KR20200032623A - Apparatus and method for optical modulating - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광 변조 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 리플렉터(Reflector)를 포함하는 실리콘 기반의 광 변조 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical modulation device and method, and more particularly, to a silicon-based optical modulation device and method including a reflector (Reflector).
현재 광 송수신기의 집적화 요구가 급격히 증가함에 따라 실리콘 포토닉스(Silicon Photonics) 기술이 주목 받고 있다. 실리콘 포토닉스는 광 회로를 구성하는 복수의 광 소자 중 전광(Electro-Optic) 변환 기능을 수행하는 실리콘 기반의 광 변조 장치가 핵심이다. Currently, as photonic transceivers rapidly increase in demand, silicon photonics technology is drawing attention. Silicon photonics is the core of a silicon-based optical modulation device that performs an electro-optic conversion function among a plurality of optical elements constituting an optical circuit.
이러한 실리콘 기반의 광 변조 장치는 마크-젠더형 광 변조기(Mach-Zehnder Modulator, MZM), 미켈슨 간섭형 광 변조기(Michelson Interferometric Modulator, MIM), 마이크로 링형 광 변조기(Micro Ring Modulator, MRM)로 나뉘어 진다. 특히, 공진 구조의 마이크로 링형 광 변조기는 전력 소모가 가장 낮고 크기가 마이크로 단위로 매우 작으며 높은 변조 효율을 제공하는 장점이 있다.The silicon-based optical modulation device is divided into a Mark-Zehnder Modulator (MZM), a Michelson Interferometric Modulator (MIM), and a Micro Ring Modulator (MRM). . In particular, the micro-ring type optical modulator of the resonance structure has the advantage of providing the lowest power consumption, the smallest size in micro units, and high modulation efficiency.
따라서, 최근에는 이와 같은 마이크로 링형 광 변조기의 대역폭 및 광 변조 효율을 향상시키는 제작 방법에 대한 요구가 늘어나고 있다.Therefore, in recent years, there is an increasing demand for a manufacturing method for improving the bandwidth and optical modulation efficiency of such a micro-ring type optical modulator.
본 발명은 광 변조 장치를 구성하는 링형 광 도파로를 통해 광 신호를 1차 광 변조하고, 버스형 광 도파로의 출력단에 배치된 리플렉터에 의해 반사된 1차 광 변조된 광 신호를 2차 광 변조하는 방법을 제공할 수 있다.The present invention primarily modulates the optical signal through the ring-shaped optical waveguide constituting the optical modulation device, and performs secondary optical modulation on the primary optically modulated optical signal reflected by the reflector disposed at the output terminal of the bus-type optical waveguide. Can provide a method.
본 발명의 일실시예에 따른 광 변조 장치는 광 신호가 송수신되는 버스형 광 도파로; 및 전기 신호에 따라 상기 버스형 광 도파로를 통해 출력된 광 신호를 광 변조하는 링형 광 도파로를 포함하고, 상기 광 신호는 상기 버스형 광 도파로의 입력단을 통해 링형 광 도파로로 입력되어 1차 광 변조되고, 상기 버스형 광 도파로의 출력단에 배치된 리플렉터(Reflector)를 통해 반사되어 상기 링형 광 도파로로 재입력되어 2차 광 변조된 후 상기 버스형 광 도파로를 통해 출력될 수 있다.An optical modulation device according to an embodiment of the present invention includes a bus-type optical waveguide through which optical signals are transmitted and received; And a ring-type optical waveguide for optically modulating the optical signal output through the bus-type optical waveguide according to an electrical signal, wherein the optical signal is input to the ring-type optical waveguide through an input terminal of the bus-type optical waveguide and primary optical modulation is performed. It may be reflected through a reflector disposed at the output end of the bus-type optical waveguide, re-entered into the ring-type optical waveguide, and secondary-modulated, and then output through the bus-type optical waveguide.
상기 링형 광 도파로와 상기 리플렉터 간의 거리는 상기 전기 신호의 1 비트(Bit)에 대한 시간 주기와 관련될 수 있다.The distance between the ring-shaped optical waveguide and the reflector may be related to a time period for 1 bit of the electrical signal.
상리 리플렉터는 루프 미러(Loop mirror) 또는 브래그 격자(Bragg grating) 중 어느 하나일 수 있다.The upper reflector may be either a loop mirror or a Bragg grating.
