KR20010102484A - 압전 광 스위치 장치 - Google Patents

압전 광 스위치 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20010102484A
KR20010102484A KR1020017011221A KR20017011221A KR20010102484A KR 20010102484 A KR20010102484 A KR 20010102484A KR 1020017011221 A KR1020017011221 A KR 1020017011221A KR 20017011221 A KR20017011221 A KR 20017011221A KR 20010102484 A KR20010102484 A KR 20010102484A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
waveguide
output
piezoelectric
optical signal
mach
Prior art date
Application number
KR1020017011221A
Other languages
English (en)
Inventor
에릭 피. 테러조나
Original Assignee
알프레드 엘. 미첼슨
코닝 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from EP99401085A external-priority patent/EP1050773A1/en
Application filed by 알프레드 엘. 미첼슨, 코닝 인코포레이티드 filed Critical 알프레드 엘. 미첼슨
Publication of KR20010102484A publication Critical patent/KR20010102484A/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

본 발명의 압전 광 스위치(10)는 하나 또는 두개의 도파관 구조(20, 30)에 배열된 압전 리브(40)를 갖는 평면 마하-젠더 광학 장치를 포함한다. 상기 압전 리브(40)는 상기 도파관 구조를 변형시켜서 상기 도파관(20)의 광통로를 변경하는 스트레인 벡터를 생성한다. 상기 압전 리브(40)는 상기 도파관(20)에서의 전파 경로에서 오프셋 거리 만큼 떨어져 있다. 상기 압전 리브(40)를 도파관에서 멀리 안착시킴으로써, 전파 진행 방향에 수직 방향 즉, x-축 및 y-축과 같은 방향에 있어서 도파관의 전파 경로에서 스트레인 컴포넌트는 무시할 수 있다. 이러한 방향에서 스트레인은 복굴절을 생성하기 때문에 상기 스트레인의 제거는 복굴절을 최소화시킨다. 본 발명의 압전 스위치는 높은 소광비, 낮은 전력 소비 및, 압전 장치의 적은 스위칭 타임을 제공하는 것에 관한 것이다.

Description

압전 광 스위치 장치{PIEZOELECTRIC OPTICAL SWITCH DEVICE}
대역폭의 증가에 대한 요구만큼이나, 드라이브도 더 많은 정보처리 능력, 낮은 비용, 및 동력학적-재구성 광섬유 네트워크를 요구하고 있다. 이러한 흐름에 따라, 경제적인 면과 시스템 설계의 허용 범위 내에서 네트워크 엔지니어는 전기적인 영역에서 통상적으로 수행되어 왔던 임의의 네트워크 기능을 광 영역에서의 솔루션으로 바꾸는 방법을 모색하고 있다. 엔지니어들이 4 포트 광학 장치가 고장 허용, 신호 변조, 및 신호 루팅을 제공하여 섬유 네트워크에서 광범위하게 응용될 수 있다는 사실을 알게 된 것은 얼마 되지 않았다. 현재 열-광학 또는 전기-광학 기술을 이용한 집적 광학 장치는 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 장치는 높은 전력 소모와 낮은 스위칭 속도에 의한 결점을 갖고 있다.
4-포트 압전 광학 장치는 특히, 더 낮은 전력 소모, 감소된 스위칭 타임, 및 포토리소그래피(photolithography)와 같은 대량생산기술에 대한 적응력 때문에 관심을 모으고 있다. 모색된 한가지 접근법은 두꺼운 동축 압전 레드 지르코네이트티타네이트(lead zirconate titanate) 필름으로 섬유를 코팅하여 제조된 광 위상 변조기를 포함하는 것이다. 이러한 순환 대칭 인-라인 섬유 위상 변조기는 100㎑ 내지 25㎒의 주파수 영역에서 위상 변조를 제공한다. 상기 장치는 두꺼운 PZT 필름을 광섬유 주위에 장착하기 어렵기 때문에, 높은 감쇠와 낮은 압전기에서와 같이 효율이 나쁘다.
모색된 다른 접근법에서, 광섬유로 제조된 마하-젠더는 광 스위치를 형성하는데 사용된다. 이러한 설계에 있어서, 각 광섬유 레그(leg)는 압전 스트립에 직접 안착된다. 또한, 상기 설계는 여러 결점을 갖는다. 첫째, 상기 압전 스트립은 정류를 위해 높은 전압이 요구된다. 둘째, 섬유에 결합된 상기 스트립의 안착은 비대칭의 스트레스가 생성되는데, 이는 높은 복굴절을 파생시키는 간섭계 암(arms)에서 편파를 교란시키고 크로스-토크 수행을 감쇠시킨 섬유 축을 따라 생성된다. 결과적으로, 이러한 스위치를 사용할 때 편광이 요구된다.
또 다른 접근법에서, 변조기는 평면 도파관 장치에 압전 스트립을 적층함으로써 제조된다. 상기 압전 스트립은 낮은 전극과 높은 전극 사이에 압전 물질층을 끼워 넣음으로써 형성된다. 그리고 상기 압전 스트립은 직접 상기 도파관 위로 장치의 오버클래딩(overclad)에 부착된다. 그러나, 상기 압전 스트립이 가동될 때, 상기 파생된 스트레인 벡터는 강한 복굴절 결과를 생성하여 상기 장치의 출력에서 소광비를 상당히 감쇠시킨다.
따라서, 감소된 복굴절 특성, 높은 소광비, 낮은 전력 소모, 및 감소된 스위칭 타임을 갖는 4 포트 압전 광학 장치가 요구된다. 이러한 스위치는 비용면에서효과적이고, 대량생산기술에 적합한 설계여야 한다.
본 발명은 압전 광 스위치에 관한 것으로, 특히 낮은 복굴절(birefringence)과 높은 소광비(extinction ratio)를 갖는 평면 마하-젠더(Mach-Zehnder) 압전 광 스위치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 광 스위치의 개략도이고,
도 2는 본 발명에 따른 도파관 구조 위의 압전 리브 배열에 대한 상세도이며,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 압전 광 스위치의 개략도이며,
도 4는 본 발명에 대한 복굴절과 소광비 사이의 관계를 도시한 그래프이고,
도 5는 본 발명의 선택적인 실시예에 따른 압전 광 스위치의 개략도이며,
도 6은 크로스-토크를 줄이기 위하여 마하-젠더의 암을 기계적으로 절연하는데 사용되는 에칭된 그루브의 상세도이고,
도 7은 본 발명의 다른 선택적인 실시예에 따른 압전 광 스위치의 개략도이며,
도 8은 본 발명의 다른 선택적인 실시예에 따른 압전 광 스위치의 개략도이고,
도 9는 본 발명의 다른 선택적인 실시예에 따른 가변 감쇠 조정기를 특징짓는 압전 광학 장치의 개략도이며,
도 10은 본 발명의 다른 대안적인 실시예에 따른 광 변조기를 특징짓는 압전 광학 장치의 개략도이고,
도 11A 내지 도 11Q는 연속적인 제조 단계에서 본 발명의 압전 광 스위치의 순서를 도시한 개략도이다.
본 발명은 4 포트 압전 광 스위치로서, 실질적으로 복굴절 문제를 해결하고, 전술된 다른 문제들도 해결한다. 그렇게 하는데 있어서, 본 발명의 상기 압전 스위치는 낮은 전력 소모와 더불어 높은 소광비 및 압전 스위치 기술이 가능한 감소된 스위칭 타임을 제공한다. 본 발명의 평면 설계는 포토리소그래피와 같은 대량생산기술에 적합하고, 지능적인 광섬유 네트워크를 실행하기 위해 요구되는 고장 허용 기능과 신호 루팅를 위한 유망한 저비용의 솔루션을 제공한다.
본 발명의 한가지 특징은 전파 진행 방향으로 광 신호를 선택적으로 전달하는 광학 장치에 관한 것이고, 상기 광학 장치는 광 신호를 위한 전파 경로와 출력을 포함한다. 상기 광학 장치는 광 신호를 출력으로 전달하기 위한 압전 소자를 포함하며, 이는 상기 광학 장치에서 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트를 생성함으로써 이루어지며, 상기 압전 소자는 상기 전파 경로에 적절하게 배열되고, 이는 전파 진행 방향으로 정렬되어 있는 상기 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트 중 오직 하나의 컴포넌트만이 실질적으로 전파 경로에 존재하도록 하기 위함이다.
본 발명의 다른 특징은 전파 진행 방향으로 파장λ를 갖는 광 신호를 전달하기 위한 마하-젠더 광학 장치에 관한 것이다. 상기 광학 장치는 다음을 포함한다: 제1전파 경로, 굴절률 n, 제1길이 L1, 제1출력을 갖는 제1도파관을 포함하며, 여기서 상기 광 신호는 제1전파 경로를 따라 전파되고; 광 신호를 전달하기 위해 제1압전 리브를 포함하며, 이는 제1도파관에서 제1의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트를 생성함으로써 이루어지고, 제1압전 리브는 제1전파 경로에서 제1오프셋만큼 떨어진 곳에서 제1도파관에 배열되며, 이는 전파 진행 방향으로 정렬되어 있는 상기 제1의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트 중 오직 하나의 컴포넌트만이 제1전파 경로에 존재하도록 하기 위함이다.
본 발명의 또 다른 특징은 제1전파 경로, 굴절률 n, 제1길이 L1, 및 제1출력을 갖으며 제1도파관을 포함하는 광학 장치에서, 파장λ를 갖는 광 신호를 전파 진행 방향으로 전달하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 광 신호는 제1전파 경로를 따라 전파된다. 광 신호를 전달하는 방법은 다음 단계를 포함한다: 제1도파관에서 제1의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트를 생성하기 위해 제1압전 리브를 제공하는 단계로서, 제1압전 리브는 제1전파 경로에서 제1오프셋만큼 떨어진 곳에서 제1도파관에 배열되고, 이는 전파 진행 방향으로 정렬된 제1의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트 중 오직 하나의 컴포넌트만을 실질적으로 제1전파 경로에 존재하도록 하기 위함이며; 제2전파 경로, 굴절률 n, 제2길이 L2, 및 제2출력을 갖는 제1도파관에 인접하게 배열된 제2도파관을 제공하는 단계; 및 제1도파관을 선택적으로 변형하도록 제1압전 리브를 가동시키는 단계로서, 제1도파관 변형은 제1도파관에서 상기 제1의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트를 생성한다.
