KR20040017535A - Low voltage optical modulator using substrate with low dielectric constant - Google Patents

Low voltage optical modulator using substrate with low dielectric constant Download PDF

Info

Publication number
KR20040017535A
KR20040017535A KR1020020049650A KR20020049650A KR20040017535A KR 20040017535 A KR20040017535 A KR 20040017535A KR 1020020049650 A KR1020020049650 A KR 1020020049650A KR 20020049650 A KR20020049650 A KR 20020049650A KR 20040017535 A KR20040017535 A KR 20040017535A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dielectric constant
layer
substrate
optical waveguide
linbo
Prior art date
Application number
KR1020020049650A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이한영
양우석
김우경
Original Assignee
전자부품연구원
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
Application filed by 전자부품연구원 filed Critical 전자부품연구원
Priority to KR1020020049650A priority Critical patent/KR20040017535A/en
Publication of KR20040017535A publication Critical patent/KR20040017535A/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction
    • G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction in an optical waveguide structure

Abstract

PURPOSE: A low voltage optical modulator using a substrate of low permittivity is provided to minimize phase velocity matching and characteristic impedance matching between a laser beam and an RF data signal by minimizing the thickness of a LiNbO3 layer. CONSTITUTION: A substrate(30) of low permittivity is formed of a material having the permittivity lower than the permittivity of LiNbO3. A LiNbO3 layer(31') is formed on the substrate. An optical waveguide is formed on the LiNbO3 layer and is branched into two optical waveguides(11,12) at an input waveguide. The branched optical waveguides are combined with each other to be extended to an output waveguide. A buffer layer(32) is formed on the optical waveguide and the LiNbO3 layer. A positive electrode(23) is formed on the buffer layer of one of the branched optical waveguides for receiving an RF data signal. A first ground electrode(22) is separated from one side of the positive electrode and is formed on the buffer layer of the other branched optical waveguide. A second ground electrode(24) is separated from the other side of the positive electrode and is formed on the buffer layer.

Description

저 유전율 기판을 이용한 저전압 광 변조기{Low voltage optical modulator using substrate with low dielectric constant}Low voltage optical modulator using substrate with low dielectric constant

본 발명은 저 유전율 기판을 이용한 저전압 광 변조기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LiNbO3층보다 낮은 유전율을 갖는 기판의 상부에 LiNbO3층을 형성하여 LiNbO3층의 두께를 최소화시켜, 레이저광과 RF 데이터 신호간의 위상속도 정합 및 특성임피던스 정합을 최적화시키고, 구동전압을 낮추고 변조영역의 길이를 줄일 수 있고, RF 데이터 신호의 전파 손실 및 광도파 손실을 최소화할 수 있으며, 광대역 주파수 특성이 왜곡되는 현상을 방지할 수 있는 저 유전율 기판을 이용한 저전압 광 변조기에 관한 것이다.The present invention relates to a low voltage light modulator with a low dielectric constant substrate, and more particularly, to form the LiNbO 3 layer on top of the substrate having a lower dielectric constant than the LiNbO 3 layer by minimizing the thickness of the LiNbO 3 layer, the laser light and RF It is possible to optimize phase velocity matching and characteristic impedance matching between data signals, reduce driving voltage, reduce modulation area length, minimize propagation loss and optical waveguide loss of RF data signal, and distortion of wideband frequency characteristics. It relates to a low voltage optical modulator using a low dielectric constant substrate capable of preventing.

최근, 초고속 정보통신 시대가 열리면서 통신망을 통해 주고 받는 정보량이 폭발적으로 증가하여 기존의 통신망을 대체할 새로운 통신망과 기술이 필요하게 되었고, 이를 위한 기술과 소자들이 연구되고 있다.Recently, as the high-speed information communication era opens, the amount of information exchanged through the communication network has exploded, and a new communication network and technology to replace the existing communication network are needed, and technologies and devices for this are being studied.

따라서, 초고속 광통신용 기술의 연구방향은 인터넷과 멀티미디어의 기하급수적인 발달로 인해 광통신 시스템의 고속화와 대용량화에 대한 요구를 충족시키기 위한 방향으로 진행되어 가고 있다.Therefore, the research direction of ultra-high speed optical communication technology is progressing toward meeting the demand for high speed and high capacity of optical communication system due to the exponential development of the Internet and multimedia.

광통신 시스템의 고속화를 위해서, 가장 중요한 소자가 광변조기와 광흡수기이다.For high speed optical communication systems, the most important elements are optical modulators and light absorbers.