본 발명의 일실시예에 따른 광 변조 장치는 광 신호를 제1 광 신호 및 제2 광 신호로 분기하여 제1 경로 및 제2 경로에 따라 배치된 광 도파로들 각각의 입력단에 전송하는 파워 커플러(Power coupler); 및 상기 제1 경로 및 제2 경로에 따라 배치된 광 도파로들 각각에 배치되어 전기 신호를 통해 상기 제1 광 신호 및 제2 광 신호 중 적어도 하나의 위상을 변조하는 위상 천이기(Phase shifter)를 포함하고, 상기 광 신호는 상기 파워 커플러를 통해 제1 광 신호 및 제2 광 신호로 분기되어 상기 제1 경로 및 제2 경로에 배치된 위상 천이기를 통해 1차 위상 변조되고, 상기 광 도파로들의 출력단에 배치된 리플렉터(Reflector)를 통해 반사되어 상기 위상 천이기로 재입력되어 2차 위상 변조된 후 상기 파워 커플러를 통해 출력될 수 있다.An optical modulator according to an embodiment of the present invention is a power coupler for dividing an optical signal into a first optical signal and a second optical signal and transmitting them to input terminals of optical waveguides arranged along the first path and the second path ( Power coupler); And a phase shifter disposed on each of the optical waveguides disposed along the first path and the second path to modulate the phase of at least one of the first optical signal and the second optical signal through an electrical signal. Including, the optical signal is branched into a first optical signal and a second optical signal through the power coupler is primary phase modulated through a phase shifter disposed in the first path and the second path, the output terminal of the optical waveguides It is reflected through a reflector disposed in the re-input to the phase shifter may be secondary phase modulated and then output through the power coupler.
상기 위상 천이기는 링 형 광도파로로 구현될 수 있다.The phase shifter may be implemented as a ring-type optical waveguide.
상기 제1 경로 및 제2 경로에 따라 배치된 위상 천이기는 차동 전기 신호를 통해 상기 제1 광 신호 및 제2 광 신호 중 적어도 하나의 위상을 변조할 수 있다.The phase shifter disposed along the first path and the second path may modulate the phase of at least one of the first optical signal and the second optical signal through a differential electrical signal.
상기 위상 천이기와 상기 리플렉터 간의 거리는 상기 전기 신호의 1 비트(Bit)에 대한 시간 주기와 관련될 수 있다.The distance between the phase shifter and the reflector may be related to a time period for 1 bit of the electrical signal.
상리 리플렉터는 루프 미러(Loop mirror) 또는 브래그 격자(Bragg grating) 중 어느 하나일 수 있다.The upper reflector may be either a loop mirror or a Bragg grating.
본 발명의 일실시예에 따른 광 변조 방법은 버스형 광 도파로의 입력단을 통해 광 신호를 수신하는 단계; 및 링형 광 도파로를 통해 상기 버스형 광 도파로의 입력단으로 수신된 광 신호를 전기 신호에 따라 광 변조하는 단계를 포함하고,상기 광 변조하는 단계는 상기 링형 광 도파로를 통해 1차 광 변조되어 상기 버스형 광 도파로의 출력단에 배치된 리플렉터(Reflector)를 통해 반사된 광 신호를 2차 광 변조할 수 있다.An optical modulation method according to an embodiment of the present invention includes receiving an optical signal through an input terminal of a bus-type optical waveguide; And optically modulating the optical signal received through the ring-shaped optical waveguide to the input terminal of the bus-type optical waveguide according to an electrical signal, wherein the optical-modulating step is primarily optically modulated through the ring-shaped optical waveguide to the bus. Secondary light modulation may be performed on the reflected light signal through a reflector disposed at an output terminal of the fluorescent waveguide.
상기 링형 광 도파로와 상기 리플렉터 간의 거리는 상기 전기 신호의 1 비트(Bit)에 대한 시간 주기와 관련될 수 있다.The distance between the ring-shaped optical waveguide and the reflector may be related to a time period for 1 bit of the electrical signal.
상리 리플렉터는 루프 미러(Loop mirror) 또는 브래그 격자(Bragg grating) 중 어느 하나일 수 있다.The upper reflector may be either a loop mirror or a Bragg grating.
본 발명의 일실시예에 따른 광 변조 방법은 파워 커플러(Power coupler)를 통해 광 신호를 제1 광 신호 및 제2 광 신호로 분기하고, 상기 분기된 제1 광 신호 및 제2 광 신호를 제1 경로 및 제2 경로에 따라 배치된 광 도파로들 입력단에 각각 전송하는 단계; 및 상기 제1 경로 및 제2 경로에 따라 배치된 위상 천이기(Phase shifter)를 통해 상기 제1 광 신호 및 제2 광 신호 중 적어도 하나의 위상을 변조하는 단계를 포함하고, 상기 위상을 변조하는 단계는 상기 위상 천이기를 통해 1차 위상 변조되어 상기 광 도파로들 각각의 출력단에 배치된 리플렉터를 통해 반사된 제1 광 신호 및 제2 광 신호를 2차 위상 변조할 수 있다.In the optical modulation method according to an embodiment of the present invention, an optical signal is split into a first optical signal and a second optical signal through a power coupler, and the divided first optical signal and the second optical signal are removed. Transmitting optical waveguides arranged along the first path and the second path to input terminals, respectively; And modulating a phase of at least one of the first optical signal and the second optical signal through a phase shifter disposed along the first path and the second path, and modulating the phase. The step may be primary phase modulated through the phase shifter to perform secondary phase modulation of the first optical signal and the second optical signal reflected through the reflector disposed at each output end of the optical waveguides.
