[go: up one dir, main page]

KR20240158178A - Lithium niobate waveguide modulator device and method for manufacturing same - Google Patents

Lithium niobate waveguide modulator device and method for manufacturing same Download PDF

Info

Publication number
KR20240158178A
KR20240158178A KR1020240121895A KR20240121895A KR20240158178A KR 20240158178 A KR20240158178 A KR 20240158178A KR 1020240121895 A KR1020240121895 A KR 1020240121895A KR 20240121895 A KR20240121895 A KR 20240121895A KR 20240158178 A KR20240158178 A KR 20240158178A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium niobate
waveguide
waveguide modulator
domain structure
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
KR1020240121895A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
신지에 뤼
강 자오
시아오펑 후
신닝 쥬
Original Assignee
난징 유니버시티
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 난징 유니버시티 filed Critical 난징 유니버시티
Publication of KR20240158178A publication Critical patent/KR20240158178A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • G02F1/03Devices 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 ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035Devices 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 ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/136Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by etching
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • G02F1/03Devices 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 ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/0305Constructional arrangements
    • G02F1/0316Electrodes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • G02F1/03Devices 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 ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/0327Operation of the cell; Circuit arrangements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12035Materials
    • G02B2006/12038Glass (SiO2 based materials)
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12035Materials
    • G02B2006/1204Lithium niobate (LiNbO3)
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F2202/00Materials and properties
    • G02F2202/20LiNbO3, LiTaO3

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

본 발명은 니오브산리튬 도파관 변조기 및 이의 제조 방법을 개시한다. 상기 니오브산리튬 도파관 변조기는 기판 및 기판 상의 리브 도파관을 포함한다. 상기 리브 도파관 중 적어도 일부는 니오브산리튬 네거티브 도메인 구조이고, 상기 니오브산리튬 네거티브 도메인 구조의 양측에는 전극이 설치된다. 상기 니오브산리튬 도파관 변조기의 제조 방법은, 표면에 필름이 코팅된 기판 및 필름 니오브산리튬을 결합한 다음, 결합된 필름 니오브산리튬을 리브 도파관으로 가공한 후, 실온 전계 분극 공정을 통해 네거티브 도메인 구조를 제작하고, 마지막으로 리브 도파관 양측에 전극을 제조하는 단계를 포함한다. 본 발명은 처음으로 니오브산리튬의 도메인 역전 특성을 이용하여 전기광학 변조를 수행하고 니오브산리튬 도파관 변조기를 제조하였으며, 이는 제조 방법이 간단하고 구현이 용이하며 응용 가능성이 넓다.The present invention discloses a lithium niobate waveguide modulator and a method for manufacturing the same. The lithium niobate waveguide modulator includes a substrate and a rib waveguide on the substrate. At least a portion of the rib waveguide has a lithium niobate negative domain structure, and electrodes are installed on both sides of the lithium niobate negative domain structure. The method for manufacturing the lithium niobate waveguide modulator includes the steps of combining a substrate having a film coated on its surface and a film lithium niobate, then processing the combined film lithium niobate into a rib waveguide, then fabricating a negative domain structure through a room temperature electric field polarization process, and finally fabricating electrodes on both sides of the rib waveguide. The present invention performs electro-optic modulation by utilizing the domain inversion characteristics of lithium niobate for the first time and manufactures a lithium niobate waveguide modulator, which has a simple manufacturing method, easy implementation, and wide application potential.

Description

니오브산리튬 도파관 변조기 및 이의 제조 방법 {LITHIUM NIOBATE WAVEGUIDE MODULATOR DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}Lithium niobate waveguide modulator and method for manufacturing the same {LITHIUM NIOBATE WAVEGUIDE MODULATOR DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 도파관 변조기 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 니오브산리튬 도파관 변조기 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a waveguide modulator and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a lithium niobate waveguide modulator and a method for manufacturing the same.