또 다른 특징으로, 본 발명은 광 신호를 전달하기 위해 사용된 광학 장치를제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 제조방법은 다음 단계를 포함한다: 기판을 형성하는 단계; 상기 기판에 도파관 코어층을 배치시키는 단계; 상기 도파관 코어층에서 제1도파관을 형성하는 단계로서, 제1도파관 구조는 제1전파 경로, 굴절률 n, 제1길이 L1, 및 제1축으로 특징지어 지고, 제1축은 실질적으로 제1길이와 제1전파 경로에 수직이며; 상기 도파관 코어층으로부터 제2도파관 구조를 형성하는 단계로서, 상기 제2도파관 구조는 제2전파 경로, 굴절률 n, 제2길이 L2, 및 제1축에 평행한 제2축으로 특징지어 지고; 상기 제1도파관 구조에 제1압전 리브를 배열하는 단계로서, 상기 제1압전 리브는 실질적으로 오프셋 의해 제1축에서 분리되어 있고 제1축과 평행한 제1리브 축을 갖으며; 제2도파관 구조에 제2압전 리브를 배열하는 단계로서, 제2압전 리브는 실질적으로 오프셋 의해 제2축에서 분리되어 있고 제2축과 평행한 제2리브 축을 갖으며 상기 오프셋 광학 장치에서 복굴절을 최소화시키기 위해 사용된다.
다른 특징으로, 본 발명은 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 광 신호를 선택적으로 전달하는 방법에 관한 것이며, 상기 광학 장치는 상기 제1출력에 연결된 적어도 하나의 코어를 갖는 적어도 하나의 도파관을 포함하고, 상기 광 신호는 전파 진행 방향으로 적어도 하나의 도파관을 따라 전파되며, 광 신호를 선택적으로 전달하는 상기 방법은 다음 단계를 포함한다: 적어도 하나의 도파관에서 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트를 유도함으로써 상기 광 신호를 제1출력에서 제2출력으로 스위칭하는 적어도 하나의 압전 소자를 제공하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 압전 소자는 결정된 위치에서 상기 적어도 하나의 도파관에 배열되며 이는 상기 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트 중 오직 하나의 컴포넌트만이 실질적으로 상기 적어도 하나의 코어에 존재하도록 하기 위함이고, 상기 제1컴포넌트는 전파 진행 방향으로 정렬된 스트레인 컴포넌트이며; 상기 적어도 하나의 압전 소자를 가동시켜서 상기 적어도 하나의 도파관에서 변형을 생성하게 하고, 상기 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트를 상기 적어도 하나의 도파관에서 생성되게 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가적 특징 및 장점은 하기된 상세한 설명과 첨부도면을 참조함으로써 명백해질 것이다. 이러한 설명은 발명자에게는 명백할 것이고, 본 명세서에서 설명된 발명의 실시예로써 알 수 있을 것이다.
전술한 광범위한 설명과 하기된 상세한 실시예는 단지 발명의 실시예일 뿐이고, 청구범위의 발명의 특성과 특징을 이해하기 위한 관점이나 개요를 제공하려 한다. 본 발명을 설명하기 위하여, 첨부된 도면이 도시되어 있고, 본 명세서의 일부로 구성된다. 본 도면들은 발명의 작동과 원리를 설명하기 위한 설명 방법과 함께, 발명의 한가지 이상의 실시예를 설명해 준다.
이하, 첨부 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 각 참조번호는 그 번호가 언급된 도면을 통해 사용된다. 본 발명의 압전 광 스위치의 실시예는 도 1에 도시되어 있고, 참조번호 10에 의해 나타난다.
본 발명에 따라, 소정의 출력으로 광 신호를 전달하는 광학 장치(10)는 압전 리브(40)를 포함한다. 압전 리브(40)는 적어도 하나의 도파관의 코어를 변형함으로써 상기 광통로 길이를 변경하여 광 신호를 전달한다. 상기 변형은 데카르트 좌표 시스템의 각 x, y, 및 z 축에서 컴포넌트를 갖는 3차 스트레인 벡터를 생성한다. 상기 z-축은 전파의 진행 방향이다. 상기 코어로부터 결정된 오프셋 위치에서 도파관에 압전 리브(40)를 안착함으로써, 전파의 진행 방향에 직교하는 상기 스트레인 컴포넌트 x, y는 무시할 수 있는 수준으로 줄어든다. 또한, 이러한 방향에서 스트레인이 복굴절을 형성하기 때문에, 상기 스트레인에서의 감소는 상기 복굴절의 감소가 된다. 오직 남아있는 스트레인만이 전파의 진행 방향이고, z-축에서 스트레인은 복굴절은 생성하지 않는다. 복굴절은 광학 장치(10)의 출력에서 소광비를 감쇠시키기 때문에 상기 복굴절의 소거 및 감소는 상당히 바람직하다.
따라서, 복굴절 문제를 해결함으로써, 본 발명은 높은 소광비를 갖는 광 스위치를 제공한다. 본 발명의 또 다른 이점은 낮은 전력 소모와 빠른 스위칭 타임이며, 이는 압전 효과에 의한 것이다. 더구나, 본 발명의 평면 설계는 포토리소그래피와 같은 대량생산기술에 적합하고, 따라서 지능적인 광섬유 네트워크를 실행하기 위해 요구되는 고장 허용 기능과 신호 루팅를 위한 유망한 저비용의 솔루션을 제공한다.
도 1에 도시된 실시예로서, 본 발명의 제1실시예에 따라 압전 광 스위치(10)의 개략도는 도파관(20)과 도파관(30)에 의해 형성된 평면 방향성 커플러(100)를 포함한다. 압전 리브(40)는 도파관 코어(22)(도 2 참조)에서 결정된 오프셋 거리 "d"만큼 떨어진 곳에서 도파관 구조(20)에 배열된다. 압전 리브(40)는 길이 Lπ를 갖으며, 상기 길이는 도파관(20)과 도파관(30) 사이에 π라디안 위상차를 생성하기에 충분한 길이이다.
도 2에 도시된 실시예로서, 본 발명에 따라 도파관 구조(20)에 압전 리브(40)의 배열에 대한 상세도이다. 직교 좌표 시스템은 성분 방향을 묘사하기 편리한 수단으로써 도 2에서 제공되고, 본 명세서에서 사용 된다. 압전 리브(40)는 높은 전극(42)과 낮은 전극(44)을 포함한다. 전극(42) 및 전극(44)은 액추에이터(50)에 연결된다. 압전 리브(40)는 도파관 코어(22)를 이등분하는 도파관 축에서 오프셋 거리 "d"만큼 떨어진 도파관 구조(20)의 오버클래드(24)에 배열된다. 도파관 구조(20)는 오버클래드(24)와 코어(22)를 포함한다. 전파의 진행 방향은 z-축임을 명시한다.
도파관 구조(20) 및 도파관 구조(30)는 잘 알려져 있는 형태이지만, 약 1.45 굴절률를 갖는 석영 유리를 사용하여 제조된 도파관의 예로서 도시된다. 중합체 및 그 밖의 다른 물질이 사용될 수 있다는 것은 본 기술분야에서 통상적인 기술의 하나로써 명백할 것이다. 코어(22)의 외형은 정사각형, 직사각형, 사다리꼴, 원형, 또는 반원 형태를 가질 수 있다. 상기 코어의 치수는 상기 광 신호의 파장에 의해 좌우되고, 상기 도파관은 상기 신호 파장에서 싱글 모드를 확보하도록 설계된다. 코어(22)는 상기 모드를 가두고 전파 손실을 제한하도록 설계된 두께를 갖는 오버클래드(24)에 의해 감싸진다.
압전 리브(40)는 잘 알려져 있는 형태이지만, 예로서 레드 지르코네이트 티타네이트(PZT) 또는 징크 옥사이드(ZnO: zinc oxide) 층을 도시하며, 이는 약 3㎛ 내지 300㎛의 범위의 두께, 약 20㎛ 내지 300㎛의 범위의 폭, 및 약 2㎜ 내지 3㎝의 범위의 길이를 갖는다. 상기 압전 리브의 치수 변화는 여러가지 요인에 의해 좌우되며, 압전 리브(40)가 생성되도록 요구되는 위상 변이량을 포함한다.압전 리브(40)는 PZT 또는 ZnO 졸겔 용액 및 에닐링의 코팅 침전물을 스핀함으로써 생성된다. 압전 리브(40)의 치수 및 배열의 더 상세한 설명은 하기에 설명될 것이다.
액추에이터(50)는 잘 알려져 있는 형태이지만, 예로서 2개의 이산 전압을 압전 리브(40)에 공급할 수 있는 전압기를 도시한다. 제1이산 전압은 몇 볼트의 수치이다. 정확한 전압은 요구된 위상 변이에 의해 좌우된다. 제2전압은 거의 그라운드 수준이다. 3dB 커플러를 지닌 마하-젠더는 실제로 존재하지 않는다는 것은 본 기술분야에서 통상적인 기술의 하나로써 명백할 것이다. 따라서, 액추에이터(50)가 압전 리브(40)에 공급하는 실제적인 전압은 마하-젠더에서 결점에 의해 생성된 위상 변화를 보상하는 바이어스 전압을 포함한다. 이러한 "튜닝(tuning)"은 소정의 위상차를 개선하도록 도파관의 UV 노출에 의해 불변하게 행해질 수 있다.
