KR100400842B1 - In-line fiber-optic intensity modulator - Google Patents

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KR100400842B1
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Abstract

본 발명은 측면 연마광섬유(Side Polished Fiber:SPF)를 이용한 인-라인형 광 변조기와 그 제조 및 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to an in-line optical modulator using side polished fiber (SPF), and a method of manufacturing and driving the same.

본 발명은 측면 연마된 광섬유와 상기한 광섬유 상부에 형성되는 강유전체 박막 도파로 사이의 모드결합현상을 이용한 장치를 기본으로 하고 있다. 여기에 사용되는 강유전체 박막의 두께는 수십μm부터 1μm이 내까지 가능하며, 상기한 박막의 양면에 전극층을 부착하여 유전체내의 굴절률변화를 일으킨다. 상기한 굴절률 변화는 모드결합시 채널 드롭(channel drop) 곡선을 파장축 에서 이동(shift)시키므로, 인가된 특정 파장의 빛은 상기한 이동(shift)에 의해 광섬유로 통과시키는 투과 광량의 변화를 유도한다. 한편 굴절률 변화는 강유전체에 인가되는 전장의 변화에 수반되는 편극 변화에 의한 것으로, 본 발명에서는 P-E이력곡선의 사면 기울기를 이용하여 전기적으로 변조된 신호를 광학적 신호 세기의 변조로 바꾸게 된다.The present invention is based on a device using a mode coupling phenomenon between a side polished optical fiber and a ferroelectric thin film waveguide formed on the optical fiber. The thickness of the ferroelectric thin film used here can be from several tens of micrometers to 1 micrometer, and an electrode layer is attached to both surfaces of the thin film to cause a refractive index change in the dielectric. Since the refractive index change shifts the channel drop curve in the wavelength axis when the mode is combined, light of a specific wavelength applied induces a change in the amount of transmitted light passing through the optical fiber by the shift. do. On the other hand, the refractive index change is due to the polarization change accompanying the change in the electric field applied to the ferroelectric, and in the present invention, the electrically modulated signal is changed to the modulation of the optical signal intensity using the slope of the P-E history curve.

Description

인-라인형 광 변조기와 그 제조 및 구동방법{IN-LINE FIBER-OPTIC INTENSITY MODULATOR}In-line optical modulator and its manufacturing and driving method {IN-LINE FIBER-OPTIC INTENSITY MODULATOR}

본 발명은 광통신에 사용되는 인라인형 광섬유 변조기에 대한 것으로, 보다 상세하게는 외부변조방법 중에서, 측면 연마 광섬유(Side Polished Fiber : SPF)와 오버레이(overlay)층의 모드결합을 이용한 광 변조기와 그 제조 및 구동방법에 관한 인라인형 광섬유 변조기에 관한 것이다.The present invention relates to an inline type optical fiber modulator used in optical communication, and more particularly, to an optical modulator using a mode combination of a side polished fiber (SPF) and an overlay layer in an external modulation method. And an inline optical fiber modulator related to a driving method.

일반적으로 광 변조기는 광섬유 또는 자유공간을 전송매체로 하는 경우에 전기신호를 광 신호로 변조하는 장치를 칭한다.In general, an optical modulator refers to an apparatus for modulating an electrical signal into an optical signal when an optical fiber or a free space is used as a transmission medium.

상기한 광 변조기의 변조방식으로 직접변조와 외부변조로 나누어 고려할 수 있다. 직접변조는 레이저다이오드의 출력신호를 결정하게 되는 주입전류를 입력신호로 사용하고 출력광신호가 직접 입력신호로 제어되는 변조방식이다. 그러나 상기한 직접변조방식에서는 주입전류 변화에 따른 반송파밀도 변화에 의해 레이저다이오드 활성 영역의 굴절율이 변화됨으로서 방출파장이 급격히 변동하여 광신호 왜곡을 일으킨다. 이러한 현상을 처핑이라고 하며 1550nm 파장대의 광전송시스템성능을 급격히 저하시키는 요인이 된다. 따라서 상기한 처핑을 없애는 집적광학계를 이용하는 외부변조방식이 장거리 전송에서 요구되었으며 상기한 외부변조방식에서는 리튬나이오베이트(LiNbO3),리튬탄탈레이트(LiTaO3),전기광학 폴리머 등의 강유전체를 이용한 광변조기가 현재 주류를 이루고 있다.As the modulation method of the optical modulator, it can be considered to be divided into direct modulation and external modulation. Direct modulation is a modulation method in which an injection current that determines an output signal of a laser diode is used as an input signal, and an output optical signal is directly controlled by an input signal. However, in the direct modulation method, the refractive index of the laser diode active region is changed by the change of the carrier density according to the change of the injection current, so that the emission wavelength is rapidly changed, causing optical signal distortion. This phenomenon is called chirping and is a factor that drastically degrades the performance of optical transmission system in the 1550 nm wavelength band. Therefore, to eliminate the above-mentioned chirped outside using an integrated optical system, a modulation scheme is the external modulation method above has been required in the long-distance transmission lithium niobate (LiNbO 3), lithium tantalate (LiTaO 3), using a ferroelectric, such as electro-optic polymer Light modulators are now mainstream.

