KR19980080439A - 광도파로의 반사측 단면에 대해 경사진 반사판을 구비한광변조소자 - Google Patents

광도파로의 반사측 단면에 대해 경사진 반사판을 구비한광변조소자 Download PDF

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Abstract

광학 바이어스점을 용이하게 제어하고, 감도 및 감도 직선성이 높은 광변조소자를 제공하기 위하여, 서로 대향하는 제 1 및 제 2 단면(31, 33)을 구비하며, 전기광학효과를 나타내는 기판(7)과, 상기 기판(7)상에 형성된 제 1 및 제 2 분기로를 각각 구비하며 상기 제 1 및 제 2 단면(31, 33)에 입출사측 및 반사측이 각각 노출된 분기 간섭형 광도파로와, 상기 분기 간섭형 광도파로의 근방에 형성된 변조용 전극과, 상기 제 2 단면에 장착된 반사판을 구비한 광변조소자(39)에 있어서, 상기 반사판(35)은, 상기 제 2 단면(33)에 대해 경사져 있다. 바람직하게는, 제 2 단면(33)의 일측에 스페이서(41)를 통해서, 상기 반사판(35)을 접착함으로써, 상기 제 2 단면(33)과 반사판(35) 사이에 경사각(θ)을 형성한다.

Description

광도파로의 반사측 단면에 대해 경사진 반사판을 구비한 광변조소자
본 발명은, 전기광학효과를 나타내는 기판 상에 형성된 광도파로를 이용하여 구성되는 광변조소자에 관한 것이다.
이러한 종류의 광변조소자는, 미국 특허 제 5,278,499 호 및 일본국 특개평5-273260 호 등에 개시되어 있는 바와 같이, 변조기, 광전계 센서 등의 디바이스에 사용되며, 니오븀산 리튬 등의 전기광학효과를 나타내는 재료를 기판으로 해서 제작된다. 이 광변조소자는, 니오븀산 리튬 기판 상에, 기판의 일단면 및 타단면에, 입출사측 및 반사측을 각각 노출시킨 분기 간섭형 광도파로를 Ti의 열 확산에 의해 형성하고, 기판상의 분기 간섭형 광도파로의 근방에 변조용 전극을 형성하며, 더욱이 반사측 단면에 반사판을, 예를 들어 자외선 경화형 접착제 등으로 접착함으로써 제작된다.
이 광변조소자에서, 입사측으로부터 입사한 광(레이저) 빔은 분기간섭형 광도파로를 진행하여, 그 분기부에서 분기되며, 반사측에서 반사판에 의해 반사되어, 분기간섭형 광도파로를 역방향으로 진행해, 분기부에서 결합되며, 입사측에서 출사된다. 즉, 입사측은 출사측과 공용된다. 따라서, (입사측)은 이후 (입출사측)이라고 불리운다. 여기에서, 분기 간섭형 광도파로를 통과한 출력 레이저광의 강도는 변조용 전극에 인가되는 전압의 크기에 따라서, 삼각함수적으로 변동되며, 따라서 주기적으로 최대값과 최소값을 취한다. 변조전극에 인가되는 전압이 0일 때의 출력의 강도, 즉 광학 바이어스점은, 광변조소자에 기하학적으로 대칭으로 구성되어 있을 때, 상기 최대값의 점이 된다. 한편, 광변조소자에 필요한 조건으로서는, 광학 바이어스점이, 직선성이 높은 상기 최대값과 최소값의 중점 부근에 위치하고 있어야 하는 것이다.
이와 같이, 광학 바이어스점이 최대값과 최소값의 중점 부근에 있을 때, 광은, 인가 전압에 대하여, 직선적으로 강도 변조된다. 그런데, 광학 바이어스점이, 최대값 또는 최소값에 가까울수록, 강도 변조의 직선성은 악화되며, 또한 감도도 떨어진다.
이 광학 바이어스점을 광변조소자의 제조방법에 의해 제어하려면, 매우 고정밀도의 제작 조건이 요구되며, 이것이 광변조소자의 수율을 악화시키는 최대의 요인으로 되어 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 광학 바이어스점을 용이하게 제어하고, 감도 및 감도 직선성이 높은 광변조소자를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 광변조소자의 설명도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광변조소자의 설명도이다.
도 3은 도 2의 광변조소자의 인가전압-출력광 강도 특성과 도 1의 종래의 광변조소자의 마찬가지의 특성을 비교한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광변조소자의 설명도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
7: (니오븀산 리튬) 기판 11, 55: 제 1 분기로
13, 57: 제 2 분기로 9, 53: 분기 간섭형 광도파로
15, 59: 변조용 전극 31: 입출사측 단면
33: 반사측 단면 35: 반사판
37: 반사면 39, 51: 광변조소자
41: 스페이서 45, 49: 광학 바이어스 점
본 발명에 따르면, 서로 대향하는 제 1 및 제 2 단면을 구비하고 전기광학효과를 나타내는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 제 1 및 제 2 분기로를 각각 구비하며 상기 제 1 및 제 2 단면에 입출사측 및 반사측이 각각 노출된 분기 간섭형 광도파로와, 상기 분기 간섭형 광도파로의 근방에 형성된 변조용 전극과, 상기 제 2 단면에 장착된 반사판을 구비한 광변조소자에 있어서, 상기 반사판은, 상기 제 2 단면에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는 광변조소자가 얻어진다.