네트워크 인터페이스(60)는 광학 장치(10)을 라인 레벨 및 로직 프로토콜에 의하여 임의의 네트워크 환경에 적용되도록 한다. 또한, 네트워크 인터페이스(60)는 상기 네트워크에 다시 고장 정보를 송신하도록 구성된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 광학 장치(10)의 동작은 다음과 같다. 제1가동 상태에서, 네트워크 인터페이스는 광 신호를 도파관(30)의 츨력으로 전달하기 위한 명령을 수신한다. 네트워크 인터페이스(60)는 액추에이터(50)를 작동시키고, 압전 리브(40)는 전류를 차단한다. 도시된 바와 같이 광 신호는 방향성 커플러(100)로 전달되고, 신호 전력은 도파관(30)으로 전송된다. 제2가동 상태에서, 상기 네트워크 인터페이스는 광학 장치(10)로 전달되는 명령을 수신하여 모든 광 신호를 도파관(20)의 출력으로 전달한다. 따라서, 네트워크 인터페이스(60)는 액추에이터(50)를 작동시키고, 압전 리브(40)에 적절한 전압을 공급한다. 압전 리브(40)는 도파관 구조(20)를 팽창 및 변형시키고 도파관(20)에 스트레인을 유도한다. 상기 변형에 의해 야기된 유도 스트레인은 굴절률 및 도파관(20)의 길이를 변경시킨다. 이러한 요인 모두는 도파관(20)에서 광통로 길이의 변화에 원인이 된다. 도파관(20)과 도파관(30) 사이에 π라디안 위상차가 생기고, 광은 더이상 도파관(30)으로 커플되지 않는다. 이와 같이, 광학 장치(10)는 스위치 역할을 하고 상기 광 신호는 도파관(20)을 통해 장치(10)에서 빠져 나간다. 전술된 바와 같이 소정의 위상차를 생성하는 굴절률 변화을 생성하기 위해 요구된 스트레인량이 상기 전압량을 좌우한다 것은 본 기술분야에서 통상적인 기술의 하나로써 명백할 것이다.
본 발명의 동작 원리는 치수, 전력 요구량, 및 변형과 스트레인에 의한 압전 리브(40)의 안착과 도파관(20) 및 도파관(30)에서 유도된 파생된 위상 변이 사이의 관계를 설정하며 다음과 같다. 입력 광 신호 필드 Ein, 도파관(20)과 도파관(30) 사이의 위상차 △Φ, 출력 신호 필드 Eout일 때, 다음 관계가 성립한다:
마하-젠더(100)의 전송은 입력 세기와 출력 세기의 비율로써 정의된다. 따라서, [수학식 1]로부터:
를 알 수 있고, 도파관(20)과 도파관(30) 사이의 위상차 △Φ는:
과 같이 표현되며, 여기서 λ는 파장, n은 장치(10)에서 전파되는 모드의 유효 굴절률, 및 L은 커플러(112)와 커플러(114) 사이의 도파관(20)과 도파관(30)의 길이를 나타낸다. d(nL)은 도파관(20)과 도파관(30) 사이의 nL의 차이를 나타낸다.
전술된 바와 같이, 액추에이터(50)가 압전 리브(40)에 전압을 제공할 때, 상기 전압의 크기와 위상에 의해 확장 또는 축소된다. 상기 압전 리브(40)의 확장 및 측소는 도파관(20)을 변형시키고, 굴절률 및 길이에서 변화를 일으키게 한다. 상기 굴절률 변화는 다음으로써 스트레인에 관련된다:
여기서, nx는 x-축의 편광 굴절률(도 3참조), ny는 y-축의 편광 굴절률, εx, εy, 및 εz= dL/L 는 각각 x, y, z 축으로 서로 수직인 스트레인 컴포넌트이다. p11, p12는 광탄성 계수이고, 도파관을 제조하는데 사용되는 물질에 의해 변한다. 통상적으로 도파관(20)과 도파관(30) 사이의 위상차 △φ는 x-축 및 y-축에서의 광 신호에 대한 편파 컴포넌트와는 다르며, 따라서:
[수학식 6] 및 [수학식 7]로부터, π라디안 위상차를 생성하도록 요구된 압전 리브(40)의 길이는 다음과 같이 계산될 수 있다:
광 신호의 파장과 사용된 물질에 따라, Lπ는 약 2㎜ 내지 3㎝의 범위를 갖는다. 압전 리브(40)의 폭 및 두께의 허용 범위는 다양한 폭 및 두께를 갖는 PZT 리브와 별개의 오버클래드 두께를 갖는 도파관 구조와 함께 전파의 진행 방향 εz에서 스트레인을 비교함으로써 결정된다. 따라서, 허용 결과로서, 상기 압전 리브(40)의 두께는 약 3㎛ 내지 300㎛의 범위를 갖고, 그 폭은 약 20㎛ 내지 300㎛의 범위를 갖는다. 오버클래드의 깊이는 신호의 파장에 의해 좌우되며, 상기 모드를 가두고 전파 손실을 제한할 만큼 충분해야 한다.
또한, [수학식 6] 및 [수학식 7]로부터, 복굴절에 의한 위상차의 편파 의존은 명백하다. 상기 복굴절의 주요 영향은 소광비를 낮게 하는 것이다. 예를 들면, 도파관(20)의 츨력에서 상기 소광비는 "온(ON)"상태 대 "어프(OFF)"상태로 언급된다. 이론상으로 "어프(OFF)"상태에서 광 신호는 도파관(20)에 존재하지 않아야 한다. 따라서 소광비는 광 신호의 누설을 측정한다. 또한, 명백하게 도파관(30)의 출력은 측정되어야 한다. 상기 소광비가 낮다면, 꺼져 있는 도파관의 출력을 통해 장치(10)의 외부로 과다한 양의 빛이 누설된 것을 의미한다. 상기 장치(10)의 복굴절이 낮음으로써, 소광비는 향상된다.
도 3은 복굴절과 소광비의 관계를 도시한 그래프이다. 복굴절의 한가지 측정 단위는 Q-값이다. 가장 위에 있는 곡선은 무한 Q-값에 따른 비-복굴절(non-birefringent) 마하-젠더를 도시한다. 그 하측 곡선은 약 5의 Q-값을 갖는 10dB의 소광비를 갖는 장치를 도시한다. 상기 Q-값은 16보다 더 높아야 하는데, 이는 최소 20dB의 소광비를 갖기 위함이다. 상기 Q-값은 다음 식에 의한 두 편파에 대한 굴절률에서의 차이에 관한 것이다:
매개변수 dnx와 dny는 상기 압전 리브(40)에 의해 유도된 스트레스에 의해 생성된 굴절률 변화량이다. [수학식 6] 및 [수학식 7]은 도파관 dL/L의 길이의 변화와 전파 진행 방향 εz에서 스트레인에 대한 변형 컴포넌트에 의해 유도된 굴절률 변화를 말한다. 따라서, 복굴절은 각각 x-축 및 y-축에서 스트레인 컴포넌트 εx와 εy를 소거함으로써 상당히 최소화 할 수 있다. 이는 본 발명에 의해 해결될 수 있고, 이는 전파의 경로와 코어(22)의 중심 축(도 3 참조)에서 결정된 오프셋만큼 떨어진 곳에 압전 리브(40)를 배열함으로써 가능하다. 가동 시점에서, 압전 리브의 지리적인 위치는 스트레인 컴포넌트 εx, εy를 최소화시킨다; 그러나, 스위칭 기능은 도파관의 길이 및 굴절률에 변화를 가하기 위해 εz를 사용함으로써 유지된다.
오프셋 거리를 위한 최적의 범위는 길이 Lπ, 약 100㎛의 폭, 및 20㎛의 두께를 지닌 PZT 리브를 갖는 마하-젠더를 이용한 오프셋 거리의 함수로써 Q-값(복굴절에 역수로 비례함)을 맵핑하여 결정된다. 이러한 조건하에서 상기 구성에서 오프셋 거리를 위한 최적의 값은 약 100㎛이다. 일반적으로, 상기 오프셋 거리는 약 λ/4n와 동일하다.
도 4에서 도시된 실시예와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 압전 광 스위치(10)의 개략도는 도파관(20)과 도파관(30)에 의해 형성된 평면 마하-젠더(100)를 포함한다. 압전 리브(40)는 도파관 코어(22)(도 2 참조)에서 오프셋 거리 "d"만큼 떨어진 곳에서 도파관 구조(20)에 배열된다. 압전 리브(40)는 Lπ와 동일한 길이를 갖는다. 압전 리브(40)는 액추에이터(50)에 전기적으로 연결된다. 액추에이터(50)는 네트워크 인터페이스(60)에 연결되며, 상기 네트워크 인터페이스는 네트워크 명령을 수신하고 적절하게 액추에이터(50)를 가동시킨다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 광학 장치(10)의 동작은 다음과 같다. 제1가동 상태에서, 상기 네트워크 인터페이스는 명령을 수신하여 상기 광 신호를 도파관(30)의 출력으로 전달한다. 네트워크 인터페이스(60)는 액추에이터(50)를 가동시키고, 압전 리브(40)는 전류를 차단한다. 도시된 바와 같이 광 신호는 마하-젠더(100)으로 전달된다. 상기 광 신호의 절반은 3dB 커플러(112)에 의해 도파관(30)으로 커플된다. 본 기술분야에서 통상적인 하나의 기술로서, 도파관(20)과 도파관(30) 사이에 위상차가 존재하지 않을 때, 최적의 3dB 커플러를 갖는 대칭 마하-젠더는 크로스 상태에서 작동하고, 상기 광 신호가 도파관(30)의 출력을 통해 장치(10)을 빠져 나간다.