광변조기는 고속, 근거리 광통신을 위한 핵심 소자이자 가장 중요한 집적광 소자 중 하나이다. 광변조기는 변조 원리에 따라 전기광학, 열광학, 음향광학, 전광학 등으로 나눌 수 있다. 이들의 기본 이론으로는 다양한 형태의 전기광학효과, 음향광학효과, 자기광학효과, Franz-Keldysh 효과, 양자우물 Stark 효과, 캐리어 분산 효과 등이 있다. 그 중 전기광학 변조기는 전압이나 전기장의 변화를 통해 출력광의 굴절률, 흡수율, 진폭 또는 위상을 궁극적으로 제어하는 소자이며, 이는 손실, 전력 소비, 속도, 통합 등의 측면에서 다른 유형의 변조기보다 우수하다. 광통신 전반의 빛의 방출, 송신, 수신 과정에서 빛의 세기를 조절하기 위해 광변조기가 사용되는데, 그 역할은 매우 중요하다.Optical modulators are key components for high-speed, short-distance optical communications and are one of the most important integrated optical components. Optical modulators can be divided into electro-optical, thermo-optical, acousto-optical, and all-optical types according to their modulation principles. Their basic theories include various forms of electro-optical effects, acousto-optical effects, magneto-optical effects, Franz-Keldysh effects, quantum well Stark effects, and carrier dispersion effects. Among them, electro-optical modulators are components that ultimately control the refractive index, absorption, amplitude, or phase of output light by changing voltage or electric fields, and they are superior to other types of modulators in terms of loss, power consumption, speed, and integration. Optical modulators are used to control the intensity of light in the entire process of emitting, transmitting, and receiving light in optical communications, and their role is very important.

전기광학 변조기(EOM)는 니오브산리튬(LiNbO3), 갈륨비소(GaAs) 및 탄탈산리튬(LiTaO3)과 같은 특정 전기광학 결정의 전기광학 효과를 활용하여 제작된다. 전기광학 변조는 광도파로의 굴절률이 외부 전기장의 변화에 비례하는 효과인 선형 전기광학 효과(펄크 효과)를 기반으로 한다. 전기광학 효과에 의해 위상 변조기에서 광도파로의 굴절률이 선형적으로 변화하면, 상기 도파관을 통과하는 광파의 위상 변이가 발생하여 위상 변조가 이루어진다. 단순 위상 변조는 빛의 세기를 변조할 수 없지만, 2개의 위상 변조기와 2개의 Y-branch 도파관으로 구성된 마하젠더(Mach-Zehnder) 간섭계형 변조기는 빛의 세기를 변조할 수 있다. 전기광학 변조를 위해 니오브산리튬의 도메인 역전 특성을 활용한 도파관 변조기를 어떻게 설계하는가는 해결해야 할 시급한 기술적 과제이다.Electro-optic modulators (EOMs) are fabricated by exploiting the electro-optic effect of certain electro-optic crystals, such as lithium niobate (LiNbO 3 ), gallium arsenide (GaAs), and lithium tantalate (LiTaO 3 ). Electro-optic modulation is based on the linear electro-optic effect (Pulck effect), which is an effect in which the refractive index of an optical waveguide is proportional to the change in an external electric field. When the refractive index of an optical waveguide in a phase modulator changes linearly due to the electro-optic effect, a phase shift occurs in the optical wave passing through the waveguide, resulting in phase modulation. Simple phase modulation cannot modulate the intensity of light, but a Mach-Zehnder interferometer-type modulator consisting of two phase modulators and two Y-branch waveguides can modulate the intensity of light. How to design a waveguide modulator that exploits the domain inversion properties of lithium niobate for electro-optic modulation is an urgent technical challenge that needs to be solved.

본 발명의 목적은 니오브산리튬의 도메인 역전 특성을 이용하여 전계 변조를 수행하고 도파관을 생성하는 니오브산리튬 도파관 변조기를 제공하는 데에 있다. 본 발명의 목적은 상기 니오브산리튬 도파관 변조기의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.An object of the present invention is to provide a lithium niobate waveguide modulator which performs electric field modulation and generates a waveguide by utilizing the domain inversion characteristics of lithium niobate. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing the lithium niobate waveguide modulator.

본 발명에 따른 니오브산리튬 도파관 변조기는 기판 및 기판 상의 리브 도파관을 포함하며, 상기 리브 도파관 중 적어도 일부는 니오브산리튬 네거티브 도메인 구조이고, 상기 니오브산리튬 네거티브 도메인 구조의 양측에 전극이 설치된다.A lithium niobate waveguide modulator according to the present invention comprises a substrate and a rib waveguide on the substrate, at least some of the rib waveguides having a lithium niobate negative domain structure, and electrodes are provided on both sides of the lithium niobate negative domain structure.

