KR19980066623A - Integrated Optical Blocking Modulator - Google Patents

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KR19980066623A
KR19980066623A KR1019970002283A KR19970002283A KR19980066623A KR 19980066623 A KR19980066623 A KR 19980066623A KR 1019970002283 A KR1019970002283 A KR 1019970002283A KR 19970002283 A KR19970002283 A KR 19970002283A KR 19980066623 A KR19980066623 A KR 19980066623A
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이상윤
장우혁
김현수
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김광호
삼성전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 집적광학 차단형 광변조기에 관한 것으로서, 특히 다수개의 굴절율 천이영역을 갖는 광도파로를 이용한 집적광학 차단형 광변조기에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated optical blocking optical modulator, and more particularly, to an integrated optical blocking optical modulator using an optical waveguide having a plurality of refractive index transition regions.

기판과 상기 기판에 형성된 광도파로와 상기 광도파로에 전계를 인가하기 위한 전극과 상기 광도파로의 변조영역에 인가되는 전계에 의해 상기 광도파로의 굴절율이 변화되어 광파우어를 변조하는 차단형 광변조기에 있어서, 상기 변조영역에 있는 광도파로는 다수개의 굴절율 천이영역을 갖는 광도파로임을 특징으로 한다.A block type optical modulator for modulating an optical power by changing a refractive index of the optical waveguide by a substrate, an optical waveguide formed on the substrate, an electrode for applying an electric field to the optical waveguide, and an electric field applied to a modulation region of the optical waveguide. The optical waveguide in the modulation region is an optical waveguide having a plurality of refractive index transition regions.

상술된 바와 같이 본 발명에 의한 차단형 광변조기는 변조영역에 있는 광도파로에 다수개의 분극반전 영역을 소정의 간격마다 형성시킴으로써, 광도파로에 전계를 인가하여 자연분극 영역과 분극반전 영역 사이에 굴절율 변화량을 분극반전이 없는 차단형 광변조기의 변조영역에서 얻을 수 있는 굴절율 변화량에 비해서 2배로 크게 할 수 있기 때문에 변조영역에서 광파우어를 보다 많이 산란시킬 수 있어 낮은 구동전압으로 광파우어 변조를 할 수 있고, 또한 상기의 동작 원리는 높은 굴절율을 갖는 광도파로에도 적용할 수 있기 때문에 차단형 광변조기의 광도파로를 고집속 상태로 할 수 있어 삽입 손실을 줄일 수 있다.As described above, the shielding optical modulator according to the present invention forms a plurality of polarization inversion regions at predetermined intervals in the optical waveguide in the modulation region, thereby applying an electric field to the optical waveguide, thereby refractive index between the natural polarization region and the polarization inversion region. Since the amount of change can be made twice as large as the change in refractive index obtained in the modulation area of the block type optical modulator without polarization inversion, the optical power can be scattered more in the modulation area, so that the optical power can be modulated with a lower driving voltage. In addition, the above operating principle can be applied to an optical waveguide having a high refractive index, so that the optical waveguide of the shielding optical modulator can be brought into a high focused state, thereby reducing insertion loss.

Description

집적광학 차단형 광변조기Integrated Optical Blocking Modulator

본 발명은 집적차단형 광변조기에 관한 것으로서, 특히 다수개의 굴절율 천이영역을 갖는 광도파로를 이용한 집적광학 차단형 광변조기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an integrated blocking optical modulator, and more particularly, to an integrated optical blocking optical modulator using an optical waveguide having a plurality of refractive index transition regions.

집적광학 차단형 변조기(이하 차단형 변조기로 칭함)는 광파우어 분할기, 광스위치, 광파장 필터 등과 같이 광통신에 필요한 핵심 부품들 중의 하나로서 전기신호를 광신호로 변환시키는 기능을 한다. 이러한 집적광학 변조기는 기판의 전기광학효과(Electooptic Effect)를 이용하며 집적광학 기판재료로는 리튬나오베이트(LiNbO3, LN)와 리튬탄탈레이트(LiTaO3, LT), 전기광학 폴리머(Polymer) 등이 대표적으로 사용된다.Integrated optical cut-off modulators (hereinafter referred to as cut-off modulators) are one of the key components required for optical communication, such as optical power splitters, optical switches, and optical wavelength filters, and serve to convert electrical signals into optical signals. The integrated optical modulator uses the electrooptic effect of the substrate, and as the integrated optical substrate material, lithium naobate (LiNbO 3 , LN), lithium tantalate (LiTaO 3 , LT), electro-optic polymer (Polymer), etc. This is used representatively.