제2상태에서, 상기 네트워크 인터페이스는 명령을 수신하여 상기 광 신호가 도파관(20)의 출력을 통해 광학 장치(10)를 빠져나가게 한다. 따라서, 네트워크 인터페이스(60)는 액추에이터(50)를 가동시켜서 압전 리브(40)로 π라디안 위상차를유도하기 위해 필요한 전압을 공급한다. 압전 리브(40)는 도파관(20)에서 스트레인을 유도하여 도파관 구조(20)를 확장 및 변형시킨다. 상기 변형에 의해 야기된 유도된 스트레인은 상기 굴절률 및 도파관(20)의 길이를 변화시킨다. 이러한 요인 모두는 도파관(20)에서 전파될 때 따르는 광 신호를 광통로 길이에서 변하게 하는데 원인을 제공한다. 요구된 전압량은 소정의 위상차를 생성하는 굴절률 변화를 생성하도록 요구된 스트레인량에 의해 좌우된다는 것은 본 기술분야에서는 명백할 것이다. 상기 위상차는 압전 소자(40)를 가동시키기 위해 요구되는 전계의 크기를 결정한다. 압전 리브(40)에 공급된 전압은 도파관(20)과 도파관(30) 사이에 π라디안 위상차를 설정한다. 따라서, 광학 장치(10)는 스위치되고, 상기 광 신호는 도파관(20)을 통해 장치(10)에서 빠져나간다.
본 발명의 제3실시예에서, 도 5에서 도시된 바와 같이, 압전 마하-젠더 광 스위치(10)의 개략도는 도파관(20)과 도파관(30)에 의해 형성된 평면 마하-젠더(100)를 포함한다. 압전 리브(40)는 상기 도파관(20)에서 오프셋 거리"d"만큼 떨어진 곳에서 도파관 구조(20)에 배열된다. 또한, 다른 압전 리브(70)는 오프셋 거리"d"만큼 떨어진 곳에서 도파관 구조(30)에 배열된다. 또한, 압전 리브(40)과 압전 리브(70)은 각각 도파관(20) 및 도파관(30)의 내부 면에 배열될 수도 있다. 제1실시예뿐만 아니라 도 2 및 오프셋 거리"d"에 대한 논의는 이러한 실시예에 적용된다. 압전 리브(40)는 액추에이터(50)에 전기적으로 연결되고, 압전 리브(70)는 액추에이터(52)에 전기적으로 연결된다. 액추에이터(50) 및 액추에이터(52)는 네트워크 인터페이스(60)에 의해 직렬로 연결되어 가동된다.
각 리브의 필요한 위상 변이량에 따라 압전 리브(40)과 압전 리브(70)의 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있음을 당업자는 명백하게 알 수 있을 것이다. 본 발명의 제2실시예에서, 스위칭 기능은 도파관(30)에서 제2압전 리브(70)를 안착함으로써 도파관(20)과 도파관(30) 사이에 형성된다. 제1실시예에 따라, 도파관(20)과 도파관(30) 사이의 π라디안의 전체 위상차는 상기 광 신호를 도파관(20)의 출력으로 스위치하도록 제공된다. 그러나, 압전 리브(70)의 사용은 압전 리브(40)가 양의 위상 변이를 제공하고 압전 리브(70)가 음의 위상 변이를 제공함으로써 "푸시-풀(push-pull)"의 효과의 사용을 가능케한다. 따라서, 압전 리브(40)은 +π/2 라디안 위상 변이를 제공해야 하고, 압전 리브(70)는 -π/2 라디안 위상 변이를 제공해야만 한다. 각 압전 리브가 제공되도록 요구되는 위상 변이가 π라디안에서 π/2 라디안으로 줄었기 때문에, 각 리브의 길이 또한 약 1/2로 줄어들 수 있고:
이고, 여기서이다. 기계적인 크로스-토크와 관련된 문제를 피하기 위해, 압전 리브(40) 및 압전 리브(70)는 500㎛의 최소 거리에 의해 분리되어야 한다. 상기 권고되는 분리 거리는 500㎛ 내지 1000㎛이다. 이는 상기 장치의 크기와 크로스토크 사이를 서로 상쇄한다.
도 6에 도시된 실시에서, 본 발명의 선택적인 실시예는 도파관(20)과도파관(30) 사이에서 에칭된 그루브(80)를 포함한다. 상기 에칭된 그루브(80)는 상기 마하-젠더(100)의 절연된 암(20) 및 암(30)에 의해 기계적인 크로스-토크를 줄어들게 해준다.
본 발명의 동작 원리는 도 1 및 도 2에 도시된 제1실시예와 관련하여 전술된 것과 본질적으로 동일하며, 폭, 두께, 전력 요구량, 및 도파관(20)과 도파관(30)에서 유도된 위상 변이 및 상기 스트레인에 관련한 압전 리브(40)과 압전 리브(70)의 안착을 설정한다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3실시예에 따른 광학 장치(10)의 동작은 다음과 같다. 제1가동 상태에서, 상기 네트워크는 상기 광 신호를 도파관(30)의 출력으로 전달하도록 한다. 마하-젠더(100)로 송신된 광 신호의 절반은 3dB 커플러에 의해 도파관(30)으로 커플된다. 도파관(20) 및 도파관(30) 사이에 위상차가 존재하지 않을 때, 최적의 3dB 커플러(112) 및 커플러(114)를 지닌 대칭 마하-젠더는 크로스 상태에서 동작할 것이고, 상기 광 신호는 도파관(30)의 출력으로 나갈 것이다. 따라서, 네트워크 명령을 수행하는 동안, 네트워크 인터페이스(60)는 액추에이터(50) 및 액추에이터(52)를 가동시키고, 압전 리브(40) 및 압전 리브(70)으로 공급된 상기 전압은 0 볼트로 떨어진다. 전술된 바와 같이 최적의 3dB 커플러를 지닌 마하-젠더는 실제로 존재하지 않는다는 것은 본 기술분야에서 통상적인 기술의 하나로써 명백할 것이다. 각 스위치 상태에서, 액추에이터(50) 및 액추에이터(52)는 각각 압전 리브(40)과 압전 리브(70)에 미세한 바이어스 전압과 함께 공칭 전압을 제공하며, 이는 상기 마하-젠더의 결함에 의해 생성된 미세한 위상 변화를 보상하기 위함이다.
제2가동 상태에서, 상기 네트워크 인터페이스는 상기 광 신호를 도파관(20)의 출력으로 전달하도록 명령을 받는다. 따라서, 네트워크 인터페이스(60)는 액추에이터(50) 및 액추에이터(52)를 가동시킨다. 액추에이터(50)는 압전 리브(40)에 양의 전압을 제공하고, 액추에이터(52)는 대략 압전 리브(70)과 같은 크기의 음의 전압을 공급한다. 압전 리브(40)는 도파관 구조(20)가 변형될 때 확장될 것이다. 압전 리브(70)는 도파관 구조(30)가 변형될 때 축소될 것이다. 상기 변형은 도파관(20) 및 도파관(30)에 스트레인을 가하여 그 경로 길이를 변화시킨다. 도파관(20)에서 상기 경로 길이 변화는 약 +π/2 라디안 위상 변이를 일으키고, 반면에 도파관(30)에서 상기 경로 길이 변화는 약 -π/2 라디안 위상 변이를 일으킨다. 따라서, 도파관(20)과 도파관(30) 사이에 π라디안 위상차, 또는 π라디안의 홀수배가 형성되고, 상기 광 신호는 도파관(20)의 출력으로 전달된다. 물론, 전압의 편파는 같은 결과를 가져오도록 반대로 뒤집어 질 수 있다. 그러나, 상기 전압은 반대 극성을 가져야만 한다.
본 발명의 다른 선택적인 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 압전 리브(40)는 도파관(20)의 외부에 배열된 외측 압전 스트립(46), 및 도파관(20)의 내부에 배열된 내측 압전 스트립(48)으로 구성된다. 압전 리브(70)는 도파관(30)의 외부에 배열된 외측 압전 스트립(72), 및 도파관(30)의 내부에 배열된 내측 압전 스트립(74)으로 구성된다. 내측 압전 스트립(48) 및 내측 압전 스트립(74)는 최소 500㎛의 거리로 떨어져 있고, 이는 도 7에 도시된 전술된 바와 같이 500㎛ 내지1000㎛의 권고된 분리 범위내의 거리이다. 이것은 크로스-토크와 장치 크기 사이를 상쇄시킨다. 또한, 도 6에 도시된 에칭된 그루브가 본 실시예에서 사용된다. 액추에이터(50)는 압전 스트립(46) 및 압전 스트립(48)에 연결되고, 그들에게 동일한 전압을 공급해 준다. 액추에이터(52)는 압전 스트립(72) 및 압전 스트립(74)에 연결되고, 그들에게 동일한 전압을 공급해 준다. 네트워크 인터페이스(60)는 액추에이터(50) 및 액추에이터(52)에 연결되고, 그것을 직렬로 연결하여 가동시킨다.
각각이 제공하도록 요구되는 위상 변이량에 따르는 본 발명의 압전 리브(40) 및 압전 리브(70)의 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있음을 당업자는 명백하게 알 수 있을 것이다. 도파관(20)과 도파관(30)의 양쪽면에 각각 압전 스트립(46, 48, 72, 74)를 안착함으로써, 압전 리브의 길이는 제1실시예에 따른 4개의 요인과 제2실시예에 따른 2개의 요인에 의해 줄어들 수 있다. 따라서, [수학식 10]에서,이다.
전술된 변화를 제외하고, 도 7에서 광 스위치(10)는 도 5에 도시된 실시예와 같은 방법으로 동작하고, 따라서, 그 동작에 대한 설명을 되풀이 하진 않을 것이다.
