KR930008935B1 - Optic polarization splitter - Google Patents
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Abstract
Description
제 1 도 및 제 2 도는 본 발명에 의한 편광분리기의 구성을 보인 것으로, 제 1 도는 리튬니오베이트(LiNbO3)의 결정 위에 티타늄을 중착하고 열확산하여 형성한 도파로의 개략도.1 and 2 show the configuration of a polarization separator according to the present invention, and FIG. 1 is a schematic diagram of a waveguide formed by depositing and thermally diffusing titanium on a crystal of lithium niobate (LiNbO 3 ).
제 2 도는 동상의 도파로위에 전극에 부착한 상태의 개략도.2 is a schematic view of the state attached to the electrode on the waveguide of the in-phase.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
E1, E2: 전극 W0: 중간부 도파로E 1 , E 2 : electrode W 0 : middle waveguide
W1, W2: 입력부 도파로 W3,W4: 출력부 도파로W 1 , W 2 : Input waveguide W 3 , W 4 : Output waveguide
본 발명은 편광분리기 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 두개의 모드, 즉 빛의 전기장의 크기가 광도파로의 축에 대하여 대칭되며 코싸인(cosine) 형태의 전자파 분포를 갖는 우모드(even mode)와, 비대칭되며 싸인(sine) 형태의 전자파 분포를 갖는 기모드(odd mode)가 간섭하는 광도파로에 한쌍의 전극을 부착하여 두 편광을 분리하는 편광분리기와 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
여기서 편광이란 빛의 전기장의 진동방향이 서로 수직한 두종류의 빛의 상태를 일컫는 것이며, 이하부터 전기장의 진동방향이 시편의 면과 나란한 경우를 가로편광(TE편광), 수직한 경우를 세로편광(TM편광)이라 한다.Here, polarization refers to two kinds of light states in which the vibration directions of the light electric fields are perpendicular to each other. Hereinafter, the polarization directions of the electric fields are parallel to the plane of the specimen, and the vertical polarization is used for the vertical cases. It is called (TM polarization).
최근 광통신 및 광학적 관성계, 레이저 도플러 속도측정계 등에 사용하기 위해서 광집적소자 형태의 편광분리기가 많이 제안되었다. 예를 들어, 금속박막을 덮은 도파로형, X가 교차형, 마하젠더(Mach-Zehnder)형 및 역 위상형 방향성결합기등의 편광분리기가 제안되었다. 그런데 두 편광을 나누기 위해서는 두 편광의 출력을 임의로 조절할 수 있어야 하며, 그러기 위해서는 두개의 편광 조절량이 있어야 한다. 그러나 앞에서 예를 든 편광분리기는 X자 교차형이나 마하젠더형처럼 외부에서 두 편광을 조절할 수 있는 기능이 없거나, (M.Masuda and G.L.Yip, Appl. Phys Lett.37, 20(1980).와 Yosi Shani, Charless H.Henry, Rodney C. Kistler and Kenneth.J.Orlovsky, Appl.Opt. 29, 337(1980)을 참고)역 위상형이나 금속박막을 덮은 도파로처럼 외부에서 두 편광을 조절할 수 있는 양이 하나 뿐이어서 높은 분리도로 두 편광을 분리하기가 어렵다(R.C.Alferness and L.L.Buhl, Opt.Lett.10, 140(1984)와, K.Habara, Electron. Lett.23, 614(1987) 그리고 O.Mikami, Appl. Phys, Lett 36, 494(1980)을 참고).Recently, many polarizers in the form of optical integrated devices have been proposed for use in optical communication, optical inertial systems, and laser Doppler speed gauges. For example, polarizers such as waveguides, X-crosses, Mach-Zehnder-type and reverse phase directional couplers covering metal thin films have been proposed. However, in order to divide the two polarizations, the output of the two polarizations must be arbitrarily adjusted, and in order to do so, there must be two polarization adjustment amounts. However, the polarization splitter in the previous example does not have the ability to control two polarizations externally, such as the X-crossing or the Mach-Zehnder, or (M. Masuda and GLYip, Appl. Phys Lett. 37, 20 (1980). See Yosi Shani, Charless H. Henry, Rodney C. Kistler and Kenneth. J. Orlovsky, Appl. Opt. 29, 337 (1980)). Only one quantity makes it difficult to separate two polarizations with high separation (RCAlferness and LLBuhl, Opt. Lett. 10, 140 (1984) and K. Habara, Electron. Lett. 23, 614 (1987) and O See Mikami, Appl. Phys, Lett 36, 494 (1980).