강유전체(ferroelectrics)는 1920년 로쉘 염이라는 물질에서 처음 그 성질이 발견되어 알려지게 된 물질로서, 1935년에서 1938년 사이에 KDP 계열의 단결정들이 성장되면서 많은 연구가 시작되었다. 이들 물질들의 특징적인 물성은 자발분극 (spontaneous polarization)을 가지고 있을 뿐만 아니라 이 자발분극이 전기장에의해 역전(polarization reversal)되는 현상을 보이는 것이다.Ferroelectrics were first known and discovered in 1920 in a substance called Rochelle's salt, and many studies began when the KDP-based single crystals were grown between 1935 and 1938. The characteristic properties of these materials not only have spontaneous polarization, but also the phenomenon of spontaneous polarization reversal by an electric field.

종래의 외부변조방식 강유전체 광 변조기를 도7과 도8을 참조하여 설명한다.A conventional external modulation type ferroelectric light modulator will be described with reference to FIGS.

입력단(101)에 유입된 광신호는 Y형 광파워분할기(102)에서 같은 파워를 가진 두 개의 신호로 나뉘어지며 변조영역(116)을 거쳐 다시 광결합기(112)에 의해 두 개의 각각의 신호는 하나의 변조된 신호로 합쳐져 출력단(114)로 나온다. 전극 (108, 110)에 의해 변조영역(116)에 전계가 인가되지 않을 경우에는 입력광도파로 (101)에 유입된 광신호는 두 개의 광신호로 나뉘어진 다음 두 신호 모두 위상 변화없이 다시 광결합기(112)에서 합쳐져서 입력된 광신호와 동일한 광신호가 출력된다. 한편, 도 1b에 도시된 바와 같이 변조영역(118)에 있는 두 개의 광도파로(104, 106)가 제1전극(108)과 제2전극(110)에 의해 전장이 인가될 경우에는 광 도파로(104, 106)를 통과하는 각각의 광신호는 서로 위상차가 발생된다. 따라서, 출력 도파로(114)에 인가되는 전장에 따른 위상차에 의해 변조된 광 강도가 출력된다.The optical signal introduced into the input terminal 101 is divided into two signals having the same power in the Y-type optical power splitter 102, and then each of the two signals by the optical combiner 112 through the modulation region 116 again. It is combined into one modulated signal and outputs to the output stage 114. When no electric field is applied to the modulation region 116 by the electrodes 108 and 110, the optical signal introduced into the input optical waveguide 101 is divided into two optical signals, and then both signals are again combined without the phase change. An optical signal identical to the optical signal combined and input at 112 is output. Meanwhile, as shown in FIG. 1B, when the two optical waveguides 104 and 106 in the modulation region 118 are applied with the electric field by the first electrode 108 and the second electrode 110, the optical waveguide ( Each optical signal passing through 104 and 106 has a phase difference from each other. Therefore, the light intensity modulated by the phase difference according to the electric field applied to the output waveguide 114 is output.

이런 종류의 변조기는 10V 이하의 구동 전압 변화로 10GHz의 변조가 가능하다. 반도체를 이용한 광 변조기는 역시 간섭계형과 반도체층에 인가되는 전장의 변화에 따라 주어진 파장에서 흡수정도가 변하는 현상을 이용한 전장흡수형이 있다. 간섭계형은 1.5V변화에서 14GHz까지 변조가 가능하며, 전장흡수형은 3V전압변화에서 20GHz까지 변조가 가능한 것으로 보고되고 있다.This type of modulator is capable of 10 GHz modulation with drive voltage variations of less than 10V. Optical modulators using semiconductors also have an interference absorption type and an electric field absorption type using a phenomenon in which the degree of absorption changes at a given wavelength according to the change in the electric field applied to the semiconductor layer. It is reported that the interferometer type can modulate from 1.5V change to 14GHz and the electric field absorption type can modulate from 3V voltage change to 20GHz.