더 나아가, 상기 기판의 재료는 니오브산리튬, 사파이어, 탄화규소 또는 이산화규소이고, 상기 기판의 상표면은 필름으로 코팅되고, 필름 코팅 재료는 이산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 불화마그네슘 또는 불화칼슘이다. 상기 리브 도파관의 재료는 동일 성분 니오브산리튬, 화학량론적 니오브산리튬 또는 마그네슘 도핑 니오브산리튬이다. 상기 전극은 금속 전극이고, 전극 재료는 금, 은, 구리 또는 알루미늄이다.Furthermore, the material of the substrate is lithium niobate, sapphire, silicon carbide or silicon dioxide, the upper surface of the substrate is coated with a film, and the film coating material is silicon dioxide, aluminum oxide, titanium oxide, magnesium fluoride or calcium fluoride. The material of the rib waveguide is lithium niobate of the same component, stoichiometric lithium niobate or magnesium-doped lithium niobate. The electrode is a metal electrode, and the electrode material is gold, silver, copper or aluminum.

더 나아가, 상기 전극은 니오브산리튬 네거티브 도메인 구조를 완전히 덮는다.Furthermore, the electrode completely covers the lithium niobate negative domain structure.

더 나아가, 상기 니오브산리튬 네거티브 도메인 구조 양측의 전극은 각각 양전압 및 음전압과 통한다. 전극에 전압이 없으면 네거티브 도메인의 굴절률이 도파관의 굴절률과 동일하며, 네거티브 도메인은 어떠한 작용도 하지 않는다. 전극에 전압을 인가하면 전기광학 효과에 따라 네거티브 도메인 부분의 굴절률이 증가하고, 네거티브 도메인 부분이 렌즈와 유사한 효과를 형성하여 빛을 수렴한다. 복수의 네거티브 도메인에 캐스케이드를 수행하면, 상기 수렴 효과가 강화된다. 수렴 효과가 일정 수준에 도달하면, 도파관에서 전송되는 빛이 도파관 전송 조건을 충족하지 못하고 도파관에서 전송되는 빛의 강도가 작아져 강도 변조 효과가 발생한다.Furthermore, the electrodes on both sides of the lithium niobate negative domain structure are connected to a positive voltage and a negative voltage, respectively. When there is no voltage on the electrode, the refractive index of the negative domain is the same as the refractive index of the waveguide, and the negative domain does not perform any action. When a voltage is applied to the electrode, the refractive index of the negative domain portion increases according to the electro-optical effect, and the negative domain portion forms an effect similar to a lens to converge light. When a plurality of negative domains are cascaded, the convergence effect is strengthened. When the convergence effect reaches a certain level, the light transmitted from the waveguide does not satisfy the waveguide transmission condition, and the intensity of the light transmitted from the waveguide decreases, resulting in an intensity modulation effect.

더 나아가, 상기 네거티브 도메인 구조의 패턴은 원형, 호형 또는 프리즘형이고, 바람직하게는 상기 네거티브 도메인 구조의 도메인 벽은 일정한 정도의 곡률을 가지며, 패턴은 원형 또는 호형이다.Furthermore, the pattern of the negative domain structure is circular, arc-shaped or prism-shaped, and preferably, the domain wall of the negative domain structure has a certain degree of curvature, and the pattern is circular or arc-shaped.

상기 니오브산리튬 도파관 변조기의 제조 방법은, 표면에 필름이 코팅된 기판 및 필름 니오브산리튬을 결합한 다음, 결합된 필름 니오브산리튬을 리브 도파관으로 가공한 후, 실온 전계 분극 공정을 통해 네거티브 도메인 구조를 제작하고, 마지막으로 리브 도파관 양측에 전극을 제조하는 단계를 포함한다.The method for manufacturing the above lithium niobate waveguide modulator includes the steps of combining a substrate having a film coated on its surface and a film lithium niobate, then processing the combined film lithium niobate into a rib waveguide, then fabricating a negative domain structure through a room temperature electric field polarization process, and finally fabricating electrodes on both sides of the rib waveguide.