광변조기란 전기적 신호를 광신호로 바꾸어주는 소자이고, 광흡수기는 변조된 광신호를 다시 전기신호로 바꾸어주는 소자이다.An optical modulator is an element that converts an electrical signal into an optical signal, and an optical absorber is an element that converts a modulated optical signal back into an electrical signal.

도 1은 종래의 마하 젠더(Mach-Zender)형 광변조기의 개략적인 평면도로써, 마하 젠더 광변조기(100)는 광도파로를 개재하여 구성하고 있고, 이 광도파로는 레이저광이 입력되는 입력 광도파로(10)와; 이 입력 광도파로(10)와 연장되고, 'Y'분기되어 각각 분리된 제 1과 2 분기 광도파로(11,12)와; 상기 제 1과 2 분기 광도파로(11,12)가 다시 결합되어 연장되는 출력 광도파로(13)로 이루어져 있다.1 is a schematic plan view of a conventional Mach-Zender optical modulator. The Mach-Zender optical modulator 100 is configured through an optical waveguide, and the optical waveguide is an input optical waveguide into which laser light is input. 10; First and second branch optical waveguides 11 and 12 extending from the input optical waveguide 10 and separated by 'Y' branching; The first and second branch optical waveguides 11 and 12 are coupled to each other and formed as an output optical waveguide 13.

그리고, 도 1의 A-A'선 절단면도인 도 2를 더 참조하여 상세히 설명하면, 상기 광도파로의 하부에는 LiNbO3기판(31)이 형성되어 있고, 상부에는 버퍼층(32)으로 실리콘 산화막(SiO2)이 형성되어 있으며, 상기 제 1 분기 광도파로(11) 상측의 버퍼층 상부에는 양극 전극(23)이 형성되고, 상기 제 2 분기 광도파로(12) 상측의 버퍼층 상부에는 상기 양극 전극(23)의 일측면과 이격되어 제 1 그라운드 전극(22)이 형성되며, 상기 양극 전극(23)의 타측면과 이격된 버퍼층(32) 상부에는 제 2 그라운드 전극(24)이 형성되어 있다.2, which is a cross-sectional view taken along line A-A 'of FIG. 1, a LiNbO 3 substrate 31 is formed below the optical waveguide, and a silicon oxide film (B) is formed on the buffer layer 32. SiO 2 ) is formed, and an anode electrode 23 is formed on the buffer layer above the first branch optical waveguide 11, and the anode electrode 23 is formed on the buffer layer above the second branch optical waveguide 12. The first ground electrode 22 is formed to be spaced apart from one side of the second electrode, and the second ground electrode 24 is formed on the buffer layer 32 spaced apart from the other side of the anode electrode 23.

이렇게 구성된 종래의 마하 젠더 광변조기(100)는 입력 광도파로(10)로 통상 1550㎚ 대역의 레이저광이 입력되어, 제 1과 2 분기 광도파로(11,12)로 분기되고, 다시 출력 광도파로(13)에서 합쳐져 출력된다.In the conventional Mach Gender optical modulator 100 configured as described above, the laser light of 1550 nm band is input to the input optical waveguide 10, branched to the first and second branch optical waveguides 11 and 12, and then output to the output optical waveguide. Combined and output at (13).

여기서, 상기 양극전극(23)으로 정보가 실린 MW(Micro Wave)인 RF 데이터 신호가 주입되면, 상기 제 1 분기 광도파로(11) 하부에 있는 LiNbO3층(31)의 굴절률은 변화되어, 상기 양극전극(23)의 하부의 제 1 분기 광도파로(11)로 전파되는 레이저광의 위상을 변화시키게 된다.Here, when the RF data signal, which is MW (Micro Wave) carrying information, is injected into the anode electrode 23, the refractive index of the LiNbO 3 layer 31 under the first branch optical waveguide 11 is changed, so that the The phase of the laser beam propagated to the first branch optical waveguide 11 below the anode electrode 23 is changed.

한편, 상기 제 2 분기 광도파로(12)로 전파되는 레이저광은 상기 제 2 분기 광도파로(12)의 상부에 형성되어 있는 제 1 그라운드 전극(22)에 의해, 최초 분기된 레이저광이 그대로 전파된다.On the other hand, the laser beam propagated to the second branch optical waveguide 12 propagates the laser beam first branched by the first ground electrode 22 formed on the second branch optical waveguide 12 as it is. do.

