KR100507133B1 - 광 변조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 변조기에 관한 것으로서, 특히 광 변조기의 위상변조부에 대응되는 유전체층 상부에 외부로부터 입력된 RF신호를 다수의 서브RF신호로 분기하고, 분기한 서브RF신호에 따라 위상변조영역을 도파하는 광에 정재파로 인한 전계가 발생되도록 하여, 유전체층 두께를 종래보다 상대적으로 얇게 할 수 있도록 함으로써 광의 단일주파수 위상변조시 광 변조 효율을 증대시킨다.

Description

광 변조기{Optical modulator}

본 발명은, 광 변조기의 위상변조영역에 대응되는 유전체층 두께를 종래보다 상대적으로 얇게 형성할 수 있도록 함으로써 광의 단일 주파수 위상변조시 광 변조 효율을 증대시키도록 하는, 광 변조기에 관한 것이다.

일반적으로, 광 변조기는 외부로부터 인가되는 RF(radio frequency)신호 등에 의해 발생되는 전계에 따라 광신호를 강도변조(Intensity Modulation)시켜 송신하는 장치로, 장거리 광 통신에 대한 수요가 증대되고 있는 최근의 상황에서, 광 통신 시스템이나 광 정보 처리 시스템 등에서 필수적인 소자로 각광받고 있는데, 도 1은 이러한 일반적인 광 변조기가 도시된 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 광 변조기는, LiNbO₃로 이루어진 기판(100), 기판(100) 상면에 광도파손실을 줄이기 위해 형성된 유전체층(110), 유전체층(110)으로 덮여진 기판(100) 상부 일부에 금속확산으로 형성되어, 외부로부터 입사된 광을 분기하고 두 개의 도파관을 통해 각기 도파시킨 후 이들을 다시 합파하는 광도파로(120)와, 유전체층(110)의 상부 후단에 3개의 전극(131, 132, 133)이 형성되어 이루어져, 외부에서 인가하는 RF신호에 따라 광 도파로(120)의 도파관들에 가변적으로 전계를 공급하여 광을 강도변조시키는 강도변조부(130)와, 유전체층(110)의 상부 전단에 3개의 전극(140, 141, 142)으로 이루어져, 광의 강도변조가 이루어지기 전에, 외부의 입력RF신호에 따라 발생된 전계에 의해 소정의 입사광을 위상변조시키는 위상변조부(140)로 구성된다.

이렇게 이루어지는, 광변조기에서 특히, 위상변조부(140)에 대응되는 유전체층(110)영역은 광속도와 RF신호의 위상속도를 정합시키고, 임피던스 매칭을 수행하여 최종적으로는 광도파손실을 줄이도록, 소정의 유전율에 따라 가변적이지만, 통상적으로는 두껍게 형성되는데, 이에 대해 도 2를 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 일반적인 광변조기를 도시한 도 1을 A-A'로 자른 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 유전체층(110)은 임피던스매칭과 더불어, 금속의 전극(131, 132, 133)이 광도파로(120)와 직접 접촉되는 것을 방지하여 광도파손실을 줄이는 등 여러 다양한 목적 등을 위해 거의 대부분의 광변조기에서 두껍게 형성되는데, 이러한 유전체층(110)은 상기한 목적 등을 달성하기 위하여 필요하기는 하나, 그 자체가 전극(131, 132, 133)에서 광 도파로(120)로 공급되는 전계(화살표 모양)의 세기를 약화시킨다.

즉, 광과 RF신호 상호간의 위상속도정합과, 임피던스 매칭 등을 위해서는 소정의 유전율을 가진 유전체층을 두껍게 형성할 수밖에 없지만, 그 자체가 광의 위상변조를 위해 공급되는 전계의 세기를 약화시키고 그로 인해 광변조효율을 저하시키게 되는 문제점을 초래하게 된다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소시키기 위하여 개발된 것으로, 단일 주파수 광 변조에 한해, 광 변조기의 위상변조영역에 대응되는 유전체층 두께를 종래보다 상대적으로 얇게 형성할 수 있도록 함으로써 광 변조 효율을 향상시킬 수 있도록 하는, 광 변조기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적에 따라 본 발명은, 광 변조기의 위상변조영역에 대응되는 유전체층 상부에 외부로부터 입력된 RF신호를 다수의 서브RF신호로 분기하고, 분기한 서브RF신호에 따라 위상변조영역을 도파하는 단일 주파수 광에 정재파로 인한 전계가 발생되도록 하여, 유전체층 두께를 종래보다 상대적으로 얇게 형성할 수 있도록 함으로써 광의 단일주파수 위상변조시 광 변조 효율을 증대시키고자 한다.