상기 위상 천이기는 링 형 광도파로로 구현될 수 있다.The phase shifter may be implemented as a ring-type optical waveguide.
상기 제1 경로 및 제2 경로에 따라 배치된 위상 천이기는 차동 전기 신호를 통해 상기 제1 광 신호 및 제2 광 신호 중 적어도 하나의 위상을 변조할 수 있다.The phase shifter disposed along the first path and the second path may modulate the phase of at least one of the first optical signal and the second optical signal through a differential electrical signal.
상기 위상 천이기와 상기 리플렉터 간의 거리는 상기 전기 신호의 1 비트(Bit)에 대한 시간 주기와 관련될 수 있다.The distance between the phase shifter and the reflector may be related to a time period for 1 bit of the electrical signal.
상리 리플렉터는 루프 미러(Loop mirror) 또는 브래그 격자(Bragg grating) 중 어느 하나일 수 있다. The upper reflector may be either a loop mirror or a Bragg grating.
본 발명의 일실시예에 의하면, 광 변조 장치를 구성하는 링형 광 도파로를 통해 광 신호를 1차 광 변조하고, 버스형 광 도파로의 출력단에 배치된 리플렉터에 의해 반사된 1차 광 변조된 광 신호를 2차 광 변조함으로써 광 변조 장치의 대역폭 및 광 변조 효율을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the optical signal is primarily optically modulated through the ring-shaped optical waveguide constituting the optical modulation device, and the primary optically modulated optical signal reflected by the reflector disposed at the output terminal of the bus-type optical waveguide By modulating the secondary light, the bandwidth and the optical modulation efficiency of the optical modulation device can be improved.
도 1은 링형 광 변조기의 구조 및 특성을 도시한 도면이다.
도 2는 링형 광 변조기가 직렬 연결된 광 변조 장치의 구조 및 특성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광 변조 장치의 제1 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광 변조 장치의 제2 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광 변조 장치의 제3 구조를 도시한 도면이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 광 변조 장치의 제4 구조를 도시한 도면이다.1 is a view showing the structure and characteristics of a ring-type optical modulator.
FIG. 2 is a diagram showing the structure and characteristics of an optical modulation device in which a ring-type optical modulator is connected in series.
3 is a view showing a first structure of an optical modulation device according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a second structure of an optical modulation device according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a third structure of an optical modulation device according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a fourth structure of an optical modulation device according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, various changes may be made to the embodiments, and the scope of the patent application right is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all modifications, equivalents, or substitutes for the embodiments are included in the scope of rights.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described on the specification exists, and that one or more other features are present. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are assigned to the same components regardless of reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, when it is determined that detailed descriptions of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the embodiments, detailed descriptions thereof will be omitted.
도 1은 링형 광 변조기의 구조 및 특성을 도시한 도면이다.1 is a view showing the structure and characteristics of a ring-type optical modulator.
