KR19980073463A - Integrated Optical Reflective Optical Modulator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집적광학 반사형 광변조기에 관한 것으로서, 특히 종래의 집적광학 광변조기와 비교하여 보다 작은 사이즈와 보다 낮은 구동전압을 갖는 광변조기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to integrated optical reflective optical modulators, and more particularly, to optical modulators having a smaller size and lower driving voltage compared to conventional integrated optical optical modulators.
본 발명에 따른 집적광학 반사형 광변조기는, 기판에 형성된 입력광도파로에 마다가 형성되고 상기 벌크형 광파워분할기에서 출력되는 광신호는 출력도파로와 Y형 광파워분할/결합기에 각각 접속되며 상기 Y형 광파워분할/결합기에서 분기되는 제1, 2광도파로는 변조영역에 인가되는 전계에 의해 굴절율이 변화되며 상기 제1, 2광도파로의 끝단은 광신호를 반사시키는 거울을 포함함을 특징으로 하며, 여기서, 상기 거울에서 반사된 광신호들은 변조영역을 다시 겨쳐 Y형 광파워분할/결합기에서 다시 합쳐져 벌크형 광파워분할기를 통하여 출력도파로로 광신호가 출력된다.In the integrated optical reflection type optical modulator according to the present invention, each optical waveguide is formed in an input optical waveguide formed on a substrate, and the optical signal output from the bulk optical power splitter is connected to an output waveguide and a Y-type optical power splitter / coupler, respectively, and the Y The first and second optical waveguides branched from the fluorescence power splitter / combiner are changed in refractive index by an electric field applied to the modulation region, and the ends of the first and second optical waveguides include mirrors for reflecting optical signals. In this case, the optical signals reflected from the mirror are recombined in the Y-type optical power splitter / combiner again through the modulation region to output the optical signal to the output waveguide through the bulk optical power splitter.
본 발명에 의하면 변조영역에 있는 각각의 광도파로단에 거울을 부착시키고 상기 거울에 의해 반사된 광신호를 Y형 광파워분할/결합기에서 결합시킨 후 벌크형 광파워분할기로 반사시켜 출력도파로에 출력시킴으로써, 변조영역에 있는 광도파로 길이를 반으로 줄일 수 있어 구동전압을 상승시키지 않고 광변조기를 소형으로 제작할 수 있다.According to the present invention, by attaching a mirror to each optical waveguide end in the modulation region, combining the optical signal reflected by the mirror in the Y-type optical power splitter / combiner, and then reflecting the bulk optical power splitter to output the output waveguide. Therefore, the length of the optical waveguide in the modulation region can be reduced by half, so that the optical modulator can be made compact without increasing the driving voltage.
Description
본 발명은 집적광학 반사형 광변조기에 관한 것으로서, 특히 종래의 집적광학 광변조기와 비교하여 보다 작은 사이즈를 갖는 광변조기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to integrated optical reflective optical modulators and, more particularly, to optical modulators having a smaller size compared to conventional integrated optical optical modulators.
집적광학 광변조기는 광파우어 분할기, 광스위치, 광파장 필터 등과 같이 광통신에 필요한 핵심 부품들 중의 하나로서 광신호를 원하는 형태로 변조시키는 기능을 한다. 이러한 집적광학 광변조기는 기판의 전기광학효과(Electooptic Effect)를 이용하며 집적광학 기판재료로는 리튬나오베이트(LiNbO3, LN)와 리튬탄탈레이트(LiTaO3, LT), 전기광학 폴리머(Polymer) 등이 대표적으로 사용된다. 이러한 집적광학용 기판재료 중 강유전체인 리튬나오베이트는 낮은 광도파손실(Propagation Loss)과 큰 전기광학 효과(Electrooptic Effect) 등의 우수한 특성으로 집적광학 소자 제작에 널리 이용되고 있다.An integrated optical optical modulator is one of the key components required for optical communication such as an optical power divider, an optical switch, and an optical wavelength filter, and functions to modulate an optical signal into a desired shape. The integrated optical optical modulator uses the electrooptic effect of the substrate, and as the integrated optical substrate materials, lithium naobate (LiNbO 3 , LN), lithium tantalate (LiTaO 3 , LT), and electro-optic polymer (Polymer) Etc. are typically used. Among such integrated optical substrate materials, ferroelectric lithium naobate is widely used for fabricating integrated optical devices due to its excellent properties such as low propagation loss and large electrooptic effect.