본 발명은 상기한 바와같은 종래의 결함을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 이방성 전기광학 광도파로를 형성하고 그 광도파로에 한쌍의 전극을 부착하여 두 편광이 출력을 조절할 수 있게 되는 편광분리기 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional defects, and forms an anisotropic electro-optical optical waveguide and attaches a pair of electrodes to the optical waveguide so that two polarizations can regulate the output and its manufacture It is to provide a method.
이러한 본 발명의 편광분리기는 이방성 전기효과를 가지는 리튬니오베이트와 같은 베이스판의 결정면위에 쌍Y자형 도파로를 형성하고 그 쌍Y자형 도파로에 한쌍의 전극을 형성한 구성으로 되어 있으며, 상기 쌍Y자형 도파로는 각각 두갈래로 분리된 입력부 도파로와 출력부 도파로가 한갈래의 중간부 도파로에 이어져 마치 Y자를 대향하게 연결한 형상으로 되어 있다.The polarizing separator of the present invention has a configuration in which a pair Y-shaped waveguide is formed on a crystal surface of a base plate such as lithium niobate having anisotropic electric effect and a pair of electrodes are formed in the pair Y-shaped waveguide. Each of the waveguides has two separate input waveguides and an output waveguide connected to a single middle waveguide, so as to connect the Y-shaped waves.
보다 구체적으로 한예를 들면 베이스판은 리튬니오베이트를 Y축 또는 Z축에 대해 수직으로 절단하여 사용하며, 그 리튬니오베이트 베이스판위에 티타늄을 증착하고 가열하여 확산시킴으로써 쌍Y자형 도파로를 형성한다. 그리고 한쌍의 전극은 쌍Y자형 도파로의 중간부 도파로에 인듐 주석산화물 등의 도체를 증착하여 형성한다.More specifically, for example, the base plate is used by cutting lithium niobate perpendicularly to the Y-axis or Z-axis, and forms a twin-Y waveguide by depositing titanium on the lithium niobate base plate, and heating and diffusing it. The pair of electrodes is formed by depositing a conductor such as indium tin oxide on the middle waveguide of the pair Y-shaped waveguide.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제 1 도는 리튬니오베이트(LiNbO3) 결정의 Z면 위에 티타늄을 32nm증착하여 1000℃에서 열확산시켜 만든 광도파로의 개략도를 보인 것으로, 입력부 및 출력부 도파로 W1, W2및 W3, W4는 각각 한 개의 우모드(even mode)만이 유지될 수 있으며, X축 방향과 나란하게 만들어진 중간부 도파로 W0는 광도파로의 폭이 입력 및 출력부에 비하여 넓기 때문에 두개의 모드 즉 우모드와 기모드(even, odd mode)가 유지될 수 있다. 이 도파로를 두개의 모드가 간섭하는 광도파로(Two mode interference wav-eguide, TMI)라 한다.1 is a schematic view of an optical waveguide made by thermally diffusing 32 nm titanium on a Z surface of a lithium niobate (LiNbO 3 ) crystal at 1000 ° C., where the input and output waveguides W 1 , W 2 and W 3 , W 4 Only one even mode can be maintained each, and the middle waveguide W 0 made parallel to the X-axis direction has two modes, namely, right mode and device because the width of the optical waveguide is wider than the input and output portions. Even mode (even, odd mode) can be maintained. This waveguide is referred to as a two mode interference wav-eguide (TMI).
제 2 도는 제작된 도파로 위에 부착된 전극의 개략도를 보인 것으로, 전극길이; L1=3mm, L2=9mm, 전극 E2은 도면의 위에서 아래로 전기장을 유도하며, 전극 E2는 도면과 나란한 방향으로 전기장을 유도한다.2 is a schematic view of the electrode attached to the fabricated waveguide, the electrode length; L 1 = 3 mm, L 2 = 9 mm, electrode E 2 induces an electric field from top to bottom of the figure, and electrode E 2 induces an electric field in a direction parallel to the figure.