본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서, 본 발명을 보다 잘 이해하기 위하여, 종래 기술에 따른 광변조소자에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 광변조소자(5)는, 니오븀산 리튬 기판(7)상에, Ti의 열 확산에 의해 제 1 및 제 2 분기로(11, 13)를 구비한 분기 간섭형 광도파로(9)를 형성하고 있다. 또, 기판(7)상의 분기 간섭형 광도파로(9) 근방에 변조용 전극(15)을 형성하고 있다. 변조용 전극은, 광도파로(9)에 평행하게 뻗어 있는 제 1, 제 2 및 제 3의 세로 부분 전극(17, 19, 21)과, 제 1 및 제 3 세로 부분 전극(17, 21)에 직교하도록, 제 1 및 제 3 세로 부분 전극(17, 21)의 일단면에 접속해서, 기판(7)의 일측으로부터 타측을 향해서 뻗어 있는 제 1 가로 부분 전극(23)과, 제 2 세로 부분 전극(19)에 직교하도록, 제 2 세로 부분 전극(19)의 일단부와 반대측의 타단을 접속하여 기판(7)의 타측으로부터 일측을 향해 뻗어 있는 제 2 가로 부분 전극(25)을 구비하고 있다. 제 1 가로 부분 전극(23)의 기판(7) 일측의 종점, 및 제 2 가로 부분 전극(25)의 기판(7) 타측의 종점에는, 단자부(27, 29)가 각각 형성되어 있다. 더욱이, 기판(7)은, 입출사측 단면(31)과, 이에 대향하는 반사측 단면(33)을 구비하고 있다. 반사측 단면(33)에는, 반사면(37)을 구비한 반사판(35)이, 예를 들어, 도시하지 않은 자외선 경화형 접착제 등으로 접착되어 있다. 또한, 출력광의 강도는, 광도파로(9)에 입출사측 단면에 접속된 도시하지 않은 입사 광원을 구비한 광강도계에 의해 측정된다.
이상의 종래의 광변조소자(5)에서는, 분기 간섭형 광도파로(9)를 통과하는 레이저광의 강도는 변조용 전극(15)에 인가되는 전압에 따라서, 삼각함수적으로 변동된다. 이것을 수식으로 나타내면 다음의 식(1)과 같이 나타낼 수 있다.
Pout=αPin[1+cos(V1·π／Vπ+ψ)]／2 ……(1)
여기에서, Pout는 출력광 강도, Pin은 입력광 강도, Vπ는 삼각함수적으로 변화하는 Pout의 반주기에 상당하는 전압(이하, 이것을 반파장 전압이라고 칭함), α는 광손실 계수, V1은 인가전압이다.
상기 식(1)에 있어서, ψ는 인가전압 0V에서의 최대값으로부터의 시프트값을 나타내고 있다. 또한, 광변조소자에 필요한 조건으로서는, 광학 바이어스점이, 직선성이 높은 최대값과 최소값의 중점 부근에 위치하고 있는 것이다.
그러면, 본 발명의 실시예에 대하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 제 1 실시예에 따른 광변조소자(39)는, 종래예와 마찬가지로, 니오븀산 리튬으로 이루어진 기판(7)상에, Ti의 열확산에 의해서 형성된 분기 간섭형 광도파로(9)와, 기판(7)상의 분기 간섭형 광도파로(9)의 근방에 변조용 전극(15)을 구비하고 있다. 또한, 출력광의 강도는, 광도파로(9)의 입출사측 단면에 접속된 도시하지 않은 입사광원을 구비한 광 강도계에 의해 측정된다.
제 1 실시예에 따른 광변조소자(39)의 종래예의 것과의 상이점은, 기판(7)의 반사측 단면(33)에, 반사면(37)을 구비한 반사판(35)이, 반사측 단면(33)과 반사면(37)이 각도 θ를 이루도록, 경사져서 설치되어 있는 것이다. 상세하게는, 반사판(35)의 일측과 반사측 단면(33)의 사이에 스페이서(41)가 삽입되고, 도시하지 않은 자외선 경화형 접착제 등으로 접착되어 있다. 이 접착제로서는, 광 섬유에 가까운 굴절률(n)=1.48 정도의 것을 이용하고, 반사측 단면의 무반사 코팅으로서도 기능한다.
경사각(θ)을 얻기 위해서, θ=0인 상태에서, 광변조소자(39)의 광학 바이어스점을 측정하며, 이것에 의해 하기의 식(2)에 의해 스페이서(41)의 두께(d)를 구한다.
d=(Va／Vπ)×(λ／4n)×(w／L) ……(2)
즉, 필요한 스페이서 두께(d)는, 경사각(θ)이 0。일 때에, 중점까지의 위상 시프트에 필요한 인가전압(Va), 광의 파장(λ), 접착제의 굴절율(n), 분기된 광도파로간 거리(L), 광변조소자 폭(w)에 의해 주어진다.
이와 같이 해서 제작된 광변조소자(39)에서는, 분기간섭형 광도파로에 의해 분기된 광 빔의 반사면(37)까지의 광로는 (Va／Vπ)×(λ／2n)의 차를 갖는다. 이 결과, 인가전압(V1)이 0V에서, 광도파로를 통과하여 반사면(37)에서 반사되어 다시 합쳐진 출력광은, 최대값과 최소값의 중점 근방의 강도가 된다. 즉, 광학 바이어스점이 중점으로 조정된다.
다음에, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광변조소자의 구체적 제조방법에 대하여 설명한다.
비교를 위해, 도 1에 도시하는 종래 기술에 의한 광변조소자(5)를 제작하였다. 먼저, X축 방향에 대하여, 수직으로 잘라낸 니오븀산 리튬 기판(7)상에, 두께 40∼100nm의 티탄막의 패턴을 형성하여, 1000∼1100℃에서, 4∼10시간 확산하여, 폭 5∼10㎛의 광도파로(9)를 형성했다. 이 광도파로(9)가 분기된 제 1 및 제 2 분기로(11, 13)의 근방에 금속막으로 이루어진 전극패턴(15)을 형성했다. 니오븀산 리튬 기판(7)의 광입출사측 단면(31)과 반사측 단면(33)을 경면 가공하였다. 반사측 단면(33)에, 유리판에 금 등의 금속막을 코팅 형성한 반사판(35)을 설치 고정했다. 얻어진 광변조소자는 폭(w)이 6㎜이고, 분기된 광도파로간의 거리가 36㎛였다.
도 2에 도시하는 본 발명에 따른 광변조소자(39)를 이하와 같이 제작하였다. 종래에 따른 제조방법과 마찬가지로, 광입출사측 단면(31)과 반사측 단면(33)을 경면 가공한 후에, 반사판(35)이 반사측 단면(33)에 대해 비스듬하게 되도록, 반사측 단면(33)과 반사판(35)의 반사면(37) 사이의 일부에 두께 15㎛의 스페이서(41)를 삽입하고, 그 간극에 광학 접착제를 충전하고, 반사판(35)을 고정하였다. 이 스페이서(41)의 두께는, 상술한 광학 바이어스점이 최적이 되도록 조정했다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 종래의 광변조소자(5)의 특성을 측정하였더니, 파선의 곡선(43)으로 나타내는 바와 같이, Vπ=5V, 광학 바이어스점(45)은 최대값 근방이었다. 한편, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광변조소자(39)의 특성을 측정한 결과, 도 3의 실선의 곡선(47)으로 나타내는 바와 같이, 광학 바이어스 점(49)은, 최대값으로부터 1/2의 위치까지 이동 수정되었다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광변조소자(51)는, 니오븀산 리튬으로 이루어진 기판(7)상에, Ti의 열 확산에 의해서 한 쌍의 분기 간섭형 광도파로(9, 53)를 형성하고 있다. 또한, 기판(7)상의 닫힌 제 1 및 제 2 분기로(11, 55) 및 (13, 57)을 갖는 분기 간섭형 광도파로(9, 53)의 이 제 1 및 제 2 분기로(11, 55) 및 (13, 57)의 근방에 변조용 전극(59)을 형성하고 있다.
변조용 전극(59)은, 광도파로(9, 53)의 각각의 분기로(11, 55) 및 (13, 57)을 덮고 이들을 따라서 뻗어 있는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4의 세로 부분 전극(61, 63, 65, 67)을 구비하고 있다. 또한, 변조용 전극(59)은, 제 1 및 제 3의 세로 부분 전극(61, 65)에 직교하도록, 제 1 및 제 3의 세로 부분 전극(61, 65)의 일단부를 접속하여, 기판(7)의 일측에서부터 타측을 향해 뻗어 있는 제 1 가로 부분 전극(69)을 구비하고 있다. 더욱이, 변조용 전극(59)은, 제 2 및 제 4 세로 부분 전극(63, 67)에 직교하도록, 제 2 및 제 4의 세로 부분 전극(65, 67)의 일단부와 반대측의 타단을 접속하여 기판(7)의 타측으로부터 일측을 향해 뻗어 있는 제 2 가로 부분 전극(71)을 구비하고 있다. 또, 제 1 가로 부분 전극(69)의 기판(7)의 일측 종점, 및 제 2 가로 부분 전극(71)의 기판(7)의 타측 종점에는, 단자부(73, 75)가 각각 형성되어 있다.
더욱이 기판(7)의 반사측 단면(33)에는, 스페이서(41)를 통해서, 반사면(37)을 구비한 반사판(35)이, 도시되지 않은 자외선 경화형 접착제 등에 의해, 접착되어 있으며, 반사측 단면과 반사면(37)과의 사이에 각도 θ를 형성하고 있다.
도 4의 광변조소자(51)의 반사판(35)의 경사 각도(θ) 역시 도 2의 광변조소자(39)와 마찬가지로 상기 식(2)에 의해 표현된다.
또한, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 있어서는, 니오븀산 리튬 기판 상에 티탄 확산 광도파로를 형성한 광변조소자에 대해서 설명했으나, 본 발명에서는 기판은 전기광학효과를 갖는 재료이면 되고, 니오븀산 리튬 이외에, 탄탈산 리튬 결정, PLZT, 갈륨 비소 결정(GaAs), InP 등의 반도체도 사용할 수 있다.
한편, 광도파로의 제작방법도 티탄 확산 이외에도, 에피텍셜막 성장 방법이나 양자(proton) 교환법도 이용할 수 있다.
또한, 스페이서의 재료는 치수 d를 보증하는 재료라면 어느 것이라도 좋지만, 바람직한 예로서 알루미나를 예로 들 수 있다.
이상, 설명한 바와 같이, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 광변조소자(39, 51)에 의하면 용이하게 광학 바이어스점을 제어하고, 감도 및 감도 직선성이 높은 광변조소자를 수율 좋게 얻을 수 있다.

Claims (9)

  1. 서로 대향하는 제 1 및 제 2 단면을 구비하고 전기광학효과를 나타내는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 제 1 및 제 2 분기로를 각각 구비하며 상기 제 1 및 제 2 단면에 입출사측 및 반사측이 각각 노출된 분기 간섭형 광도파로와, 상기 분기 간섭형 광도파로의 근방에 형성된 변조용 전극과, 상기 제 2 단면에 장착된 반사판을 구비한 광변조소자에 있어서,
    상기 반사판은, 상기 제 2 단면에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사판의 일측과 상기 제 2 단면과의 사이에 스페이서를 배치하고, 상기 제 2 단면과 상기 반사판과의 사이에 간극을 형성함과 동시에 상기 경사를 형성한 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 간극에 접착제가 충전되어 상기 제 2 단면, 상기 반사판, 및 상기 스페이서가 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 변조용 전극은, 상기 제 1 및 제 2 분기로의 적어도 일부를 덮고, 상기 분기로를 따라서 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 분기 간섭형 광도파로를 한 쌍 병렬로 배치하고, 상기 한 쌍의 분기 간섭형 광도파로의 각각의 제 1 및 제 2 분기로의 단부끼리를 상기 제 2 단면측에서 접속한 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은, 실질적으로 니오븀산 리튬, 탄탈산 리튬, PLZT, 및 GaAs 중의 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 분기 간섭형 광도파로는, 상기 기판에 금속의 열 확산, 에피텍셜막 성장, 양자 교환 중 어느 한 종류에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 기판은, 실질적으로 니오븀산 리튬으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 분기 간섭형 광도파로는, 상기 기판에 Ti의 열 확산에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
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