KR100196297B1 - X-브랜치 구조에서 두 모드 간섭영역의 굴절률 변조에 의한 광변조 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광변조 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 X - 브랜치(branch) 구조로 된 광도파관에 일정 길이의 두 모드 간섭(TwoMode interence)현상이 발생되는 모드간섭구간을 형성하고 외려 즉, 전압, 열,응력 등에 의해 이 구간의 굴절률 변화에 의항 광이 지나는 실거리(effeetive length)를 조절함으로써, 광파워가 분기되는 분기저점을 변조하는 광변조 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 일정영역의 두 모드 간섭영역을 갖는 X- 브랜치 구조의 도파관을 기판위에 형성하여 광도파로의 패턴 공정을 용이하게 하고, 광모드의 산란손실이 적은 X - 브랜치 구조에서 두 모드 간섭영역의 굴절률 변조에의한 광변조 방법 및 그 장치를 제공함에 그 목적으로 하여, X - 브랜치 구조로 된 광도파관의 입력단에 광신호를 인가하는 광신호 입력단계와, 광신호 입력단계를 통해 입력되어진 광신호의 기본모드인 우수(even)모드와 기수(odd) 모드간섭구에서 서로 간섭현상을 일으키며 광파워가 진행하는 광파워 진행단계, 광변조기의 외부로부터 전송하고자하는 데이터에 따라 가해지는 진압이나 열 및 응력의 정도에 따라 기판의 굴절따라 광파워가 분기되는 지점 변화에 의한 광신호를 변조하는 광신호 변조단계, 및 이 광신호 변조단계에서 출력되는 변조된 광신호가 출력단 광도파로로 진행되어지는 광시호 출력단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

X -브랜치 구조에서 두 모드 간섭영역의 굴절률 변조에 의한 광변조 방법 및 그 장치

제1도는 종래의 차단조건 변화를 이용한 광변조기를 나타낸 도면.

제2도는 종래의 방향성결합기를 이용한 광변조기를 나타낸 도면.

제3도는 종래의 마하젠더간섭계를 이용한 광변조기를 나타낸 도면.

제4도의 (a)는 본 발명에 따른 X - 브랜치 구조의 개념도.

(b)는 본 발명의 1 실시예에 따른 열광학현상을 이용한 저속 광변조기를 나타낸 도면.

(c)는 본 발명에 1 실시예에 따른 전기광학현상을 이용한 고속 광변조기를 나타낸 도면

제5도는 본 발명에 따른 두 모드간삽영역에서의 광파워 진행모양을 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 광도파로 2 : 버퍼층

3,60 : 전극 4 : 기판

5,40 : 결합단자 10 : 유리기판

30 : 히터 20 : 리튬나이오베니트 기판

본 발명은 광변조 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 X - 브랜치(branch) 구조로 된 광도파관에 일정 길이의 두 모드 간섭(Two - Mode interference) 현상이 발생되는 모드간섭구간을 형성하고 외력 즉, 전합, 열,응력 등에 의해 이 구간의 굴절률 변화시킴으로써, 광이 지나는 실거리(effeetive length)를 조절하여 광파워가 분기되는 분기지점을 변화시킴으로써 광신호를 변조하는 광변호 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

첨부된 도면을 참조하여 종래기술을 설명한다.

제1도는 종래의 차단조건(cut - off condition)을 이용한 변조기를 나타낸 도면으로서, 동 도면에서 참조번호 1은 광신호를 전송하기 위한 광도파관이고, 2는 이 광도파관(1) 위에 위치한 버퍼층, 3은 전극, 4는 기판, 5는 상기 광도파관(1)에 전류를 인가하기 위한 전합결합단자이다.

상기한 구성에 있어서는, 광도파로의 입력단을 통해 광시호가 진행될경우, 상기 광도파로와 기판의 굴절률차(Δn)에 의한 전반사현상에 의해 광신호는 도파로 내에 한정되어 진행되는데, 상기 광도파로에 외로로부터 힘 예컨대, 전압, 열, 응력 등을 가하여 기판과 광도파로 사이의 굴절률차(Δn)를 변화시킴으로써 광출력을 변조한다.

제2도는 종래의 방향성결합기(directional coupler)를 이용한 변조기를 나타낸 도면으로서, 제1도와 동일 기능을 하는 구성요소에대해서느 동일 참조번호를 부여하고 이에 따른 상세한 설명은 생략하기로 한다.

동 도면에 도시된 바와 같이 일정한 구간의 인접한 두 광도파로(1)사이에 발생하는 모드 결합(coupled mode)현상을 이용하는 방법으로서, 하나의 광도파로에 광신호가 여기될 경우, 이 광신호는 인접한 다른 쪽의 광도파로상으로 결합될 수 있다. 이때, 다른 쪽의 광도파로에 결합되는 광신호의 양은 결합계수(k)를 변환시킴으로써 광도파로로 출력되어지는 광신호를 변조할 수 있게 된다.