본 발명의 편광분리기를 제조함에 있어서는 제 1 도와 같이 결정의 Z축에 대해 수직으로 자른 리튬니오베이트 위에 티타늄을 32nm두께로 증착한 후 티타늄을 리튬니오베이트 안으로 1000℃에서 5시간 동안 확산시키면, 폭이 8㎛인 W0도파로에서는 두개의 모드가 도파될 수 있으며, 나누어진 각기 2°인 양쪽 V자 모양의, 폭이 5㎛인 W1, W2, W3, W4도파로에서는 각각 한개의 모드만이 도파될 수 있게 된다.In preparing the polarization separator of the present invention, after depositing titanium at a thickness of 32 nm on lithium niobate cut perpendicularly to the Z axis of the crystal as in the first degree, the titanium was diffused into lithium niobate at 1000 ° C. for 5 hours, thereby providing a width. In this 8 μm W 0 waveguide, two modes can be guided, and in each of the two V-shape, 2 ° divided, W 1 , W 2 , W 3 , W 4 waveguides, Only the mode can be guided.
예를 들어, 제 1 도의 입력측 W1광도파로에 빛을 입사시키면 W1광도파로에서는 빛의 진행에 따라 도파로 내에서 빛의 분포가 변화하지 않으나 중간도파로 부분인 W0광도파로에서는 빛의 진행에 따라 빛의 분포가 좌우로 진동하면서 변하게 된다. 그리고 이렇게 진동하는 빛은 W0광도파로의 끝에서 출력도파로 W3광도파로와 W4광도파로로 나뉘어 진행하게 된다.For example, when light is incident on the input side W 1 optical waveguide of FIG. 1, the distribution of light does not change in the waveguide according to the progress of light in the W 1 optical waveguide, but in the W 0 optical waveguide part of the intermediate waveguide, As a result, the distribution of light oscillates from side to side. The vibrating light is divided into an output waveguide W 3 optical waveguide and a W 4 optical waveguide at the end of the W 0 optical waveguide.
이때 두 도파로로 나뉘어지는 빛의 세기(light intensity)는 같지 않다. 출력쪽 두 도파로의 빛의 세기를 I3, I4라 할때, 10×log(I3/(I3+I4)), 또는 -10×log(I4/(I3+I4))를 분리도라 정의하며, 단위는 데시벨(dB)이다. 이 값은 같은소자 내에서도 두 편광에 대해 다르다. 그 이유는 두 편광에 대한 리튬니오베이트 도파로의 굴절률이 두 편광에 대해서 다르기 때문이다. 그러나, 광도파로를 리튬니오베이트이 Z축 면위에다가 X축방향으로 만들고 제 2 도와 같이 전극을 만들면, 전극 E1에 의해 세로편광의 굴절률이 변하고 전극 E2에 의해서는 가로편광의 굴절률이 변한다.At this time, the light intensity divided into the two waveguides is not the same. 10 × log (I 3 / (I 3 + I 4 )), or -10 × log (I 4 / (I 3 + I 4 ), when the light intensity of the two output waveguides is I 3 , I 4 ) Is defined as the degree of separation, and the unit is decibels (dB). This value is different for both polarizations within the same device. This is because the refractive index of the lithium niobate waveguide for the two polarizations is different for the two polarizations. However, when the lithium niobate is formed on the Z-axis in the X-axis direction and the electrode is made as in the second degree, the refractive index of the vertically polarized light is changed by the electrode E 1 , and the refractive index of the transversely polarized light is changed by the electrode E 2 .
그러므로 1번 도파로에 가로편광과 세로편광을 동시에 입사시키고 두전극의 전압을 조절하면 가로편광(TE)은 W3도파로로 나오고 세로편광(TM)은 W4번 도파로로만 나오게 할 수 있다.Therefore, when horizontal polarization and vertical polarization are incident simultaneously on the first waveguide and the voltages of the two electrodes are adjusted, the horizontal polarization (TE) comes out of the W 3 waveguide and the vertical polarization (TM) comes out of the W 4 waveguide only.