그러나 상기한 집적광학계 변조기의 경우 광섬유와의 결합시 높은 손실효율, 등의 피할 수 없는 문제를 가지고 있다.However, the integrated optical modulator has an inevitable problem such as high loss efficiency when combined with the optical fiber.

외부변조방식을 사용하는 또 하나의 방법으로 in-line형 광섬유 변조기를 들수 있다. 인-라인(in-line)형 광섬유변조기는 측면이 연마된 광섬유 위에 고분자물질이나, 전기광학결정으로 된 오버레이(overlay)층을 가지고 있다. 광섬유를 통과하는 광신호 모드는 오버레이(overlay)층의 가이드 모드(guided mode)와 특정한 정합조건에서 모드결합을 하게 되며, 이는 채널 드롭(channel drop) 현상으로 나타나게 된다. 오버레이(Overlay)층의 굴절률의 변화는 인가 전장의 변화로 제어가능하며 수반되는 채널 드롭(channel drop) 곡선의 이동은 특정 파장(예;다이오드 레이저 파장)에서의 광강도 변화로 나타나게 된다.Another way to use external modulation is in-line fiber modulators. In-line fiber modulators have an overlay layer of polymeric material or electro-optic crystals on the side polished optical fiber. The optical signal mode passing through the optical fiber is mode-coupled in a specific matching condition with the guided mode of the overlay layer, which appears as a channel drop phenomenon. The change in the refractive index of the overlay layer is controllable by the change in the applied electric field, and the accompanying shift in the channel drop curve results in the change in light intensity at a particular wavelength (eg, diode laser wavelength).

미국의 MOEC사 제품은 DAST라는 유기물 결정을 이용하여 40GHz의 변조가 가능하다는 결과를 보고하고 있다. 일반적으로 변조기에 사용되는 DAST를 비롯한 광학결정들은 일반적으로 큰 전기광학상수를 가지고 있다. 그러나 이러한 결정 오버레이 (overlay)는 변조 전압을 낮추기 위해서 얇게 박편으로 만드는 공정이 필수적으로 수반되어야 한다. 그러나 결정박편의 두께를 얇게 가공함에는 한계 (20-30μm)가 있으며, 더욱이 연마과정에서의 편평도, 평행도를 정밀하게 유지시켜야하는 어려움이 있다.MOEC's product in the United States reports that 40GHz modulation is possible using an organic crystal called DAST. In general, optical crystals including DAST used in modulators generally have large electro-optic constants. However, this crystal overlay must be accompanied by a thin flake process to lower the modulation voltage. However, there is a limit (20-30μm) in processing the thin thickness of the crystal flakes, and there is a difficulty in maintaining the flatness and parallelism precisely during the polishing process.

고분자 도파로를 오버레이(overlay)로 쓰는 변조기의 경우 스핀 코팅(spin coating)을 통해 상기한 두께, 편평도, 평행도 등의 문제점은 해결할 수 있으나 스핀 코팅(spin coating)된 고분자는 폴링(poling) 이라는 과정을 통해 전기쌍극자를 한 방향으로 정렬시키는 작업이 필요하다. 그러나 정렬된 쌍극자는 시간이 지남에 따라 이완되며, 고분자 자체가 열적으로, 역학적으로 불안정한 특성을 가져 아직해결해야될 많은 문제점을 가지고 있다.In the case of a modulator using a polymer waveguide as an overlay, the above-described problems such as thickness, flatness, and parallelism can be solved through spin coating, but a spin coated polymer has a process called polling. It is necessary to align the electric dipoles in one direction. However, the aligned dipoles relax over time, and the polymer itself has many problems that are still to be solved because of its thermally and mechanically unstable characteristics.

본 발명의 목적은 측면 연마된 광섬유와 상기한 광섬유 상부에 형성되는 강유전체 박막 도파로 사이의 모드결합현상을 이용한 장치를 제공하는 것이다. 또한 낮은 삽입 손실 (0.2dB 이하)를 가지며, 낮은 구동 변조 전압 (수volt)으로 작동됨과 동시에 열적, 역학적으로 안정되며, 시간적으로도 안정된 콤팩트(compact)한 광 변조기를 제공함을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a device using a mode coupling phenomenon between the side polished optical fiber and the ferroelectric thin film waveguide formed on the optical fiber. It also aims to provide a compact optical modulator that has a low insertion loss (0.2 dB or less), operates at a low drive modulation voltage (a few volts), and is thermally, mechanically stable, and stable in time.