그러나, 상기 방향성결합기를 이용한 변조기를 제조하는 과정에서 두도파관이 인접되어지는 일정구간에서의 두 도파관 사이 간격을 수로 분리하여야 모드결합현상이 일어날 수 있는데, 이를 위한 리소그래피(Lithography)공정은 매우 까다롭다.

제3도는 종래의 마하젠더(Mach -Zehnder) 간섭계를 이용한 변조기로서, 상술되어진 제1,2도의 구성요소와 동일기능을 하는 구성요소에 대해서는 동일번호를 부여하고, 그에 따른 상세한 설명은 생략하기로 한다.

동 도면에서 도시된 바와 같이, 입력된 광신호를 일정구간동안 두경로로 나누어 진행시킨 뒤, 출력측에서 광신호가 합쳐질 경우, 이들 광신호 사이에서 나타나는 위상차를 이용하여 광신호를 변조한다. 이때,형성된 위상차가 광도파로내에 광파장의 n 배이면 보강간섭이 일어나고, n + ½ 배이면 상쇄간섭이 일어난다. 여기서, n은 정수이다.

그러나, 상기 마하젠더 간섭계를 이용한 변조기를 제조하는 과정에서 두 광신호를 분기하는 지점에서는 산란손실이 크게 일어나며, 두 도파로의 각도와 분기지점을 정밀하게 제작하는 리소그래피 공정 또한 메우 어렵다.

본 발명은 상기한 서정을 감안하여 창출된 것으로, 일정영역의 두모드 간섭영역을 갖는 X - 브랜치 구조의 도파관을 기판위에 형성하여 광도파로의 패턴 공정을 용이하게 하고, 광모드의 산란손실이 적은 X - 브랜치 구조에서 두 모드 간섭영역의 굴절률 변조에 의한 광변조 방법 및 그 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 X -브랜치 구조로 된 광도파관의 입력단에 광신호를 인가하는 광신호 입력단계와, 이 광신호 입력단계를 통해 입력되어진 광신호의 기본모드인 우수(even) 모드와 기수(odd) 모드가 모드간섭구간에서 서로 간섭현상을 일으키며 광파워가 진행하는 광파워 진행단계, 광변조기의 외부로부터 전송하고자 하는데이터에 따라 가해지는 전압이나 열 및 응력의 정도에 따라 기판의 굴절률이 변화되어지는 굴절률변화단계, 이 굴절률변화단계에 의해 변화된 굴절률에 따라 광파워가 분기되는 지점 변화에 의한 광신호를 변조하는 광신호 변조단계, 및 이 광신호 변조단계에서 출력되는 변조된 광신호가 출결단 광도파로 진행되어지는 광신호 출력단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 1 실시예에 따른 X - 브랜치 구조에서 두 모드간섭영역의 굴절률 변조에 의한 광변조 장치는 저속 광변조기에 있어서, 열광학효과를 갖는 결정을 이용한 기판과, 이 기판위에 두 모두간섭현상을 이용할 수 있도록 모드간섭구간을 포함한 X - 브랜치 구조로 형성되어 굴절률이 변화됨에 따라 변조된 광신호를 출력하는 광도파로, 이 광도파로의 모드간섭구간 상면부에 설치되어 전송하고자 하는 데이터에 따라 후술되어질 전압결합단자로부터 인가된 전원을 근거로 전류가 흐르게 하여 기판의 굴절률을 변조하기 위한 히터, 및 이 히터에 연결되어 전송하고자 하는 데이터를 인가하기 위한 전압결합단자를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 2 실시예에 따른 X - 브랜치 구조에서 두 모드간섭영역의 굴절률 변조에 의한 광변조 장치는 고속 광변조기에 있어서, 전기광학효과를 갖는 결정을 이용한 기판과, 이 기판위에 두 모드간섭현상을 이용할 수 있도록 모드간섭구간을 포함한 X - 브랜치구조로 형성되어 굴절률이 변화됨에 따라 변조된 광신호를 출력하는 광도파로, 이 광도파로의 모드간섭구간 상면부에 설치되어 전송하고자하는 데이터에 따라 전기장을 형성하여 기판의 굴절률을 변조하기 위한 제 1 전극, 상기 기판의 상면부에 위치하여 전송하고자 하는 데이터에 따라 상기 제 1 전극에 대한 접지전원을 인가하여 전기장을 형성을 유도하기 위한 제 2 전극을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 기판상에 X- 브랜치 구조로 광도파관을 형성함으로써, 광변조기를 제조하는 과정에서의 광도파로의 폭이 두껍기 때문에 광도파로의 패턴 공정을 용이하게 할 수 있을 뿐 아니라, 두 모드 간섭영역에서 진행하는 광모드의 중간부분에는 광파워가 거의 '0'에 가까우므로 분기부분과 부딪쳐서 산란되는 광이 적기 때문에 이 부분에서 발생되는 광모드의 산란손실을 방지할 수 있는 광변조기를 제공할 수 있게 된다.