다른 선택적인 실시예에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 압전 광 스위치(10)의 개략도는 도파관(20)과 도파관(30)에 의해 형성된 마하-젠더(100)를 포함한다. 압전 리브(40)는 상기 도파관 코어(22)에서 오프셋 거리 만큼 떨어진 곳에서 도파관 구조(20)에 배열된다. 다른 압전 리브(70)는 상기 코어에서 오프셋 거리 만큼 떨어진 곳에 배열된 도파관 구조(30)에 배열된다. 도 2에 따른 오프셋 거리에 대한 논의는 본 실시예에서 매우 잘 적용된다. 압전 리브(40)는 액추에이터(50)에 전기적으로 연결된다. 압전 리브(70)는 액추에이터(52)에 전기적으로 연결된다. 액추에이터(50) 및 액추에이터(52)는 네트워크 인터페이스(60)에 연결되고, 직렬로 연결되어 가동된다.
액추에이터(50) 및 액추에이터(52)는 잘 알려져 있는 형태이지만, 예로서 3개의 이산 전압을 압전 리브(40) 및 압전 리브(70)에 공급할 수 있는 전압기를 도시한다. 이러한 실시예는 상기 실시예에 따라 전술된 기술과 유사한 "푸시-풀" 효과를 이용한다. 정류는 반대 극성을 갖는 전압을 지닌 압전 리브(40)과 압전 리브(70)를 가동시킴으로써 영향을 미친다. 따라서, 상기 전압기는 액추에이터(52)가 -V를 공급하고 액추에이터(50)가 +V를 공급하도록 직렬로 동작한다. 액추에이터(50)가 -V를 공급할 때, 액추에이터(52)는 +V를 공급한다. 액추에이터(50)이 거의 그라운드일 때, 액추에이터(52)도 거의 그라운드이다. 전술된 바와 같이, 공칭 전압 V은 소정의 위상차 및 상기 압전 리브의 크기와 같은 다양한 요인에 의해 좌우된다. 복수개의 전압 조합은 필요하다면 도파관(20)과 도파관(30) 사이의 광 신호를 분리시키는 데 사용된다는 것은 본 기술분야에서 통상적인 기술의 하나로써 명백할 것이다.
각각이 제공하도록 요구되는 위상 변이량에 따라 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있음을 당업자는 명백하게 알 수 있을 것이다. 도 8에서, 도파관(20)은 도파관(30)보다 △L=L2-L1거리 만큼 더 짧으며, 이는 λ= 1.55㎛이고일 때, 약 250㎛이다. 도파관(20)과 도파관(30) 사이의 상기 경로 길이의 차는 도파관(20)과 도파관(30) 사이에 π/2 라디안 위상차를 형성한다. 따라서, 도파관(20)과 도파관(30) 사이에 π라디안 위상차 변이 또는 0 위상 변이를 형성하기 위하여, 각 압전 소자(40) 및 압전 소자(70)는 오직 π/4 라디안 위상 변이를 생성하도록 요구된다. 압전 리브(40)과 압전 리브(70)이 제공해야 하는 위상 변이가 π라디안에서 π/4 라디안으로 줄어들기 때문에, 상기 길이는 약 4에 의해 줄어들 수 있다. 따라서, [수학식 10]은 압전 리브(40)과 압전 리브(70)의 길이 L(π/4)로 계산할 수 있고, 여기서이다. 이러한 실시예가 1개의 압전 리브 또는 4개의 압전 리브를 사용함으로써 수행될 수 있다는 것을 당업자는 명백하게 알 수 있을 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있음을 당업자는 명백하게 알 수 있을 것이다. π/2 라디안 위상차를 제공하기 위해 상기 경로 길이의 차를 설계하는 대신, 상기 경로 길이 차는 불변의 π라디안 위상차를 제공하도록 설계될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 압전 리브가 가동되지 않을 때, 광학 장치(10)는 크로스-상태보다는 바(bar) 상태에서 동작한다. 이러한 설계는 스위치가 크로스-상태보다 바 상태에서 사용될 때 더 흥미로울 것이다.
이전의 실시예에 따라 전술된 바와 같이, 기계적인 크로스-토크와 관련되 문제를 피하기 위해, 압전 리브(40)과 압전 리브(70)는 최소 거리 500㎛로 떨어져 있어야 한다. 상기 권고된 분리 범위는 500㎛ 내지 1000㎛이다. 전술된 바와 같이,상기 분리 범위는 크로스-토크와 장치 크기 사이를 상쇄한다. 또한, 도 6에서 도시된 에칭 그루브는 이러한 실시예에서 사용될 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 광학 장치(10)의 동작은 다음과 같다. 제1가동 상태에서, 상기 네트워크는 상기 광 신호를 도파관(20)의 출력으로 전달하도록 광학 장치에 명령한다. 따라서 네트워크 인터페이스(60)는 액추에이터(50) 및 액추에이터(50)를 가동시킨다. 액추에이터(50)는 압전 리브(40)에 양의 결정된 전압을 공급한다. 액추에이터(52)는 압전 리브(70)에 같은 크기의 음의 전압을 공급한다. 압전 리브(40)는 도파관(20)을 변형시키고, 약 π/4 라디안 위상 변이가 생성된다. 압전 리브(70)는 도파관(30)을 변형시키고, 약 -π/4 라디안 위상 변이가 생성된다. 실제 위상 변이는 MZ1에서의 고유 결함에 의해 좌우된다는 것을 당업자는 명백하게 알 수 있을 것이다. 상기 위상 변화는 미세하게 서로 다르다. 도파관(20)과 도파관(30) 사이에는 π라디안의 전체 위상차가 필요하다. 그러는 동안, 광학 장치(10)는 정류되고, 상기 광 신호는 도파관(20)의 출력을 통해 상기 장치에서 빠져 나간다.
도 8에서 도시된 제2가동 상태에서, 액추에이터(50) 및 액추에이터(52)는 그들 각각의 압전 리브(40), 압전 리브(70)에 약 0 볼트를 공급한다. 전술된 바와 같이, 도 8에서 비대칭 마하-젠더는 도파관(20)과 도파관(30) 사이에 약 π/2 라디안의 고유 위상차를 갖으며 제조된다. 따라서, 압전 리브(40) 및 압전 리브(70)가 각각 도파관(20)과 도파관(30)을 변형시키지 않을 때, 고유의 π/2 라디안 위상차는 상기 광 신호를 동일하게 도파관(20)과 도파관(30)의 출력 사이로 분리시킨다. 이러한 상태에서, 상기 광학 장치(10)는 3dB 스플리터이다.
제3가동 상태에서, 상기 네트워크 인터페이스(60)는 상기 광 신호를 도파관(30)의 출력으로 전달하도록 명령을 받는다. 네트워크 인터페이스(60)는 음의 전압을 압전 리브(40)에 공급하도록 액추에이터(50)를 가동시킨다. 유사한 방법으로, 액추에이터(52)는 대략 같은 크기의 양의 전압을 압전 리브(70)에 공급한다. 압전 리브(40)는 도파관(20)를 변형시키고, 약 -π/4 라디안 위상 변이를 생성한다. 압전 리브(70)는 도파관(30)를 변형시키고, 약 +π/4 라디안 위상 변이를 생성한다. 이러한 가동 상태에서, 압전 리브(40)와 압전 리브(70)에 의해 생성된 상기 위상 변이는 그들의 경로 길이 차에 의해 야기된 도파관(20)과 도파관(30) 사이의 고유의 π/2 위상차를 상쇄시킨다. 따라서, 도파관(20)과 도파관(30) 사이에는 위상차가 존재하지 않으며, 상기 광 신호는 권고된 바와 같이 도파관(30)의 출력으로 전달된다.
다른 선택적인 실시예에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 압전 가변 감쇠기(10)의 개략도는 도파관(20)과 도파관(30)에 의해 형성된 마하-젠더(100)를 포함한다. 압전 리브(40)는 상기 도파관 코어(22)에서 오프셋 거리 만큼 떨어진 곳에서 도파관 구조(20)에 배열된다. 도 2에 따라 상기 오프셋 거리의 논의는 동일하게 이러한 실시예에 매우 잘 적용된다. 압전 리브(40)는 액추에이터(50)에 전기적으로 연결된다.
액추에이터(50)는 잘 알려져 있는 형태이지만, 예로서 연속적인 전압의 범위상에서 상기 전압을 다양하게 변화시키기 위한 가변 전압기를 도시한다.도파관(20) 또는 도파관(30)의 출력에서 상기 광 신호의 전력 레벨은 액추에이터(50)에 의해 공급된 전압 레벨에 비례하여 다양하게 조정된다는 것을 당업자는 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서, 가변 감쇠기(10)는 연속적인 범위에서 상기 전압을 변화시킴으로써 수행된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 감쇠기(10)의 동작은 다음과 같다. 제1실시예에 의해 전술된 바와 같이, 압전 리브(40)가 전류를 차단한다면, 대칭 마하-젠더(100)에서 상기 광 신호의 전파는 도파관(30)의 출력으로 전달될 것이다. 도파관(30)을 통한 임의의 레벨로 감쇠된 광 출력 명령 지시를 수신할 때, 네트워크 인터페이스(60)는 상기 명령을 해석하여 그것을 액추에이터(50)에 의해 제공된 범위내의 전압 레벨로 번역한다. 액추에이터(50)은 지시된 상기 전압 레벨을 압전 리브(40)에 공급한다. 그 결과로, 압전 리브(40)는 도파관 구조(20)를 확장 및 변형시키며, 이는 굴절률과 도파관(20)의 길이를 변화시킨다. 따라서, 상기 광 신호의 일부는 도파관(30)의 출력에서 방향을 전환하여 도파관(20)의 출력으로 다시 전달된다. 상기 전압이 증가함에 따라, 더 많은 신호가 도파관(30)에서 방향을 전환하고, 그로 인해 감쇠된다. 액추에이터(50)가 결정된 전압을 압전 리브(40)에 공급할 때, 도파관(20)과 도파관(30) 사이에 π라디안 위상차가 형성된다. 이러한 상태에 있어서, 도파관(30)에서의 출력은 완전히 감쇠된다. 따라서, 액추에이터(50)에 의해 공급된 전압은 상기 감쇠량에 비례한다.