본 발명의 다른 목적은 강유전체 P-E이력곡선의 기울기사면을 이용하는 광 변조기의 구동방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of driving an optical modulator using an inclined slope of a ferroelectric P-E history curve.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따르는 측면연마 광섬유를 이용한 광변조기의 횡 단면도.1 is a cross-sectional view of an optical modulator using a side polished optical fiber according to an embodiment of the present invention.

도2는 도 1의 B-B 선을 따라 절단된 단면도.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 1. FIG.

도3은 도2에 따른 다른 실시 예.3 is another embodiment according to FIG. 2;

도4는 P-E 이력 곡선(hysteresis loop).4 is a P-E hysteresis loop.

도5는 본발명의 실시에 따르는 오버레이 굴절율에 의한 파장축에서의 이동되는 채널드롭(chanel drop) 곡선.5 is a channel drop curve shifted in the wavelength axis due to the overlay refractive index according to the practice of the present invention.

도6은 본발명의 실시에 따르는 외부전기신호에 수반되는 투과광의 강도변화.6 is a change in intensity of transmitted light accompanying an external electric signal according to an embodiment of the present invention;

도7은 본발명의 실시에 따르는 측면연마광섬유를 이용한 광변조기의 제조방법을 설명하기 위한 공정흐름도.Figure 7 is a process flow chart for explaining the manufacturing method of the optical modulator using the side polishing optical fiber according to the practice of the present invention.

도8은 종래의 광변조기 횡단면도.8 is a cross-sectional view of a conventional optical modulator.

도9는 도8의 단면도.9 is a sectional view of FIG. 8;

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 삽입손실이 극히 적은 측면연마광섬유(side polished fiber: SPF)를 채택하므로서 인-라인(in-line)형 광 변조기를 실현하였다. SPF는 광섬유 모드가 소산파 결합(evanescent coupling)에 의해 상부 오버레이(overlay) 층과 광 에너지 교환이 가능하도록 도1과 같은 구조로 되어 있다.In order to achieve the above object, the present invention realizes an in-line type optical modulator by adopting a side polished fiber (SPF) having extremely low insertion loss. The SPF has a structure as shown in FIG. 1 such that the optical fiber mode enables optical energy exchange with the upper overlay layer by evanescent coupling.

본 발명은 박막제작시 연마면과 수직 및 수평인 방향의 분극방향을 가지는 강유전체 박막을 포함하고 있다. 상기한 강유전체 박막의 두께는 입력광신호 파장에서 효과적인 모드결합이 이루어지도록 결정되었으며, 전장 인가시 변화되는 굴절률은 모드결합파장의 이동을 유발시키며 이로 인해 투과 광의 세기가 변화 되도록 하였다.The present invention includes a ferroelectric thin film having a polarization direction perpendicular to and horizontal to the polishing surface when the thin film is manufactured. The thickness of the ferroelectric thin film was determined to be effective mode coupling at the wavelength of the input light signal, the refractive index changed when the electric field is applied causes the shift of the mode coupling wavelength, thereby changing the intensity of the transmitted light.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도1은 본 발명의 실시 예에 따르는 광 변조기의 횡단면도이며, 도2는 도1의B-B 선을 따라 절단한 단면도이다. 도1이나 도2를 참조하면, 본 발명의 광변조기(10)는 석영블록(quartz block) 이나 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)로 만들어진 기판(20)과, 상기기판(20)에 소정의 곡률(R)을 갖도록 형성된 홈을 따라 에폭시 (epoxy) 또는 유사한 접착제로 심어진 광섬유(30)를 포함한다. 광섬유(30)는 코아 (40)와 클래딩(50)을 포함한다.1 is a cross-sectional view of an optical modulator according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 1. 1 and 2, the optical modulator 10 of the present invention includes a substrate 20 made of a quartz block or a silicon wafer, and a predetermined curvature R on the substrate 20. And an optical fiber 30 planted with epoxy or a similar adhesive along the grooves formed to have. The optical fiber 30 includes a core 40 and a cladding 50.