그러므로, 상기 RF 데이터 신호에 의해, 양극전극(23)과 제 1 그라운드 전극(22) 사이에 전압차가 발생되면, 제 1 분기 광도파로(11)로 전파되는 레이저광은 180°위상이 변화되고, 제 2 분기 광도파로(12)로 전파되는 레이저광과 출력 광도파로(13)에서 합쳐져 소멸됨으로써, 상기 출력 광도파로(13)에서는 '0' 의 광신호가 출력된다.Therefore, when the voltage difference is generated between the anode electrode 23 and the first ground electrode 22 by the RF data signal, the 180 ° phase of the laser beam propagated to the first branch optical waveguide 11 is changed, When the laser beam propagated to the second branch optical waveguide 12 and the optical waveguide 13 are combined and extinguished, the output optical waveguide 13 outputs an optical signal of '0'.

그리고, 상기 RF 데이터 신호에 의해, 양극전극(23)과 제 1 그라운드 전극(22) 사이에 전압차가 발생되지 않으면, 제 1 분기 광도파로(11)로 전파되는 레이저광은 상기 제 2 분기 광도파로(12)로 전파되는 레이저광과 합쳐져 보강됨으로써, 상기 출력 광도파로(13)에서는 '1'의 광신호가 출력된다.When the voltage difference is not generated between the anode electrode 23 and the first ground electrode 22 by the RF data signal, the laser beam propagated to the first branch optical waveguide 11 is the second branch optical waveguide. By combining with the laser beam propagated to (12) and being reinforced, the output optical waveguide 13 outputs an optical signal of '1'.

여기서, 상기 제 1 그라운드 전극(24)은 양극전극(23)에 인가되는 RF 데이터 신호에 의해 수직적인 전계를 발생시키기 위해 형성된다.Here, the first ground electrode 24 is formed to generate a vertical electric field by the RF data signal applied to the anode electrode 23.

이러한 종래의 광 변조기는 LiNbO3기판의 두께가 두꺼워 높은 유효 유전율에 의해서, 상대적으로 버퍼층의 두께는 두꺼워야 한다.Such a conventional optical modulator has a thick thickness of the LiNbO 3 substrate, and due to the high effective dielectric constant, the thickness of the buffer layer should be relatively thick.

그러나, 두께가 두꺼운 버퍼층을 갖는 광변조기 구조는 상대적으로 과다한 구동전압이 요구되며, 아울러 변조영역의 길이 또한 증가시키는 부작용을 낳게 된다.However, the optical modulator structure having a thick buffer layer requires a relatively excessive driving voltage, and also has a side effect of increasing the length of the modulation region.

그리고, 변조영역의 길이가 증가하게 되면, RF 데이터 신호의 진행파가 전파되는 손실도 커지게 되고, 이는 변조대역폭을 제한하는 결정적인 요인으로 작용하게 되는 문제점을 야기시킨다.In addition, when the length of the modulation region is increased, the propagation loss of the traveling wave of the RF data signal is also increased, which causes a problem of acting as a decisive factor for limiting the modulation bandwidth.

더불어, LiNbO3기판의 높은 유전율로 인해 고차모드가 발생되며, 이로 인해 RF 데이터 신호의 진행파간의 간섭이 발생되어, 광 변조기는 변조대역폭이 제한되는 결과를 초래하게 된다.In addition, the high dielectric constant of the LiNbO 3 substrate generates a higher order mode, which causes interference between traveling waves of the RF data signal, resulting in a limited modulation bandwidth of the optical modulator.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 저 유전율을 갖는 기판의 상부에 LiNbO3층을 형성하여 LiNbO3층의 두께를 최소화함으로써, 레이저광과 RF 데이터 신호간의 위상속도 정합 및 특성임피던스 정합을 최적화하고, 구동전압을 낮출 수 있고 변조영역의 길이를 줄일 수 있는 저 유전율 기판을 이용한 저전압 광 변조기를 제공하는 데 그 목적이 있다.In the present invention, the phase velocity matching between the laser light and the RF data signal by forming the LiNbO 3 layer on top of a substrate having a low dielectric constant to be made in view of solving the problems as described above, minimizes the thickness of the LiNbO 3 layer And a low voltage optical modulator using a low dielectric constant substrate capable of optimizing characteristic impedance matching, lowering a driving voltage and reducing a length of a modulation region.