도 1의 (a)를 참고하면 공진 구조의 링형 광 변조기(100)는 실리콘 재질의 버스형 광 도파로(110)와 링형 광 도파로(120)로 구성될 수 있다. 이때, 링형 광 도파로(120)는 위상 천이기(Phase Shifter, PS) 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로 외부에서 링형 광 도파로(120)에 전압이 인가되면 위상 천이기의 굴절률이 변화되고 링형 광 변조기(100)의 통과 스펙트럼이 변화될 수 있다.Referring to (a) of FIG. 1, the ring-shaped
일 예로, 도 1의 (b)는 외부에서 링형 광 도파로(120)로 제1 전압이 인가되었을 때와 제2 전압이 인가되었을 때, 링형 광 변조기(100)의 통과 스펙트럼을 각각 도식화한 그래프이다. 즉, 링형 광 도파로(120)에 제1 전압이 인가되고, 외부의 광 신호가 링형 광 변조기(100)의 특정 주파수에 입력되면, 외부의 광 신호는 큰 삽입 손실을 겪고 출력될 수 있다. 이때 링형 광 변조기(100)는 오프(OFF) 상태일 수 있다.As an example, FIG. 1 (b) is a graph schematically illustrating the pass spectrum of the ring-shaped
이와는 달리 외부에서 링형 광 도파로(120)에 제2 전압이 인가되면, 링형 광 변조기(100)의 굴절률이 변화되어 통과 스펙트럼이 천이될 수 있다. 즉, 링형 광 도파로(120)에 제2 전압이 인가되고, 외부의 광 신호가 링형 광 변조기(100)의 특정 주파수에 입력되면, 외부의 광 신호는 작은 삽입 손실을 겪고 출력될 수 있다. 이때 링형 광 변조기(100)는 온(ON) 상태일 수 있다.Unlike this, when the second voltage is applied to the ring-shaped
이와 같이 링형 광 도파로(120)에 인가되는 전압의 크기에 따라 링형 광 변조기(100)를 통해 출력되는 광 신호의 광 파워가 변할 수 있다. 이때, 링형 광 변조기(100)를 통해 출력되는 광 신호의 광 파워 차이는 소광비(ER, Extinction Ratio)로 정의될 있고, 소광비가 클수록 광 변조 효율이 높은 링형 광 변조기(100)를 나타낼 수 있다.As described above, the optical power of the optical signal output through the ring-shaped
한편, 링형 광 변조기(100)가 광 신호를 고속으로 전송하기 위해서는 높은 3-dB 전광(Electro-Optic) 변환 대역폭을 가져야 한다. 링형 광 변조기(100)의 3-dB 전광 변환 대역폭()은 하기의 식 1과 같이 정의될 수 있다.Meanwhile, in order for the ring-type
<식 1><
식 1을 참고하면, 링형 광 변조기(100)의 3-dB 전광 변환 대역폭은 링형 광 변조기(100)의 광학적 대역폭()과 전기 신호를 인가하기 위한 전기적 대역폭()으로 결정될 수 있다. 여기서, 광학적 대역폭()은 도 1의 (b)에서 기준선(Reference 0 dB)으로부터 3-dB 만큼 떨어진 지점의 통과 스펙트럼 폭으로 정의될 수 있다.Referring to
도 1의 (c)와 비교하였을 때 도 1의 (b)는 높은 Q-factor를 갖는 링형 광 변조기(100)의 통과 스펙트럼으로 경사가 급격한 통과 스펙트럼의 형태를 가지는 것을 확인할 수 있다. 이러한 높은 Q-factor를 갖는 링형 광 변조기(100)는 광학적 대역폭()은 좁지만 같은 전압을 걸어 주었을 때, 더 높은 소광비를 확보할 수 있는 장점이 있다. 반대로 낮은 Q-factor를 갖는 링형 광 변조기(100)는 광학적 대역폭()이 넓어서 광 신호를 고속으로 전송 가능하지만 소광비가 낮아지는 문제점이 있다.When compared with FIG. 1 (c), FIG. 1 (b) shows that the pass spectrum of the ring-shaped
도 2는 링형 광 변조기가 직렬 연결된 광 변조 장치의 구조 및 특성을 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing the structure and characteristics of an optical modulation device in which a ring-type optical modulator is connected in series.
도 2를 참고하면, 링형 광 변조기의 광학적 대역폭()과 소광비의 트레이드 오프(Trade-off) 관계를 극복하기 위해 두 개의 낮은 Q-factor를 갖는 링형 광 변조기를 직렬 연결하는 구조의 광 변조 장치가 제안되었다. 하나의 낮은 Q-factor를 갖는 링형 광 변조기는 광학적 대역폭()이 넓고 소광비가 낮지만, 두 개의 낮은 Q-factor를 갖는 링형 광 변조기를 직렬 연결하면 넓은 광학적 대역폭()을 그대로 유지하면서 외부에서 입력된 광 신호가 직렬로 연결된 두 개의 링형 광 변조기를 통과하기 때문에 소광비를 증가시킬 수 있다.Referring to Figure 2, the optical bandwidth of the ring-shaped optical modulator ( ) To overcome the trade-off relationship between extinction ratio and extinction ratio, an optical modulation device having a structure in which two low Q-factor ring type optical modulators are connected in series has been proposed. Ring-type optical modulator with one low Q-factor has an optical bandwidth ( ) Is wide and the extinction ratio is low, but a series of two low Q-factor ring-type optical modulators in series provides a wide optical bandwidth ( ), While the externally input optical signal passes through two ring-shaped optical modulators connected in series, the extinction ratio can be increased.