다른 선택적인 실시예에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 압전 가변 필터(10)의 개략도는 도파관(20)과 도파관(30)에 의해 형성된 마하-젠더(100)를 포함한다.도파관(20)은 도파관(30)보다 △L=L2-L1거리 만큼 더 짧으며, 이는 약 200㎛이다. 압전 리브(40)는 상기 도파관 코어(22)에서 오프셋 거리 만큼 떨어진 곳의 도파관 구조(20)에 배열된다. 도 2에 따른 오프셋 거리에 대한 논의는 동일하게 이러한 실시예에서 매우 잘 적용된다. 압전 리브(40)는 액추에이터(50)에 전기적으로 연결된다.
도 10에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 가변 필터(10)의 동작은 다음과 같다. 두 암 사이의 위상 변화는:
로써 표현된다. 굴절률 n은 파장에 의해 좌우되기 때문에, 그 파생물인 n△L 또한 파장에 의해 좌우된다. △L 값이 클 때, 상이한 파장 사이에서 큰 위상차가 발생한다. 예를 들면, 압전 리브(40)가 가동하지 않는 제1가동 상태에서, λ1=1554.5㎚에서의 광에 대한 위상차는 없고, λ2=1558.5㎚에서의 광에 대하여는 π위상차가 존재한다. 따라서, λ1은 간섭이 발생하기 않지만, λ2는 파괴적인 간섭을 일으킬 것이다. 제2가동 상태에서, 압전 리브(40)는 도파관(20) 및 도파관(30) 사이에 π위상차를 유도한다. 전술된 파장 의존도 때문에, 상이한 파장에서의 감쇠는 변화될 것이고, λ2는 간섭되지 않고, λ1은 파괴적인 간섭에 의해 파괴될 것이다.
도 11A 내지 도 11Q는 연속적인 제조 단계에서 본 발명의 압전 광 스위치의순서에 따른 개략도이다. 도 11A에서 기판(100)이 형성된다. 기판(100)은 잘 알려져 있는 형태이지만, 예로서 석영 유리로 형성된 기판을 도시한다. 도 11B는 기판(100)에 침전된 버퍼층(112)를 도시한다. 버퍼층(112)은 잘 알려져 있는 형태이지만, 예로서 석영 유리로 형성된 층을 도시한다. 도 11C는 버퍼층(112)에 침전된 코어층(114)을 도시한다. 코어층(114)은 잘 알려져 있는 형태이지만, 예로서 버퍼층(112)보다 더 높은 굴절률 n을 갖는 석영 유리로 형성된 층을 도시한다. 도 11A 내지 도 11C에서 도시된 제조 단계는 중합체, 공중합체, 단량체, 또는 그 밖의 적절한 물질을 사용하여 실현될 수 있다는 것을 당업자는 명백히 알 수 있을 것이다. 도 11D 내지 도 11H는 도파관 구조(20)와 도파관 구조(30)를 형성하는 포토리소그래피 공정을 도시한다. 마스크(116)는 코어층(114) 위로 침전되고, 도파관 구조(20, 30)의 패턴은 상기 마스크의 조도에 의해 코어층(114)을 옮긴다. 도 11G에 도시된 에칭 공정은 과다한 코어 물질을 제거한다. 도 11H에서, 오버클래드층(24)은 도파관 구조(20, 30) 위에 침전된다. 도 11I 내지 도 11N은 도파관 구조(20)에 형성된 압전 리브(40)을 도시한다. PZT 또는 ZnO 층은 하부 전극(44)에 침전된다. 상기 PZT의 치수는 전술된 바와 같은 범위내에서 변화될 것이다. 도 11P에서, 피그테일(pigtails)(18)은 광 접촉을 제공하기 위해 도파관(20, 30)에 연결된다. 마지막으로 도 11Q에서, 상기 압전 리브 전극은 패킹한 광 유닛(118)에 배열된 커넥터에 배선된다.
본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않는 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있음을 당업자는 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위에 속하는 본 발명의 변형, 변경 및 그 등가물을 포함한다.

Claims (67)

  1. 광 신호를 선택적으로 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 광학 장치에 있어서, 상기 광학 장치는
    전파하는 방향에 있는 적어도 하나의 도파관을 따라 광 신호를 전파하고, 제1출력에 연결된 적어도 하나의 코어를 갖는 적어도 하나의 도파관; 및
    상기 적어도 하나의 도파관에 있는 다수의 서로 수직인 스트레인 컴포턴트를 유도함으로써 제1출력에서 제2출력으로 광 신호를 스위칭하는 적어도 하나의 압전 소자를 포함하되, 상기 적어도 하나의 압전 소자는 상기 다수의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트 중 오직 제1컴포넌트만이 상기 적어도 하나의 코어 내에 실질적으로 존재하도록 하기 위해 미리 결정된 위치에 있는 상기 적어도 하나의 도파관 상에 배열되고, 상기 제1컴포넌트는 상기 전파하는 방향에 정렬된 스트레인 컴포넌트인 것을 특징으로 하는 광 신호를 선택적으로 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 광학 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미리 결정된 위치는 적어도 하나의 코어에서 복굴절 값을 실질적으로 무시할 수 있도록 하게 하는 것을 특징으로 하는 광 신호를 선택적으로 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 광학 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 도파관은 제1도파관 및 제2도파관을 포함하여 광학 커플러를 형성하는 것을 특징으로 하는 광 신호를 선택적으로 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 광학 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 도파관은 제1도파관 및 제2도파관을 포함하여 마하-젠더 장치를 형성하는 것을 특징으로 하는 광 신호를 선택적으로 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 광학 장치.
  5. 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치에 있어서,
    제1출력에 연결된 제1코어, 굴절률 n, 제1길이 L1및 제1출력을 갖고, 광신호가 전파하는 방향에 있는 상기 제1코어에서 전파하는 제1도파관; 및
    상기 제1도파관에서 제1의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트를 생성함으로써 제1출력과 제2출력 사이로 광 신호를 스위칭하는 제1압전 리브를 포함하되, 상기 제1압전 리브는 상기 제1의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트 중 오직 제1컴포넌트만이 실질적으로 상기 제1코어에 존재하도록 하기 위해 상기 제1코어로부터 제1의 미리 결정된 오프셋거리에서 상기 제1도파관 상에 배열되고, 상기 제1컴포넌트는 상기 전파하는 방향에 평행한 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1결정된 위치는 제1코어에서 복굴절 값을 실질적으로 무시할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    제2출력에 연결된 제2코어, 굴절률 n, 제2길이 L2를 갖고, 상기 제2코어는 전파하는 방향으로 광 신호를 전파하는 제1도파관에 인접하게 배열된 제2도파관; 및
    제1압전 리브가 제1도파관 변형을 일으키도록 제1압전 리브에 연결되며, 상기 제1도파관 변형은 제1도파관에서 제1의 다수의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트를 생성하는 제1액추에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  8. 제7항에 있어서, 제1도파관 변형은 제1도파관과 제2도파관 사이의 위상차를 야기하며, 상기 위상차는 다음 방정식에 의해 특징지워지되, 상기 방정식은:
    이고, 여기서 dn은 굴절률 n의 변화량이고 dL1은 길이 L1의 변화량인 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는마하-젠더 광학 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 광 신호는 x축에서 제1극성을 갖는 컴포넌트 및 y축에서 제2극성의 컴포넌트를 포함하되, 상기 x축, y축, z축은 직각 좌표 시스템의 서로 수직 축이고, 상기 z축은 전파 진행 방향인 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  10. 제9항에 있어서, 제1의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트는 다음 방정식과 같이 굴절률 n의 변화량과 관련되며, 상기 방정식은:
    , 및
    이고, 여기서 dnx는 제1극성을 갖는 컴포넌트에 대한 굴절률 변화량이고, dny는 제2극성을 갖는 컴포넌트에 대한 굴절률 변화량이며, p11과 p12는 편광탄성 계수이고,,및=dL1/L1은 제1의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트이며, dL1는 제1길이 L1의 변화량인 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  11. 제10항에 있어서, 제1도파관 변형은 다음 방정식에 따라 제1도파관과 제2도파관 사이의 제1극성을 갖는 컴포넌트 위상 변화량및 제2극성을 갖는 컴포넌트 위상 변화량를 설정하되, 상기 방정식은:
    및,
    이고, 여기서 Kx와 Ky는 비치수 계수이고 제1의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트의 함수인 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  12. 제10항에 있어서, 제1코어에서 제1복굴절 값은 하기 표현에 의해 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트에 관한 것이되, 상기 표현은:
    이고, 여기서 Q는 상기 제1복굴절 값에 역비례한 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1의 미리 결정된 오프셋 거리는 약 λ/4n임을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  14. 제12항에 있어서, 제1출력과 제2출력은 Q가 16보다 더 클때 적어도 20dB인 소광비를 갖는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  15. 제5항에 있어서, 제1도파관 변형은 제1도파관과 제2도파관 사이에 π라이안의 위상차를 설정하여 광 신호가 제1출력으로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 광 신호는 제1도파관 변형이 없을 때, 제2출력으로 전달되는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  17. 제15항에 있어서, 제1액추에이터는 결정된 전압을 제1압전 리브에 공급하기 위해 제1압전 리브에 연결된 전압원인 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 제1압전 리브는 하기 방정식에 따라 π라디안 위상 변이에 상응하는 제1리브 길이 Lπ를 갖되, 상기 방정식은:
    이고, 여기서 Kx와 Ky는 비치수 계수이고 제1의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트의 함수인 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  19. 제18항에 있어서, Lπ는 약 2㎜ 내지 3㎝의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  20. 제18항에 있어서, 제1압전 리브의 폭은 약 20㎛ 내지 300㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  21. 제18항에 있어서, 제1압전 리브의 두께는 약 30㎛ 내지 300㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  22. 제5항에 있어서,