더 나아가, 상기 리브 도파관은 포토리소그래피, 에칭 및/또는 집속 이온빔의 방법을 채택하여 가공 획득하며, 상기 전극은 포토리소그래피 및/또는 필름 코팅의 방식을 통해 가공 획득한다.Furthermore, the rib waveguide is processed and obtained by adopting the methods of photolithography, etching and/or focused ion beam, and the electrode is processed and obtained by adopting the methods of photolithography and/or film coating.

본 발명의 원리는 다음과 같다. 즉, 전기광학 효과에 따라 외부 전기장 E의 작용 하에서 니오브산리튬 결정의 굴절률 주축이 변하여 각 방향의 굴절률이 변한다. 니오브산리튬의 선형 전기광학 효과 행렬에 따라, Z축 방향으로 전기장 E를 인가하면 Ex=Ey=0, Ez=V/w이며, 굴절률 증가는 다음과 같다. The principle of the present invention is as follows. That is, the refractive index principal axis of a lithium niobate crystal changes under the action of an external electric field E according to the electro-optic effect, so that the refractive index in each direction changes. According to the linear electro-optic effect matrix of lithium niobate, when an electric field E is applied in the Z-axis direction, Ex = Ey = 0, Ez = V/w, and the increase in the refractive index is as follows.

……(1) … … (1)

여기에서 은 e광 굴절률이고, 는 전기광학 계수이고, 는 전압이고, 는 전기장 폭이다.Here is the refractive index of e light, is the electro-optic coefficient, is the voltage, is the electric field width.

단일 렌즈의 경우 렌즈 제작자 공식의 단순화된 형식에 따를 수 있다.For single lenses, a simplified form of the lens maker's formula can be followed.

……(2) … … (2)

단일 렌즈의 초점 거리를 계산하며, 여기에서 r은 원형 네거티브 도메인의 반경 또는 원호의 곡률 반경이다. 포커싱 효과를 높이기 위해 복수의 원형 네거티브 도메인을 제작할 수 있다. 복수개 렌즈의 경우 하기 식에 따라 초점 거리를 계산할 수 있다.Calculate the focal length of a single lens, where r is the radius of the circular negative domain or the radius of curvature of the arc. Multiple circular negative domains can be produced to enhance the focusing effect. For multiple lenses, the focal length can be calculated according to the following formula.

……(3) … … (3)

종래 기술과 비교하여, 본 발명은 다음과 같은 중요한 이점을 갖는다. 즉, 처음으로 니오브산리튬의 도메인 역전 특성을 이용하여 전기광학 변조를 수행하고 니오브산리튬 도파관 변조기를 제조 획득하였으며, 이의 제조 방법은 간단하고 수행하기가 용이하며 응용 가능성이 넓다.Compared with the prior art, the present invention has the following significant advantages: that is, for the first time, the domain inversion characteristic of lithium niobate is utilized to perform electro-optic modulation, and a lithium niobate waveguide modulator is manufactured and obtained, the manufacturing method of which is simple, easy to perform, and has wide applicability.

도 1은 본 발명에 따른 니오브산리튬 도파관 변조기의 구조도이다.
도 2는 본 발명에 따른 니오브산리튬 도파관 변조기의 3차원도이다.
도 3은 본 발명에 따른 니오브산리튬 도파관 변조기의 단면도이다.
Figure 1 is a structural diagram of a lithium niobate waveguide modulator according to the present invention.
FIG. 2 is a three-dimensional diagram of a lithium niobate waveguide modulator according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a lithium niobate waveguide modulator according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 해결책을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical solution of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings.