클래딩(50)의 한 단면(65)은 일반연마 또는 화학적역학적 연마법으로 연마된 면을 도시한 것으로 연마된 후 남은 클래딩의 두께는 리퀴드 드롭(liquid drop) 방법으로 입사파장에 대한 모드결합이 가능한 두께가 되도록 한다.One cross section 65 of the cladding 50 shows the surface polished by general polishing or chemical mechanical polishing. The remaining thickness of the cladding can be modulated with respect to the incident wavelength by the liquid drop method. Make it thick.

상기한 기판(20)위에는 리튬나이오베이트(LiNbO3)등 강유전특성을 가지는 오버레이(overlay) 층(70)으로 구성하되, 전극으로서 기능을 하는 제1전극층(60)을 먼저 적층한 후, 순차적으로 오버레이(overlay)층은 오버레이(overlay)층(70)과 광섬유(30)의 모드결합이 이루어지도록 투명전극층으로 하되, 그 두께는 소산파 결합이 가능한 두께로 결정한다. 그 후 층(70) 위에는 필요에 따라 전류누설을 방지하기 위한 SiNx,SiOx등의 전류누설 방지막(80)을 올리고 마지막으로 또 하나의 전극층(90)을 적층시킨다.The substrate 20 is composed of an overlay layer 70 having ferroelectric properties, such as lithium niobate (LiNbO 3 ), but the first electrode layer 60 functioning as an electrode is first stacked, and then sequentially As an overlay layer, the overlay layer 70 and the optical fiber 30 are formed as a transparent electrode layer so that the mode coupling is performed. The thickness of the overlay layer is determined as a thickness capable of dissipating wave coupling. After that, on the layer 70, a current leakage prevention film 80 such as SiN x , SiO x, etc. is prevented as necessary, and finally, another electrode layer 90 is stacked.

강유전 오버 레이(overlay)층에 전장을 거는 전극의 형태는 도(1)와 같은 종 전극 형태도 가능하며, 또한 도3 처럼 횡 전극 형태도 가능하다. 다만 횡 전극형태에서는 상기한 누설방지막(80)이 필요없으며, 이때 전극(60)의 간격은 최소한으로 줄여 굴절률변화가 최대로 되도록 조정한다.The shape of the electrode to be applied to the ferroelectric overlay layer may be a vertical electrode form as shown in FIG. 1, or a horizontal electrode form as shown in FIG. However, in the transverse electrode type, the above-described leakage preventing film 80 is not necessary. At this time, the gap between the electrodes 60 is minimized and adjusted so that the refractive index change is maximized.

도4는 P-E이력곡선상에 인가된 전기장에 대한 편극의 변화를 보여주는 곡선이다. 대부분의 강유전체 박막의 경우 분극이 반전되기 위한 전압은 수 ~ 수십V이며, 최소 반전 가능시간은 수백 나노 초 정도이다. 본 발명의 변조기 사용되는 강유전체 박막에서의 중요점은 도4에서 제시한 P-E이력곡선을 가지는 강유전체 박막을 이용하며(Kwang-Ho Kim,"Metal-Ferroelectric-Semiconductor(MFS) FET's Using LiNbO3/Si(100) Structures for Nonvolatile Memorry Application",IEEE Trans. Electron Device,vol19,No.6,pp204-206,June1998),상기한 박막의 P-E이력곡선에서 굵은 실선으로 도시된 사면(a)(b)을 이용한다는 점이다. 사선의 기울기가 클수록 작은 인가전압의 변화에도 큰 편극의 변화가 가능하며 이에 따라 큰 굴절률의 변화가 가능하다. 따라서 편극곡선은 가능한 사면의 기울기가 선형적이면서도 큰 것이 바람직하다. 한편 본 발명에서의 변조는 상기한 바와같이 분극반전을 이용한 것이 아니므로 작은 전압차로서 변조가 가능하며, 분극반전보다 훨씬 빠른 고주파 변조가 가능하다.4 is a curve showing the change of polarization with respect to the electric field applied on the PE history curve. In most ferroelectric thin films, the voltage for reversing polarization is several to several tens of volts, and the minimum reversible time is several hundred nanoseconds. An important point of the ferroelectric thin film used in the modulator of the present invention is to use a ferroelectric thin film having a PE history curve shown in FIG. 4 (Kwang-Ho Kim, "Metal-Ferroelectric-Semiconductor (MFS) FET's Using LiNbO 3 / Si ( 100) Structures for Nonvolatile Memorry Application ", IEEE Trans. Electron Device, vol 19, No. 6, pp204-206, June 1998), using slopes (a) (b) shown in bold solid lines in the PE history curve of the above-mentioned thin film. Is the point. The larger the inclination of the oblique line, the larger the polarization change is possible even with the small change of the applied voltage, and thus the larger refractive index can be changed. Therefore, it is desirable that the polarization curve be as large as possible with the slope of the slope as possible. On the other hand, since the modulation in the present invention does not use polarization inversion as described above, it can be modulated with a small voltage difference, and much higher frequency modulation is possible than the polarization inversion.