현재까지, 여러가지 형태의 집적광학 변조기가 발표되었으며, 대표적으로는 마하젠더 간섭계(Mach-Zehnder Interferometer)형 변조기와 방향성 결합기(Directional Coupler)형 광변조기, 차단(Cutoff)형 광변조기 등이 있다. 상기 광변조기 중에서 차단형 광변조기가 가장 간단한 구조를 갖고 있기 때문에 제작이 용이하여 광변조기를 저가로 구현시키는 데 적합하다. 또한 제작시 광변조기 소자의 파라미터를 조정하여 소자의 동작점을 원하는 위치로 설정할 수 있기 때문에 상술된 다른 광변조기에 비하여 전기적인 직류 바이어스전압 없이도 적절한 소자의 동작점을 얻을 수 있다. 따라서 직류 바이어스전압에 의해 광변조기의 동작점을 설정하는 경우에 발생될 수 있는 동작점 표류현상(DC-Drift Effect)을 방지할 수 있다.To date, various types of integrated optical modulators have been announced, including Mach-Zehnder Interferometer type modulators, Directional Coupler type optical modulators, and Cutoff type optical modulators. Since the block type optical modulator has the simplest structure among the optical modulators, it is easy to manufacture and is suitable for implementing the optical modulator at low cost. In addition, since the operating point of the device can be set to a desired position by adjusting the parameters of the optical modulator device at the time of manufacture, it is possible to obtain an operating point of a suitable device without an electric DC bias voltage as compared with the other optical modulators described above. Therefore, it is possible to prevent the operating point drift phenomenon (DC-Drift Effect) that may be generated when the operating point of the optical modulator is set by the DC bias voltage.

도 1a는 종래의 Z축 컷(Cut) 차단형 광변조기의 입체도를 보인다.Figure 1a shows a three-dimensional view of a conventional Z-axis cut blocking optical modulator.

도 1a에서, Z축 컷된 리튬나오베이트 또는 리튬탄탈레이트의 기판(7)에 형성된 도파로(8)와 도파로(8)상에 형성된 버퍼층(Buffer Layer)(9)과 변조영역(10)의 도파로(8)에 전계를 가하기 위한 도파로(8)와 기판(7)상에 형성된 전극(11, 12)으로 구성된다.In FIG. 1A, a waveguide 8 formed on a Z-axis cut lithium nanooate or lithium tantalate substrate 7 and a buffer layer 9 formed on the waveguide 8 and the waveguide of the modulation region 10 ( And a waveguide 8 for applying an electric field to 8) and electrodes 11 and 12 formed on the substrate 7.

여기서, 전계가 광축(+Z축) 방향으로 가해지면 천이영역들(13, 14) 사이에 있는 도파로(8)는 변조영역(10)에서 굴절율이 감소하며, 광축의 반대 방향으로 전계가 가해지면 변조영역(10)에 있는 도파로(8)의 굴절율이 증가하게 된다. 전극(11)이 위치하는 광도파로(8)에서의 굴절율변화는 곧 도파모드의 변화로 이어지며 이로 인해 두 종류의 광파우어 변조 현상이 발생된다.Here, when the electric field is applied in the optical axis (+ Z axis) direction, the waveguide 8 between the transition regions 13 and 14 decreases in the refractive index in the modulation region 10, and when the electric field is applied in the opposite direction of the optical axis, The refractive index of the waveguide 8 in the modulation region 10 is increased. The change in refractive index in the optical waveguide 8 in which the electrode 11 is located leads to the change in the waveguide mode, which causes two types of optical power modulation.

첫번째로는 모드모양천이(Mode-Shape Transition)에 의한 광파우어변조 현상이다. 도 1b는 도 1a에 도시된 종래의 차단형 광변조기의 도파로(8)에서 각 영역에 따른 도파모드를 보이는 도면이며 도 1c는 도 1b에 도시된 천이영역(13, 14)을 경계로 도파로(8)의 변조영역(10)에서 전계가 광축(+Z) 방향으로 가해질 때 굴절율이 △n만큼 감소되는 것을 나타내는 도면이다.The first is optical power modulation due to mode-shape transition. FIG. 1B is a view showing a waveguide mode according to each region in the waveguide 8 of the conventional block type optical modulator shown in FIG. 1A. FIG. 1C is a view of the waveguide (b) as a boundary between the transition regions 13 and 14 shown in FIG. The refractive index decreases by Δn when the electric field is applied in the optical axis (+ Z) direction in the modulation region 10 of 8).