현재까지, 여러가지 형태의 집적광학 광변조기가 발표되었으며, 대표적으로는 마하젠더 간섭계(Mach-Zehnder Interferometer)형 광변조기와 방향성 결합기(Directional Coupler)형 광변조기, 차단(Cutoff)형 광변조기 등이 있다.To date, various types of integrated optical optical modulators have been announced, including Mach-Zehnder Interferometer type optical modulators, Directional Coupler type optical modulators, and Cutoff type optical modulators. .
도 1a는 종래의 Z 컷 리튬나이오베이트 기판으로 제작된 마하젠더 간섭계형 광변조기를 나타내며, 도 1b는 도 1a에 도시된 마하젠더 간섭계형 광변조기의 단면도이다.FIG. 1A illustrates a Mach-Zehnometer interferometer type optical modulator made of a conventional Z-cut lithium niobate substrate, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the Mach-Zehnder interferometer type optical modulator shown in FIG. 1A.
도 1a 및 도 1b에서 마하젠더 간섭계형 광변조기는 Y-Branch 형태의 광파워분할기, 변조영역 그리고 Y-Branch 분할기를 돌려놓은 광결합기로 구성된 단일모드 광도파로를 기본으로 형성된다.In FIG. 1A and FIG. 1B, the Mach-Zehnder interferometer type optical modulator is formed based on a single-mode optical waveguide composed of an optical coupler having a Y-branch type optical power splitter, a modulation region, and a Y-branch splitter.
입력단(101)에 유입된 광신호는 Y형 광파워분할기(102)에서 같은 파워를 가진 두 개의 신호로 나뉘어지며 변조영역(116)을 거쳐 다시 광결합기(112)에 의해 두 개의 각각의 신호는 하나의 변조된 신호로 합쳐져 출력단(114)로 나온다. 전극(108, 110)에 의해 변조영역(116)에 전계가 인가되지 않을 경우에는 입력광도파로(101)에 유입된 광신호는 두 개의 광신호로 나뉘어진 다음 두 신호 모두 위상변화없이 다시 광결합기(112)에서 합쳐져서 입력된 광신호와 동일한 광신호가 출력된다. 한편, 도 1b에 도시된 바와 같이 변조영역(118)에 있는 두 개의 광도파로(104, 106)가 제1전극(108)과 제2전극(110)에 의해 전계가 인가될 경우에는 광도파로(104, 106)를 통과하는 각각의 광신호는 서로 위상차가 발생된다. 따라서, 광결합기(112)에서 광신호는 서로 상쇄간섭이 일어나게 되며, 출력도파로(114)에 인가되는 전계에 따라 변조된 정도가 다른 광신호가 출력된다.The optical signal introduced into the input terminal 101 is divided into two signals having the same power in the Y-type optical power splitter 102, and then each of the two signals by the optical combiner 112 through the modulation region 116 again. It is combined into one modulated signal and outputs to the output stage 114. When no electric field is applied to the modulation region 116 by the electrodes 108 and 110, the optical signal introduced into the input optical waveguide 101 is divided into two optical signals, and then both signals are again combined without a phase change. An optical signal identical to the optical signal combined and input at 112 is output. Meanwhile, as shown in FIG. 1B, when two optical waveguides 104 and 106 in the modulation region 118 are applied with an electric field by the first electrode 108 and the second electrode 110, the optical waveguide ( Each optical signal passing through 104 and 106 has a phase difference from each other. Therefore, in the optical coupler 112, the optical signals cancel each other, and an optical signal having a different degree of modulation according to an electric field applied to the output waveguide 114 is output.
도 2a는 종래의 X 또는 Y 컷 기판으로 제작된 마하젠더 간섭계형 광변조기를 나타내며, 도 2b는 도2a에 도시된 마하젠더 간섭계형 광변조기의 단면도이다.Figure 2a shows a Mach-Zehnder interferometric light modulator made of a conventional X or Y cut substrate, Figure 2b is a cross-sectional view of the Mach-Zehnder interferometric light modulator shown in Figure 2a.
도 2a에서 X 또는 Y 컷 기판으로 제작된 마하젠더 간섭계형 광변조기의 도파로의 형태는 도 1a의 광도파로와 동일하나 도 2b에 도시된 바와 같이 Z이 기판(200)과 수평방향으로 광도파로(204, 206)를 가로지르는 방향이기 때문에 전극의 위치를 도 2b와 같이 하여야 큰 전기광학효과를 이용할 수 있다.In FIG. 2A, the waveguide of the Mach-Zehnder interferometric optical modulator manufactured by the X or Y cut substrate is the same as the optical waveguide of FIG. 1A, but Z is the optical waveguide in the horizontal direction with the substrate 200 as shown in FIG. 2B. 204 and 206, the direction of the electrode is to be positioned as shown in Figure 2b to use a large electro-optic effect.
