λ)와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₂(λ)의 합이, ΔL/λ+m/2(m은 정수)이고,

광의 파장을 λ, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ)라고 하면,

2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 2m'·π(m'는 정수)로 되도록 상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL이 설정되고,

상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 1로 되도록 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제33항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장 λ에 대하여 일정하게 되도록, 상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제7항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단 및 상기 제2 광 합/분파 수단이 각각, N+1개(N은 자연수)의 광 결합기와, 인접하는 상기 광 결합기에 개재된 N개의 광로 길이차 부여부로 구성되는 위상 생성 커플러이고,

상기 제1 광 합/분파 수단의 N+1개의 광 결합기의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 N+1개의 광 결합기의 분기비가 동일한 값으로 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제37항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 파장 무의존으로 되도록 상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL이 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제38항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단의 위상차 φ₁(λ)와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₂(λ)의 합이, ΔL/λ+m/2(m은 정수)인

간섭계형 광 스위치.
제38항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, (2m'+1)·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비가, 전체 파장 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제38항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 2m'·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 1로 되도록 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제37항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장 λ에 대하여 일정하게 되도록, 상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 설정되는

간섭계형 광 스위치.
제1항에 기재된 간섭계형 광 스위치의 출력 강도를 가변으로 하여 이용한

가변 광 감쇠기.
제43항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 파장 무의존으로 되도록 상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL이 설정되는

가변 광 감쇠기.
제44항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₁(λ)와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₂(λ)의 합이, ΔL/λ+m/2 (m은 정수)인

가변 광 감쇠기.
제44항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, (2m'+1)·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비가, 전체 파장 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 설정되는

가변 광 감쇠기.
제44항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 2m'·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 1로 되도록 설정되는

가변 광 감쇠기.
제43항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장 λ에 대해서 일정하게 되도록, 상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 설정되는

가변 광 감쇠기.
제43항에 있어서,

상기 위상 생성 커플러가 광 결합기와 광로 길이차 부여부의 접속에 의해 구성되는

가변 광 감쇠기.
제49항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 파장 무의존으로 되도록 상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL이 설정되는

가변 광 감쇠기.
제50항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₁(λ)와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₂(λ)의 합이, ΔL/λ+m/2(m은 정수)인

가변 광 감쇠기.
제50항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, (2m'+1)·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비가, 전체 파장 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 설정되는

가변 광 감쇠기.
제50항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 2m'·π (m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 1로 되도록 설정되는

가변 광 감쇠기.
제49항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장 λ에 대하여 일정하게 되도록, 상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 설정되는

가변 광 감쇠기.
제49항에 있어서,

상기 위상 생성 커플러가, N+1개(N은 자연수)의 광 결합기와, 인접하는 상기 광 결합기에 개재된 N개의 광로 길이차 부여부로 구성되는

가변 광 감쇠기.
제55항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 파장 무의존으로 되도록 상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL이 설정되는

가변 광 감쇠기.
제56항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₁(λ)와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₂(λ)의 합은, ΔL/λ+m/2(m은 정수)인

가변 광 감쇠기.
제56항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, (2m'+1)·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비가, 전체 파장 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 설정되는

가변 광 감쇠기.
제56항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 2m'·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 1로 되도록 설정되는

가변 광 감쇠기.
제55항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장 λ에 대해서 일정하게 되도록, 상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 설정되는

가변 광 감쇠기.
제49항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단 또는 상기 제2 광 합/분파 수단 중 일측이, 위상차 2πφc(상수)의 광 결합기이고, 다른 하나는 2개의 광 결합기와 이 2개의 광 결합기에 개재된 하나의 광로 길이차 부여부로 구성되는 위상차 2πφ(λ)의 위상 생성 커플러이고,

상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차를 ΔL, m을 정수라고 하면,

φ(λ)=ΔL/λ+m/2-φc

를 만족하도록, 상기 위상 생성 커플러를 구성하는 2개의 광 결합기의 분기비와, 하나의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차가 설정되는

가변 광 감쇠기.
제61항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단과 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차 2πφΔ_L(λ)의 총합 2π{φ(λ)+φΔ_L(λ)+φc(λ)}가, (2m'+1)·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비가, 전체 파장 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 설정되는