이를 위해 본 발명에 따른 광 변조기는,

기판;

기판의 상부일단에 형성되어 외부로부터 입사된 광이 다수의 주파수대역으로 분산 및 도파되는 제1광도파부;

상기 기판의 상부타단에 형성되어 상기 제1광도파부에서 분산 및 도파된 광을 강도변조(Intensity Modulation)시키도록 도파하는 제2광도파부;

상기 기판과 제1광도파부, 제2광도파부를 포함하는 상부에 형성된 유전체층;

상기 유전체층의 상면일단에 형성되어, 외부로부터 입력된 RF신호를 다수의 서브RF신호로 분기하고, 분기한 서브RF신호에 따라 상기 제1광도파로를 통해 도파되는 단일 주파수 광에 정재파가 발생되도록 형성한 단일주파수매칭부; 및

상기 유전체층의 상면타단에 형성되어, 외부에서 공급되는 구동전압에 따라 전계를 발생해 상기 제2광도파부를 통해 도파되는 광을 강도변조시키는 강도변조부로 이루어지는, 광 변조기로 구성한다.

바람직하게는, 상기 단일주파수매칭부를, 상기 유전체층의 상면일단에 형성되어, 외부로부터 RF신호를 입력받아 임피던스매칭용 서브RF신호와 위상변조용 서브RF신호로 분기하는 RF신호 입력/분기부와, 상기 RF신호 입력/분기부로부터 분기된 임피던스매칭용 서브RF신호를 통해 임피던스 매칭시키는 임피던스매칭부와, 상기 RF신호 입력/분기부로부터 분기된 위상변조용 서브RF신호에 따라 상기 제1광도파로를 통해 도파되는 광에 정재파를 발생시켜 위상변조시키는 위상변조부로 이루어지도록 한다.

특히, 본 발명에서는 상기 RF신호 입력/분기부를, 상기 유전체층의 상면일단에 형성되어 외부로부터 RF신호를 입력받는 제1전극몸체; 상기 전극몸체의 일측에 상기 임피던스매칭부와 전기적으로 연결되도록 형성되어 상기 몸체로 입력된 RF신호를 임피던스매칭용 서브RF신호로 분기하여 상기 임피던스매칭부로 전달하는 제1분기용 암(arm); 상기 몸체의 타측에 상기 위상변조부와 전기적으로 연결되도록 형성되어 상기 몸체로 입력된 RF신호를 위상변조용 서브 RF신호로 분기하여 상기 위상변조부로 전달하는 적어도 두 개 이상의 제2분기용 암(arm)으로 형성하는 것이 바람직하다.

더불어, 상기 임피던스매칭부는 상기 RF신호 입력/분기부의 일측과 전기적으로 연결되어 상기 RF신호 입력/분기부로부터 분기된 임피던스매칭용 서브RF신호를 전달받는 제3분기용 암과, 상기 제3분기용 암과 전기적으로 연결되어 전달된 임피던스매칭용 서브RF신호를 외부로 방사하는 제2전극몸체로 형성하고, 상기 위상변조부는 상기 RF신호 입력/분기부의 타측과 전기적으로 연결되어 위상변조용 서브RF신호를 전달받아 적어도 두 개 이상의 제4분기용 암; 상기 제4분기용 암을 통해 전달된 위상변조용 서브RF신호를 외부로 방사하는 제5분기용 암; 상기 제4분기용 암과 제5분기용 암을 지지하도록 전기적으로 연결된 제3전극몸체로 형성하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 3을 참조하여 설명하는데, 상기 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광변조기의 사시도를 도시한 도면이다.