이러한 광변조기에서, 가장 중요한 특성치 중의 하나가 스위치 구동전압(Vπ)이다. 전극에 인가되는 스위칭 구동전압은 광변조기의 광파우어 출력을 온 또는 오프하는 데 사용되는 전압으로서, 마하젠더 광변조기의 경우 위상을 π만큼 변화시키는 데 소요되는 전압이다. Vπ는 Vπ=(λg)/(ne 3r331 의 식에 의해 산출된다.In such an optical modulator, one of the most important characteristic values is the switch drive voltage (V).π)to be. The switching driving voltage applied to the electrode is a voltage used to turn on or off the optical power output of the optical modulator. In the case of the Mach-Zehnder optical modulator, it is a voltage required to change the phase by [pi]. VπVπ= (λg) / (ne 3r33One It is calculated by the formula
상기 식에서 λ는 광신호의 파장, g는 제1, 2광도파로간의 거리, 1 전계와 광신호의 상호작용 길이 즉 유효길이, ne는 유효굴절율, 1 중첩상수 그리고 r33은 전기광학 계수를 나타낸다.Λ is the wavelength of the optical signal, g is the distance between the first and second optical waveguide, 1 The interaction length of the electric field and the optical signal, that is, the effective length, neIs the effective refractive index, 1 Superposition constant and r33Denotes the electro-optic coefficient.
상기 식에서 볼 수 있듯이 스위칭 전압인 구동전압을 낮추려면 다른 파라미터는 이미 정해져 있기 때문에 광변조기 설계시 두 광도파로(108, 110 또는 204, 206)간의 간격 g를 줄이거나 유효길이 1 연장시켜야만 했다. 그러나, 상기 제1, 2광도파로간의 간격이 너무 가까워지면 결합(Coupling)현상이 나타나기 때문에 간격 또한 좁히는 데 제약이 따랐다. 따라서, 1 조정하여 소자의 크기를 크게 할 수밖에 없었고, 다른 한편으로는 소자의 크기를 줄이고자 하면 스위칭 전압을 높여야 하는 문제점이 있었다.As can be seen from the above equation, in order to lower the driving voltage, which is the switching voltage, other parameters are already determined, so when designing the optical modulator, the distance g between the two optical waveguides 108, 110, or 204, 206 is reduced or the effective length 1 is reduced. Had to be extended. However, when the spacing between the first and second optical waveguides becomes too close, coupling occurs, which limits the spacing. Thus, 1 Inevitably, the size of the device had to be increased. On the other hand, if the size of the device was to be reduced, the switching voltage had to be increased.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 소형으로 낮은 구동전압에서도 작동하는 집적광학 반사형 광변조기를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide an integrated optical reflection type optical modulator that operates at a small and low driving voltage.
도 1a는 종래의 Z 컷(cut)한 기판으로 제작된 마하젠더 간섭계형 광변조기의 평면도이다.1A is a plan view of a Mach-Zehnder interferometer type optical modulator manufactured from a conventional Z-cut substrate.
도 1b는 도 1a에 도시된 마하젠더 간섭계형 광변조기의 단면도이다.FIG. 1B is a cross-sectional view of the Mach-Zehnder interferometer type optical modulator shown in FIG. 1A.
도 2a는 종래의 X 또는 Y 컷 기판으로 제작된 마하젠더 간섭계형 광변조기의 평면도이다.Figure 2a is a plan view of a Mach-Zehnder interferometer type optical modulator made of a conventional X or Y cut substrate.
도 2b는 도2a에 도시된 마하젠더 간섭계형 광변조기의 단면도이다.FIG. 2B is a cross-sectional view of the Mach-Zehnder interferometer type optical modulator shown in FIG. 2A.
도 3a는 본 발명에 따른 Z 컷 기판으로 제작한 집적광학 반사형 광변조기의 평면도이다.3A is a plan view of an integrated optical reflection type optical modulator manufactured from a Z-cut substrate according to the present invention.