도 1a 내지 도 1c에서 변조영역(10)에 전극(11, 12)을 통하여 전계가 가해지면 각 지점(15, 16, 17)에 따라 도파모드모양(a, b, c)의 천이가 발생한다. 여기서 천이영역(13, 14)에 따라 도파모드모양의 차이가 크면 천이과정에서 모드파우어(Mode Power)의 대부분이 도파로(8)를 벗어나 기판(7)으로 퍼져나가는 심한 산란이 발생한다. 이러한 심한 모드모양의 차이는 변조영역(10)에 가해지는 전계에 의해 도파로(8)의 변조영역(10)이 주변 기판(7)의 굴절율과 같게 되어 차단상태에 있을 때 나타난다.In FIGS. 1A to 1C, when an electric field is applied to the modulation region 10 through the electrodes 11 and 12, transitions of the waveguide mode shapes a, b, and c occur according to the respective points 15, 16, and 17. . In this case, when the difference in the waveguide mode shape is large according to the transition regions 13 and 14, severe scattering occurs in which most of the mode power spreads out of the waveguide 8 and spreads to the substrate 7. This severe mode difference appears when the modulation region 10 of the waveguide 8 is in the blocking state due to the refractive index of the peripheral substrate 7 due to the electric field applied to the modulation region 10.

두번째로는 광도파로(8)와 기판(7)의 클래딩간의 경계면에서 발생하는 산란손실량에 의한 차이에서 오는 변조현상이다. 광도파로(8) 형성시 대개의 경우 광도파로(8)와 기판(7) 사이의 면에 불균일한 패턴이 형성되며 이러한 불균일한 패턴을 통하여 산란손실이 발생한다.Second, the modulation phenomenon comes from the difference due to the amount of scattering loss occurring at the interface between the optical waveguide 8 and the cladding of the substrate 7. In the formation of the optical waveguide 8, a non-uniform pattern is usually formed on the surface between the optical waveguide 8 and the substrate 7, and scattering loss occurs through the non-uniform pattern.

이때, 발생된 산란손실량은 광도파로(8)의 도파모드모양에 크게 의존되며 광도파로(8)가 고집적상태(Well-guiding condition)를 유지하면 대부분의 도파모드 파우어는 광도파로(8)의 코아(Core)에 집중되기 때문에 광도파로 측면 불균일에 의한 손실을 적게 할 수 있다.At this time, the amount of scattering loss generated is largely dependent on the waveguide mode shape of the optical waveguide 8. When the optical waveguide 8 maintains a well-guiding condition, most of the waveguide mode powders are cores of the optical waveguide 8. Since it is concentrated on the core, the loss caused by the side wave unevenness of the optical waveguide can be reduced.

그러나, 광도파로(8) 도파조건이 전계에 의해 차단되는 차단영역 근방에 놓이게 되면 기판(7)의 클래딩(Cladding)에 위치하는 도파모드 파우어가 크기 때문에 광도파로(8) 측면 불균일한 패턴에 의한 산란손실이 크게 된다. 따라서, 전극(11, 12)을 통한 인가전계에 의해 도파모드 모양이 조절되면 광파우어를 변조할 수 있게 된다.However, when the waveguide condition of the optical waveguide 8 is placed near the blocking region blocked by the electric field, the waveguide mode power located at the cladding of the substrate 7 is large. Scattering losses are large. Therefore, when the shape of the waveguide mode is adjusted by the applied electric field through the electrodes 11 and 12, the optical power can be modulated.

이러한 차단형 광변조기는 광도파로(8)의 도파조건을 전극(11, 12)에 의한 전계에 의해 변조영역(10)이 쉽게 차단될 수 있도록 광도파로(8)의 도파조건을 차단영역에 근방에 놓아야 한다. 즉, 광도파로(8)의 굴절율을 기판(7)의 굴절율과 근접시켜 전극(11, 12)을 통하여 변조영역(10)에 소정의 전계를 인가할 때 변조영역(10)의 굴절율이 기판(7)의 굴절율과 동일하게 되어 변조영역(10)에서 광파가 산란되도록 해야한다. 이때, 광도파로(8)에 전계를 가해 변화시킬 수 있는 최대 굴절율의 변화량이 보통 약 5×10-4이기 때문에 광도파로(8)의 유효굴절율이 기판(7) 굴절율보다 5×10-4정도만 크게 해야한다. 이때, 5×10-4정도의 광도파로(11)의 유효굴절율 변화량은 비교적 작은 것이기 때문에 차단형 광변조기가 켜진 상태(on state)에 있을 때에도 광변조기의 입력단에서 출력단까지의 삽입손실(Insertion Loss)가 커지는 문제점이 있다.Such a block type optical modulator has a waveguide condition of the optical waveguide 8 close to the blocking region so that the modulation region 10 can be easily blocked by an electric field by the electrodes 11 and 12. Should be placed on. That is, when the refractive index of the optical waveguide 8 approaches the refractive index of the substrate 7 and a predetermined electric field is applied to the modulation region 10 through the electrodes 11 and 12, the refractive index of the modulation region 10 becomes the substrate ( It should be equal to the refractive index of 7) so that the light waves are scattered in the modulation region 10. At this time, the amount of change in the maximum refractive index which can change the applied electric field to the optical waveguide (8), usually from about 5 × 10 -4 is the effective refractive index of the optical waveguide (8) the substrate (7) than the refractive index of only about 5 × 10 -4 It should be loud. At this time, since the effective refractive index variation of the optical waveguide 11 of about 5 × 10 -4 is relatively small, the insertion loss from the input terminal to the output terminal of the optical modulator even when the blocking optical modulator is in an on state. There is a problem that increases).