실시예Example

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 니오브산리튬 도파관 변조기는 기판(1)과 기판(1) 상의 리브 도파관(2)을 포함한다. 상기 리브 도파관(2)에는 한 구간이 니오브산리튬 네거티브 도메인 구조(3)이고, 상기 네거티브 도메인 구조(3)의 도메인 벽은 일정한 정도의 곡률을 가지며, 패턴은 원형이다. 상기 니오브산리튬 네거티브 도메인 구조(3)의 양측에는 전극이 설치되고, 상기 전극(4)은 니오브산리튬 네거티브 도메인 구조(3)를 완전히 덮는다.As illustrated in FIGS. 1 and 2, the lithium niobate waveguide modulator of the present invention includes a substrate (1) and a rib waveguide (2) on the substrate (1). The rib waveguide (2) has a section of a lithium niobate negative domain structure (3), and the domain wall of the negative domain structure (3) has a certain degree of curvature and a circular pattern. Electrodes are installed on both sides of the lithium niobate negative domain structure (3), and the electrodes (4) completely cover the lithium niobate negative domain structure (3).

본 실시예에서는 실리콘 웨이퍼 상에 이산화규소 필름을 코팅한 후, 두께 1μm의 필름 니오브산리튬을 결합하였다. 결합된 필름 니오브산리튬은 집속 이온빔 공정을 통해 폭 1μm, 높이 1μm, 길이 10mm의 리브 도파관(2)으로 가공된다. 그 후, 실온 전계 분극 공정을 통해 도 3에 도시된 바와 같은 원형 네거티브 도메인 구조(3)를 제작한다. 마지막으로, 포토리소그래피, 필름 코팅 방식을 통해 구리 금속 전극(4)을 가공한다.In this embodiment, a silicon dioxide film is coated on a silicon wafer, and then a 1 μm thick lithium niobate film is bonded thereto. The bonded lithium niobate film is processed into a rib waveguide (2) having a width of 1 μm, a height of 1 μm, and a length of 10 mm through a focused ion beam process. Thereafter, a circular negative domain structure (3) as shown in Fig. 3 is fabricated through a room temperature electric field polarization process. Finally, a copper metal electrode (4) is processed through photolithography and a film coating method.

상기 리브 도파관(2)은 격자를 통해 결합되어, 1064nm 선형 편광 레이저를 전송하며, 편광 방향은 Z축에 평행하다(도 1의 니오브산리튬 도파관의 Z축(광축)은 지면 내에 있으며, 도파관은 X 방향을 따라 전파되고, 전기장은 Y축에 평행함). 전극(4)에 전압이 없는 경우, 네거티브 도메인의 굴절률은 도파관과 동일하며 레이저는 네거티브 도메인을 통과할 때 영향을 받지 않는다.The above rib waveguide (2) is coupled through a grating to transmit a 1064 nm linearly polarized laser, and the polarization direction is parallel to the Z-axis (the Z-axis (optical axis) of the lithium niobate waveguide of Fig. 1 is in the ground, the waveguide propagates along the X-direction, and the electric field is parallel to the Y-axis). When there is no voltage on the electrode (4), the refractive index of the negative domain is the same as that of the waveguide, and the laser is not affected when passing through the negative domain.

네거티브 도메인 구조(3) 양측의 전극(4)에 각각 양의 전압과 음의 전압 ±0.5V를 인가한 후, 전기광학 효과에 따라 원형 네거티브 도메인의 굴절률이 변화한다. 니오브산리튬의 이고, 공식 (1)에 따라, , V=1V, w=1μm를 대입하여 를 획득한다.Negative domain structure (3) After applying a positive voltage and a negative voltage of ±0.5 V to the electrodes (4) on both sides, the refractive index of the circular negative domain changes according to the electro-optical effect. Lithium niobate And, according to formula (1), , V=1V, w=1μm by substituting Obtain .

공식 (2)에 따라, 원호의 곡률 반경은 이며, 단일 네거티브 도메인의 초점 거리는 로 계산된다. 이 효과를 강화하기 위해, 10개의 네거티브 도메인을 직렬로 연결할 수 있으며, 공식 (3)에 따라, 총 초점 거리는 로 획득된다.According to formula (2), the radius of curvature of the arc is , and the focal length of a single negative domain is is calculated as . To enhance this effect, 10 negative domains can be connected in series, and according to formula (3), the total focal length is is obtained by

정상적으로 전송되는 레이저는 상기 네거티브 도메인을 통과한 후, 네거티브 도메인의 렌즈 투과 효과의 공간적 변조를 받아 포커싱이 발생하므로 리브 도파관의 도파관 전송 조건을 벗어난다. 따라서 전송되는 레이저의 강도가 낮아지고 인가되는 전압이 높을수록 강도가 낮아지므로 강도 변조된 도파관 전기광학 변조기를 형성하게 된다.The normally transmitted laser passes through the negative domain and then is spatially modulated by the lens transmission effect of the negative domain, causing focusing, which deviates from the waveguide transmission condition of the rib waveguide. Therefore, the intensity of the transmitted laser decreases, and the higher the applied voltage, the lower the intensity, thereby forming an intensity-modulated waveguide electro-optic modulator.