가변 광 감쇠기.
제61항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단과 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차 2πφΔ_L(λ)의 총합 2π{φ(λ)+φΔ_L(λ)+φc(λ)}가, 2m'·π (m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 1로 되도록 설정되는

가변 광 감쇠기.
제61항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 광로차 길치 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ)라고 하면,

상기 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장 λ에 대하여 일정하게 되도록, 상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ(λ)+φΔ_L(λ)+φ_c(λ)}가 설정되는

가변 광 감쇠기.
제49항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단 및 상기 제2 광 합/분파 수단이, 각각 2개의 광 결합기와 상기 2개의 광 결합기에 개재된 하나의 광로 길이차 부여부로 구성되는 위상 생성 커플러이고,

상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차를 ΔL, m을 정수라고 하면, 상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 2πφ₁(λ)와 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 2πφ₂(λ)의 합이,

φ₁(λ)+φ₂(λ)=ΔL/λ+m/2

를 만족하도록, 상기 제1 광 합/분파 수단 및 상기 제2 광 합/분파 수단을 구성하는 각각의 2개의 광 결합기의 분기비와, 하나의 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차가 설정되는

가변 광 감쇠기.
제65항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단과 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차 2πφΔ_L(λ)의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, (2m'+1)·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비가, 전체 파장 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 설정되는

가변 광 감쇠기.
제65항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단과 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차 2πφΔ_L(λ)의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 2m'·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 1로 되도록 설정되는

가변 광 감쇠기.
제65항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ)라고 하면,

상기 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장 λ에 대하여 일정하게 되도록, 상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 설정되는

가변 광 감쇠기.
제49항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단 및 상기 제2 광 합/분파 수단이 각각, N+1개(N은 자연수)의 광 결합기와, 인접하는 상기 광 결합기에 개재된 제1 및 제2의 2개의 광 도파로(지연선)로 이루어지는 N개의 광로 길이차 부여부로 구성되는 위상 생성 커플러이고,

상기 제1의 광합분파 수단의 N개의 광로 길이 차이 부여부를 구성하는 제1 광 도파로의 광학적 광로 길이 차이의 총합을 Σδ l ₁ _,1, 제2 광 도파로의 광학적 광로 길이 차이의 총합을 Σδ l ₂ _,1, 상기 제2의 광합분파 수단의 N개의 광로 길이 차이 부여부를 구성하는 제1 광 도파로의 광학적 광로 길이 차이의 총합을 Σδ l ₁ _,2, 제2 광 도파로의 광학적 광로 길이 차이의 총합을 Σδ l ₂ _,2라고 하면, 상기 광학적 광로 길이 차이의 총합이 (Σδ l ₁ _,1>Σδ l ₂ _,1 및 Σδ l ₁ _,2>Σδ l ₂ _,2), 또는, (Σδ l ₂ _,1>Σδl _1,1 및 Σδ l ₂ _,2>Σδ l ₁ _,2)중 어느 하나를 만족하는

가변 광 감쇠기.
제69항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 파장 무의존으로 되도록 상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL이 설정되는

가변 광 감쇠기.
제70항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₁(λ)와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₂(λ)의 합이, ΔL/λ+m/2(m은 정수)인

가변 광 감쇠기.
제70항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, (2m'+1)·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비가, 전체 파장 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 설정되는

가변 광 감쇠기.
제70항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 2m'·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 1로 되도록 설정되는

가변 광 감쇠기.
제69항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장 λ에 대해서 일정하게 되도록, 상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 설정되는

가변 광 감쇠기.
제69항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단의 N+1개의 광 결합기의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 N+1개의 광 결합기의 분기비가 동일한 값으로 설정되는

가변 광 감쇠기.
제75항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₁(λ)와 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₂(λ)의 합이, ΔL/λ+m/2(m은 정수)이고,

광의 파장을 λ, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ)라고 하면,

2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, (2m'+1)·π(m'는 정수)로 되도록 상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL이 설정되고,

상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비가, 전체 파장 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 설정되는

가변 광 감쇠기.
제75항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₁(λ)와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₂(λ)의 합이, ΔL/λ+m/2(m은 정수)이고,