이어, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

제4도의 (a)는 본 발명에 따른 X-브랜치 구조의 개념도로서, 일정영역의 두 모드간섭영역을 갖는 X- 브랜치 구조는 상술되어진 방향성결합기를 이용한 변조기에서 두 광도파로를 붙여놓은 모양과 동일한 외형이 된다.

한편, 이 두 모드간섭현상을 보이는 모드간섭구간에서는 광도파로로 진행중인 광신호의 기본 모드인 우수(even)모드와 기수(odd)모드가 진행되는데. 이때 두 모드의 전파계수가 서로 다르며 항상 우수(even)모드의 진행속도가 기수(odd)모드보다 빠르게 진행되어진다.

제5도는 본 발명에 따른 두 모드간섭구간에서 광파워의 진행모양을 나타낸 도면으로서, 동 도면을 참조하여 두 모두간섭현상을 설명한다.

동 도면에서 (가)부분은 우수(even)모드의 진행모양을 나타낸것이고, (나)는 기수(odd)모드의 진행모양을 나타낸 것이며, (다)는 광파워의 진행모양을 나타낸 것이다.

광신호가 도파관의 입력측으로 인가되어지면, 전파계수가 다른 우수(even)모드와 기수(odd)모드가 서로 간섭현상을 일으켜 (다)에 도시된 바와 같은 광파워를 생성하여 진행한다. 이때, 광파워의 크기는 (우수(even)모드크기 + 기수(odd)모드크기) |2이다.

이때, 상기 광변조기는 광파워가 분기되는 지점을 변조함으로써, 광신호를 변조하게 되고, 데이터는 외부로부터 전압이나 열 및 응력의 형태로 도파로에 인가되어녀, 기판의 굴절률을 변화시키는 변조신호로 작용한다.

한편, 실제 소자의 길이를 L 이라고 하면 변화된 굴절률에 의해 광이 느끼는 이동거리는 만큼이 되어 굴절률에 따라 광파워가 분기되는 지점이 변화되어지는데, 예를 들어 굴절률의 변화가 없을 경우에는 (g)지점의 광신호가 출력되는 바, 외부 조건에 의해 굴절률의 변화가 생기면 광신호의 이동거리가 길어져 (h)지점의 광신호가 출력되어지게 된다.

한편, 굴절률이 전압이나 열 및 응력의 정도에 따라 변화되어지기때문에 굴절률이 변하는 정도에 따라 광이 분기되는 지점이 변화됨에따라 분기지점에서 출력되는 광파워신호가 굴절률이 변하는 정도에 따라 각기 다른 크기로 변조되어 출력측 광도파관으로 진행되어지게 된다.

또한, 제4도의 (b)는 본 발명에 1실시예에 따른 열광학현상을 이용한 저속 광변조기를 나타낸 도면으로서, 참조번호 10은 열광학효과를 갖는 유리등을 이용한 기판이고, 20은 두 모드간섭현상을 일으키는 모드간섭구간을 포함한 X - 브랜치 구조로 된 광도파관, 30은 상기 광도파관(20)의 두 모드간섭구간 상면상에 설치되어 후술되어질 전압결합단자로부터 인가된 전원을 근거로 전류가 흐르게 되는 히터(heater), 40은 전송하고자 하는 데이터를 인가하기 위한 전압결합단자이다.

상기한 구성에 있어서는 사용자가 전송하고자 하는 데이터에 따른 전원을 전압결합단자(40)의 상측과 하측에 각각 (+), (-)를 인가하면, 이 두 전압결합단자의 전압차에 의해 히터(30)에 전류가 흐르고, 이 전류에의해 열이 발생됨에 따라 도파관의 특성이 변화되어 상기 도파관의 굴절률을 변화시킨다.

한편, 상기 굴절률이 변화되어지면 광분기지점도 변화되는데, 광신호의 분기지점에 따라 각기 다른 크기의 광신호로 변조되어 출력측으로 진행되어지게 된다. 이때, 발생한 열의 냉각이 느리기 때문에 수[KHz] 정도의 변조속도를 갖는 저속 광변조기로 사용되어진다.

제4도의 (c)는 본 발명에 2 실시예에 따른 전기광학현상을 이용한 고속 광변조기를 나타낸 도면으로서, 제4도의 (b)와 동일 기능을 하는 구성요소에 대해서는 동일 참조번호를 부여하고, 그에 따른 상세한 설명은 생략하기로 한다.