여기서, 부호 100은 기판이고, 부호 110은 광도파손실을 최소한으로 줄이는 유전체층이다.

그리고, 부호 121은 기판(100)의 상부일단에 형성되어 외부로부터 입사된 광이 다수의 주파수대역으로 분산 및 도파되는 제1광도파부이다.

그리고, 부호 122는 상기 기판(100)의 상부타단에 형성되어 상기 제1광도파부(121)에서 분산 및 도파된 광을 강도변조(Intensity Modulation)시키도록 도파하는 제2광도파부이다.

다음, 부호 300은 상기 유전체층(110)의 상면일단에 형성되어, 외부로부터 입력된 RF신호를 다수의 서브RF신호로 분기하고, 분기한 서브RF신호에 따라 상기 제1광도파로(121)를 통해 도파되는 단일 주파수 광에 정재파가 발생되도록 형성한 단일주파수매칭부이다.

특히, 본 발명에서는 상기 단일주파수매칭부(300)를 도시된 바와 같이, 상기 유전체층(110)의 상면일단에 형성되어, 외부로부터 RF신호를 입력받아 임피던스매칭용 서브RF신호와 위상변조용 서브RF신호로 분기하는 RF신호 입력/분기부(310)와, 상기 RF신호 입력/분기부(310)로부터 분기된 임피던스매칭용 서브RF신호를 통해 임피던스 매칭시키는 임피던스매칭부(320)와, 상기 RF신호 입력/분기부(310)로부터 분기된 위상변조용 서브RF신호에 따라 정재파를 발생시켜 상기 제1광도파로(121)를 통해 도파되는 광을 위상변조시키는 위상변조부(330)로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

마지막으로, 부호 130은 상기 유전체층(110)의 상면타단에 형성되어, 외부에서 공급되는 구동전압에 따라 전계를 발생해 상기 제2광도파부(122)를 통해 도파되는 광을 강도변조시키는 강도변조부이다.

이렇게 이루어진, 본 발명에 따른 광변조기는, 외부로부터 제1광도파로(121)를 통해 광이 입력되고, 더불어 RF신호 입력/분기부(310)로 소정의 RF신호가 입력되면, 입력된 RF신호는 임피던스매칭용 서브RF신호와 위상변조용 서브RF신호로 분기되고, 분기된 임피던스매칭용 서브RF신호는 임피던스매칭부(320)를 통해 임피던스 매칭을 수행한다.

그리고, 특히 위상변조용 서브RF신호는 정재파(standing wave)를 발생시키게 되는데 그로 인해 광의 단일 주파수 위상변조시, 위상변조부(330)를 통해 제1광도파로(121)를 통해 도파되는 광에 전계를 일정하게 공급할 수 있게 된다.

그 결과, 본 발명은 RF신호의 위상속도와 도파광의 위상속도를 별도로 정합시킬 필요가 없어 그를 위해 종래에 두껍게 형성할 수밖에 없었던 유전체층의 두께를 종래보다 상대적으로 얇게 할 수 있어, 그 유전체층으로 인한 광변조효율 저하를 방지할 수 있게 되는데, 본 발명은 전술한 바와 같이, 광의 단일 주파수 변조에서만 적용이 가능하며 광대역 신호의 광변조시에는 그 적용이 어렵다.

이와 같이, 본 발명은, 광 변조기의 위상변조영역에 대응되는 유전체층 상부에 외부로부터 입력된 RF신호를 다수의 서브RF신호로 분기하고, 분기한 서브RF신호에 따라 단일 주파수에서 발생되는 정재파로 인한 전계가 발생되도록 하여, 유전체층 두께를 종래보다 상대적으로 얇게 형성할 수 있도록 함으로써 위상변조시 광 변조 효율을 증대시킬 수 있게 된다.