광의 파장을 λ, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ)라고 하면,

2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 2m'·π(m'는 정수)로 되도록 상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL이 설정되고,

상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 1로 되도록 설정되는

가변 광 감쇠기.
제75항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장 λ에 대하여 일정하게 되도록, 상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 설정되는

가변 광 감쇠기.
제49항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단 및 상기 제2 광 합/분파 수단이 각각, N+1개(N은 자연수)의 광 결합기와, 인접하는 상기 광 결합기에 개재된 N개의 광로 길이차 부여부로 구성되는 위상 생성 커플러이고,

상기 제1 광 합/분파 수단의 N+1개의 광 결합기의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 N+1개의 광 결합기의 분기비가 동일한 값으로 설정되는

가변 광 감쇠기.
제79항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단에 의해 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 파장 무의존으로 되도록 상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차와, 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL이 설정되는

가변 광 감쇠기.
제80항에 있어서,

상기 제1 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₁(λ)와, 상기 제2 광 합/분파 수단의 출력의 위상차 φ₂(λ)의 합이, ΔL/λ+m/2(m은 정수)인

가변 광 감쇠기.
제80항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, (2m'+1)·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비가, 전체 파장 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 설정되는

가변 광 감쇠기.
제80항에 있어서,

상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가, 2m'·π(m'는 정수)로 설정되고, 상기 제1 광 합/분파 수단의 분기비와 상기 제2 광 합/분파 수단의 분기비의 합계가 1로 되도록 설정되는

가변 광 감쇠기.
제79항에 있어서,

광의 파장을 λ, 상기 제1 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₁(λ), 상기 광로 길이차 부여부의 광학적 광로 길이차 ΔL에 기인하는 위상차를 2πφΔ_L(λ), 상기 제2 광 합/분파 수단으로부터 출력되는 광의 위상차를 2πφ₂(λ)라고 하면,

상기 도파로형 광 회로의 출력 강도가 파장 λ에 대하여 일정하게 되도록, 상기 3개의 위상차의 총합 2π{φ₁(λ)+φΔ_L(λ)+φ₂(λ)}가 설정되는

가변 광 감쇠기.
제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 기재된 간섭계형 광 스위치를 다단으로 복수 접속한

간섭계형 광 스위치.
제43항 내지 제84항 중 어느 한 항에 기재된 가변 광 감쇠기를 다단으로 복수 접속한

가변 광 감쇠기.
제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 기재된 간섭계형 광 스위치를 다단으로 복수 접속한 광 회로를 갖고 있고,

제1 간섭계형 광 스위치의 2개의 출력 도파로 중 일측의 출력 도파로가 제2 간섭계형 광 스위치의 입력 도파로에 접속되고,

상기 제1 간섭계형 광 스위치의 입력 도파로를 상기 광 회로의 입력 포트로서 이용하고,

상기 제2 간섭계형 광 스위치의 출력 도파로를 상기 광 회로의 제1 출력 포트로서 이용하고,

상기 제1 간섭계형 광 스위치의 2개의 출력 도파로 중 타측의 출력 도파로를 상기 광 회로의 제2 출력 포트로서 이용하는

간섭계형 광 스위치.
제43항 내지 제84항 중 어느 한 항에 기재된 가변 광 감쇠기를 다단으로 접속한 광 회로를 갖고 있고,

제1 가변 광 감쇠기의 2개의 출력 도파로 중 일측의 출력 도파로가 제2 가변 광 감쇠기의 입력 도파로에 접속되고,

상기 제1 가변 광 감쇠기의 입력 도파로를 상기 광 회로의 입력 포트로서 이용하고,

상기 제2 가변 광 감쇠기의 출력 도파로를 상기 광 회로의 제1 출력 포트로서 이용하고,

상기 제1 가변 광 감쇠기의 2개의 출력 도파로 중 타측의 출력 도파로를 상기 광 회로의 제2 출력 포트로서 이용하는

가변 광 감쇠기.
제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 기재된 간섭계형 광 스위치를 다단으로 복수 접속한 광 회로를 갖고 있고,