또한 마하젠더 간섭계 및 방향성 결합기 등 다른 종류의 광변조기에서는 위상변화를 이용해 광변조를 하기 때문에 구동전압이 작은 반면에, 차단형 광변조기에서는 전극(11, 12)을 통하여 바로 광파우어변조를 하기 때문에 큰 구동전압이 요구되는 문제점이 있다.In addition, in other types of optical modulators such as Mach-Zehnder interferometers and directional couplers, the optical voltage is modulated using phase change, while the driving voltage is small, whereas in the block type optical modulator, optical power modulation is directly performed through the electrodes 11 and 12. There is a problem that a large driving voltage is required.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 작은 삽입손실과 낮은 구동전압에서 효과적으로 광변조를 하는 차단형 광변조기를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a block type optical modulator that effectively modulates light at a small insertion loss and a low driving voltage.

도 1a는 종래의 차단형 광변조기의 입체도를 보인다.Figure 1a shows a three-dimensional view of a conventional block type optical modulator.

도 1b는 도 1a에 도시된 차단형 광변조기의 도파로에서 각 영역에 따른 도파모드를 보이는 도면이다.FIG. 1B is a diagram illustrating a waveguide mode according to each region in the waveguide of the block type optical modulator shown in FIG. 1A.

도 1c는 도 1b에 도시된 천이영역을 경계로 도파로의 변조영역에서 굴절율의 변화를 나타내는 도면이다.FIG. 1C is a diagram illustrating a change in refractive index in the modulation region of the waveguide at the boundary of the transition region shown in FIG. 1B.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 광변조기의 형성과정을 설명하기 위한 단면도이다.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a process of forming an optical modulator according to the present invention.

도 3a는 본 발명에 따른 차단형 광변조기의 입체도면이다.Figure 3a is a three-dimensional view of the block type optical modulator according to the present invention.

도 3b는 도 3a에 도시된 차단형 광변조기의 광도파로에서 천이영역에 따른 도파모드를 보이는 도면이다.3B is a view showing a waveguide mode according to a transition region in the optical waveguide of the block type optical modulator shown in FIG. 3A.

도 3c는 도 3a에 도시된 광도파로의 천이영역에 구동전압을 인가할 때 굴절율의 변화를 보이는 도면이다.3C is a view showing a change in refractive index when a driving voltage is applied to the transition region of the optical waveguide shown in FIG. 3A.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서 사용하는 기판과 상기 기판에 형성된 광도파로와 상기 광도파로에 전계를 인가하기 위한 전극과 상기 광도파로의 변조영역에 인가되는 전계에 의해 상기 광도파로의 굴절율이 변화되어 광파우어를 변조하는 차단형 광변조기에 있어서, 상기 변조영역에 있는 광도파로는 다수개의 굴절율 천이영역을 갖는 광도파로임을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, the refractive index of the optical waveguide is reduced by a substrate used in the present invention, an optical waveguide formed on the substrate, an electrode for applying an electric field to the optical waveguide, and an electric field applied to the modulation region of the optical waveguide. In the block type optical modulator that is changed to modulate the optical power, the optical waveguide in the modulation region is characterized by an optical waveguide having a plurality of refractive index transition regions.

또한, 상기 다수개의 굴절율 천이영역은 소정의 간격마다 소정의 길이를 갖는 자연분극된 도파로와 분극반전된 도파로가 교호하여 형성됨을 특징으로 한다.The plurality of refractive index transition regions may be formed by alternating a naturally polarized waveguide having a predetermined length and a polarized inverted waveguide at predetermined intervals.

