KR19980073464A - 집적광학 반사형 광변조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집적광학 반사형 광변조기에 관한 것으로서, 특히 종래의 집적광학 광변조기와 비교하여 보다 낮은 구동전압을 가지며 입력과 출력광도파로를 광변조기에서 같은 면에 형성한 집적광학 반사형 광변조기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 집적광학 반사형 광변조기는 광학용 기판에 입력광도파로를 형성하고 상기 입력광도파로와 평행하고 같은 방향에 출력도파로를 갖는 방향성광결합기를 형성하며 상기 입력광도파로는 Y형 광파워분할/결합기로 이어지고 상기 Y형 광파워/분할결합기에서 분기된 제1, 2광도파로에 구동전압에 따라 굴절율이 변화되는 소정 길이의 변조영역을 형성하며 상기 제1, 2광도파로의 각단에 광신호를 반사시키는 거울을 부착함을 특징으로 한다.

상술된 바와 같이 본 발명에 의하면 입력광도파로에 입사되어 변조영역에 있는 각각의 광도파로단에서 상기 거울에 의해 반사된 광신호를 3dB방향성광결합기로서 결합시켜 입력광도파로와 같은 면에 있는 출력도파로에 출력시킴으로써, 광변조기에 광섬유를 결합시 작업성을 향상시키고 간편하게 패키징을 할 수 있고, 또한 낮은 구동전압으로 작동시킬 수 있다.

Description

집적광학 반사형 광변조기

본 발명은 집적광학 반사형 광변조기에 관한 것으로서, 특히 종래의 집적광학 광변조기와 비교하여 보다 낮은 구동전압으로 입력과 출력광도파로를 광변조기에서 같은 면에 형성한 집적광학 반사형 광변조기에 관한 것이다.

집적광학 광변조기는 광신호 분할기, 광스위치, 광파장 필터 등과 같이 광통신에 필요한 핵심 부품들 중의 하나로서 광신호를 원하는 형태로 변조시키는 기능을 한다. 이러한 집적광학 광변조기는 기판의 전기광학효과(Electooptic Effect)를 이용하며 집적광학 기판재료로는 리튬나오베이트(LiNbO₃, LN)와 리튬탄탈레이트(LiTaO₃, LT), 전기광학 폴리머(Polymer) 등이 대표적으로 사용된다. 이러한 집적광학용 기판재료 중 강유전체인 리튬나오베이트는 낮은 광도파손실(Propagation Loss)과 큰 전기광학효과(Electooptic Effect) 등의 우수한 특성으로 집적광학 소자 제작에 널리 이용되고 있다.

현재까지, 여러가지 형태의 집적광학 광변조기가 발표되었으며, 대표적으로는 마하젠더 간섭계(Mach-Zehnder Interferometer)형 광변조기와 방향성광결합기(Directional Coupler)형 광변조기, 차단(Cutoff)형 광변조기 등이 있다.

도 1a는 종래의 Z 컷 리튬나이오베이트 기판으로 제작된 마하젠더 간섭계형 광변조기를 나타내며, 도 1b는 도 1a에 도시된 마하젠더 간섭계형 광변조기의 단면도이다.

도 1a 및 도 1b에서 마하젠더 간섭계형 광변조기는 Y-Branch 형태의 광분할기와 광결합기로 구성된 단일보드 광도파로를 기본으로 형성된다.

도 1a 및 도 1b에서 마하젠더 간섭계형 광변조기는 Y-Branch 형태의 광파워분할기, 변조영역 그리고 Y-Branch 분할기를 돌려놓은 광결합기로 구성된 단일모드 광도파로를 기본으로 형성된다.

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 위상변화없이 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 전계가 인가될 경우에는 광도파로(104, 106)를 통과하는 각각의 광신호는 서로 위상차가 발생된다. 따라서, 광결합기(112)에서 광신호는 서로 상쇄간섭이 일어나게 되며, 출력도파로(114)에 인가되는 전계에 따라 변조된 정도가 다른 광신호가 출력된다.

도 2a는 종래의 X 또는 Y 컷 기판으로 제작된 마하젠더 간섭계형 광변조기를 나타내며, 도 2b는 도2a에 도시된 마하젠더 간섭계형 광변조기의 단면도이다.