제1 간섭계형 광 스위치의 2개의 출력 도파로 중 일측의 출력 도파로가 제2 간섭계형 광 스위치의 입력 도파로에 접속되고,

상기 제1 간섭계형 광 스위치의 2개의 출력 도파로 중 타측의 출력 도파로가 제3 간섭계형 광 스위치의 입력 도파로에 접속되고,

상기 제1 간섭계형 광 스위치의 입력 도파로를 상기 광 회로의 입력 포트로서 이용하고,

상기 제2 간섭계형 광 스위치의 출력 도파로를 상기 광 회로의 제1 출력 포트로서 이용하고,

상기 제3 간섭계형 광 스위치의 출력 도파로를 상기 광 회로의 제2 출력 포트로서 이용하는

간섭계형 광 스위치.
제43항 내지 제84항 중 어느 한 항에 기재된 가변 광 감쇠기를 다단으로 복수 접속한 광 회로를 갖고 있고,

제1 가변 광 감쇠기의 2개의 출력 도파로 중 일측의 출력 도파로가 제2 가변 광 감쇠기의 입력 도파로에 접속되고,

상기 제1 가변 광 감쇠기의 제2 출력 도파로 중 타측의 출력 도파로가 제3 가변 광 감쇠기의 입력 도파로에 접속되고,

상기 제1 가변 광 감쇠기의 입력 도파로를 상기 회로의 입력 포트로서 이용하고,

상기 제2 가변 광 감쇠기의 출력 도파로를 상기 광 회로의 제1 출력 포트로서 이용하고,

상기 제3 가변 광 감쇠기의 출력 도파로를 상기 광 회로의 제2 출력 포트로서 이용하는

가변 광 감쇠기.
제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 기재된 간섭계형 광 스위치를 적어도 하나 이용하여, M(M:자연수)입력 N(N:자연수) 출력의 광 스위치를 구성하는

간섭계형 광 스위치.
제42항 내지 제84항 중 어느 한 항에 기재된 가변 광 감쇠기를 적어도 하나 이용하여, M(M:자연수)입력 N(N: 자연수)출력의 광 스위치를 구성하는

가변 광 감쇠기.
제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광 결합기는, 근접한 2개의 광 도파로로 이루어지는 방향성 결합기인

간섭계형 광 스위치.
제43항 내지 제84항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광 결합기는, 근접한 2개의 광 도파로로 이루어지는 방향성 결합기인

가변 광 감쇠기.
제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 위상 시프터가, 광 도파로 상에 설치된 박막 히터인

간섭계형 광 스위치.
제43항 내지 제84항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 위상 시프터가, 광 도파로 상에 설치된 박막 히터인

가변 광 감쇠기.
제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 위상 시프터가 광 도파로 상에 설치된 박막 히터이고, 당해 박막 히터의 근방에 단열 홈이 형성되어 있는

간섭계형 광 스위치.
제43항 내지 제84항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 위상 시프터가 광 도파로 상에 설치된 박막 히터이고, 당해 박막 히터의 근방에 단열 홈이 형성되어 있는

가변 광 감쇠기.
제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 도파로형 광 회로는, 석영계 글래스 광 도파로로 구성되는

간섭계형 광 스위치.
제43항 내지 제84항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 도파로형 광 회로는, 석영계 글래스 광 도파로로 구성되는

가변 광 감쇠기.
제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 간섭계형 광 스위치의 광 도파로 상에 복굴절율 조정 수단이 설치되어 있거나, 또는 복굴절율의 조정이 수행되는

간섭계형 광 스위치.
제43항 내지 제84항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가변 광 감쇠기의 광 도파로 상에 복굴절율 조정 수단이 설치되어 있거나, 또는 복굴절율의 조정이 수행되는

가변 광 감쇠기.
제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 기재된 간섭계형 광 스위치를 내부에 갖는 케이싱과, 상기 케이싱에 유지되어 상기 간섭계형 광 스위치에 신호의 입출력을 수행하는 광 섬유를 갖는

광 모듈.
제43항 내지 제84항 중 어느 한 항에 기재된 가변 광 감쇠기를 내부에 갖는 케이싱과, 상기 케이싱에 유지되어 상기 가변 광 감쇠기에 신호의 입출력을 수행하는 광 섬유를 갖는

광 모듈.