본 발명의 다른 목적은 변조영역의 길이를 줄여, RF 데이터 신호를 인가하는 전극의 길이를 감소시켜, RF 데이터 신호의 전파 손실 및 광도파 손실을 최소화할 수 있는 저 유전율 기판을 이용한 저전압 광 변조기를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to reduce the length of the modulation region to reduce the length of the electrode for applying the RF data signal, low voltage optical modulator using a low dielectric constant substrate that can minimize the propagation loss and the optical waveguide loss of the RF data signal To provide.

본 발명의 또 다른 목적은 LiNbO3층보다 낮은 유전율을 갖는 기판의 상부에LiNbO3층을 형성하여 유효 유전율을 낮춤으로써, 고차모드가 발생하는 주파수를 올려서, 광대역 주파수 특성이 왜곡되는 현상을 방지할 수 있는 저 유전율 기판을 이용한 저전압 광 변조기를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to form a LiNbO 3 layer on top of a substrate having a lower dielectric constant than the LiNbO 3 layer to lower the effective dielectric constant, thereby raising the frequency at which the higher-order mode occurs, thereby preventing the phenomenon of wideband frequency characteristics being distorted. A low voltage optical modulator using a low dielectric constant substrate can be provided.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, LiNbO3보다 낮은 유전율을 갖는 물질로 이루어진 저유전율 기판과;A preferred aspect for achieving the above object of the present invention is a low dielectric constant substrate made of a material having a lower dielectric constant than LiNbO 3 ;

상기 저유전율 기판의 상부에 형성된 LiNbO3층과;A LiNbO 3 layer formed on top of the low dielectric constant substrate;

상기 LiNbO3층에 형성되어 입력 광도파로에서 2개로 분기되고 다시 결합되어 출력 광도파로 연장되는 광 도파로와;An optical waveguide formed in the LiNbO 3 layer and branched into two in the input optical waveguide and recombined to extend into the output optical waveguide;

상기 분기된 1개의 광도파로의 상기 버퍼층 상부에 형성되어, RF 데이터 신호가 인가되는 양극전극과;An anode electrode formed on the buffer layer of the branched optical waveguide, to which an RF data signal is applied;

상기 양극전극 일측면과 이격되며, 상기 분기된 다른 1개의 광도파로의 버퍼층 상부에 형성된 제 1 그라운드 전극과;A first ground electrode spaced apart from one side of the anode electrode and formed on an upper buffer layer of the branched another optical waveguide;

상기 양극전극 타측면과 이격되며, 상기 버퍼층 상부에 형성된 제 2 그라운드 전극으로 이루어진 저 유전율 기판을 이용한 저전압 광 변조기가 제공된다.A low voltage optical modulator using a low dielectric constant substrate formed from a second ground electrode formed on the buffer layer and spaced apart from the other side of the anode electrode is provided.

도 1은 종래의 마하 젠더(Mach-Zender)형 광변조기의 개략적인 평면도이다.1 is a schematic plan view of a conventional Mach-Zender type optical modulator.

도 2는 도 1의 마하 젠더형 광변조기를 A-A'선으로 절단한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the Mach gendered light modulator of FIG. 1.

도 3은 본 발명에 따른 저유전율 기판을 이용한 저전압 광대역 광변조기의 개략적인 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of a low voltage broadband optical modulator using a low dielectric constant substrate according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따라 저유전율 기판의 상부에 형성된 LiNbO3층의 두께를 변화시키면서 RF 데이터 신호의 특성 임피던스 및 유효 굴절률 변화를 측정한 그래프도이다.4 is a graph illustrating changes in characteristic impedance and effective refractive index of an RF data signal while varying a thickness of a LiNbO 3 layer formed on an upper surface of a low dielectric constant substrate according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따라 저유전율 기판의 상부에 형성된 LiNbO3층의 두께를 변화시키면서 최적화되는 버퍼층의 두께를 측정한 그래프이다.Figure 5 is a graph measuring the thickness of the buffer layer is optimized while varying the thickness of the LiNbO 3 layer formed on top of the low dielectric constant substrate according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따라 LiNbO3기판과 석영 유리 기판의 두께를 변화시켜 고차 모드 발생 주파수를 측정한 그래프이다.Figure 6 is a graph measuring the higher-order mode generation frequency by varying the thickness of the LiNbO 3 substrate and the quartz glass substrate in accordance with the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10 : 입력 광도파로 11,12 : 분기 광도파로10: input optical waveguide 11,12: branch optical waveguide