도5는 광섬유를 통해 전송되는 광신호의 특성 그래프로서, 광섬유와 오버레이(overlay)의 모드결합시 나타나는 주기적인 채널 드롭(channel drop)을 보여준다. 오버레이(overlay)층의 굴절률 변화는 도5의 그림과 같이 피크파장의 이동(λ1↔λ2)을 유도하며 특정 파장(예; λ1)에서 볼 때 이는 투과광 세기의 변화로 나타난다.FIG. 5 is a characteristic graph of an optical signal transmitted through an optical fiber and shows a periodic channel drop appearing when the optical fiber is combined with an overlay mode. The change in the refractive index of the overlay layer induces the shift of the peak wavelength (λ 1 ↔ λ 2 ) as shown in FIG. 5 and is seen as a change in the transmitted light intensity when viewed at a specific wavelength (eg, λ 1 ).

도6은 도5의 특정 입사레이저 파장에서 공명파장의 이동을 이용한 광 변조 원리를 설명하고 있다. 입사변조전장(c)은 도5의 원리에 의해 동일주파수로 공명 파장의 변조를 유도하고, 이는 곧 광출력의 변조(d)로 이어지게 된다. 본 발명의 굴절률 변화는 오버레이(overlay)층의 분극반전을 이용하는 것이 아니라 분극의 진동을 이용하게 되므로 변조주파수는 분극반전의 한계주파수 보다 훨씬 높게 할 수 있게 된다.FIG. 6 illustrates the optical modulation principle using the shift of the resonance wavelength at the specific incident laser wavelength of FIG. 5. The incident modulation field c induces modulation of the resonance wavelength at the same frequency by the principle of Fig. 5, which leads to modulation d of the light output. Since the refractive index change of the present invention uses the vibration of the polarization rather than the polarization inversion of the overlay layer, the modulation frequency can be made much higher than the limit frequency of the polarization inversion.

도7은 본 발명의의 광 변조기를 제조하기 위한 공정을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.7 is a process flowchart for explaining a process for manufacturing the light modulator of the present invention.

실리콘 웨이퍼(silicon wafer)또는 석영블록(quartz block)의 측면에 곡률 (R)을 가진 홈을 에칭 또는 줄연마로 형성하는 단계(S1), 상기한 홈에 광섬유(30)을 심은 다음, 접착제를 사용하여 광섬유를 홈에 부착하는 단계(S2),상기한 광섬유가 부착된 기판(20)의 상부를 연마하여 광섬유의 클래딩을 특정두께로 하는 단계(S3),상기한 기판 위에 전장을 인가하기 위한 제1전극층(투명전극)을 특정두께로 증착하는 단계(S4), 상기한 제1전극층위에 리튬나이오베이트(LiNbO3 등의 강유전체 박막을 증착하는 단계(S5),필요에따라 강유전체 박막에서의 전류누설을 방지하기위한 전류누설방지막을 상기한 강유전체 박막 위에 적층시키는 단계(S6), 마지막으로 전장을 인가하기 위한 제2전극층을 증착시키는 단계(S7)로 제조공정이 이루어진다.Forming a groove having curvature R on the side of a silicon wafer or a quartz block by etching or string polishing (S1), and then planting an optical fiber 30 in the groove, and then applying an adhesive Attaching the optical fiber to the grooves (S2), polishing the upper part of the substrate 20 to which the optical fiber is attached to make the cladding of the optical fiber to a specific thickness (S3), and for applying the electric field on the substrate. Depositing a first electrode layer (transparent electrode) to a specific thickness (S4), depositing a ferroelectric thin film such as lithium niobate (LiNbO3) on the first electrode layer (S5), and a current in the ferroelectric thin film as necessary. The manufacturing process is performed by stacking a current leakage prevention film for preventing leakage on the ferroelectric thin film (S6), and finally depositing a second electrode layer for applying an electric field (S7).