도 3b는 본 발명에 따른 X 또는 Y 컷 기판으로 제작한 집적광학 반사형 광변조기의 평면도이다.3B is a plan view of an integrated optical reflection type optical modulator manufactured from an X or Y cut substrate according to the present invention.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 집적광학 반사형 광변조기는, 종래의 마하젠더 간섭계형 광변조기를 반으로 잘라 끝단에 거울을 형성한 구조를 갖는다. 기판에 형성된 입력광도파로에 Y형 광파워분할/결합기에 각각 형성되며 상기 Y형 광파워분할/결합기에서 분기되는 제1, 2광도파로는 변조영역에 인가되는 전계에 의해 굴절율이 변화되며 상기 제1, 2광도파로의 끝단은 광신호를 반사시키는 거울을 포함함을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, the integrated optical reflective optical modulator according to the present invention has a structure in which a conventional Mach-Zehnder interferometric optical modulator is cut in half and a mirror is formed at an end thereof. The first and second optical waveguides respectively formed at the Y-type optical power splitter / coupler in the input optical waveguide formed on the substrate and branched from the Y-type optical power splitter / coupler are changed in refractive index by an electric field applied to the modulation region. The ends of the first and second optical waveguides include a mirror reflecting an optical signal.
또한, 상기 Y형 광파워분할/결합기는 상기 입력광도파로에 입사되는 광신호를 두 개로 분할시키고 상기 거울에서 반사되는 두 개의 광신호는 서로 결합시킴을 특징으로 한다. 다시 결합된 광신호는 벌크형 광파워 분할기를 통하여 출력도파로로 출력된다.The Y-type optical power splitter / combiner divides an optical signal incident on the input optical waveguide into two and combines two optical signals reflected from the mirror. The recombined optical signal is output to the output waveguide through the bulk optical power divider.
또한, 상기 벌크형 광파워분할기는 상기 입력광도파로에 입사되는 광신호를 상기 Y형 광파워분할/결합기에 출력시키고 상기 거울에서 반사된 후 상기 Y형 광파워분할/결합기에 의해 결합된 변조된 광신호를 상기 출력광도파로에 출력함을 특징으로 한다.In addition, the bulk optical power splitter outputs an optical signal incident to the input optical waveguide to the Y-type optical power splitter / coupler, is reflected from the mirror, and modulated light coupled by the Y-type optical power splitter / coupler And outputs a signal to the output optical waveguide.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a는 본 발명에 따른 Z 컷 기판으로 제작한 집적광학 반사형 광변조기를 설명하기 위한 도면이다.3A is a view for explaining an integrated optical reflection type optical modulator manufactured from a Z cut substrate according to the present invention.
도 3a에 도시된 집적광학 반사형 광변조기는 기판(300), 입력도파로(301), 벌크형 광파워분할기(302), 출력도파로(304), Y형 광파워분할/결합기(306), 제1, 2광도파로(310, 312)제1전극(314), 제2전극(316), 거울(318)을 포함한다.The integrated optical reflective optical modulator shown in FIG. 3A includes a substrate 300, an input waveguide 301, a bulk optical power splitter 302, an output waveguide 304, a Y-type optical power splitter / combiner 306, and a first The first optical waveguides 310 and 312 include a first electrode 314, a second electrode 316, and a mirror 318.
입력도파로(301)를 통하여 입사된 광신호는 유전물질로 형성된 벌크형 광파워분할기(302)를 통하여 Y형 광파워분할/결합기(306)에 출력된다. Y형 광파워분할/결합기(306)는 유입된 광신호를 두 개의 광도파로(310, 312)를 통하여 분할시켜 출력하며 변조영역(320)에 있는 제1광도파로(310)의 상부에는 제1전극(314), 제2광도파로(316)의 상부에는 제2전극(316)을 형성하여 전계를 인가한다. 인가되는 전계에 의해 변조영역(320)에 있는 제1, 2광도파로(310, 312)는 상반되어 굴절율이 변화하게 된다.The optical signal incident through the input waveguide 301 is output to the Y-type optical power splitter / combiner 306 through a bulk optical power splitter 302 formed of a dielectric material. The Y-type optical power splitter / combiner 306 divides the incoming optical signal through two optical waveguides 310 and 312 and outputs the first optical waveguide 310 in the modulation region 320. The second electrode 316 is formed on the electrode 314 and the second optical waveguide 316 to apply an electric field. Due to the applied electric field, the first and second optical waveguides 310 and 312 in the modulation region 320 are opposed to each other and the refractive index is changed.