13 : 출력 광도파로 22,24 : 그라운드 전극13: output optical waveguide 22, 24: ground electrode

23 : 양극 전극 30 : 저유전율 기판23 anode electrode 30 low dielectric constant substrate

31 : LiNbO3기판 32 : 버퍼층31 LiNbO 3 substrate 32 buffer layer

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 저유전율 기판을 이용한 저전압 광대역 광변조기의개략적인 단면도로써, 저유전율 기판(30)의 상부에 LiNbO3층(31')을 형성하고, 상기 LiNbO3층(31')에 입력 광도파로에서 분기되고 다시 합쳐져 출력 광도파로 연장되는 광 도파로를 형성함으로써, LiNbO3층의 두께를 최소화하여 유효 유전율을 낮추어 구동전압을 낮추고, 변조 영역의 길이를 줄일 수 있는 장점이 있다.FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a low voltage broadband optical modulator using a low dielectric constant substrate according to the present invention, wherein a LiNbO 3 layer 31 'is formed on the low dielectric constant substrate 30, and the LiNbO 3 layer 31' is formed. By forming an optical waveguide branching from the input optical waveguide and recombining with the optical waveguide extending to the output optical waveguide, the thickness of the LiNbO 3 layer is minimized to lower the effective dielectric constant, lower the driving voltage, and reduce the length of the modulation region.

그러므로, 본 발명의 저유전율 기판을 이용한 저전압 광대역 광변조기는 저유전율 기판과; 상기 저유전율 기판의 상부에 형성된 LiNbO3층과; 상기 LiNbO3층에 형성되어 입력 광도파로에서 2개로 분기되고 다시 합쳐져 출력 광도파로 연장되는 광 도파로와; 상기 광 도파로와 상기 LiNbO3층의 상부에 형성된 버퍼층과; 상기 분기된 1개의 광도파로의 상기 버퍼층 상부에 형성되어, RF 데이터 신호가 인가되는 양극전극과; 상기 양극전극 일측면과 이격되며, 상기 분기된 다른 1개의 광도파로의 버퍼층 상부에 형성된 제 1 그라운드 전극과; 상기 양극전극 타측면과 이격되며, 상기 버퍼층 상부에 형성된 제 2 그라운드 전극으로 구성된다.Therefore, the low voltage broadband optical modulator using the low dielectric constant substrate of the present invention comprises: a low dielectric constant substrate; A LiNbO 3 layer formed on top of the low dielectric constant substrate; An optical waveguide formed in the LiNbO 3 layer and branching into two of the input optical waveguides, recombining, and extending into the output optical waveguide; A buffer layer formed on the optical waveguide and the LiNbO 3 layer; An anode electrode formed on the buffer layer of the branched optical waveguide, to which an RF data signal is applied; A first ground electrode spaced apart from one side of the anode electrode and formed on an upper buffer layer of the branched another optical waveguide; The second electrode is spaced apart from the other side of the anode electrode and is formed on the buffer layer.

따라서, 본 발명은 저유전율 기판을 사용하여 LiNbO3층의 두께를 줄임으로써, 종래의 광 변조기에 대비하여 유효 유전율이 낮아, 고주파에서 발생하는 기판의 고차모드를 억제할 수 있으며, 변조 대역폭을 상당히 증가시킬 수 있다.Therefore, the present invention reduces the thickness of the LiNbO 3 layer by using a low dielectric constant substrate, thereby lowering the effective dielectric constant as compared to a conventional optical modulator, thereby suppressing a higher-order mode of a substrate generated at a high frequency, and significantly reducing the modulation bandwidth. Can be increased.

이 때, 전술된 저유전율 기판(30)은 상기 LiNbO3층(31')의 유전율(ε= 2.3)보다 낮은 유전율을 갖고, 석영유리(Quartz glass)(ε= 1.5)로 형성하는 것이 바람직하다.In this case, the above-described low dielectric constant substrate 30 has a dielectric constant lower than that of the LiNbO 3 layer 31 ′ (ε = 2.3), and is preferably formed of quartz glass (ε = 1.5). .