일반적으로 실리콘 기반의 링형 광 변조기는 전기적 회로 모델링에서 커패시터로 나타낼 수 있다. 즉, 도 2와 같은 구조에서 전기 신호의 입력단에서는 커패시터로 모델링 된 링형 광 변조기 두 개가 병렬로 연결되는 것과 같으므로 링형 광 변조기 전체의 커패시턴스가 증가하게 된다.In general, silicon-based ring type optical modulators can be represented as capacitors in electrical circuit modeling. That is, in the structure as shown in FIG. 2, since the two ring-shaped optical modulators modeled as capacitors are connected in parallel at the input terminal of the electrical signal, the overall capacitance of the ring-shaped optical modulator increases.
이는 시정수(T=RC)를 증가시키고 링형 광 변조기의 전기적 대역폭()을 감소시켜 결국 링형 광 변조기의 전광 대역폭()이 감소되는 문제점이 발생될 수 있다. 즉, 두 개의 낮은 Q-factor를 갖는 링형 광 변조기를 직렬 연결하여 광학적 대역폭()을 증가 시켰으나, 전기적 대역폭()은 오히려 감소하게 되어 전체 광 변조 장치의 3-dB 전광 변환 대역폭()이 크게 증가하지 못하거나 오히려 줄어 들 수 있는 상황이 발생될 수 있다.This increases the time constant (T = RC) and the electrical bandwidth of the ring type optical modulator ( ) To eventually reduce the total optical bandwidth of the ring-shaped optical modulator ( ) May be reduced. In other words, by connecting two low Q-factor ring-type optical modulators in series, the optical bandwidth ( ), But the electrical bandwidth ( ) Rather decreases, resulting in a 3-dB all-optical conversion bandwidth ( ) May not be significantly increased or may be reduced.
또한, 링형 광 변조기와 같은 공진기 소자는 공정 오차에 큰 영향을 받는데, 같은 링형 광 변조기를 제작한다 하더라도 공정 오차에 의해서 두 개의 링형 광 변조기의 통과 스펙트럼이 완전히 일치하지 않을 수 있다.In addition, resonator elements such as ring type optical modulators are greatly affected by process error. Even if the same ring type optical modulator is manufactured, the pass spectrums of the two ring type optical modulators may not completely match due to the process error.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광 변조 장치의 제1 구조를 도시한 도면이다.3 is a view showing a first structure of an optical modulation device according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참고하면 링형 광 변조기(310)의 3-dB 전광 변환 대역폭()을 개선 시키기 위한 제1 구조의 광 변조 장치(300)를 제공한다. 구체적으로 제1 구조에 따른 광 변조 장치(300)는 낮은 Q-factor를 갖는 링형 광 변조기(310)와 리플렉터(Reflector)(320)가 연결한 구조를 가질 수 있다. 구체적으로 리플렉터(320)는 링형 광 변조기(310)를 구성하는 버스형 광 도파로(311)의 출력단에 배치될 있다.Referring to FIG. 3, the 3-dB all-optical conversion bandwidth of the ring type optical modulator 310 ( ) To improve the
즉, 제1 구조에 따른 광 변조 장치(300)로 입력되는 광 신호는 링형 광 변조기(310)를 구성하는 버스형 광 도파로(311)의 입력단을 통해 링형 광 도파로(312)로 입력되어 1차 광 변조되고, 버스형 광 도파로(311)의 출력단에 배치된 리플렉터(320)를 통해 반사되어 링형 광 도파로(312)로 재입력되어 2차 광 변조될 수 있다.That is, the optical signal input to the
이와 같이 광 신호가 낮은 Q-factor를 갖는 링형 광 변조기(310)를 통해 두 번 광 변조되기 때문에 도 2의 직렬로 연결된 링형 광 변조기와 같이 소광비를 증가시켜 광 변조 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 구조에 따른 광 변조 장치(300)는 동일한 링형 광 변조기(310)를 두 번 통과하기 때문에 공정 오차로 인한 통과 스펙트럼이 일치하여 통과 파장을 조절해 주지 않아도 되는 장점이 있다.Thus, since the optical signal is optically modulated twice through the ring-type
이러한 제1 구조에 따른 광 변조 장치(300)는 낮은 Q-factor를 갖는 링형 광 변조기(310)를 사용하기 때문에 높은 광학적 대역폭()을 확보하면서 커패시턴스가 증가하지 않으므로 높은 전기적 대역폭()을 유지할 수 있다. 결과적으로 광 변조 장치(300)는 전광 변환 대역폭()이 증가하여 고속으로 광 신호를 변조하는 것이 가능할 수 있다.Since the
이때, 광 변조 장치(300)에서 낮은 Q-factor를 갖는 링형 광 변조기(310)와 리플렉터(320) 간의 거리가 매우 중요할 수 있다. 다시 말하자면 링형 광 변조기(310)에서 출력된 광 신호가 리플렉터(320)에 의해 반사되어 다시 링형 광 변조기(310)로 입력되는데 걸리는 왕복 시간은 충분히 짧은 시간이어야 한다. 구체적으로 왕복 시간은 링형 광 도파로(312)로 인가되는 전기 신호의 1 비트 시간 주기 보다 훨씬 짧을 수 있다. 일례로, 전기 신호의 1 비트가 100ps 라고 가정하면, 링형 광 변조기(310)를 통해 1차 광 변조된 광 신호는 100ps가 지나기 전에 리플렉터(320)에 의해 반사되어 링형 광 변조기(310)를 통해 2차 광 변조될 수 있다.In this case, the distance between the ring-type
이를 위해 리플렉터(320)는 MMI(Multimode Interference) 커플러나 Y-브렌치 커플러를 이용한 루프백 미러(Loopback mirror) 형태로 구현되거 브래그(Bragg) 격자 형태로 구현될 수 있다. 하지만 리플렉터(320)는 이러한 형태로 한정되지 않고 짧은 길이로 광 신호의 반사가 가능한 실리콘 광 소자를 이용할 수 있다.To this end, the
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광 변조 장치의 제2 구조를 도시한 도면이다.4 is a view showing a second structure of an optical modulation device according to an embodiment of the present invention.