본 발명에서 제공한 측면연마광섬유를 사용하는 in- line형 변조기를 실현하므로서 집적회로형 변조기에서의 문제점인 삽입손실을 해결할 수 있으며, 오버레이 (overlay)로써 강유전체 박막을 사용하므로서, 결정을 이용한 변조기에서의 연마 한계 두께, 편평도, 평행도 문제점을 모두 해결하였다.It is possible to solve the insertion loss which is a problem in the integrated circuit modulator by realizing the in-line modulator using the lateral abrasive optical fiber provided by the present invention, and by using the ferroelectric thin film as an overlay, in the modulator using the crystal The problem of polishing limit thickness, flatness and parallelism was solved.

또한 오버레이(overlay) 물질로 무기물을 사용함에 따라, 고분자 in- line형 변조기에서의 문제점이었던 시간에 따른 변조능력저하 및 열적, 역학적 불안정성 문제를 해결하였으며, 오버레이(overlay) 물질로서 P-E이력곡선의 측면이 선형적이며 큰 기울기를 가지는 강유전체 박막을 사용하고 있기 때문에 이에 따른 낮은 변조전압과 높은 변조주파수의 실현이 가능케 했다.In addition, the use of inorganic material as an overlay material solves the problem of deterioration in modulation and thermal and mechanical instability, which is a problem in polymer in-line modulators, and the side of the PE history curve as an overlay material. Since the ferroelectric thin film having a linear and large slope is used, the low modulation voltage and the high modulation frequency can be realized.

한편, 여기에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 통상의 지식을 가진 자에 의하여 변형과 변경이 가능할 것이다. 따라서 이하 특허 청구 범위는 본발명의 본질과 범위를 벗어나지 않는 한 그러한 모든 변경과 변경을 포함하는 것으로 간주한다.Meanwhile, although illustrated and described with respect to embodiments of the present invention, modifications and changes may be made by those skilled in the art. Accordingly, the following claims are intended to cover all such alterations and modifications without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (10)