1: 기판
2: 리브 도파관
3: 네거티브 도메인 구조
4: 전극
1: Substrate
2: Rib waveguide
3: Negative domain structure
4: Electrode

Claims (10)

니오브산리튬 도파관 변조기에 있어서,
기판(1) 및 기판 상의 리브 도파관(2)을 포함하고, 상기 리브 도파관(2) 중 적어도 일부가 니오브산리튬 네거티브 도메인 구조(3)이고, 상기 니오브산리튬 네거티브 도메인 구조(3)의 양측에 전극(4)이 설치되는 것을 특징으로 하는, 니오브산리튬 도파관 변조기.
In lithium niobate waveguide modulators,
A lithium niobate waveguide modulator comprising a substrate (1) and a rib waveguide (2) on the substrate, wherein at least a portion of the rib waveguide (2) is a lithium niobate negative domain structure (3), and electrodes (4) are installed on both sides of the lithium niobate negative domain structure (3).
제1항에 있어서,
상기 기판(1)의 재료는 니오브산리튬, 사파이어, 탄화규소 또는 이산화규소인 것을 특징으로 하는, 니오브산리튬 도파관 변조기.
In the first paragraph,
A lithium niobate waveguide modulator, characterized in that the material of the above substrate (1) is lithium niobate, sapphire, silicon carbide or silicon dioxide.
제1항에 있어서,
상기 기판(1)의 상표면은 필름으로 코팅되고, 필름 코팅 재료는 이산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 불화마그네슘 또는 불화칼슘인 것을 특징으로 하는, 니오브산리튬 도파관 변조기.
In the first paragraph,
A lithium niobate waveguide modulator, characterized in that the surface of the substrate (1) is coated with a film, and the film coating material is silicon dioxide, aluminum oxide, titanium oxide, magnesium fluoride or calcium fluoride.
제1항에 있어서,
상기 리브 도파관(2)의 재료는 동일한 성분 니오브산리튬, 화학양론적 니오브산리튬 또는 마그네슘 도핑 니오브산리튬인 것을 특징으로 하는, 니오브산리튬 도파관 변조기.
In the first paragraph,
A lithium niobate waveguide modulator, characterized in that the material of the above rib waveguide (2) is lithium niobate, stoichiometric lithium niobate or magnesium-doped lithium niobate of the same component.
제1항에 있어서,
상기 전극(4)은 금속 전극이고, 전극 재료는 금, 은, 구리 또는 알루미늄인 것을 특징으로 하는, 니오브산리튬 도파관 변조기.
In the first paragraph,
A lithium niobate waveguide modulator, characterized in that the above electrode (4) is a metal electrode and the electrode material is gold, silver, copper or aluminum.
제1항에 있어서,
상기 전극(4)은 니오브산리튬 네거티브 도메인 구조(3)를 완전히 덮는 것을 특징으로 하는, 니오브산리튬 도파관 변조기.
In the first paragraph,
A lithium niobate waveguide modulator, characterized in that the above electrode (4) completely covers the lithium niobate negative domain structure (3).
제1항에 있어서,
상기 니오브산리튬 네거티브 도메인 구조(3) 양측의 전극(4)이 각각 양전압 및 음전압과 통하는 것을 특징으로 하는, 니오브산리튬 도파관 변조기.
In the first paragraph,
A lithium niobate waveguide modulator, characterized in that the electrodes (4) on both sides of the lithium niobate negative domain structure (3) communicate with a positive voltage and a negative voltage, respectively.
제1항에 있어서,
상기 니오브산리튬 네거티브 도메인 구조(3)의 패턴이 원형, 호형 또는 프리즘형인 것을 특징으로 하는, 니오브산리튬 도파관 변조기.
In the first paragraph,
A lithium niobate waveguide modulator, characterized in that the pattern of the lithium niobate negative domain structure (3) is circular, arc-shaped or prism-shaped.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 니오브산리튬 도파관 변조기의 제조 방법에 있어서,
상기 방법은, 표면에 필름이 코팅된 기판(1) 및 필름 니오브산리튬을 결합한 다음, 결합된 필름 니오브산리튬을 리브 도파관(2)으로 가공한 후, 실온 전계 분극 공정을 통해 네거티브 도메인 구조(3)를 제작하고, 마지막으로 리브 도파관(2) 양측에 전극(4)을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 니오브산리튬 도파관 변조기의 제조 방법.
In a method for manufacturing a lithium niobate waveguide modulator according to any one of claims 1 to 8,
The above method is a method for manufacturing a lithium niobate waveguide modulator, characterized in that it includes the steps of combining a substrate (1) having a film coated on its surface and lithium niobate film, then processing the combined lithium niobate film into a rib waveguide (2), then fabricating a negative domain structure (3) through a room temperature electric field polarization process, and finally fabricating electrodes (4) on both sides of the rib waveguide (2).
제9항에 있어서,
상기 리브 도파관(2)은 포토리소그래피, 에칭 및/또는 집속 이온빔의 방법을 채택하여 가공 획득하고, 상기 전극(4)은 포토리소그래피 및 /또는 필름 코팅의 방식을 통해 가공 획득하는 것을 특징으로 하는, 니오브산리튬 도파관 변조기의 제조 방법.
In Article 9,
A method for manufacturing a lithium niobate waveguide modulator, characterized in that the rib waveguide (2) is processed and obtained by adopting a method of photolithography, etching and/or focused ion beam, and the electrode (4) is processed and obtained by adopting a method of photolithography and/or film coating.
KR1020240121895A 2024-08-27 2024-09-06 Lithium niobate waveguide modulator device and method for manufacturing same Pending KR20240158178A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202411181902X 2024-08-27
CN202411181902.XA CN119087704A (en) 2024-08-27 2024-08-27 A lithium niobate waveguide modulator and its preparation method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240158178A true KR20240158178A (en) 2024-11-04