동 도면에서 참조번호 50은 리튬나이오베니트(LiNbo₃)등의 결정으로 이루어져 전기광학효과를 갖는 기판이고, 60은 상기 기판(50) 상부면에 알루미늄이나 크롬등의 성분으로 이루어진 전극이다.

상기한 구성에 있어서는 모드간섭구간의 상부면에 설치괸 전압결합단자의 한측에만 (+)를 인가하고, 기판(50)의 상부면에 설치된 전극에 (-)를 인가하면, 두 전극 사이에 전기장이 발생되게 되고, 이 전기장에 의해 상기 광도파관(20)으로 진행하던 광신호는 광도파로의 굴절률 차이(Δn)를 느끼게 되어 광변조가 이루어진다.

상기 광변조과정을 통해 변조된 광신호는 출력측 광도파로로 진행되어지며, 전기광학현상은 전기장으로 굴절률의 변화를 유도하기때문에, 상기 방법을 통해서는 수~수십(Ghz) 정도의 변조속도를 갖는 고속 광변조기로 사용되어진다.

즉, 상기한 구성에 있어서는 도파관으로 인가된 광신호에 모드간섭구간위에 형성된 히터나 전극에 열광학현상이나 전기광학현상에의해 외부로부터 전압이나 열 및 응력의 정도에 따른 데이터가 인가되어질때 모드간섭구간에서 굴절률이 변화하여 우수(even)모드와 기수(odd)모드의 중첩된 광 즉, 광파워신호가 분기되어지는 지점을 변환하여 광도파관의 출력측으로 진행되어지는 광신호를 변조하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 X-브랜치 구조를 이용한 광변조기는 도파관의 폭이 두껍기 때문에 패턴화 공정이 용이하고 마하젠더간섭계를 이용한 변조기의 광분기부분에서 생기는 광모드의 산란손실을 제거하여 고품질의 광신호를 전송할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형실시 할 수 있다.

Claims (3)

1. X-브랜치 구조로 된 광도파관의 입력단에 광신호를 인가하는 광신호 입력단계와, 이 광신호 입력단계를 통해 입력되어진 광신호의 기본모드인 우수(even) 모드와 기수(odd) 모드가 모든간섭구간에서 서로 간섭현상을 일으키며 광파워가 진행하는 광파워 진행단계, 광변조기의 외부로부터 전송하고자 하는 데이터에 따라 가해지느 전압이나 열 및 응력의 정도에 따라 기판의 굴절률이 변화되어지는 굴절률변화단계, 이 굴절률변화단계에 의해 변화된 굴절률에 따라 광파워가 분기되는 지점 변화에 의한 광신호를 변호하는 광신호 변조단계 및 이 광신호 변조단계에서 출력되는 변조된 광신호가 출력단광도파로로 진행되어지는 광신호 출력단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 X- 브랜치 구조에서 두 모드 간섭영역의 굴절률 변조에 의한 광변조 방법.
2. 저속 광변조기에 있어서, 열광학효과를 갖는 결정을 이용한 기판과, 이기판위에 두 모드간섭현상을 이용할 수 있도록 모드간섭구간을 포함한 X- 브랜치 구조로 형성되어 굴절률이 변화됨에 따라 변조된 광신호를 출력하는 광도파로, 이 광도파로의 모드 간섭구간 상면부에 설치되어 전송하고자 하는 데이터에 따라 후술되어질 전압결합단자로부터 인가된 전원을 근거로 전류가 흐르게 하여 기판의 굴절률을 변조하기 위한 히터,및 이 히터에 연결되어 전송하고자 하는 데이터를 인가하기 위한 전압결합단자를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 X- 브랜치 구조에서 두 모드 간섭영역의 굴절률 변조에 의한 광변조 장치.
3. 고속 광변조기에 있어서, 전기광학효과를 갖는 결정을 이용한 기판과. 이기판위에 두 모드간섭현상을 이용할 수 있도록 모드간섭구간을 포함한 X- 브랜치 구조로 형성되어 굴절률이 변화됨에 따라 변조된 광신호를 출력하는 광도파로, 이 광도파로의 모드간섭구간 상면부에 설치되어 전송하고자 하는 데이터에 따라 전기장을 형성하여 기판의굴절률을 변조하기 위한 제 1 전극, 상기 기판의 상면부에 위치하여 전송하고자 하는 데이터에 따라 상기 제 1 전극에 대한 접지전원을 인가하여 전기장을 형성을 유도하기 위한 제 2 전극을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 X- 브랜치 구조에서 두 모드 간섭영역의 굴절률 변조에 의한 광변조 장치.