또한, 상기 각 천이영역간의 거리는 각 천이영역에 따라 변환되는 도파모드 모양이 충분히 변환될 수 있는 길이로 설정됨을 특징으로 한다.In addition, the distance between each transition region is characterized in that it is set to a length that can be sufficiently converted the shape of the waveguide mode converted according to each transition region.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 광변조기의 형성과정을 설명하기 위한 단면도이다.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a process of forming an optical modulator according to the present invention.

도 2a 부터 도 2e까지 차단형 광변조를 위한 기판는 리튬나오베이트 또는 리튬탄탈레이트 등의 단결정 전기광학재질이며 자연분극(Spontaneous Polarization)을 갖는다. 상기 재료의 Z축-컷(cut)된 기판(20)에 소정 간격마다 자연분극 영역(23)과 분극반전 영역(22)을 교호시킨다. 이를 위해 기판(20)의 밑면을 그라운딩시키고 또한 윗면에 소정의 간격마다 크롬과 금(Cr, Au)을 차례로 증착시킨 다수의 전극(21)에 기판(20)의 자연분극 방향(+Z)과 반대 방향으로 항전계(Coercive field) 이상의 플러스 전압을 인가한다.2A to 2E, the substrate for blocking light modulation is a single crystal electro-optic material such as lithium naobate or lithium tantalate and has spontaneous polarization. The natural polarization region 23 and the polarization inversion region 22 are alternated on the Z-axis cut substrate 20 of the material at predetermined intervals. To this end, the natural polarization direction (+ Z) of the substrate 20 is grounded on a plurality of electrodes 21 in which the bottom surface of the substrate 20 is grounded and chromium and gold (Cr, Au) are sequentially deposited on the top surface at predetermined intervals. A positive voltage above the coercive field is applied in the opposite direction.

이때, 전계 인가중에 기판(20)의 결정이 전자사태(Electron Breakdown)에 의하여 파괴되는 것을 막기 위해 보통의 경우 수 내지 수십 마이크로 초의 펄스폭을 갖는 펄스전계를 기판(20)상의 전극(21)과 접지사이에 인가하여 기판의 깨짐없이 분극반전 영역(22)을 형성한다.At this time, in order to prevent the crystals of the substrate 20 from being destroyed by the electromagnetic breakdown during the electric field application, a pulse electric field having a pulse width of several to several tens of microseconds is usually connected to the electrodes 21 on the substrate 20. It is applied between grounds to form the polarization inversion region 22 without breaking the substrate.

또한, 다른 방법으로는 기판(20)의 결정에 소량의 불순물 (리튬나오베이트인 경우에는 티타늄, 리튬탄탈레이트인 경우에는 수소이온)을 삽입하고 이를 결정의 상변이 온도(Phase Transition Temperature)에서 (리튬나오베이트는 약 1150℃, 리튬탄탈레이트는 약 600℃) 열처리하는 방법도 적용될 수 있다.Alternatively, a small amount of impurities (titanium in the case of lithium naobate, hydrogen ion in the case of lithium tantalate) are inserted into the crystal of the substrate 20, and a small amount of impurity is inserted into the crystal of the substrate 20 at the phase transition temperature of the crystal ( Lithium naobate is about 1150 ℃, lithium tantalate is about 600 ℃) heat treatment method can also be applied.

도 2c에서, 분극반전 영역(22)을 가로질러 기판(20)의 상층부에 양자교환층(24)을 형성한다. 광도파로(25)를 형성시 주의할 점은 먼저 기판(20)위에 제작된 분극반전 영역(22) 구조에 영향을 주지 않도록 한다. 이를 위해 기판(20)에 저온공정인 양자교환(Proton Exchange) 공정을 적용한다. 양자교환 공정은 광도파로(25)가 형성될 부분(24)을 제외한 나머지 부분에 미도시된 금속마스크를 증착하고 200℃ 정도의 벤젠산(Benzoic acid)과 같은 양자원(Proton source)에 수십분 내지 수시간 동안 기판(20)을 담가 양자원 내의 양자(Proton H+)와 리튬나오베이트 또는 리튬탄탈레이트 기판(20) 내의 리튬이온(Li+)을 교환하는 공정으로 광도파로의 굴절율을 증가시키는 방법이다.In FIG. 2C, a proton exchange layer 24 is formed over the substrate 20 across the polarization inversion region 22. In forming the optical waveguide 25, care should be taken so as not to affect the structure of the polarization inversion region 22 fabricated on the substrate 20. To this end, a proton exchange process, which is a low temperature process, is applied to the substrate 20. In the proton exchange process, a metal mask (not shown) is deposited on the remaining portions except for the portion 24 on which the optical waveguide 25 is to be formed, and a dozen minutes to a proton source such as benzoic acid at about 200 ° C. A method of increasing the refractive index of an optical waveguide by immersing the substrate 20 for several hours and exchanging protons H + in the quantum source and lithium ions Li + in the lithium naoate or lithium tantalate substrate 20. to be.