Family

ID=93459217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020240121895A Pending KR20240158178A (en) 2024-08-27 2024-09-06 Lithium niobate waveguide modulator device and method for manufacturing same

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20240158178A (en)
CN (1) CN119087704A (en)

Also Published As

Publication number Publication date
CN119087704A (en) 2024-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4984861A (en) Low-loss proton exchanged waveguides for active integrated optic devices and method of making same
Janner et al. Micro‐structured integrated electro‐optic LiNbO3 modulators
US7447389B2 (en) Optical modulator
US11841563B2 (en) Electro-optic modulators that include caps for optical confinement
US20210223657A1 (en) Active photonic networks on integrated lithium niobate platforms
KR100472056B1 (en) Polarization-independent optical polymeric intensity modulator
JP2015230466A (en) Optical waveguide element and optical modulator using the same
JPH07318986A (en) Waveguide type optical switch
JP2015014715A (en) Electro-optic device
JP2014112171A (en) Optical modulator
CN112859477B (en) A Mach-Zehnder Interferometer Based on Nanoantennas
JP2765529B2 (en) Waveguide type optical device
KR20240158178A (en) Lithium niobate waveguide modulator device and method for manufacturing same
JPH04172316A (en) Wave guide type light control device
JPH05241115A (en) Waveguide type optical device
JP2008009314A (en) Optical waveguide element, optical modulator, and optical communication device
JPH01201609A (en) Optical device
JP4161897B2 (en) Method of adjusting phase difference of optical waveguide element
JP2005274793A (en) Optical waveguide and optical waveguide device
JP3139009B2 (en) Light switch
JPS6263917A (en) light modulator
JPH0980364A (en) Waveguide type optical device
JP2606552B2 (en) Light control device
CN115728970A (en) Photoelectric integrated structure and forming method thereof
JP3602874B2 (en) Branch modulation type optical modulator

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20240906

PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20240906

Comment text: Patent Application

PG1501 Laying open of application