전극의 길이는 소자의 제작방법에 따라 조금씩 다르게 할 수 있으나, 본 실시예에서는 제 2 도에서와 같이 L1=3mm, L2=9mm로 만들었다. 외부인가하는 전압과 두 편광에 대한 굴절률변화와의 관계는 다음과 같이 주어진다.The length of the electrode may vary slightly depending on the fabrication method of the device, but in this embodiment, L 1 = 3 mm and L 2 = 9 mm, as shown in FIG. The relationship between the externally applied voltage and the refractive index change for both polarizations is given by
△n(TE)=(r22 V2+r23 V1)n3/2dΔn (TE) = (r22 V 2 + r23 V 1 ) n 3 / 2d
△n(TE)=r33 V1n3/2/d△ n (TE) = r33 V 1 n 3/2 / d
여기서 r22, r23, r33은 광전효과가 있는 광도파로에서의 인가된 전압에 따른 굴절률 변화 계수, n은 광도파로의 굴절률, d는 전극의 양극과 음극사이의 간격이며, V1, V2는 각각 전극 E1, E2에 인가된 전압이다.Where r22, r23, and r33 are refractive index change coefficients according to the applied voltage in the optical waveguide having the photoelectric effect, n is the refractive index of the optical waveguide, d is the distance between the anode and the cathode of the electrode, and V 1 and V 2 are respectively The voltages applied to the electrodes E 1 and E 2 .
전극의 재료는 인듐 주석산화물을 100-200nm 두께로 증착하여 사용할 수도 있으며, 다른 방법으로는 100-200nm두께의 실리콘 산화물(SiO2)위에 두께 100nm의 알루미늄 박막을 증착하여 사용할 수도 있다.The material of the electrode may be used by depositing indium tin oxide in a thickness of 100-200 nm, or alternatively, by depositing an aluminum thin film having a thickness of 100 nm on silicon oxide (SiO 2 ) having a thickness of 100-200 nm.
출력 쪽 W3, W4도파로에서의 분리도를 높이기 위해서는 인가전압을 적절히 조절해야 하지만, 또한, W3, W4도파로의 굴절률이나 폭이 가급적 대칭에 가까워야 하며, W3과 W4사이 각기 클수록 분리도는 높다. 그러나 각이 너무크면 광손실이 많아지므로 본 소자에서는 2°로 만들었다. 이와같이 하여 분리도가 -20dB 이하의 편광분리기를 만들었다. 이때 인가한 전압을 V1=12V, V2=20V 였다.Output side W 3, W 4, but in order to increase the separation of the waveguide should be appropriate adjustment of the applied voltage, and, W 3, W 4 and be as close to as possible the refractive index and the width of the waveguide symmetry, the larger each sayi W 3 and W 4 The degree of separation is high. However, if the angle is too large, the light loss is increased, so the device is made 2 °. In this way, a polarization separator having a separation of less than -20 dB was made. The applied voltage was a a V 1 = 12V, V 2 = 20V.
물론 최상의 분리도를 얻기위한 인가전압은 소자의 제작조건에 따라 조금씩 다르다.Of course, the applied voltage to obtain the best separation is slightly different depending on the fabrication conditions of the device.
이상에서 설명한 바와같은 본 발명의 편광분리기는 전극에 인가되는 전압을 조절함에 따라 두 편광의 출력을 개별적으로 조절할 수 있는 이점이 있다.As described above, the polarization separator of the present invention has the advantage of individually controlling the outputs of the two polarizations by adjusting the voltage applied to the electrode.
Claims (4)
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KR1019900010416A KR930008935B1 (en) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | Optic polarization splitter |
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Family Applications (1)
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KR1019900010416A KR930008935B1 (en) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | Optic polarization splitter |
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Country | Link |
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KR (1) | KR930008935B1 (en) |
-
1990
- 1990-07-10 KR KR1019900010416A patent/KR930008935B1/en not_active IP Right Cessation
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KR920003074A (en) | 1992-02-29 |
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