양자교환 광도파로(24)를 형성한 후 광도파로(24) 산란손실을 줄이고 전기광학 계수의 회복을 위해서 약 350℃ 정도에서 수분 내지 수시간 동안 어닐링(annealing)을 한다. 도 2d에서 광도파로(24)의 집속도 향상 및 도파모드 모양 조절을 위해서 광도파로(24)상에 규소산화물(SiO2) 캡(cap)을 자기 정렬방법으로 형성한 후 어닐링을 한다. 이 규소산화물 박막은 어닐링후 광도파로(24)의 버퍼층(26)이되기 때문에 어닐링이 끝난 후 식각하지 않고 바로 그 위에 구동전압을 인가할 전극(27, 34)을 도 2e에 도시된 바와 같이 형성한다. 플러스와 접지전극(27, 34)을 위한 금속박막으로는 크롬(Cr)과 금(Au)을 차례로 증착하여 형성한다. 전극(27)은 변조영역(29)에 있는 다수개의 분극반전 영역(22)을 모두 덮고 있도록 형성되며 전압을 가할 수 있도록 접지전극(34)은 광도파로(25) 옆에 형성한다.After the proton exchange optical waveguide 24 is formed, the optical waveguide 24 is annealed at a temperature of about 350 ° C. for several minutes to several hours to reduce scattering loss and recover the electro-optic coefficient. In FIG. 2D, silicon oxide (SiO 2 ) caps are formed on the optical waveguide 24 by self-aligning method for annealing after improving the focusing speed of the optical waveguide 24 and controlling the shape of the waveguide mode. Since the silicon oxide thin film becomes the buffer layer 26 of the optical waveguide 24 after annealing, electrodes 27 and 34 to apply a driving voltage thereon without being etched after annealing are formed as shown in FIG. 2E. do. The metal thin films for the plus and ground electrodes 27 and 34 are formed by sequentially depositing chromium (Cr) and gold (Au). The electrode 27 is formed to cover all of the plurality of polarization inversion regions 22 in the modulation region 29, and the ground electrode 34 is formed next to the optical waveguide 25 to apply a voltage.

도 3a는 본 발명에 따른 차단형 광변조기의 입체도면이다.Figure 3a is a three-dimensional view of the block type optical modulator according to the present invention.

우선, 광도파로의 큰 삽입손실 문제를 해결하기 위해서는 초기 광도파로(25)를 굴절율이 높은 고집속 상태로 형성해야한다. 그러나 광도파로(25)의 굴절율이 기판(20)의 굴절율보다 소정값 이상 크게되면 전극(27, 34)에 의해 인가되는 전계에 의해 도파모드를 산란시키기 어렵게 된다. 이를 해결하기 위해 구동전압에 의해 전계가 인가되는 변조영역(29)에 도 2a 내지 도 2e에 도시된 공정에 따라 다수개의 천이영역(28)을 형성된다.First, in order to solve the problem of large insertion loss in the optical waveguide, the initial optical waveguide 25 should be formed in a high focusing state with high refractive index. However, when the refractive index of the optical waveguide 25 is larger than the refractive index of the substrate 20 by a predetermined value or more, it becomes difficult to scatter the waveguide mode by the electric field applied by the electrodes 27 and 34. To solve this problem, a plurality of transition regions 28 are formed in the modulation region 29 to which an electric field is applied by the driving voltage according to the process illustrated in FIGS. 2A to 2E.

천이영역(28)에서 강유전체 분극반전(ferroelectric domain inversion)된 영역(22)은 전기광학계수의 부호가 반전된다. 전기광학계수의 부호가 반전되면 동일한 전계에 대하여 굴절율이 자연분극 영역(23)과 비교하여 굴절율의 증감이 상반되어 나타나게 된다. 이 경우 분극반전 영역(22)과 자연분극 영역(23) 간의 전극(27, 34)에 구동전압이 인가되어 변조영역(29)에 전계가 인가되면 천이영역(28)간의 굴절율 차이는 종래 차단형 변조기의 천이영역간의 굴절율의 차이와 비교하여 2배로 크게 나타난다.The region 22 of the ferroelectric domain inversion in the transition region 28 inverts the sign of the electro-optic coefficient. When the sign of the electro-optic coefficient is inverted, the refractive index of the same electric field is compared with that of the natural polarization region 23 so that the increase and decrease of the refractive index appear. In this case, when a driving voltage is applied to the electrodes 27 and 34 between the polarization inversion region 22 and the natural polarization region 23 and an electric field is applied to the modulation region 29, the difference in refractive index between the transition regions 28 is conventionally blocked. It is twice as large as the difference in refractive index between transition regions of the modulator.