다음, 도 4는 도 3의 단일주파수매칭부(300)를 좀 더 상세히 도시한 도면으로서, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 단일주파수매칭부(300)는, 전술한 바와 같이, RF신호 입력/분기부(310), 임피던스매칭부(320), 위상변조부(330)로 이루어지는데, 좀 더 바람직하게는, 먼저 RF신호 입력/분기부(310)가 유전체층의 상면일단에 형성되어 외부로부터 RF신호를 입력받는 제1전극몸체(311), 상기 제1전극몸체(311)의 일측에 상기 임피던스매칭부(320)와 전기적으로 연결되도록 형성되어 상기 제1전극몸체(311)로 입력된 RF신호를 임피던스매칭용 서브RF신호로 분기하여 상기 임피던스매칭부(320)로 전달하는 제1분기용 암(arm)(312), 상기 제1전극몸체(311)의 타측에 상기 위상변조부(330)와 전기적으로 연결되도록 형성되어 제1전극몸체(311)로 입력된 RF신호를 위상변조용 서브 RF신호로 분기하여 상기 위상변조부(330)로 전달하는 적어도 두 개 이상의 제2분기용 암(arm)(313)으로 이루어지도록 한다.

그리고, 임피던스매칭부(320)는 RF신호 입력/분기부(310)의 일측과 전기적으로 연결되어 상기 RF신호 입력/분기부(310)로부터 분기된 임피던스매칭용 서브RF신호를 전달받는 제3분기용 암(321)과, 상기 제3분기용 암(321)과 전기적으로 연결되어 전달된 임피던스매칭용 서브RF신호를 외부로 방사하는 제2전극몸체(322)로 이루어지도록 한다.

마지막으로, 위상변조부(330)는 상기 RF신호 입력/분기부(310)의 타측과 전기적으로 연결되어 상기 분기된 위상변조용 서브RF신호를 여러 갈래로 전달받도록 형성된 적어도 두 개 이상의 제4분기용 암(331)과, 상기 제4분기용 암(331)을 통해 전달된 위상변조용 서브RF신호를 외부로 방사하는 제5분기용 암(332)과, 상기 제4분기용 암(331)과 제5분기용 암(332)을 지지하도록 전기적으로 연결된 제3전극몸체(333)로 이루어지도록 한다.

다음, 도 5는 도 3의 제2광도파로(122)를 좀 더 상세히 도시한 사시도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용되는 제2광도파로(122)는, 기판 상부 일부에 Ti와 같은 금속이 확산되어 형성된 것으로서, 상기 제1광도파부(121)의 후단부와 연결된 Y형의 분기관(122a)과, 그와 대향하는 타측에 형성된 Y형의 합파관(122b)과, 그 Y형의 분기관(122a)과 합파관(122b)을 연결하는 제1도파관(122c)과 제2도파관(122d)으로 형성하는 것이 바람직하다.

이렇게 형성된 제2광도파로(122)는, 강도변조(Intensity Modulation)를 위해 외부로부터 입사된 광을 Y형의 분기관(122a)을 통해 분기하며, 이 분기관(122a)과 연결된 제1도파관(122c)과 제2도파관(122d)을 통해 각기 도파시킨 다음, Y형의 합파관(122b)을 통해 합파하여 외부로 출력하는데, 제1도파관(122c)과 제2도파관(122d)을 통과할 때 강도변조시키기 위해 소정의 강도변조부를 통해 전계가 공급되는데, 강도변조부의 일예가 도 6에 도시되어 있다.

상기 도 6에 도시된 바와 같이, 강도변조부(130)는 제1도파관(122b)과 제2도파관(122c)사이에, 제1도파관(122b)의 외측과 제2도파관(122d)의 외측 각각에 대응되는 영역마다 평행하게 전극(131, 132, 133)이 형성되어 이루어지며, 이 전극(131, 132, 133)은, 외부에서 인가하는 RF신호에 따라, 전계를 공급하여 강도변조시키게 되는데 이는 공지 기술에 속하는 것으로 상세한 설명은 여기서 생략한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광 변조기는, 광변조기의 위상변조영역에 대응되는 유전체층 두께를 종래보다 상대적으로 얇게 형성할 수 있어 광의 단일 주파수 위상변조시 광 변조 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1은 일반적인 광 변조기를 도시한 사시도,