링형 광 변조기를 이용하여 전기 신호를 통해 광 신호를 변조하게 되면 시간에 따라 주파수 및 위상이 연속적으로 변화하는 처핑(chirping) 현상이 발생하여 광 전송 성능을 열화시키는 원인이 된다. When an optical signal is modulated through an electrical signal using a ring-type optical modulator, a chirping phenomenon in which frequency and phase continuously change with time occurs, which causes deterioration of optical transmission performance.
이와 같은 처핑 현상을 해결하기 위해서 본 발명은 리플렉터를 포함하는 두 개의 광 변조 장치를 1x2 파워 커플러와 연결하여 각각의 링형 광 변조기에 차동 전기 신호를 인가할 수 있다.In order to solve such a chirping phenomenon, the present invention may apply a differential electrical signal to each ring-type optical modulator by connecting two optical modulation devices including a reflector with a 1x2 power coupler.
즉, 제2 구조에 따른 광 변조 장치(400)는 광 신호를 제1 광 신호 및 제2 광 신호로 분기하여 제1 경로 및 제2 경로에 따라 배치된 광 도파로들 각각의 입력단에 전송하는 파워 커플러(Power coupler)(410)와 제1 경로 및 제2 경로에 따라 배치된 광 도파로들 각각에 배치되어 전기 신호를 통해 제1 광 신호 및 제2 광 신호 중 적어도 하나의 위상을 변조하는 링형 광 변조기(420, 430)를 포함할 수 있다.That is, the
이때, 광 신호는 파워 커플러(410)를 통해 제1 광 신호 및 제2 광 신호로 분기되어 제1 경로 및 제2 경로에 배치된 링형 광 변조기(420, 430)를 통해 1차 위상 변조되고, 광 도파로들의 출력단에 배치된 리플렉터(440, 450)를 통해 반사되어 링형 광 변조기(420, 430)로 재입력되어 2차 위상 변조될 수 있다.At this time, the optical signal is primary phase modulated through the ring-shaped
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광 변조 장치의 제3 구조를 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a third structure of an optical modulation device according to an embodiment of the present invention.
제3 구조에 따른 광 변조 장치(500)는 제2 구조에 따른 광 변조 장치(400)와 유사한 구조를 가질 수 있다. 다만, 광 변조 장치(500)는 리플렉터(540, 550)와 연결된 두 개의 링형 광 변조기(520, 530)를 2x2 파워 커플러(510)와 연결함으로써 광 신호의 입출력 포트를 분리할 수 있다.The
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 광 변조 장치의 제4 구조를 도시한 도면이다.6 is a diagram illustrating a fourth structure of an optical modulation device according to an embodiment of the present invention.