따라서, 초기 광도파로(25)를 종래의 차단형 광변조기에 비해 2배 고집속 상태로 형성하여도 동일한 구동전압으로 구동시킬 수 있다. 높은 구동전압 문제를 해결하기 위하여 광도파로(25)에 다수의 천이영역(28)이 형성된다. 언급된 바와 같이 차단형 광변조기의 광파우어 변조는 천이영역에서의 광파우어변조 그리고 광도파로(25)와 기판(20) 클래딩간의 면에서의 산란손실에 의한 변조로 이루어진다.Therefore, even when the initial optical waveguide 25 is formed at twice the high concentration state as compared with the conventional block type optical modulator, the initial optical waveguide 25 can be driven with the same driving voltage. In order to solve the high driving voltage problem, a plurality of transition regions 28 are formed in the optical waveguide 25. As mentioned, the optical power modulation of the blocking optical modulator consists of the optical power modulation in the transition region and the scattering loss in the plane between the optical waveguide 25 and the substrate 20 cladding.

이 중 천이영역(28)에서의 광파우어변조가 고집속 광도파로(25)에서 더 큰 변조도를 줄 수 있기 때문에 광도파로(25)에 다수의 천이영역(28)을 형성하였다.Since the optical power modulation in the transition region 28 can give a higher modulation degree in the high-concentration optical waveguide 25, a plurality of transition regions 28 are formed in the optical waveguide 25.

이 방법에서 중요한 것은 천이영역들(28)간의 거리이다. 천이영역(28) 앞쪽의 도파모드는 천이영역(28)을 거치면서 천이영역 후의 새로운 모양의 도파모드와 기판모드(기판으로 산란되는 광파)로 나뉘어지며 새로운 천이영역은 기판모드가 충분히 기판으로 산란된 이후 설정되어야만 산란효과를 크게 할 수 있다. 따라서, 변조영역(29)에서의 분극반전 영역(22)과 자연분극 영역(23)간의 간격은 상기 산란효과가 최대가 되는 점과 주어진 변조영역에서 다수의 천이영역이 형성될 수 있도록 고려하여 설정한다.What is important in this method is the distance between the transition regions 28. The waveguide mode in front of the transition region 28 is divided into a waveguide mode of a new shape after the transition region and a substrate mode (light waves scattered on the substrate) after passing through the transition region 28, and the new transition region is sufficiently scattered by the substrate mode. After that, the scattering effect can be increased. Therefore, the distance between the polarization inversion region 22 and the natural polarization region 23 in the modulation region 29 is set in consideration of the point where the scattering effect is maximized and a plurality of transition regions can be formed in a given modulation region. do.

도 3b는 도 3a에 도시된 차단형 광변조기의 광도파로에서 천이영역에 따른 도파모드를 보이는 도면이다.3B is a view showing a waveguide mode according to a transition region in the optical waveguide of the block type optical modulator shown in FIG. 3A.

도 3b에서 광도파로(25)에 소정의 구동전압에 따라 제1지점(30)에서의 도파모드(31)가 천이영역(28)을 지나면서 제2지점(32)에서의 도파모드(33)로 변환된다.3B, the waveguide mode 31 at the first point 30 passes through the transition region 28 in accordance with a predetermined driving voltage in the optical waveguide 25, and the waveguide mode 33 at the second point 32. Is converted to.

도 3c는 도 3a에 도시된 광도파로의 천이영역에 구동전압을 인가할 때 굴절율의 변화를 보이는 도면이다.3C is a view showing a change in refractive index when a driving voltage is applied to the transition region of the optical waveguide shown in FIG. 3A.

도 3c에서 동일한 전계에 따라 자연분극 영역(23)과 분극반전 영역(22)에서의 굴절율이 △n 만큼의 증감이 서로 상반되어 나타나기 때문에 천이영역(28)에서 굴절율 차이는 2△n으로 나타난다.In FIG. 3C, since the increase and decrease of the refractive indices of the natural polarization region 23 and the polarization inversion region 22 are Δn opposite to each other according to the same electric field, the difference in refractive index in the transition region 28 is represented by 2Δn.