도 2는 도 1을 A-A'로 자른 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 광 변조기를 도시한 사시도,

도 4는 도 3의 단일주파수매칭부를 좀 더 상세히 도시한 도면,

도 5는 도 3의 제2광도파부를 좀 더 상세히 도시한 도면,

도 6은 도 3의 강도변조부를 좀 더 상세히 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 기판 110 : 유전체층

121 : 제1광도파로 122 : 제2광도파로

130 : 강도변조부 131, 132, 133 : 전극

300 : 단일주파수매칭부 310 : RF신호 입력/분기부

320 : 임피던스매칭부 330 : 위상변조부

Claims (5)

1. 기판;

   기판의 상부일단에 형성되어 외부로부터 입사된 광이 다수의 주파수대역으로 분산 및 도파되는 제1광도파부;

   상기 기판의 상부타단에 형성되어 상기 제1광도파부에서 분산 및 도파된 광을 강도변조(Intensity Modulation)시키도록 도파하는 제2광도파부;

   상기 기판과 제1광도파부, 제2광도파부를 포함하는 상부에 형성된 유전체층;

   상기 유전체층의 상면일단에 형성되어, 외부로부터 입력된 RF신호를 다수의 서브RF신호로 분기하고, 분기한 서브RF신호에 따라 상기 제1광도파로를 통해 도파되는 단일 주파수 광에 정재파가 발생되도록 형성한 단일주파수매칭부; 및

   상기 유전체층의 상면타단에 형성되어, 외부에서 공급되는 구동전압에 따라 전계를 발생해 상기 제2광도파부를 통해 도파되는 광을 강도변조시키는 강도변조부로 이루어지는, 광 변조기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단일주파수매칭부는;

   상기 유전체층의 상면일단에 형성되어, 외부로부터 RF신호를 입력받아 임피던스매칭용 서브RF신호와 위상변조용 서브RF신호로 분기하는 RF신호 입력/분기부;

   상기 RF신호 입력/분기부로부터 분기된 임피던스매칭용 서브RF신호를 통해 임피던스 매칭시키는 임피던스매칭부;

   상기 RF신호 입력/분기부로부터 분기된 위상변조용 서브RF신호에 따라 상기 제1광도파로를 통해 도파되는 광에 정재파를 발생시켜 위상변조시키는 위상변조부로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 광 변조기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 RF신호 입력/분기부는;

   상기 유전체층의 상면일단에 형성되어 외부로부터 RF신호를 입력받는 제1전극몸체;

   상기 제1전극몸체의 일측에 상기 임피던스매칭부와 전기적으로 연결되도록 형성되어 상기 제1전극몸체로 입력된 RF신호를 임피던스매칭용 서브RF신호로 분기하여 상기 임피던스매칭부로 전달하는 제1분기용 암(arm);

   상기 제1전극몸체의 타측에 상기 위상변조부와 전기적으로 연결되도록 형성되어 상기 제1전극몸체로 입력된 RF신호를 위상변조용 서브 RF신호로 분기하여 상기 위상변조부로 전달하는 적어도 두 개 이상의 제2분기용 암(arm)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 광 변조기.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 임피던스매칭부는;

   상기 RF신호 입력/분기부의 일측과 전기적으로 연결되어 상기 RF신호 입력/분기부로부터 분기된 임피던스매칭용 서브RF신호를 전달받는 제3분기용 암(arm);

   상기 제3분기용 암과 전기적으로 연결되어 전달된 임피던스매칭용 서브RF신호를 외부로 방사하는 제2전극몸체로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 광 변조기.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 위상변조부는;

   상기 RF신호 입력/분기부의 타측과 전기적으로 연결되어 위상변조용 서브RF신호를 전달받도록 형성된 적어도 두 개 이상의 제4분기용 암(arm);

   상기 제4분기용 암(arm)을 통해 전달된 위상변조용 서브RF신호를 외부로 방사하는 제5분기용 암;

   상기 제4분기용 암(arm)과 제5분기용 암(arm)을 지지하도록 전기적으로 연결된 제3전극몸체로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 광 변조기.