제4 구조에 따른 광 변조 장치(600)는 링형 광 변조기가 직렬로 연결된 구조를 제공한다. 이러한 광 변조 장치(600)는 전기적 대역폭()은 감소하지만 광 변조 효율은 증가 시킬 수 있다. 이러한 제4 구조에 따른 광 변조 장치(600)는 전기적 대역폭()은 충분히 여유가 있고, 링형 광 변조기의 구동 전압을 낮추고자 할 때 이용될 수 있다.The
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and constructed for the embodiments or may be known and usable by those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Hardware devices specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc., as well as machine language codes produced by a compiler. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instruction, or a combination of one or more of these, and configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively You can command the device. Software and / or data may be interpreted by a processing device, or to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. , Or may be permanently or temporarily embodied in the transmitted signal wave. The software may be distributed on networked computer systems, and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by a limited drawing, a person skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and / or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or other components Alternatively, even if replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
100, 310, 420, 430, 520, 530 : 링형 광 변조기
110, 311 : 버스형 광 도파로
120, 312 : 링형 광 도파로
320, 440, 450, 540, 550 : 리플렉터100, 310, 420, 430, 520, 530: ring type optical modulator
110, 311: Bus-type optical waveguide
120, 312: ring type optical waveguide
320, 440, 450, 540, 550: Reflector
Claims (14)
광 신호가 송수신되는 버스형 광 도파로; 및
전기 신호에 따라 상기 버스형 광 도파로를 통해 출력된 광 신호를 광 변조하는 링형 광 도파로
를 포함하고,
상기 광 신호는,
상기 버스형 광 도파로의 입력단을 통해 링형 광 도파로로 입력되어 1차 광 변조되고, 상기 버스형 광 도파로의 출력단에 배치된 리플렉터(Reflector)를 통해 반사되어 상기 링형 광 도파로로 재입력되어 2차 광 변조된 후 상기 버스형 광 도파로를 통해 출력되는 광 변조 장치.
In the optical modulation device,
A bus-type optical waveguide through which optical signals are transmitted and received; And
A ring-type optical waveguide that optically modulates an optical signal output through the bus-type optical waveguide according to an electrical signal
Including,
The optical signal,
It is input to the ring-type optical waveguide through the input end of the bus-type optical waveguide and is primary-optical modulated, reflected through a reflector disposed at the output end of the bus-type optical waveguide, and re-entered into the ring-type optical waveguide to re-enter the secondary optical waveguide An optical modulation device that is modulated and then output through the bus-type optical waveguide.
상기 링형 광 도파로와 상기 리플렉터 간의 거리는,
상기 전기 신호의 1 비트(Bit)에 대한 시간 주기와 관련되는 광 변조 장치.
According to claim 1,
The distance between the ring-shaped optical waveguide and the reflector,
An optical modulation device associated with a time period for one bit of the electrical signal.
상리 리플렉터는,
루프 미러(Loop mirror) 또는 브래그 격자(Bragg grating) 중 어느 하나인 광 변조 장치.
According to claim 1,
The upper reflector,
An optical modulation device that is either a loop mirror or a Bragg grating.
상기 제1 경로 및 제2 경로에 따라 배치된 광 도파로들 각각에 배치되어 전기 신호를 통해 상기 제1 광 신호 및 제2 광 신호 중 적어도 하나의 위상을 변조하는 링형 광도파로 형태의 위상 천이기(Phase shifter)
를 포함하고,
상기 광 신호는,
상기 파워 커플러를 통해 제1 광 신호 및 제2 광 신호로 분기되어 상기 제1 경로 및 제2 경로에 배치된 위상 천이기를 통해 1차 위상 변조되고, 상기 광 도파로들의 출력단에 배치된 리플렉터(Reflector)를 통해 반사되어 상기 위상 천이기로 재입력되어 2차 위상 변조된 후 상기 파워 커플러를 통해 출력되는 광 변조 장치.
A power coupler for dividing the optical signal into the first optical signal and the second optical signal and transmitting the optical signal to each input terminal of the optical waveguides arranged along the first path and the second path; And
A phase shifter in the form of a ring-shaped optical waveguide disposed in each of the optical waveguides disposed along the first path and the second path to modulate the phase of at least one of the first optical signal and the second optical signal through an electrical signal ( Phase shifter)
Including,
The optical signal,
A first optical signal is branched to the first optical signal and the second optical signal through the power coupler, the first phase is modulated through a phase shifter disposed in the first path and the second path, and a reflector disposed in the output stage of the optical waveguides (Reflector) It is reflected through the re-input to the phase shifter, the second phase modulated and then the optical modulation device output through the power coupler.
상기 제1 경로 및 제2 경로에 따라 배치된 위상 천이기는,
차동 전기 신호를 통해 상기 제1 광 신호 및 제2 광 신호 중 적어도 하나의 위상을 변조하는 광 변조 장치.
According to claim 4,
The phase shifter disposed along the first path and the second path,
An optical modulation device that modulates a phase of at least one of the first optical signal and the second optical signal through a differential electrical signal.
상기 위상 천이기와 상기 리플렉터 간의 거리는,
상기 전기 신호의 1 비트(Bit)에 대한 시간 주기와 관련되는 광 변조 장치.
According to claim 4,
The distance between the phase shifter and the reflector,
An optical modulation device associated with a time period for one bit of the electrical signal.