도 4는 본 발명에 따라 저유전율 기판의 상부에 형성된 LiNbO3층의 두께를 변화시키면서 RF 데이터 신호의 특성 임피던스 및 유효 굴절률 변화를 측정한 그래프도로써, 저유전율 기판은 두께가 1㎜이고, 이 저유전율 기판의 상부에 LiNbO3층을 형성한 후, 폴리싱(Polishing)하여 LiNbO3층의 두께를 각각 10,20,30,40,50㎛로 형성하여, 특성 임피던스와 유효 굴절률을 측정하였다.4 is a graph illustrating a change in characteristic impedance and effective refractive index of an RF data signal while varying a thickness of a LiNbO 3 layer formed on an upper surface of a low dielectric constant substrate, wherein the low dielectric constant substrate has a thickness of 1 mm. After forming a LiNbO 3 layer on top of the low dielectric constant substrate, polishing was performed to form a thickness of the LiNbO 3 layer at 10, 20, 30, 40, and 50 µm, respectively, to measure characteristic impedance and effective refractive index.

여기서, 저유전율 기판은 석영유리로, LiNbO3층의 두께가 커질수록 특성 임피던스가 높아지고, 유효 굴절률이 낮아지는 현상을 나타내었다.Here, the low dielectric constant substrate is quartz glass, and the larger the thickness of the LiNbO 3 layer, the higher the characteristic impedance and the lower the effective refractive index.

이러한 현상은 버퍼층의 두께가 증가할 때 나타나는 현상과 동일하며, 낮은 유전율을 갖는 석영유리 기판의 상부에 LiNbO3층의 두께를 감소시켜, 광 변조기를 제조하면, 높은 버퍼층을 갖는 광 변조기의 역할을 수행할 수 있는 것이다.This phenomenon is the same as the increase in the thickness of the buffer layer, and by reducing the thickness of the LiNbO 3 layer on top of the quartz glass substrate having a low dielectric constant, when manufacturing the optical modulator, it acts as an optical modulator with a high buffer layer It can be done.

이 때, 도 2에 도시된 각 전극간의 간격은 15㎛이고, 제 1 그라운드 전극의 너비는 8㎛이며, 각 전극의 높이는 12㎛이고, 버퍼층은 특성임피던스 정합 및 광파와 RF 데이터 신호간의 위상속도 정합을 고려하여 1.6㎛로 설정하였다.At this time, the interval between each electrode shown in Figure 2 is 15㎛, the width of the first ground electrode is 8㎛, the height of each electrode is 12㎛, the buffer layer is characteristic impedance matching and phase velocity between the light wave and the RF data signal In consideration of matching, it was set to 1.6 mu m.

도 5는 본 발명에 따라 저유전율 기판의 상부에 형성된 LiNbO3층의 두께를 변화시키면서 최적화되는 버퍼층의 두께를 측정한 그래프로써, 도 4와 동일하게 저유전율 기판의 상부에 각각 10,20,30,40,50㎛ 두께를 갖는 LiNbO3층을 각각 독립적으로 형성하고, 특성임피던스 정합 및 레이저광 파와 RF 데이터 신호간의 위상속도 정합이 최적화되는 버퍼층의 두께를 측정하였다.5 is a graph measuring the thickness of the buffer layer is optimized while varying the thickness of the LiNbO 3 layer formed on top of the low dielectric constant substrate according to the present invention, 10, 20, 30 respectively on the top of the low dielectric constant substrate as shown in FIG. LiNbO 3 layers having a thickness of 40,50 μm were formed independently, and the thicknesses of the buffer layers for optimizing characteristic impedance and phase velocity matching between the laser light wave and the RF data signal were measured.

여기서, LiNbO3층의 두께가 줄어들면, 최적화된 버퍼층의 두께가 감소함을 알 수 있다.Here, it can be seen that as the thickness of the LiNbO 3 layer is reduced, the thickness of the optimized buffer layer is reduced.

그러므로, 본 발명의 저유전율 기판을 이용한 저전압 광대역 광변조기에서는 LiNbO3층의 두께를 줄이고 저유전율을 갖는 기판으로 대체하면, 특성임피던스 정합 및 레이저광 파와 RF 데이터 신호간의 위상속도 정합이 최적화시킬 수 있는 버퍼층의 두께를 감소시킬 수 있으므로, 구동전압을 낮출 수 있고, 변조영역의 길이도 감소시킬 수 있는 장점이 있다.Therefore, in the low voltage broadband optical modulator using the low dielectric constant substrate of the present invention, if the thickness of the LiNbO 3 layer is reduced and replaced with a low dielectric constant substrate, the characteristic impedance matching and the phase velocity matching between the laser light wave and the RF data signal can be optimized. Since the thickness of the buffer layer can be reduced, the driving voltage can be lowered and the length of the modulation region can be reduced.