도 2a에서 X 또는 Y 컷 기판으로 제작된 마하젠더 간섭계형 광변조기의 도파로의 형태는 도 1a의 광도파로와 동일하나 도 2b에 도시된 바와 같이 Z이 기판(200)과 수평방향으로 광도파로(204, 206)를 가로지르는 방향이기 때문에 전극의 위치를 도 2b와 같이 하여야 큰 전기광학효과를 이용할 수 있다.

도 3a는 종래의 Z 컷 기판으로 제작한 방향성광결합기형 광변조기를 도시한 평면도이고, 도 3b는 종래의 X 또는 Y 컷 기판으로 제작한 방향성광결합기형 광변조기를 도시한 평면도이다.

여기서, 도 3a에서 기판(300)에 형성된 입력도파로(302)로 입사된 광신호는 변조영역(304)에서 제1, 2전극(306, 308)에 인가되는 구동전압에 따라 광신호가 제1출력도파로(310)에 출력되거나 제2출력도파로(312)에 출력될 수 있으며 또는 동시에 제1, 2출력도파로(310, 312)에 출력될 수 있다.

도 3b는 도 3a의 방향성광결합기형 광변조기와 기능은 동일하며 단지 X 또는 Y 컷 기판으로 제작한 방향성광결합기형 광변조기의 예시이다. 이러한 방향성광결합기형 광변조기는 제1, 제2광도파로(320, 322)의 굴절율을 변화시키기 위해서 각 제1, 제2광도파로(320, 322)의 측면에 제1, 제2, 제3전극(314, 316, 318)을 위치하고 제2전극(316)에 구동전압을 인가시킨다.

상기 기술된 종래의 마하젠더 간섭계형 광변조기와 방향성광결합기형 광변조기는 입력광도파로와 출력광도파로가 서로 반대면에 위치하고 있기 때문에 광섬유와 결합시 양쪽에서 광섬유와 결합시켜야 하며 패키징(Packaging)시 변조기를 다룰 때에도 양쪽의 단자에 세심하게 신경써야하는 불편함이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광변조기의 입력과 출력단자를 같은 면에 위치하도록 하여 광변조기에 광섬유를 결합하는 경우 작업성을 향상시키고 간편하게 패키징을 할 수 있는 집적광학 반사형 광변조기를 제공하는 데 있다.

도 1a는 종래의 Z 컷(Cut) 기판으로 제작된 마하젠더 간섭계형 광변조기의 평면도이다.

도 1b는 도 1에 도시된 마하젠더 간섭계형 광변조기의 단면도이다.

도 2a는 종래의 X 또는 Y 컷 기판으로 제작된 마하젠더 간섭계형 광변조기의 평면도이다.

도 2b는 도 2a에 도시된 마하젠더 간섭계형 광변조기의 단면도이다.

도 3a는 종래의 Z 컷 기판으로 제작한 방향성광결합기형 광변조기를 도시한 평면도이다.

도 3b는 종래의 X 또는 Y 컷 기판으로 제작한 방향성광결합기형 광변조기를 도시한 평면도이다.

도 4a는 본 발명에 따른 Z 컷 기판으로 제작한 집적광학 반사형 광변조기를 설명하기 위한 도면이다.

도 4b는 본 발명에 따른 X 또는 Y 컷 기판으로 제작한 집적광학 반사형 광변조기를 설명하기 위한 도면이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 집적광학 반사형 광변조기는, 광학용 기판에 입력광도파로를 형성하고 상기 입력광도파로와 평행하고 같은 방향에 출력도파로를 갖는 방향성광결합기를 형성하며 상기 입력광도파로는 Y형 광파워분할/결합기로 이어지고 상기 Y형 광파워분할/결합기에서 분기된 제1, 2광도파로에 구동전압에 따라 굴절율이 변화되는 소정 길이의 변조영역을 형성하며 상기 제1, 2광도파로의 끝단에 광신호를 반사시키는 거울을 부착함을 특징으로 한다.

또한, 상기 방향성광결합기는 3dB방향성광결합기임을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 4a는 본 발명에 따른 Z 컷 기판으로 제작한 집적광학 반사형 광변조기를 설명하기 위한 도면이다.

도 4a에 도시된 집적광학 반사형 광변조기는 기판(400), 입력광도파로(402), 출력광도파로(404), 3dB방향성광결합기(406), Y형 광파워분할/결합기(408), 제1광도파로(410), 제2광도파로(412), 제1전극(414), 제2전극(416), 거울(418)을 포함한다.