본 발명은 Z축-컷한 기판을 이용한 차단형 광변조기의 실시예에 대해 기술하였지만 이 분야의 통상의 지식을 가진자가 별 어려움 없이 상기 실시예를 참조하여 Y축 또는 X축-컷한 기판을 이용하여 형성된 광도파관내의 변조영역에 동일하게 다수의 천이영역을 형성함으로써 삽입손실이 적고 낮은 구동전압에서 동작되는 차단형 광변조기를 구현할 수 있음은 주지의 사실이다.Although the present invention has been described with respect to an embodiment of a block type optical modulator using a Z-axis cut substrate, a person having ordinary skill in the art can use the Y-axis or X-axis cut substrate without reference to the above embodiment without difficulty. It is well known that a blocking optical modulator operating at a low driving voltage with low insertion loss can be realized by forming a plurality of transition regions in the same modulation region in the formed optical waveguide.

상술된 바와 같이 본 발명에 의한 차단형 광변조기는 변조영역에 있는 광도파로에 다수개의 분극반전 영역을 소정의 간격마다 형성시킴으로써, 광도파로에 전계를 인가하여 자연분극 영역과 분극반전 영역 사이에 굴절율 변화량을 분극반전이 없는 차단형 광변조기의 변조영역에서 얻을 수 있는 굴절율 변화량에 비해서 2배로 크게 할 수 있기 때문에 변조영역에서 광파우어를 보다 많이 산란시킬 수 있어 낮은 구동전압으로 광파우어 변조를 할 수 있고, 또한 상기의 동작 원리는 높은 굴절율을 갖는 광도파로에도 적용할 수 있기 때문에 차단형 광변조기의 광도파로를 고집속 상태로 할 수 있어 삽입손실을 줄일 수 있다.As described above, the shielding optical modulator according to the present invention forms a plurality of polarization inversion regions at predetermined intervals in the optical waveguide in the modulation region, thereby applying an electric field to the optical waveguide, thereby refractive index between the natural polarization region and the polarization inversion region. Since the amount of change can be made twice as large as the change in refractive index obtained in the modulation area of the block type optical modulator without polarization inversion, the optical power can be scattered more in the modulation area, so that the optical power can be modulated with a lower driving voltage. In addition, the above operating principle can be applied to an optical waveguide having a high refractive index, so that the optical waveguide of the block type optical modulator can be made into a high focusing state, thereby reducing insertion loss.

Claims (5)

기판과 상기 기판에 형성된 광도파로와 상기 광도파로에 전계를 인가하기 위한 전극과 상기 광도파로의 변조영역에 인가되는 전계에 의해 상기 광도파로의 굴절율이 변화되어 광파우어를 변조하는 차단형 광변조기에 있어서, 상기 변조영역에 있는 광도파로는 다수개의 굴절율 천이영역을 갖는 광도파로임을 특징으로 하는 집적광학 차단형 광변조기.A block type optical modulator for modulating an optical power by changing a refractive index of the optical waveguide by a substrate, an optical waveguide formed on the substrate, an electrode for applying an electric field to the optical waveguide, and an electric field applied to a modulation region of the optical waveguide. The integrated optical blocking optical modulator according to claim 1, wherein the optical waveguide in the modulation region is an optical waveguide having a plurality of refractive index transition regions. 제1항에 있어서, 상기 다수개의 굴절율 천이영역은 소정의 간격마다 소정의 길이를 갖는 자연분극된 도파로와 분극반전된 도파로가 교호하여 형성됨을 특징으로 하는 집적광학 차단형 광변조기.The integrated optical blocking optical modulator of claim 1, wherein the plurality of refractive index transition regions are formed by alternating a naturally polarized waveguide having a predetermined length and a polarized inverted waveguide at predetermined intervals. 제1항에 있어서, 상기 각 천이영역간의 거리는 각 천이영역에 따라 변환되는 광파우어 도파모드모양이 충분히 변환될 수 있는 길이로 설정됨을 특징으로 하는 집적광학 차단형 광변조기.The integrated optical blocking optical modulator according to claim 1, wherein the distance between each transition region is set to a length such that the shape of the optical power waveguide mode converted according to each transition region can be sufficiently converted. 제1항에 있어서, 상기 기판의 재질은 리튬나오베이트임을 특징으로 하는 집적광학 차단형 광변조기.The integrated optical blocking optical modulator of claim 1, wherein a material of the substrate is lithium naobate. 제1항에 있어서, 상기 기판의 재질은 리튬탄탈레이트임을 특징으로 하는 집접광학 차단형 광변조기.The lumped optical-blocking optical modulator according to claim 1, wherein the substrate is made of lithium tantalate.
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