도 6은 본 발명에 따라 LiNbO3기판과 석영 유리 기판의 두께를 변화시켜 고차 모드 발생 주파수를 측정한 그래프로써, LiNbO3기판은 두께 증가에 반비례하여, 고차 모드 발생 주파수가 낮아지는 것을 알 수 있다.6 can be seen that by varying the thickness of the LiNbO 3 substrate and the quartz glass substrate as a graph measuring a higher-order mode generation frequency, the LiNbO 3 substrate is in inverse proportion to the thickness increase, the higher order mode generating frequency decreases in accordance with the invention .

또한, 석영 유리층은 LiNbO3층에 비해, 고차 모드 발생 주파수가 현격히 높음을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the quartz glass layer has a higher frequency of generating higher-order mode than the LiNbO 3 layer.

따라서, 본 발명은 석영 유리 기판과 같은 저유전율 기판의 상부에 두께를 줄인 LiNbO3층을 형성하여 광변조기를 제조함으로써, LiNbO3층으로만 기판이 형성된 종래의 광변조기보다 고차 모드가 발생하는 주파수를 상당히 높이 끌어올릴 수 있게 된다.Accordingly, the present invention forms a LiNbO 3 layer having a reduced thickness on top of a low dielectric constant substrate such as a quartz glass substrate to manufacture an optical modulator, thereby generating a higher order mode than a conventional optical modulator in which a substrate is formed only of a LiNbO 3 layer. It can be raised quite high.

그러므로, 본 발명의 저유전율 기판을 이용한 저전압 광대역 광변조기는 광대역 주파수 특성이 왜곡되는 현상을 방지할 수 있으므로, 광 대역 광 변조기를 구현할 수 있는 장점이 있다.Therefore, the low-voltage wideband optical modulator using the low dielectric constant substrate of the present invention can prevent the wideband frequency characteristics from being distorted, and thus there is an advantage of implementing a wideband optical modulator.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 저 유전율을 갖는 기판의 상부에 LiNbO3층을 형성하여 LiNbO3층의 두께를 최소화함으로써, 이 기판을 고용하여 제조된 광변조기는 레이저광과 RF 데이터 신호간의 위상속도 정합 및 특성임피던스 정합이 최적화되며, 구동전압을 낮출 수 있고 변조영역의 길이를 줄일 수 있는 효과가 발생한다.The present invention, as apparent from the above description is by forming the LiNbO 3 layer on top of a substrate having a low dielectric constant to minimize the thickness of the LiNbO 3 layer, and employs a substrate manufactured light modulator is a phase between the laser beam and the RF data signal Speed matching and characteristic impedance matching are optimized, resulting in the effect of lowering the driving voltage and reducing the length of the modulation region.

더불어, 변조영역의 길이를 줄여, RF 데이터 신호를 인가하는 전극의 길이를 감소시켜, RF 데이터 신호의 전파 손실 및 광도파 손실을 최소화할 수 있는 효과도 있다.In addition, it is possible to reduce the length of the electrode for applying the RF data signal by reducing the length of the modulation region, thereby minimizing the propagation loss and the optical waveguide loss of the RF data signal.

게다가, LiNbO3층보다 낮은 유전율을 갖는 기판의 상부에 LiNbO3층이 형성하여 유효 유전율을 낮춤으로써, 고차모드가 발생하는 주파수를 올려서, 광대역 주파수 특성이 왜곡되는 현상을 방지할 수 있어, 광대역 광 변조기를 구현할 수 있는 효과가 있다.Moreover, by lowering the effective dielectric constant of the LiNbO 3 layer is formed on top of a substrate having a low dielectric constant, by raising the frequency at which the high-order mode occurs, it is possible to prevent the phenomenon that a broadband frequency characteristic distortion, and a broadband light than the LiNbO 3 layer There is an effect to implement a modulator.

본 발명은 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.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.