따라서, 변조영역(320)에 있는 제1, 2광도파로(310, 312)를 통과함에 따라 각각의 광신호 간에는 전계에 의해 위상차가 발생하며 위상이 바뀐 광신호는 거울(318)에 반사되어 다시 제1, 2광도파로(310, 312)를 통과함에 따라 두 개의 광신호간에는 위상이 계속적으로 바뀐다. 위상차가 발생된 광신호들은 Y형 광파워분할/결합기(306)에서 결합되어 상쇄간섭에 의해 출력광도파로(304)에는 변조된 광신호가 출력된다.Accordingly, as the light passes through the first and second optical waveguides 310 and 312 in the modulation region 320, a phase difference is generated between the respective optical signals by an electric field, and the optical signals whose phases are changed are reflected by the mirror 318 again. As the light passes through the first and second optical waveguides 310 and 312, the phase is continuously changed between the two optical signals. The optical signals generated by the phase difference are combined in the Y-type optical power splitter / combiner 306, and the modulated optical signals are outputted to the output optical waveguide 304 by offset interference.
한편, 변조영역(320)에서 제1, 2전극(314, 316)에 의해 전계가 제1, 2광도파로(310, 312)에 인가되지 않을 경우 거울(318)에 반사된 광신호는 위상이 바뀌지 않고 Y형 광파워분할/결합기(306)에서 그대로 보강되어 결합되며 벌크형 광파워분할기(302)에서 반사되어 출력도파로(304)에 출력된다.On the other hand, when the electric field is not applied to the first and second optical waveguides 310 and 312 by the first and second electrodes 314 and 316 in the modulation region 320, the optical signal reflected by the mirror 318 is out of phase. Without changing, the Y-type optical power splitter / combiner 306 is reinforced and coupled as it is, and is reflected by the bulk optical power splitter 302 and outputted to the output waveguide 304.
도 3b는 X 또는 Y 컷 기판으로 제작한 집적광학 반사형 광변조기를 설명하기 위한 도면이다.3B is a view for explaining an integrated optical reflection type optical modulator made of an X or Y cut substrate.
도 3b에서는, 도 3a에 도시된 광변조기와 기능은 동일하나 X 또는 Y 컷 기판(330)을 고려하여 제1, 제2, 제3전극(332, 334, 336)을 형성하고 제2전극(334)에 구동전압을 인가하여 전계를 제1, 2광도파로(338, 340)에 인가하면 출력도파로(342)에서 원하는 변조된 광신호를 출력시킬 수 있다.In FIG. 3B, the functions of the optical modulator shown in FIG. 3A are the same, but the first, second, and third electrodes 332, 334, and 336 are formed in consideration of the X or Y cut substrate 330, and the second electrode ( When an electric field is applied to the first and second optical waveguides 338 and 340 by applying a driving voltage to the 334, the output waveguide 342 may output a desired modulated optical signal.
상술된 바와 같이 본 발명에 의하면 변조영역에 있는 각각의 광도파로 끝단에 거울을 부착시키고 상기 거울에 의해 반사된 광신호를 분할기로 반사시켜 출력도파로에 출력시킴으로써, 변조영역에 있는 광도파로 길이를 반으로 줄일 수 있어 구동전압을 상승시키지 않고 광변조기를 소형으로 제작할 수 있으며, 마찬가지로 변조영역의 도파로 길이를 조절하여 구동전압을 낮출 수도 있다.As described above, according to the present invention, a mirror is attached to the end of each optical waveguide in the modulation region, and the optical signal reflected by the mirror is reflected by the splitter and output to the output waveguide, thereby halving the optical waveguide length in the modulation region. Since the optical modulator can be made compact without increasing the driving voltage, the driving voltage can be reduced by adjusting the waveguide length of the modulation region.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013069908A1 (en) * | 2011-11-11 | 2013-05-16 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Optical modulator using waveguides |
| WO2013069909A1 (en) * | 2011-11-11 | 2013-05-16 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Optical path-changing device having curved waveguide |
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1997
- 1997-03-14 KR KR1019970008734A patent/KR19980073463A/en not_active Withdrawn
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| US9213214B2 (en) | 2011-11-11 | 2015-12-15 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Optical path-changing device having curved waveguide |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 19970314 |
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| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 19970314 Comment text: Request for Examination of Application |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 19990630 Patent event code: PE09021S01D |
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| PC1202 | Submission of document of withdrawal before decision of registration |
Comment text: [Withdrawal of Procedure relating to Patent, etc.] Withdrawal (Abandonment) Patent event code: PC12021R01D Patent event date: 19990930 |
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| WITB | Written withdrawal of application |