KR0138152B1 - GaSe를 이용한 광 스위치 소자 - Google Patents

Abstract

없음

Description

GaSe를 이용한 광 스위치 소자

제1도는 기존에 사용된 광 스위치 소자인 PLZT 세라믹 셔터의 단면도이다.

제2도는 본 발명에 따른 광 스위치 소자를 보인 단면도이다.

제3도는 본 발명에 따른 광 스위치 소자를 구동하는 회로의 모식도이다.

제4도는 임의의 전압에 대해 전기장을 인가했을 경우와 인가하지 않았을 경우에 있어서, 파장에 따른 과튜과율(It)의 변화를 도시한 것이다.

제5도는 임의의 고정된 파장에 대해 전기장을 변화시켰을때 광흡수계수를 도시한 것이다.

제6도는 주파수 변화에 따른 광투과율 변동량을 도시한 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : GaSe20a,20b : 절연막

30a,30b : 투명전극40 : 광축

50a,50b : 접속단자

본 발명은 GaSe를 이용한 광 스위치 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기장 신호 변화에 따라 광 투과율을 변조함으로써 전기광변조기 및 스위치로 사용 가능한 광 스위치 소자에 관한 것이다.

통상적으로 사용되는 광 스위치로서는 PLZT 세라믹을 이용하여 제1도에 도시된 바와 같은 구조를 가진 광셔터(Shutter)를 이용한 스위치가 있다. 이 스위치는 제1도에서 알 수 있듯이 하나의 PLZT 세라믹(1)의 양면에 편광자(2a)(2b)를 증착한 후, 유리(3a)(3b)를 차례로 적층시킨 구조로 되어 있다.

상기한 광변조방식을 이용한 광 스위치는 주로 굴절율 타원체를 이용한 위상변조나, 굴절율 변조방식을 사용하나, 이 광스위치는 구동전압이 높고, 스위칭 타임이 크다는 결점이 있어 광통신용으로는 사용할 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 전기장 신호의 레벨에 따라 GaSe의 흡수계수를 변화시켜 투과광을 특정주파수에 따라 변조함으로써 전기광변조기 및 스위치로 사용하는 광 스위치 소자를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광 스위치 소자는 스위칭소자로서 GaSe를 이용하여 전기장 인가에 의해 GaSe가 흡수율의 변조를 발생하게 하는 수단과; GaSe의 양측면에 SiO₂를 증착한 절연막과; 상기 절연막의 양측면에 ITO를 증착한 투명전극과; 구동(스위칭)회로를 이용하여 상기 투명전극에 전압을 인가하는 수단을 포함함을 특징으로 하며, 상기 전압인가수단의 전압변화에 의하여 투과광을 변조(스위칭)함을 특징으로 한다.

이하, 예시된 도면을 통하여 본 발명을 더욱 상세히 기술하기로 한다.

본 발명에 따른 광 스위치 소자는 제2도에 도시된 바와 같은 구조를 가진다. 즉, 2㎛의 두께를 가진 GaSe층(10)의 양면에 절연막(20a)(20b)인 SiO₂를 두께가 1.0㎛가 되도록 증착한후, 연이어서 상기 절연막(20a)(20b)에 투명전극(30a)(30b)인 ITO를 두께가 1.0㎛가 되도록 증착한다. 그리고 투명전극(30a)(30b)의 양끝 부분에는 접속단자(50a)(50b)를 형성하여 제3도에 예시된 구동회로에 공급된 전압이 도선(60a)(60b)을 통해 인가되도록 구성한다.

상기한 바와 같은 구조를 가진 본 발명의 광 스위치 소자의 작동을 살펴보면 다음과 같다.

제2도에 도시된 광 스위치 소자의 접속단자(50a)(50b)에는 도선(60a)(60b)을 통해 제3도에 도시된 구동회로에서 출력된 펄스전압이 공급된다.

제3도에 도시된 구동회로는 입력단자(Vin)에 인가되는 전압에 따른 트랜지스터(TR1)(TR2)의 동작점이 결정되기 때문에 출력단자(Vout)에서 출력되는 펄스전압은 입력단자(Vin)에 인가되는 전압에 따라 변한다.

상기와 같이 구동회로에서 출력된 펄스전압이 제2도에 도시된 광 스위치 소자의 접속단자(50a,50b)에 인가되면, 이 펄스전압은 투명전극(30a)(30b)을 통하여 GaSe(10)에 인가된다.

상기 GaSe(10)에 절연막(20a)(20b)을 통한 펄스전압이 인가될 때 640nm이 파장영역에서는 방출전자 흡수에 의한 변조가 생기게 되어 광축(40)으로 입사된 광은 변조된다는 것을 여러번 테스트 결과 알 수 있었다. 제4도는 상기 테스트 결과를 도시한 것으로서, 임의의 전압에 대해, 전기장을 인가했을 경우와 인가하지 않았을 경우에 있어서, 파장에 따른 광투과율(It)의 변화를 도시한 것이다. 여기서 제4도의 그래프중 아래에 위치한 그래프는 전기장을 인가하지 않았을 경우를 나타내고, 위에 위치한 그래프는 전기장을 인가했을 경우를 나타낸다.

그리고 GaSe(10)의 흡수계수는 전기장(E)에 대하여 E^2/3으로 비례하여 변환된다. 제5도는 임의의 고정된 파장에 대해 전기장을 변화시켰을때 광흡수계수를 도시한 것이다. 그리고 변조시간은 최대 10^-12영역으로 결정되어지나 실제는 유전율에 의한 정전용량으로 지연시간이 생긴다. 제6도는 전기장 인가를 ON/OFF하는 시간의 변화(주파수 변화)에 따른 광투과율 변동량을 도시한 것으로서, 굵은 실선은 광투과을 변동량이 '0'임을 나타낸다.

본 발명에 의한 광 스위치 소자는 제6도에 도시된 바와 같이 4.5KHz를 경계로 하여 위상이 180° 반전된다. 따라서 상기 광 스위치 소자는 4.5KHz 이상의 주파수 영역에서는 전기광학 변조기로 사용가능하며, 그 주파수 변화는 전기장 구동회로에 의해 결정된다.

그리고 전기장 신호에 의한 투과율 변조형 광 스위치로는 위상변화가 없는 상기 4.5KHz 이하에서 바람직하게는 약 1KHz 이하에서 사용될 수 있다.

Claims (3)

1. 전기장 인가에 의해 GaSe(10)이 광 흡수율의 변조를 발생하게 하는 수단과; GaSe의 양측면에 SiO₂를 증착한 절연막(20a)(20b)과; 상기 절연막(20a)(20b)의 양측면에 ITO를 증착한 투명전극(30a)(30b)과; 구동회로를 이용하여 상기 투명전극(30a)(30b)에 전압을 인가하는 수단을 포함함을 특징으로 하며, 상기 전압인가수단의 전압변화에 의하여 투과광을 변조하는 GaSe를 이용한 광 스위치 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 절연막(20a)(20b)과 투명전극(30a)(30b)은 그 두께가 각각 1.0㎛이 되게함을 특징으로 하는 GaSe를 이용한 광 스위치 소자.
3. 제1항에 있어서, 상기한 GaSe(10)는 그 두께가 2㎛이 되게함을 특징으로 하는 광 스위치 소자.

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