Claims (2)

LiNbO3보다 낮은 유전율을 갖는 물질로 이루어진 저유전율 기판과;A low dielectric constant substrate made of a material having a lower dielectric constant than LiNbO 3 ; 상기 저유전율 기판의 상부에 형성된 LiNbO3층과;A LiNbO 3 layer formed on top of the low dielectric constant substrate; 상기 LiNbO3층에 형성되어 입력 광도파로에서 2개로 분기되고 다시 결합되어출력 광도파로 연장되는 광 도파로와;An optical waveguide formed in the LiNbO 3 layer and branched into two of the input optical waveguides and recombined to extend the output optical waveguide; 상기 광 도파로와 상기 LiNbO3층의 상부에 형성된 버퍼층과;A buffer layer formed on the optical waveguide and the LiNbO 3 layer; 상기 분기된 1개의 광도파로의 상기 버퍼층 상부에 형성되어, RF 데이터 신호가 인가되는 양극전극과;An anode electrode formed on the buffer layer of the branched optical waveguide, to which an RF data signal is applied; 상기 양극전극 일측면과 이격되며, 상기 분기된 다른 1개의 광도파로의 버퍼층 상부에 형성된 제 1 그라운드 전극과;A first ground electrode spaced apart from one side of the anode electrode and formed on an upper buffer layer of the branched another optical waveguide; 상기 양극전극 타측면과 이격되며, 상기 버퍼층 상부에 형성된 제 2 그라운드 전극으로 이루어진 저유전율 기판을 이용한 저전압 광대역 광변조기.A low voltage wideband optical modulator using a low dielectric constant substrate, the second ground electrode formed on the buffer layer and spaced apart from the other side of the anode electrode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저유전율 기판은The low dielectric constant substrate 석영 유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 저유전율 기판을 이용한 저전압 광대역 광변조기.Low voltage broadband optical modulator using a low dielectric constant substrate, characterized in that the quartz glass.
KR1020020049650A 2002-08-22 2002-08-22 Low voltage optical modulator using substrate with low dielectric constant KR20040017535A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020020049650A KR20040017535A (en) 2002-08-22 2002-08-22 Low voltage optical modulator using substrate with low dielectric constant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020020049650A KR20040017535A (en) 2002-08-22 2002-08-22 Low voltage optical modulator using substrate with low dielectric constant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20040017535A true KR20040017535A (en) 2004-02-27

Family

ID=37323068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020020049650A KR20040017535A (en) 2002-08-22 2002-08-22 Low voltage optical modulator using substrate with low dielectric constant

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20040017535A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100947951B1 (en) * 2008-11-17 2010-03-15 삼성전기주식회사 Optical modulator and manufacturing method thereof
CN107065232A (en) * 2016-12-12 2017-08-18 天津津航技术物理研究所 Broadband travelling-wave electrooptic modulator based on LiNbO_3 film and preparation method thereof
CN107305297A (en) * 2016-04-18 2017-10-31 天津领芯科技发展有限公司 Broadband travelling-wave electrooptic modulator based on lithium niobate monocrystal film

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100947951B1 (en) * 2008-11-17 2010-03-15 삼성전기주식회사 Optical modulator and manufacturing method thereof
CN107305297A (en) * 2016-04-18 2017-10-31 天津领芯科技发展有限公司 Broadband travelling-wave electrooptic modulator based on lithium niobate monocrystal film
CN107065232A (en) * 2016-12-12 2017-08-18 天津津航技术物理研究所 Broadband travelling-wave electrooptic modulator based on LiNbO_3 film and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6867901B2 (en) Optical modulator and design method therefor
US6069729A (en) High speed electro-optic modulator
US5416859A (en) Broadband, low drive voltage, electrooptic, intergrated optical modulator
JP4151798B2 (en) Light modulator
JPH05196902A (en) Traveling-wave optical modulator
US7167607B2 (en) Symmetric optical modulator with low driving voltage
JP2015518979A (en) Method for improving the efficiency of an optical modulator
EP0669546B1 (en) Waveguide-type optical device
JP2004523775A (en) Broadband electro-optic modulator
US7088874B2 (en) Electro-optic devices, including modulators and switches
US20220082876A1 (en) Optical device that includes optical modulator, and optical transceiver
JP4926423B2 (en) Light modulator
KR20040017535A (en) Low voltage optical modulator using substrate with low dielectric constant
JP5075055B2 (en) Light modulator
JP4754608B2 (en) Light modulator
JP2007025369A (en) Optical modulator
JP2009122183A (en) Optical modulator
JP5010408B2 (en) Light modulator
JP5033084B2 (en) Light modulator
JP3758812B2 (en) Optical waveguide device
JP2014153537A (en) Optical modulator
JP2009086453A (en) Optical modulator
JP2010038951A (en) Optical modulator
CN115728970A (en) Photoelectric integrated structure and forming method thereof
JP5033083B2 (en) Light modulator

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application