삭제delete 기판에 소정의 곡률을 갖고서 설치되어, 광 신호를 전송하는 코아와 클래딩을 포함하는 광섬유; 및 상기 클래딩의 일측면을 연마하여 설치되며, 무기물과 전기광학 폴리머로 이루어져 전장인가에 의해 굴절율변화를 일으키는 강유전체 박막과 상기 박막에 전장을 인가하는 전극층을 포함함을 특징으로 하는 인-라인(in-line)형 광 변조기.An optical fiber installed on the substrate with a predetermined curvature and including a core and a cladding for transmitting an optical signal; And a ferroelectric thin film formed by polishing one side of the cladding, the ferroelectric thin film formed of an inorganic material and an electro-optic polymer and causing a refractive index change by applying an electric field, and an electrode layer applying an electric field to the thin film. line modulator. 삭제delete 삭제delete 기판에 소정의 곡률을 갖고서 설치되어, 광 신호를 전송하는 코아와 클래딩을 포함하는 광섬유; 및 상기 클래딩의 일측면을 연마하여 설치되며, 전장인가에 의해 굴절율변화를 일으키는 강유전체 박막과 횡형으로 설치되어 상기 박막에 전장을 인가하는 전극층을 포함함을 특징으로 하는 인-라인(in-line)형 광 변조기.An optical fiber installed on the substrate with a predetermined curvature and including a core and a cladding for transmitting an optical signal; And an electrode layer which is installed by polishing one side of the cladding and is installed in a horizontal shape with a ferroelectric thin film that causes a refractive index change by applying an electric field and applies an electric field to the thin film. Fluorescent modulator. 기판에 소정의 곡률을 갖고서 설치되어, 광 신호를 전송하는 코아와 클래딩을 포함하는 광섬유; 및 상기 클래딩의 일측면을 연마하여 설치되며, 전장인가에 의해 굴절율변화를 일으키는 강유전체 박막과 상기 박막에 전장을 인가하는 전극층을 포함하되, 상기 전극측은 종형으로 설치되며, 제1전극층 및 제2전극층으로 이루어지고 제1전극층은 투명전극임을 특징으로 하는 인-라인(in-line)형 광 변조기.An optical fiber installed on the substrate with a predetermined curvature and including a core and a cladding for transmitting an optical signal; And an electrode layer configured to polish one side of the cladding, the ferroelectric thin film causing a refractive index change by applying an electric field, and an electrode layer applying an electric field to the thin film, wherein the electrode side is installed in a vertical shape, and the first electrode layer and the second electrode layer. An in-line type optical modulator, characterized in that the first electrode layer is a transparent electrode. 삭제delete 실리콘 웨이퍼 기판에 소정의 곡률을 갖고서 설치되어, 광 신호를 전송하는 코아와 클래딩을 포함하는 광섬유; 및 상기 클래딩의 일측면을 연마하여 설치되며, 전장인가에 의해 굴절율변화를 일으키는 강유전체 박막과 상기 박막에 전장을 인가하는 전극층을 포함함을 특징으로 하는 인-라인(in-line)형 광 변조기.An optical fiber installed on the silicon wafer substrate with a predetermined curvature and including a core and a cladding for transmitting an optical signal; And an electrode layer configured to polish one side of the cladding, the ferroelectric thin film causing the refractive index change by applying an electric field, and an electrode layer applying the electric field to the thin film. 실리콘 웨이퍼(silicon wafer) 일측면에 소정의 곡률(R)을 가진 홈을 에칭 또는 줄연마로 형성하는 단계(S1), 상기한 홈에 광섬유(30)을 심은 다음, 접착제를 사용하여 광섬유를 홈에 부착하는 단계(S2),상기한 광섬유가 부착된 기판(20)의 상부를 연마하여 광섬유의 클래딩을 특정두께로 하는 단계(S2), 상기한 기판위에 전장을 인가하기위한 제1전극층(ITO)을 특정두께로 증착하는 단계(S4), 상기한 제1전극층위에 강유전체 박막을 증착하는 단계(S5),필요에따라 강유전체 박막에서의 전류누설을 방지하기위한 전류누설 방지막을 상기한 강유전체 박막위에 증착시키는 단계(S6), 최종적으로 전장을 인가하기 위한 제2전극층을 증착시키는 단계(S7)로 이루어짐을 특징으로 하는 인-라인(in-line)형 광 변조기의 제조방법.Forming a groove having a predetermined curvature R on one side of the silicon wafer by etching or string polishing (S1), and then planting the optical fiber 30 in the groove, and then using the adhesive to groove the optical fiber Attaching to the substrate (S2), polishing the upper portion of the substrate 20 to which the optical fiber is attached to make the cladding of the optical fiber to a specific thickness (S2), a first electrode layer (ITO) for applying an electric field on the substrate E) to a specific thickness (S4), depositing a ferroelectric thin film on the first electrode layer (S5), if necessary, a current leakage prevention film for preventing current leakage in the ferroelectric thin film on the ferroelectric thin film The deposition method (S6), and finally the step of depositing a second electrode layer for applying the electric field (S7) of the manufacturing method of the in-line (in-line) light modulator. 강유전체 박막에 인가된 전장에 따르는 분극도의 변화를 나타내는 P-E이력곡선의 사면기울기에 대응하는 전압을 변화시켜 상기 강유전체 박막의 굴절율을 변화시키므로써 상기 강유전체 박막을 통하여 입력되는 전기신호를 광변조하는 것을 특징으로 하는 인-라인(in-line)형 광 변조기의 구동방법.Light modulation of the electrical signal input through the ferroelectric thin film by changing the refractive index of the ferroelectric thin film by changing the voltage corresponding to the slope of the PE history curve showing the change in polarization degree according to the electric field applied to the ferroelectric thin film. A method for driving an in-line type optical modulator characterized by the above-mentioned.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05307159A (en) * 1992-04-28 1993-11-19 Furukawa Electric Co Ltd:The External optical modulator
JPH06230332A (en) * 1993-01-29 1994-08-19 Furukawa Electric Co Ltd:The External optical modulator
JPH08271845A (en) * 1995-04-03 1996-10-18 Furukawa Electric Co Ltd:The External optical modulator
JPH0949993A (en) * 1995-08-09 1997-02-18 Furukawa Electric Co Ltd:The External modulator for optical communication

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05307159A (en) * 1992-04-28 1993-11-19 Furukawa Electric Co Ltd:The External optical modulator
JPH06230332A (en) * 1993-01-29 1994-08-19 Furukawa Electric Co Ltd:The External optical modulator
JPH08271845A (en) * 1995-04-03 1996-10-18 Furukawa Electric Co Ltd:The External optical modulator
JPH0949993A (en) * 1995-08-09 1997-02-18 Furukawa Electric Co Ltd:The External modulator for optical communication

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