    상기 제2의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트 중 오직 제2컴포넌트만이 실질적으로 상기 제2코어에 존재하도록 하기 위해 상기 제2코어에서 제2의 미리 결정된 오프셋거리 만큼 떨어진 곳에서 상기 제2도파관에 제2압전 리브를 배열하고, 상기 제2컴포넌트는 상기 전파 진행 방향에 평행하며, 상기 제2도파관에서 제2의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트를 생성함으로써 제1압전 리브와 함께 제1출력과 제2출력 사이로 광 신호를 스위칭하는 제2압전 리브; 및
    제2도파관 변형은 제2도파관에서 제2의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트를 생성하며, 제2압전 리브가 제2도파관 변형을 일으키도록 제2압전 리브에 연결된 제2액추에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  23. 제22항에 있어서, 제1길이 L1은 실질적으로 제2길이 L2와 같은 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  24. 제23항에 있어서, 제1결정된 전압을 제1액추에이터에 공급함으로써 제1도파관 변형을 일으키고, 상기 제1결정된 전압에 대해 반대 극성를 갖는 제2결정된 전압을 제2액추에이터에 공급함으로써 제2도파관 변형을 일으키는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제1도파관 변형은 제1도파관에서 제1위상 변이를 형성하고 제2도파관 변형은 제2도파관에서 제2위상 변이를 형성하며, 제1위상 변이와 제2위상 변이 사이의 위상차는 약 π라디안 또는 π라디안의 홀수배와 같은 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  26. 제23항에 있어서, 제1도파관과 제2도파관이 변형되지 않고 광 신호가 제2출력으로 전달될 때, 위상차는 거의 0 라디안인 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  27. 제23항에 있어서, 상기 제1압전 리브의 길이와 제2압전 리브의 길이는 동일하고, 다음 방정식에 따라 π/2 라디안 변이에 상응하는 리브 길이 L(π/2)를 갖되, 상기 방정식은:
    이고, 여기서 α는 약 0.5와 동일한 비례 상수이고, λ는 파장이며, Kx와 Ky는 각각 제1파장와 제2파장에서 제1의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트와 제2의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트에 대한 비치수 계수인 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  28. 제22항에 있어서, 제1길이 L1과 제2길이 L2는 동일하지 않으며, 제1도파관과 제2도파관 사이에 π라디안 위상차를 생성하는 경로 길이 차이를 형성하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  29. 제22항에 있어서, 제1길이 L1과 제2길이 L2은 동일하지 않으며, 제1도파관과 제2도파관 사이에 π/2 라디안 위상차를 생성하는 경로 길이 차이를 형성하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 경로 길이 차이는 약 250㎚인 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  31. 제28항에 있어서, 양의 결정된 전압을 제1액추에이터에 공급함으로써 제1도파관 변형이 일어나고, 음의 결정된 전압을 제2액추에이터에 공급함으로써 제2도파관 변형이 일어나는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  32. 제31항에 있어서, 제1도파관 변형은 제1도파관에서 약 +π/4의 위상 변이를 유도하고, 제2도파관 변형은 제2도파관에서 약 -π/4의 위상 변이를 유도하여, 광 신호가 제1출력으로 전달되도록 제1도파관 구조와 제2도파관 구조 사이에 π라디안의 위상차를 일으키는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  33. 제31항에 있어서, 음의 결정된 전압을 제1액추에이터에 공급함으로써 제1도파관 변형이 일어나고, 양의 결정된 전압을 제2액추에이터에 공급함으로써 제2도파관 변형이 일어나는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  34. 제33항에 있어서, 제1도파관 변형은 제1도파관 구조에서 약 -π/4의 위상 변이를 유도하고, 제2도파관 변형은 제2도파관 구조에서 약 +π/4의 위상 변이를 유도하여, 상기 경로 길이 차이에 의해 설정된 제1도파관과 제2도파관 사이의 π/2 라디안 위상차를 소거함으로써 상기 광 신호가 제2출력으로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는마하-젠더 광학 장치.
  35. 제31항에 있어서, 제1도파관과 제2도파관은 변형되지 않으며, 광 신호가 제1출력과 제2출력으로 실질적으로 동일하게 분할되어 전달되는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  36. 제31항에 있어서,
    상기 제1압전 리브와 제2압전 리브는 다음 방정식에 따라 π/4 라디안 변이에 상응하는 리브 길이 L(π/4)를 갖되, 상기 방정식은:
    이고, 여기서 α는 약 0.25와 동일한 비례 상수이고, Kx와 Ky는 각각 제1파장와 제2파장에서 제1의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트와 제2의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트에 대한 비차원 계수인 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  37. 제22항에 있어서, 제1압전 리브는,
    실질적으로 제1오프셋과 동일한 제1도파관 거리의 외측면에 안착된 제1외부 압전 스트립; 및
    실질적으로 제1오프셋과 동일한 제1도파관 거리의 내측면에 안착된 제1내부 압전 스트립을 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  38. 제37항에 있어서, 제2압전 리브는,
    실질적으로 제2오프셋과 동일한 제2도파관 구조의 외측면에 안착된 제2외부 압전 스트립; 및
    제1내부 압전 스트립과 제2내부 압전 스트립 사이의 거리는 실질적으로 500 미크론 내지 1,000 미크론의 범위이고, 실질적으로 제2오프셋과 동일한 제2도파관 거리의 내측면에 안착된 제2내부 압전 스트립을 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  39. 제5항에 있어서, 제1액추에이터는 제1압전 리브에 연결된 가변 전압원이며, 광 신호의 양에 비례하는 전압을 제1출력으로 공급하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  40. 제39항에 있어서, 상기 전압은 0 볼트에서 제1결정된 전압양 사이의 연속적인 범위에서 가변적인 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  41. 제40항에 있어서, 0 볼트는 상기 광 신호의 최대 감쇠량이고, 상기 제1결정된 전압양은 상기 광 신호의 최대 전송량인 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  42. 제5항에 있어서, 제2출력에서 제1출력을 기계적으로 절연시키기 위해 제1출력과 제2출력 사이에 에칭된 그루브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  43. 제5항에 있어서, 제1길이 L1과 제2길이 L2는 약 200 미크론 경로 길이 차이를 갖고, 상기 경로 길이 차이는 다음 방정식과 동일한 위상 변수를 유도하며, 상기 방정식은:
    이고, 여기서 △L은 L1-L2인 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  44. 제43항에 있어서, 제1압전 리브가 가동되지 않을 때 제1파장을 갖는 제1광 신호는 출력되고, 제1압전 리브가 가동될 때 제2파장을 갖는 제2광 신호가 출력되는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 마하-젠더 광학 장치.
  45. 파장 λ를 갖는 광 신호를 제1출력에 연결된 제1코어, 굴절률 n, 제1길이 L1을 갖는 제1도파관을 포함하는 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 방법에 있어서, 광 신호는 전파 방향으로 상기 제1코어에 의해 전파되며, 상기 광신호를 전달하는 방법은
    제1의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트 중 오직 제1컴포넌트만이 실질적으로 제1코어에 존재하도록 하기 위하여 제1압전기 리브는 제1코어에서 제1결정된 오프셋 거리 만큼 떨어진 곳에서 제1도파관에 안착되고, 제1컴포넌트는 전파 진행 방향에 평행하며, 제1도파관에서 제1의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트를 생성하기 위해 제1압전 리브를 제공하는 단계;
    상기 광 신호를 전파 진행 방향으로 전파하는 제2출력에 연결된 제2코어, 굴절률 n, 제2길이 L2, 및 제2출력을 갖는 제1도파관에 인접하게 제2도파관을 안착시키는 단계; 및
    상기 제1의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트를 제1도파관에서 생성하도록 하기 위해 제1도파관 변형을 생성하도록 상기 제1압전 리브를 가동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 방법.
  46. 제45항에 있어서, 상기 제1압전 리브를 가동시키는 단계는 제1도파관과 제2도파관 사이에 π라디안의 위상차를 유도하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 방법.
  47. 제45항에 있어서, 상기 제1압전 리브를 가동시키는 단계가 수행되지 않을 때 상기 광 신호는 제2도파관 구조를 빠져나가는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 방법.
  48. 제45항에 있어서,
    제2의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트 중 오직 제2컴포넌트만이 실질적으로 제2코어에 존재하도록 하기 위하여 제2압전 리브가 제2코어로부터 제2결정된 오프셋 거리에서 제2도파관에 안착되고, 제2컴포넌트는 전파 진행 방향에 평행하며, 제2도파관에서 제2의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트를 생성하기 위해 제2압전 리브를 제공하는 단계; 및
    상기 제2의 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트를 제2도파관에서 생성하도록 하기 위해 제2도파관 변형을 생성하도록 상기 제2압전 리브를 가동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 방법.
  49. 제48항에 있어서, 상기 제1압전 리브를 가동시키는 단계는 양의 결정된 전압을 제1압전 리브에 공급하는 단계를 포함하고, 상기 제2압전 리브를 가동시키는 단계는 음의 결정된 전압을 제2압전 리브에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 방법.
  50. 제49항에 있어서, 상기 제1압전 리브를 가동시키는 단계는 제1도파관 구조에서 약 -π/2 라디안의 위상 변이를 발생시키고, 상기 제2압전 리브를 가동시키는 단계는 제2도파관 구조에서 약 -π/2 라디안의 위상 변이를 발생시키는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 방법.
  51. 제49항에 있어서, π라디안 또는 π라디안의 홀수배의 위상차는 제1도파관과 제2도파관 사이에서 발생되고, 상기 광 신호를 제1출력으로 전달시키는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 방법.