상리 리플렉터는,
루프 미러(Loop mirror) 또는 브래그 격자(Bragg grating) 중 어느 하나인 광 변조 장치.
According to claim 4,
The upper reflector,
An optical modulation device that is either a loop mirror or a Bragg grating.
링형 광 도파로를 통해 상기 버스형 광 도파로의 입력단으로 수신된 광 신호를 전기 신호에 따라 광 변조하는 단계
를 포함하고,
상기 광 변조하는 단계는,
상기 링형 광 도파로를 통해 1차 광 변조되어 상기 버스형 광 도파로의 출력단에 배치된 리플렉터(Reflector)를 통해 반사된 광 신호를 2차 광 변조하는 광 변조 방법.
Receiving an optical signal through an input terminal of the bus-type optical waveguide; And
Optically modulating the optical signal received through the ring-type optical waveguide to the input terminal of the bus-type optical waveguide according to an electrical signal.
Including,
The step of modulating the light,
An optical modulation method of performing secondary light modulation on a light signal reflected through a reflector disposed at an output terminal of the bus-type optical waveguide by being primary-optical modulated through the ring-type optical waveguide.
상기 링형 광 도파로와 상기 리플렉터 간의 거리는,
상기 전기 신호의 1 비트(Bit)에 대한 시간 주기와 관련되는 광 변조 방법.
The method of claim 8,
The distance between the ring-shaped optical waveguide and the reflector,
A light modulation method associated with a time period for one bit (Bit) of the electrical signal.
상리 리플렉터는,
루프 미러(Loop mirror) 또는 브래그 격자(Bragg grating) 중 어느 하나인 광 변조 방법.
The method of claim 8,
The upper reflector,
A method of light modulation, either a loop mirror or a Bragg grating.
상기 제1 경로 및 제2 경로에 따라 배치된 링형 광도파로 형태의 위상 천이기(Phase shifter)를 통해 상기 제1 광 신호 및 제2 광 신호 중 적어도 하나의 위상을 변조하는 단계
를 포함하고,
상기 위상을 변조하는 단계는,
상기 위상 천이기를 통해 1차 위상 변조되어 상기 광 도파로들 각각의 출력단에 배치된 리플렉터를 통해 반사된 제1 광 신호 및 제2 광 신호를 2차 위상 변조하는 광 변조 방법.
The optical waveguide is branched to the first optical signal and the second optical signal through a power coupler, and the branched first optical signal and the second optical signal are arranged along the first path and the second path. Transmitting to each of the input terminals; And
Modulating at least one phase of the first optical signal and the second optical signal through a phase shifter in the form of a ring-shaped optical waveguide disposed along the first and second paths
Including,
The step of modulating the phase,
An optical modulation method of performing secondary phase modulation of a first optical signal and a second optical signal reflected through a reflector disposed in an output terminal of each of the optical waveguides through primary phase modulation through the phase shifter.
상기 제1 경로 및 제2 경로에 따라 배치된 위상 천이기는,
차동 전기 신호를 통해 상기 제1 광 신호 및 제2 광 신호 중 적어도 하나의 위상을 변조하는 광 변조 방법.
The method of claim 11,
The phase shifter disposed along the first path and the second path,
Optical modulation method for modulating the phase of at least one of the first optical signal and the second optical signal through a differential electrical signal.
상기 위상 천이기와 상기 리플렉터 간의 거리는,
상기 전기 신호의 1 비트(Bit)에 대한 시간 주기와 관련되는 광 변조 방법.
The method of claim 11,
The distance between the phase shifter and the reflector,
A light modulation method associated with a time period for one bit (Bit) of the electrical signal.
상리 리플렉터는,
루프 미러(Loop mirror) 또는 브래그 격자(Bragg grating) 중 어느 하나인 광 변조 방법.
The method of claim 11,
The upper reflector,
A method of light modulation, either a loop mirror or a Bragg grating.
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KR1020180111359 | 2018-09-18 | ||
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KR1020190001040A KR20200032623A (en) | 2018-09-18 | 2019-01-04 | Apparatus and method for optical modulating |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN117492135A (en) * | 2023-12-29 | 2024-02-02 | 之江实验室 | Multimode micro-ring modulator based on Bragg grating and modulation method thereof |
-
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Cited By (2)
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CN117492135A (en) * | 2023-12-29 | 2024-02-02 | 之江实验室 | Multimode micro-ring modulator based on Bragg grating and modulation method thereof |
CN117492135B (en) * | 2023-12-29 | 2024-05-03 | 之江实验室 | Multimode micro-ring modulator based on Bragg grating and modulation method thereof |
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