도 4a에서, 리튬나오베이트와 리튬탄탈레이트 또는 전기광학 폴리머 등의 집적광학용 기판재료인 기판(400)에 형성된 입력광도파로(402)를 통하여 광신호가 입사되면 Y형 광파워분할/결합기(408)에서 유입된 광신호가 반으로 나뉘어져 제1, 2광도파로(410, 412)로 분기된다. 분기된 각각의 광신호는 변조영역(420)에 있는 제1, 2전극(410, 412)에 의해 인가되는 전계에 의해 제1, 2광도파로(410, 412)의 굴절율이 변화되어 광신호가 변조되며 거울(418)에 반사됨으로 해서 변조영역을 두 번 통과하게 된다. 따라서, 종래 보다 짧은 변조영역으로서 원하는 변조효과를 얻을 수 있다. 인가되는 제1, 2전극(414, 416)은 제1, 2광도파로(410, 412)의 각각 상부에 위치하고 있어, 구동전압이 제1, 2광도파로(410, 412)에 전계를 인가하여 각 광도파로의 굴절율을 상반되게 변화시킨다.

따라서, 광파워어가 변조영역(420)에 있는 제1, 2광도파로(410, 412)를 통과함에 따라 각각의 광신호 간에는 전계에 의해 위상차가 발생하며 위상이 바뀐 광신호는 거울(418)에 반사되어 다시 제1, 2광도파로(410, 412)를 통과함에 따라 두 개의 광신호간에는 위상 차이가 계속 나게 된다. 위상차가 발생된 광신호는 Y형 광파워분할/결합기(408)에서 결합되어 상쇄간섭에 의해 출력광도파로(404)에 변조된 광신호가 출력된다.

한편, 변조영역(420)에서 제1, 2전극(410, 412)에 인가된 구동전압이 없어서 전계가 제1, 2광도파로(410, 412)에 인가되지 않으면 거울(418)에 반사된 광신호는 위상이 바뀌지 않고 Y형 광파워분할/결합기(418)에서 그대로 보강되어 결합되며 3dB방향성광결합기(406)에서 광신호는 출력도파로(404)에 반만 출력된다.

도 4b는 본 발명에 따른 X 또는 Y 컷 기판으로 제작한 집적광학 반사형 광변조기를 설명하기 위한 도면이다.

도 4b에 도시된 광변조기는 도 4a에 도시된 광변조기와 기능은 동일하나 X 또는 Y 컷 기판(430)을 고려하여 제1, 2광도파로(438, 440)의 옆쪽에 제1, 제2, 제3전극(432, 434, 436)을 형성시킨다. 이 때, 구동전압에 의한 전계는 제1, 2광도파로(438, 440)의 Z에 서로 서로 상반되게 인가되어 출력도파로(442)에서 원하는 변조된 광신호를 출력시킬 수 있다.

여기서, 기판재료는 리튬나오베이트와 리튬탄탈레이트, 전기광학 폴리머 중에서 선택적으로 사용될 수 있다.

상술된 바와 같이 본 발명에 의하면 입력광도파로에 입사되어 변조영역에 있는 각각의 광도파로 끝단에서 상기 거울에 의해 반사된 광신호를 3dB방향성광결합기로서 결합시켜 입력광도파로와 같은 면에 있는 출력도파로에 출력시킴으로써, 소형으로 광변조기의 입력과 출력단자를 한면에 위치하도록 하여 광변조기에 광섬유를 결합하는 경우 작업성을 향상시키고 간편하게 패키징을 할 수 있으며 종래의 광변조기 보다 낮은 구동전압으로 작동시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 집적광학 반사형 광변조기에 있어서,

   광학용 기판에 입력광도파로를 형성하고 상기 입력광도파로와 평행하고 같은 방향에 출력도파로를 갖는 3dB방향성광결합기를 형성하며 상기 입력광도파로는 Y형 광파워분할/결합기로 이어지고 상기 Y형 광파워분할/결합기에서 분기된 제1, 2광도파로에 구동전압에 따라 굴절율이 변화되는 소정 길이의 변조영역을 형성하며 상기 제1, 2광도파로의 끝단에 광신호를 반사시키는 거울을 부착함을 특징으로 하는 직접광학 반사형 광변조기.
2. 제1항에 있어서, 상기 광학용 기판은

   리튬나오베이트와 리튬탄탈레이트, 전기광학 폴리머 중에서 선택적으로 사용되는 기판재료임을 특징으로 하는 반사형 광변조기.