  52. 제48항에 있어서, 제1도파관과 제2도파관이 변형되지 않을 때 제1도파관과 제2도파관 사이에는 위상차가 발생하지 않고, 상기 광 신호는 제2출력으로 전달되는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 방법.
  53. 제48항에 따라서, 제1길이 L1과 제2길이 L2는 동일하지 않고, 제1도파관 구조와 제2도파관 구조 사이에서 약 π/2 라디안 위상차를 생성하는 경로 길이 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 방법.
  54. 제53항에 있어서, 제1압전 리브를 가동시키는 단계는 결정된 양의 전압을 제1압전 리브에 공급함으로써 상기 광 신호를 제1도파관 구조에서 약 +π/4 라디안 위상 변이를 일으키는 단계를 포함하고, 제2압전 리브를 가동시키는 단계는 결정된 음의 전압을 제2압전 리브에 공급함으로써 상기 광 신호를 제2도파관 구조에서 약 -π/4 라디안 위상 변이를 일으키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 방법.
  55. 제32항에 있어서, 제1도파관 구조와 제2도파관 구조 사이에 π라디안 또는 그 홀수배의 위상차가 존재하여 상기 광 신호를 제1도파관 구조를 통해 광학 장치에서 빠져나가도록 하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 방법.
  56. 제53항에 있어서, 상기 제1압전 리브를 가동시키는 단계는 결정된 음의 전압을 제1압전 리브에 공급함으로써 상기 광 신호를 제1도파관 구조에서 약 -π/4 라디안 위상 변이를 일으키는 단계를 포함하고, 상기 제2압전 리브를 가동시키는 단계는 양의 전압을 제2압전 리브에 공급함으로써 상기 광 신호를 제2도파관 구조에서 약 +π/4 라디안 위상 변이를 일으키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 방법.
  57. 제56항에 있어서, 상기 π/2 는 소거되고, 제1도파관과 제2도파관 사이에는 위상차가 존재하지 않으며, 상기 광 신호는 제2출력으로 전달되는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 방법.
  58. 제53항에 있어서, 제1압전 리브를 가동시키는 단계와 제2압전 리브를 가동시키는 단계가 수행되지 않으며, 상기 광 신호는 실질적으로 동일하게 분할되어 각각 제1출력과 제2출력으로 전달되는 것을 특징으로 하는 파장 λ를 갖는 광 신호를 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 전달하는 방법.
  59. 기판상에 광학 장치를 제조하는 방법에 있어서, 상기 광학 장치는 광 신호를 전달하는데 사용되고, 상기 제조방법은
    제1도파관 구조는 제1코어, 굴절률 n, 제1길이 L1을 포함하며, 상기 기판에도파관 코어층을 배치시키고 상기 도파관 코어층으로부터 제1도파관을 형성하는 단계;
    제2도파관 구조는 제2코어, 굴절률 n, 제2길이 L2을 포함하며, 상기 도파관 코어층으로부터 제2도파관 구조를 형성하는 단계;
    제1결정된 오프셋 거리는 제2코어에서 제2결정된 오프셋 거리 만큼 떨어진 곳에서 상기 제1도파관에서의 복굴절 값을 최소화시키고, 제2결정된 오프셋 거리는 제2도파관에서의 복굴절 값을 최소화시키며, 상기 제1코어에서 제1결정된 오프셋 거리 만큼 떨어진 곳에서 상기 제1도파관 구조에 제1압전 리브를 안착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상의 광학 장치 제조방법.
  60. 제59항에 있어서, 제1압전 리브를 안착하는 단계는,
    실질적으로 제1오프셋과 동일한 제1도파관 구조 거리의 외측면에 제1외부 압전 스트립을 안착하는 단계; 및
    실질적으로 제1오프셋과 동일한 제1도파관 거리의 내측면에 제1내부 압전 스트립을 안착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상의 광학 장치 제조방법.
  61. 제60항에 있어서, 제2압전 리브를 안착하는 단계는,
    실질적으로 상기 오프셋과 동일한 제2도파관 구조 거리의 외측면에 제2외부압전 스트립을 안착하는 단계; 및
    실질적으로 상기 오프셋과 동일한 제2도파관 거리의 내측면에 제2내부 압전 스트립을 안착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상의 광학 장치 제조방법.
  62. 제61항에 있어서, 상기 제1외부 압전 스트립, 상기 제2외부 압전 스트립, 상기 제1내부 압전 스트립, 상기 제2내부 압전 스트립은 실질적으로 50 미크론 내지 200 미크론 사이의 범위의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 기판상의 광학 장치 제조방법.
  63. 제62항에 있어서, 제1내부 압전 리브와 제2내부 압전 리브 사이의 거리는 실질적으로 500 미크론 내지 3,000 미크론의 범위내인 것을 특징으로 하는 기판상의 광학 장치 제조방법.
  64. 제59항에 있어서, 상기 제1압전 리브 또는 제2압전 리브 또는 둘 모두는 레드 지르코네이트 티타네이트(PZT) 또는 징크 옥사이드(ZnO)로 구성된 그룹에서 선택된 물질 또는 여러 물질로 형성된 압전 원료로 제조되는 것을 특징으로 하는 기판상의 광학 장치 제조방법.
  65. 제59항에 있어서, 제1도파관 구조 또는 제2도파관 구조 또는 둘 모두는 석영, 중합체 또는 공중합체로 구성된 그룹에서 선택된 물질 또는 여러 물질로 형성된 원료로 제조되는 것을 특징으로 하는 기판상의 광학 장치 제조방법.
  66. 제59항에 있어서, 제1도파관 구조는 제1단면 형태를 갖고, 제2도파관 구조는 제2단면 형태를 갖으며, 상기 제1단면 형태와 상기 제2단면 형태는 정사각형, 직사각형, 사다리꼴, 원형, 또는 반원 형태인 것을 특징으로 하는 기판상의 광학 장치 제조방법.
  67. 광 신호를 제1출력에 연결된 적어도 하나의 코어를 갖는 적어도 하나의 도파관을 포함하는 광학 장치의 제1출력 또는 제2출력으로 선택적으로 전달하는 방법에 있어서, 상기 광 신호는 전파 진행 방향으로 상기 적어도 하나의 도파관을 따라 전파하며, 상기 광신호를 선택적으로 전달하는 방법은
    상기 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트 중 오직 제1컴포넌트만이 적어도 하나의 코어에 존재하도록 하기 위해 적어도 하나의 압전 소자는 결정된 위치에서 적어도 하나의 도파관에 안착되고, 상기 제1컴포넌트는 전파 진행 방향으로 정렬된 스트레인 컴포넌트이며, 적어도 하나의 도파관에서 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트를 유도함으로써 광 신호를 제1출력에서 제2출력으로 스위칭하는 적어도 하나의 압전 소자를 제공하는 단계; 및
    상기 다수개의 서로 수직인 스트레인 컴포넌트를 적어도 하나의 도파관에서 생성되도록 하기 위해 상기 적어도 하나의 도파관에서 변형을 생성하도록 적어도하나의 압전 소자를 가동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 신호를 선택적으로 전달하는 방법.
KR1020017011221A 1999-03-04 2000-03-06 압전 광 스위치 장치 KR20010102484A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP99401085.8 1999-03-04
EP99401085A EP1050773A1 (en) 1999-05-04 1999-05-04 Piezoelectric optical switch device
PCT/US2000/005832 WO2000052518A1 (en) 1999-03-04 2000-03-06 Piezoelectric optical switch device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20010102484A true KR20010102484A (ko) 2001-11-15

Family

ID=8241966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020017011221A KR20010102484A (ko) 1999-03-04 2000-03-06 압전 광 스위치 장치

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2003530580A (ko)
KR (1) KR20010102484A (ko)
CA (1) CA2363766A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111480106A (zh) * 2017-10-26 2020-07-31 深圳源光科技有限公司 激光雷达光源

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003530580A (ja) 2003-10-14
CA2363766A1 (en) 2000-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6453086B1 (en) Piezoelectric optical switch device
KR102427251B1 (ko) 집적 광학 기반의 광 응력 위상 변조기
US5313535A (en) Optical path length modulator
CA2164993C (en) Integrated optical devices utilizing magnetostrictively, electrostrictively or photostrictively induced stress
US7155083B2 (en) Monolithic waveguide/MEMS switch
US6501875B2 (en) Mach-Zehnder inteferometers and applications based on evanescent coupling through side-polished fiber coupling ports
US20030035611A1 (en) Piezoelectric-optic switch and method of fabrication
US5862276A (en) Planar microphotonic circuits
US20030031445A1 (en) Method and system for reducing dn/dt birefringence in a thermo-optic PLC device
EP0415386A2 (en) Optical waveguide circuit with intersections
KR20020064909A (ko) 평면 도파관 및 셔터 액츄에이터를 포함하는 광학 스위치
EP0234127A1 (en) Optical coupler
US5539850A (en) Polarization and wavelength independent optical waveguide tap
US20060023993A1 (en) Directional optical coupler
EP0877284B1 (en) Acousto-optic silica optical circuit switch
US6445845B1 (en) Optical switch
JPH0660982B2 (ja) 導波形マツハ・ツエンダ光干渉計
EP1293823B1 (en) Optical switch comprising two non-coplanar arrays of optical waveguides
KR20010102484A (ko) 압전 광 스위치 장치
KR20170095891A (ko) 스트레스에 동조된 평면 광파회로 및 이를 위한 방법
WO2001038923A1 (en) Optical mach-zehnder switch with movable phase shifter
US6968105B2 (en) Waveguide-type optical device and optical switch
US6563965B1 (en) Analog optical switch using an integrated Mach-Zehnder interferometer having a moveable phase shifter
MXPA01008950A (en) Piezoelectric optical switch device
US4969701A (en) Integrated electro-optical modulator/commutator with pass-band response

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid