KR102320441B1 - Optical intensity modulator and optical module using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 변조기 및 이를 이요한 광 모듈에 관한 것으로, 기판, 상기 기판의 상부에 형성되는 하부 클래드, 상기 하부 클래드의 상부에 형성되는 제 1 광도파로, 제 2 광도파로, 제 1 도전 라인 및 제 2 도전 라인, 및 상기 하부 클래드의 상부에 형성된 상기 제 1 및 제 2 광도파로를 감싸도록 형성된 상부 클래드를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 도전 라인 각각에 서로 다른 극성의 전기 에너지를 인가할 경우 상기 제 1 광도파로를 통과하는 광의 위상과 상기 제 2 광도파로를 통과하는 광의 위상이 서로 반대로 변하도록 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an optical modulator and an optical module using the same, comprising: a substrate, a lower clad formed on the substrate, a first optical waveguide formed on the lower clad, a second optical waveguide, a first conductive line; a second conductive line, and an upper clad formed to surround the first and second optical waveguides formed on the lower clad, wherein electric energy of different polarities is applied to each of the first and second conductive lines In this case, the phase of the light passing through the first optical waveguide and the phase of the light passing through the second optical waveguide are configured to change opposite to each other.

Description

광 변조기 및 이를 이용한 광 모듈{OPTICAL INTENSITY MODULATOR AND OPTICAL MODULE USING THE SAME}Optical modulator and optical module using the same

본 발명은 광통신에 이용되는 광 변조기 및 이를 이용한 광 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to an optical modulator used for optical communication and an optical module using the same.

광 변조기는 광도파로를 따라 전파하는 광파의 위상 또는 강도를 외부 신호로 제어하는 소자이다. The optical modulator is an element that controls the phase or intensity of a light wave propagating along an optical waveguide with an external signal.

광 변조기는 광도파로를 형성하는 매질의 전기광학 효과 또는 열광학 효과를 이용한다.The light modulator utilizes an electro-optical effect or a thermo-optical effect of a medium forming an optical waveguide.

대표적인 전기광학 재료로는 반도체(GaAs, InP), 강유전체(LiNbO3, LiTaO3), 분극화된 폴리머(Poled Polymer)등이 있다. 이들 재료에 전계를 일정방향으로 가하는 경우 전계 방향 또는 이와 수직한 방향의 굴절률이 변화하게 된다. 굴절률의 변화는 매질내 전파하는 광파의 위상 변화를 의미하기 때문에 이를 이용하여 위상 변조기 및 강도 변조기를 구현할 수 있다.Representative electro-optical materials include semiconductors (GaAs, InP), ferroelectrics (LiNbO3, LiTaO3), and polarized polymers. When an electric field is applied to these materials in a certain direction, the refractive index in the electric field direction or a direction perpendicular thereto is changed. Since a change in refractive index means a phase change of a light wave propagating in a medium, a phase modulator and an intensity modulator can be implemented using this change.

이러한 광 변조기는 광 통신 분야에서 사용되고 있으며, 광 통신이 고속화됨에 따라 광 변조기 또한 고속으로 동작하여야 하지만, 굴절률을 변화시키기 위한 전계 발생 전압 레벨이 높기 때문에 광 변조기는 광 통신의 고속화에 걸림돌로 작용하고 있다.Such an optical modulator is used in the field of optical communication, and as optical communication becomes high-speed, the optical modulator must also operate at a high speed. have.

본 발명의 실시예는 전기장을 발생시키기 위한 전압 레벨을 낮춘 광 변조기 및 이를 이용한 광 모듈을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an optical modulator in which a voltage level for generating an electric field is lowered and an optical module using the same.

본 발명의 실시예는 고속의 광 통신에 적합한 광 변조기 및 이를 이용한 광 모듈을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an optical modulator suitable for high-speed optical communication and an optical module using the same.

본 발명의 실시예는 사이즈(size)가 작은 광 변조기 및 이를 이용한 광 모듈을 제공하고자 한다. An embodiment of the present invention is to provide an optical modulator having a small size and an optical module using the same.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 실시예에 따른 광 변조기는, 기판, 상기 기판의 상부에 형성되는 하부 클래드, 상기 하부 클래드의 상부에 형성되는 제 1 광도파로, 제 2 광도파로, 제 1 도전 라인 및 제 2 도전 라인, 및 상기 하부 클래드의 상부에 형성된 상기 제 1 및 제 2 광도파로를 감싸도록 형성된 상부 클래드를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 도전 라인 각각에 서로 다른 극성의 전기 에너지를 인가할 경우 상기 제 1 광도파로를 통과하는 광의 위상과 상기 제 2 광도파로를 통과하는 광의 위상이 서로 반대로 변하도록 구성된 것을 특징으로 한다.An optical modulator according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a lower clad formed on the substrate, a first optical waveguide, a second optical waveguide, a first conductive line, and a second conductive line formed on the lower clad and an upper clad formed to surround the first and second optical waveguides formed on the lower clad, wherein when electric energy of different polarity is applied to each of the first and second conductive lines, the first It is characterized in that the phase of light passing through the optical waveguide and the phase of light passing through the second optical waveguide are changed to be opposite to each other.

본 발명의 일 실시예에 따른 광 모듈은, 기판, 상기 기판의 상부에 배치되어 광을 방출하도록 구성된 광원 구조체, 및 상기 기판의 상부에 배치되고, 상기 광원 구조체로부터 방출되는 상기 광이 통과되는 제 1 광도파로 및 제 2 광도파로를 포함하는 광 변조기를 포함하며, 상기 광 변조기는 전기 에너지를 공급할 경우 상기 제 1 광도파로를 통과하는 광의 위상과 상기 제 2 광도파로를 통과하는 광의 위상이 서로 반대로 변하도록 구성되고, 상기 광 변조기에 기설정된 전압 레벨의 상기 전기 에너지를 공급할 경우 상기 제 1 광도파로를 통과하는 광과 상기 제 2 광도파로를 통과하는 광이 상쇄 간섭되어 상기 광 변조기의 광 방출을 차단시키는 것을 특징으로 한다.An optical module according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a light source structure disposed on the substrate and configured to emit light, and a third disposed on the substrate and through which the light emitted from the light source structure passes. and an optical modulator including a first optical waveguide and a second optical waveguide, wherein when electric energy is supplied to the optical modulator, a phase of light passing through the first optical waveguide and a phase of light passing through the second optical waveguide are opposite to each other When the electric energy of a predetermined voltage level is supplied to the optical modulator, the light passing through the first optical waveguide and the light passing through the second optical waveguide are destructively interfered to prevent light emission of the optical modulator It is characterized by blocking.

본 기술은 전기장을 발생시키기 위한 전압 레벨을 낮추어 고속 동작이 가능하기 때문에 고속 광통신에 적합할 수 있다.This technology can be suitable for high-speed optical communication because high-speed operation is possible by lowering the voltage level for generating an electric field.

또한, 본 기술은 작은 사이즈(size)로 구현될 수 있어 전력 소모가 적고, 비교적 간단한 공정으로 생산될 수 있어 원가절감이 가능할 수 있다.In addition, since the present technology can be implemented in a small size, power consumption is low, and it can be produced in a relatively simple process, thereby reducing cost.

이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.In addition, various effects directly or indirectly identified through this document may be provided.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조기를 적용한 광 모듈의 측면도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조기를 적용한 광 모듈의 평면도를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조기의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조기의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing a side view of an optical module to which an optical modulator according to an embodiment of the present invention is applied.
2 is a diagram illustrating a plan view of an optical module to which an optical modulator according to an embodiment of the present invention is applied.
3 is a cross-sectional view of an optical modulator according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of an optical modulator according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining an operation of an optical modulator according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the essence, order, or order of the components are not limited by the terms. In addition, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5 .

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조기를 적용한 광 모듈의 측면도를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a side view of an optical module to which an optical modulator according to an embodiment of the present invention is applied.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조기를 적용한 광 모듈은 기판(100), 광원 구조체(200) 및 광 변조기(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , an optical module to which a light modulator according to an embodiment of the present invention is applied may include a substrate 100 , a light source structure 200 , and a light modulator 300 .

기판(100)은 실리콘(silicon) 또는 실리카(silica) 기반으로 형성될 수 있으며, 기판(100)의 상부에 광원 구조체(200) 및 광 변조기(300)가 배치될 수 있다. 이때, 기판(100)과 광원 구조체(200)를 전기적으로 연결시키고 물리적으로 고정시킬 수 있도록 숄더링(soldering)할 수 있다. 또한 기판(100)과 광 변조기(300)를 전기적으로 연결시키고 물리적으로 고정시킬 수 있도록 은 소재의 접착제(silver adhesive)를 이용할 수 있다.The substrate 100 may be formed based on silicon or silica, and the light source structure 200 and the light modulator 300 may be disposed on the substrate 100 . At this time, the substrate 100 and the light source structure 200 may be electrically connected and shouldered to be physically fixed. Also, a silver adhesive may be used to electrically connect and physically fix the substrate 100 and the light modulator 300 .

광원 구조체(200)는 광 변조기(300)에 광을 방출할 수 있다. The light source structure 200 may emit light to the light modulator 300 .

광원 구조체(200)로부터 방출되는 광은 레이저를 포함할 수 있으며, 광원 구조체(200)는 레이저를 방출하는 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.Light emitted from the light source structure 200 may include a laser, and the light source structure 200 may include a laser diode emitting a laser.

광 변조기(300)는 광도파로(310)를 포함할 수 있으며, 광원 구조체(200)로부터 방출된 광이 광도파로를 통해 출력되도록 구성될 수 있다. 이때, 광 변조기(300)는 전기장을 발생시켜 광도파로를 통해 입사되는 광의 위상을 가변시킴으로써, 광 변조기(300)로부터 출력되는 광의 위상(phase) 또는 강도(intensity)를 변화시킬 수 있다.The light modulator 300 may include an optical waveguide 310 , and may be configured to output light emitted from the light source structure 200 through the optical waveguide. In this case, the light modulator 300 may change the phase or intensity of the light output from the light modulator 300 by generating an electric field to change the phase of the light incident through the optical waveguide.

광 변조기(300)는 광도파로(310)를 기준으로 광도파로(310)의 하부를 하부 클래드, 광도파로(310)의 상부를 상부 클래드로 구분할 수 있다. 이때, 광도파로(310)를 코어라 명칭할 수 있다. The optical modulator 300 may divide a lower portion of the optical waveguide 310 into a lower clad and an upper portion of the optical waveguide 310 into an upper clad with respect to the optical waveguide 310 . In this case, the optical waveguide 310 may be referred to as a core.

본 발명의 실시예에 따른 광 변조기(300)는 코어와 클래드(상부 및 하부를 포함)의 전기 광학 계수의 차이가 기존에 비해 큰 재질로 형성될 수 있다. The light modulator 300 according to the embodiment of the present invention may be formed of a material having a larger difference in electro-optical coefficients between the core and the cladding (including upper and lower parts).

예를 들어, 광 변조기(300)의 코어 재질은 강유전체인 리튬나오베이트(LiNbO3)를 포함할 수 있고, 광 변조기(300)의 상부 및 하부 클래드의 재질은 실리카(SiO2)를 포함할 수 있다. 이때, 리튬나오베이트(LiNbO3)의 전기 광학 계수는 약 2.2이고 실리카(SiO2)의 전기 광학 계수는 약 1.45이며, 광 변조기(300)의 코어 재질인 리튬나오베이트(LiNbO3)와 클래드 재질인 실리카(Silica)의 전기 광학 계수 차이는 약 0.67로서, 기존 광 변조기의 코어와 클래드의 전기 광학 계수 차이(약 0.0001)보다 매우 크다.For example, the core material of the optical modulator 300 may include lithium naobate (LiNbO3), which is a ferroelectric, and the material of the upper and lower clads of the optical modulator 300 may include silica (SiO2). At this time, the electro-optical coefficient of lithium naobate (LiNbO3) is about 2.2, the electro-optical coefficient of silica (SiO2) is about 1.45, and lithium naobate (LiNbO3), which is the core material of the optical modulator 300, and silica ( Silica), the difference in electro-optic coefficient is about 0.67, which is much larger than the difference in electro-optic coefficient between the core and the clad of the conventional optical modulator (about 0.0001).

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광 변조기(300)에 전기장을 발생시켰을 경우 기존 광 변조기보다 입사되는 광의 위상을 더 큰 폭으로 가변시킬 수 있다.Therefore, when an electric field is generated in the light modulator 300 according to the embodiment of the present invention, the phase of the incident light can be changed to a greater width than that of the conventional light modulator.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 광 변조기(300)를 이용한 광 모듈은 하나의 기판(100)에 광원 구조체(200)와 광 변조기(300)를 배치할 수 있기 때문에, 광원 구조체(200)와 광 변조기(300) 사이의 거리를 일정하게 유지시킬 수 있다. 따라서, 광원 구조체(200)와 광 변조기(300) 사이의 거리를 일정하게 유지시킬 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 광 모듈은 광 결합 손실을 줄일 수 있다. In addition, since the light module using the light modulator 300 according to the embodiment of the present invention can arrange the light source structure 200 and the light modulator 300 on one substrate 100 , the light source structure 200 and The distance between the light modulators 300 may be kept constant. Accordingly, the optical module according to the embodiment of the present invention capable of maintaining a constant distance between the light source structure 200 and the light modulator 300 may reduce optical coupling loss.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조기를 적용한 광 모듈의 평면도를 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a plan view of an optical module to which an optical modulator according to an embodiment of the present invention is applied.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조기를 적용한 광 모듈은 기판(100)에 광원 구조체(200)와 광 변조기(300)가 배치될 수 있다.Referring to FIG. 2 , in the optical module to which the optical modulator according to an embodiment of the present invention is applied, a light source structure 200 and a light modulator 300 may be disposed on a substrate 100 .

광 변조기(300)는 광도파로(310), 제 1 도전 라인(321) 및 제 2 도전 라인(322)을 포함할 수 있다. 이때, 광도파로(310), 제 1 도전 라인(321) 및 제 2 도전 라인(322)은 광 변조기(300)의 내부에 형성될 수 있다.The optical modulator 300 may include an optical waveguide 310 , a first conductive line 321 , and a second conductive line 322 . In this case, the optical waveguide 310 , the first conductive line 321 , and the second conductive line 322 may be formed inside the optical modulator 300 .

광 변조기(300)는 내부에 광도파로(310)가 형성되고, 광도파로(310)의 양 측면에 제 1 도전 라인(321)과 제 2 도전 라인(322)이 배치되도록 구성될 수 있다.The optical modulator 300 may be configured such that an optical waveguide 310 is formed therein, and a first conductive line 321 and a second conductive line 322 are disposed on both sides of the optical waveguide 310 .

예를 들어, 광 변조기(300) 내부의 광도파로(310)는 광원 구조체(200)로부터 방출되는 광이 입사되는 하나의 입력단(IN)과 입사된 광을 외부로 출력시키는 하나의 출력단(OUT)으로 구성될 수 있다. 이때, 광도파로(310)는 입력단(IN)으로 입사된 광이 두 개의 도파로(310A, 310B)로 분배되었다가 다시 하나의 출력단(OUT)으로 합쳐지도록 구성될 수 있다.For example, the optical waveguide 310 inside the light modulator 300 includes one input terminal IN to which the light emitted from the light source structure 200 is incident and one output terminal OUT to output the incident light to the outside. can be composed of In this case, the optical waveguide 310 may be configured such that the light incident to the input terminal IN is distributed to the two waveguides 310A and 310B and then merged into one output terminal OUT.

제 1 도전 라인(321) 및 제 2 도전 라인(322)은 두 개의 도파로(310A, 310B)에 전기장을 발생시키기 위해 배치될 수 있다. The first conductive line 321 and the second conductive line 322 may be disposed to generate an electric field in the two waveguides 310A and 310B.

예를 들어, 제 1 및 제 2 도전 라인(321, 322)은 두 개의 도파로(310A, 310B) 각각에 서로 다른 방향의 전기장을 발생시키기 위해 배치될 수 있다.For example, the first and second conductive lines 321 and 322 may be disposed to generate electric fields in different directions in each of the two waveguides 310A and 310B.

제 1 도전 라인(321)은 도파로(310A, 310B)의 외측면에 형성될 수 있다.The first conductive line 321 may be formed on outer surfaces of the waveguides 310A and 310B.

예를 들어, 제 1 도전 라인(321)은 두 개의 도파로(310A, 310) 각각 외측면에 각 도파로(310A, 310B)와 평행하도록 각각 형성될 수 있다. For example, the first conductive line 321 may be formed on an outer surface of each of the two waveguides 310A and 310 to be parallel to each of the waveguides 310A and 310B.

더욱 상세히 설명하면, 제 1 도전 라인(321)은 각각의 도파로(310A, 310B)에 평행하도록 형성된 도전 라인(321A, 321B)과 도전 라인(321A, 321B)을 연결시켜 전기 에너지를 제공하기 위해 형성된 도전 라인(321C)을 포함할 수 있다.More specifically, the first conductive line 321 is formed to provide electrical energy by connecting the conductive lines 321A and 321B and the conductive lines 321A and 321B formed to be parallel to the respective waveguides 310A and 310B. It may include a conductive line 321C.

도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 도전 라인(321)은 ㄷ자 형태로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 2 , the first conductive line 321 may be formed in a U-shape.

제 2 도전 라인(322)은 두 개의 도파로(310A, 310B) 내측면 사이에 형성될 수 있다.The second conductive line 322 may be formed between inner surfaces of the two waveguides 310A and 310B.

예를 들어, 제 2 도전 라인(322)은 두 개의 도파로(310A, 310B) 내측면 사이에 도파로(310A, 310B)와 평행하도록 형성될 수 있다.For example, the second conductive line 322 may be formed between inner surfaces of the two waveguides 310A and 310B to be parallel to the waveguides 310A and 310B.

더욱 상세히 설명하면, 제 2 도전 라인(322)은 도파로(310A, 310B) 내측면 사이에 도파로(310A, 310B)와 평행하도록 형성된 도전 라인(322A)과 도전 라인(322A)에 전기 에너지를 제공하기 위해 형성된 도전 라인(322B)을 포함할 수 있다.In more detail, the second conductive line 322 provides electrical energy to the conductive line 322A and the conductive line 322A formed to be parallel to the waveguides 310A and 310B between the inner surfaces of the waveguides 310A and 310B. It may include a conductive line 322B formed for the purpose.

도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 도전 라인(322)은 역 ㄱ자 형태로 형성될 수 있다. As shown in FIG. 2 , the second conductive line 322 may be formed in an inverted L-shape.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조기의 단면도를 나타내는 도면이다.3 is a cross-sectional view of an optical modulator according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2에 도시된 광 변조기(300)를 A-B방향으로 절단한 단면도를 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a cross-sectional view of the optical modulator 300 shown in FIG. 2 taken along the A-B direction.

도 3을 참조하면, 광 변조기(300)는 기판(100) 상부에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the light modulator 300 may be disposed on the substrate 100 .

광 변조기(300)는 광도파로(310), 제 1 도전 라인(321), 제 2 도전 라인(322), 하부 클래드(331) 및 상부 클래드(332)를 포함할 수 있다.The optical modulator 300 may include an optical waveguide 310 , a first conductive line 321 , a second conductive line 322 , a lower clad 331 , and an upper clad 332 .

하부 클래드(331)는 기판(100) 상부에 배치될 수 있다.The lower clad 331 may be disposed on the substrate 100 .

광도파로(310), 제 1 도전 라인(321) 및 제 2 도전 라인(322)은 하부 클래드(331) 상부에 형성될 수 있다.The optical waveguide 310 , the first conductive line 321 , and the second conductive line 322 may be formed on the lower clad 331 .

상부 클래드(332)는 하부 클래드(331) 상부에 형성된 광도파로(310), 제 1 도전 라인(321) 및 제 2 도전 라인(322)을 감싸도록 형성될 수 있다. The upper clad 332 may be formed to surround the optical waveguide 310 , the first conductive line 321 , and the second conductive line 322 formed on the lower clad 331 .

이때, 광도파로(310)와 제 1 및 제 2 도전 라인(321, 322)의 배치를 더욱 상세히 설명하면, 도파로(310A)는 제 1 도전 라인(321A)와 제 2 도전 라인(322A) 사이에 형성되며, 도파로(310B)는 제 2 도전 라인(322A)과 제 1 도전 라인(321B) 사이에 형성될 수 있다. At this time, if the arrangement of the optical waveguide 310 and the first and second conductive lines 321 and 322 will be described in more detail, the waveguide 310A is disposed between the first conductive line 321A and the second conductive line 322A. The waveguide 310B may be formed between the second conductive line 322A and the first conductive line 321B.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조기의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도이다.4 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of an optical modulator according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조기의 제조 공정 중 제 1 및 제 2 도전 라인(321, 322) 사이에 광도파로(310)를 형성하는 것을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the formation of the optical waveguide 310 between the first and second conductive lines 321 and 322 during the manufacturing process of the optical modulator according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 4의 (A)를 참조하면 실리콘(Silicon, Si) 재질로 형성된 기판(100) 상부에 실리카(SiO2) 재질의 하부 클래드(331)를 형성하고, 하부 클래드(331) 상부에 리튬나오베이트(LiNbO3) 층을 형성한다.First, referring to FIG. 4A , a lower clad 331 made of silica (SiO2) is formed on a substrate 100 formed of a silicon (Si) material, and lithium is released on the lower clad 331. A bait (LiNbO3) layer is formed.

도 4의 (B)를 참조하면, 포토 공정(photo-lithography)을 통해 리튬나오베이트(LiNbO3) 층의 상부에 포토레지스트(PR, photoresist)를 배치시킨다. 이때, 배치되는 포토레지스트(PR)의 폭은 광도파로(310, LN)의 두께일 수 있다. Referring to FIG. 4B , a photoresist (PR) is disposed on the lithium naobate (LiNbO 3 ) layer through photo-lithography. In this case, the width of the disposed photoresist PR may be the thickness of the optical waveguides 310 and LN.

도 4의 (C)를 참조하면, 포토레지스트(PR)가 배치된 리튬나오베이트(LiNbO3) 층을 제외한 나머지 리튬나오베이트(LiNbO3) 층을 제거하기 위해 에칭(etching) 공정이 수행될 수 있다. Referring to FIG. 4C , an etching process may be performed to remove the remaining lithium naobate (LiNbO3) layers except for the lithium naobate (LiNbO3) layer on which the photoresist PR is disposed.

도 4의 (D)를 참조하면, 도 4의 (C)의 에칭 공정 이후 포토 공정(photo-lithography)을 통해 실리카(SiO2) 재질의 하부 클래드(331) 상부에 포토레지스트(PR)를 배치시킬 수 있다. 이때, 하부 클래드(331, SiO2) 상부는 포토레지스트(PR)가 배치된 영역과 포토레지스트(PR)가 배치되지 않은 영역으로 나누어질 수 있다.Referring to FIG. 4D , after the etching process of FIG. 4C , a photoresist PR may be disposed on the lower clad 331 made of silica (SiO2) through photo-lithography. can In this case, an upper portion of the lower clad 331 and SiO2 may be divided into a region where the photoresist PR is disposed and a region where the photoresist PR is not disposed.

도 4의 (E)를 참조하면, 증착 공정(deposition)을 통해 도체(예를 들어, 금)를 포토레지스트(PR)가 배치되지 않은 하부 클래드(331, SiO2) 상부에 증착시킬 수 있다.Referring to FIG. 4E , a conductor (eg, gold) may be deposited on the lower cladding 331 and SiO2 on which the photoresist PR is not disposed through a deposition process.

도 4의 (F)를 참조하면, 증착 공정 이후 도 4의 (D)에서 배치된 포토레지스트(PR)를 제거하는 공정(Lift-off)을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 4F , after the deposition process, a process (Lift-off) of removing the photoresist PR disposed in FIG. 4D may be performed.

도 4의 (G)를 참조하면, 도 4의 (F)에서 제거된 포토레지스트(PR)이 배치된 영역에 실리카(SiO2)를 증착시켜 상부 클래드(332)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4G , the upper cladding 332 may be formed by depositing silica (SiO2) in the region where the photoresist PR removed in FIG. 4F is disposed.

이와 같은 공정으로 통해, 기판(100) 상부에 하부 클래드(331)를 배치하고, 하부 클래드(331) 상부에 제 1 및 제 2 도전 라인(321, 322)을 형성하며, 제 1 및 제 2 도전 라인(321, 322) 사이에 광도파로(310, LN)를 형성할 수 있다. Through this process, the lower clad 331 is disposed on the substrate 100 , first and second conductive lines 321 and 322 are formed on the lower clad 331 , and first and second conductive lines are formed on the lower clad 331 . An optical waveguide 310 (LN) may be formed between the lines 321 and 322 .

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining an operation of an optical modulator according to an embodiment of the present invention.

도 5를 설명하기 전에, 도 2을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조기를 적용한 광 모듈의 동작을 정리하면 다음과 같다.Before describing FIG. 5 , the operation of the optical module to which the optical modulator according to an embodiment of the present invention is applied will be summarized with reference to FIG. 2 .

광원 구조체(200)로부터 방출된 광은 광 변조기(300)의 입력단으로 입사되어 광도파로(310)을 거쳐 출력단(OUT)으로 방출될 수 있다. 이때, 광도파로(310)에 전기장을 발생시킴으로써, 광도파로(310)를 통과하는 광의 위상을 가변시킬 수 있다.The light emitted from the light source structure 200 may be incident to the input terminal of the light modulator 300 and may be emitted to the output terminal OUT through the optical waveguide 310 . In this case, by generating an electric field in the optical waveguide 310 , the phase of light passing through the optical waveguide 310 may be varied.

본 발명의 실시 예에 따른 광 변조기(300)는 전기장을 발생시키기 위한 전기 에너지을 인가할 경우 출력단(OUT)으로 출력되는 광을 차단시킬 수 있고, 전기장을 발생시키지 않을 경우 즉, 전기 에너지을 인가하지 않을 경우 입력단(IN)으로부터 입사된 광은 광도파로(310)를 거쳐 출력단(OUT)으로 방출할 수 있다.The light modulator 300 according to an embodiment of the present invention can block light output to the output terminal OUT when electric energy for generating an electric field is applied, and when not generating an electric field, that is, electric energy is not applied. In this case, the light incident from the input terminal IN may be emitted to the output terminal OUT through the optical waveguide 310 .

도 5를 참조하여, 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 5 , it will be described in more detail as follows.

본 발명의 실시예에 따른 광 변조기(300)가 입력단(IN)으로 입사된 광이 출력단(OUT)으로 방출되지 않도록 광을 차단하는 경우 제 1 도전 라인(321)과 제 2 도전 라인(322)에 서로 다른 극성의 전기 에너지를 인가한다.The first conductive line 321 and the second conductive line 322 when the light modulator 300 according to an embodiment of the present invention blocks the light incident to the input terminal IN so that the light is not emitted to the output terminal OUT. Electrical energy of different polarity is applied to the

예를 들어, 도 5의 (A)와 같이, 제 1 도전 라인(321)에는 양(+)의 전기 에너지를 인가시키고 제 2 도전 라인(322)에는 음(-)의 전기 에너지를 인가시킨다.For example, as shown in FIG. 5A , positive (+) electrical energy is applied to the first conductive line 321 and negative (-) electrical energy is applied to the second conductive line 322 .

제 1 도전 라인(321)에 양의 전기 에너지를 인가시키고, 제 2 도전 라인(322)에 음의 전기 에너지를 인가시키면, 도파로(310A)와 도파로(310B) 각각에는 도 5와 같이 서로 반대 방향의 전기장이 발생된다. 따라서, 도파로(310A)를 통과하는 광의 위상과 도파로(310B)를 통과하는 광의 위상은 서로 반대로 발생된다.When positive electrical energy is applied to the first conductive line 321 and negative electrical energy is applied to the second conductive line 322 , the waveguide 310A and the waveguide 310B have opposite directions as shown in FIG. 5 , respectively. An electric field of Accordingly, a phase of light passing through the waveguide 310A and a phase of light passing through the waveguide 310B are opposite to each other.

이때, 도파로(310A)를 통과하는 광의 위상과 도파로(310B)를 통과하는 광의 위상이 역위상이면 두 개의 도파로(310A, 310B)를 통과한 광이 상쇄 간섭되어 출력단(OUT)으로는 광이 출력되지 않는다.At this time, if the phase of the light passing through the waveguide 310A and the phase of the light passing through the waveguide 310B are out of phase, the light passing through the two waveguides 310A and 310B is destructively interfered and the light is output to the output terminal OUT. doesn't happen

본 발명의 실시 예에 따른 광 변조기(300)는 두 개의 도파로(310A, 310B)에 서로 다른 방향의 전기장이 발생되도록 구성되어 각 도파로(310A, 310B)를 통과하는 광의 위상이 서로 반대로 변화하게 함으로써, 두 도파로(310A, 310B)를 통과하는 광의 위상이 낮은 전압 레벨의 전기 에너지에서도 역위상을 가질 수 있도록 구성될 수 있다.The optical modulator 300 according to the embodiment of the present invention is configured to generate electric fields in different directions in the two waveguides 310A and 310B, so that the phases of light passing through each of the waveguides 310A and 310B change in opposite directions. , the phase of the light passing through the two waveguides 310A and 310B may be configured to have an opposite phase even in low voltage level electrical energy.

또한, 도 5의 (B)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광 변조기(300)는 도파로(310A, 310B)와 도전 라인(321, 322)이 하부 클래드(331) 상부에 일렬로 형성되고, 도전 라인(321, 322)들 사이에 각 도파로(310A, 310B)가 형성됨으로써, 낮은 전압 레벨의 전기 에너지에서도 도파로(310A, 310B)에서 전기장이 발생될 수 있다. Also, referring to FIG. 5B , in the optical modulator 300 according to the embodiment of the present invention, waveguides 310A and 310B and conductive lines 321 and 322 are formed in a line on the lower clad 331 . and the waveguides 310A and 310B are formed between the conductive lines 321 and 322 , so that an electric field can be generated in the waveguides 310A and 310B even with low voltage level electrical energy.

더불어, 본 발명의 실시 예에 따른 광 변조기(300)는 광도파로(310)와 광도파로(310)를 감싸는 클래드(상부 및 하부 클래드 포함)의 전기 광학 계수 차이가 큰 재질로 형성되어 전기장을 발생시켰을 경우 기존 광 변조기보다 입사되는 광의 위상을 더 큰 폭으로 가변시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에서는 광도파로(310)의 재질로 리튬나이오베이트(LiNbO3)를 이용하고, 상부 및 하부 클래드(331, 332)의 재질로 실리카(silica, SiO2)를 이용할 수 있다.In addition, the optical modulator 300 according to the embodiment of the present invention is formed of a material having a large difference in electro-optical coefficients between the optical waveguide 310 and the cladding surrounding the optical waveguide 310 (including the upper and lower clads) to generate an electric field. In this case, the phase of the incident light can be changed to a larger width than that of the conventional light modulator. For example, in the embodiment of the present invention, lithium niobate (LiNbO3) is used as the material of the optical waveguide 310, and silica (silica, SiO2) can be used as the material of the upper and lower clads 331 and 332. have.

결국, 본 발명의 실시 예에 따른 광 변조기(300)는 낮은 전압 레벨의 전기 에너지를 이용하여 광원 구조체(200)로부터 방출되는 광을 차단시키거나 출력할 수 있어, 본 발명에 따른 광 변조기(300)는 사이즈(size) 감소와 소모 전력을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 고속으로 광의 출력과 차단을 반복할 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 광 변조기(300)를 이용한 광 모듈은 전력 소모를 줄이고, 작은 사이즈로 구현 가능하며 고속 통신에 적합할 수 있다.As a result, the light modulator 300 according to the embodiment of the present invention can block or output the light emitted from the light source structure 200 by using electric energy of a low voltage level, so that the light modulator 300 according to the present invention can be output. ) can not only reduce the size and power consumption, but also repeat the output and blocking of light at high speed. Therefore, the optical module using the optical modulator 300 according to the present invention can reduce power consumption, can be implemented with a small size, and can be suitable for high-speed communication.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (10)

기판;
상기 기판의 상부에 형성되는 하부 클래드;
상기 하부 클래드의 상부에 형성되는 제 1 광도파로, 제 2 광도파로, 제 1 도전 라인 및 제 2 도전 라인; 및
상기 하부 클래드의 상부에 형성된 상기 제 1 및 제 2 광도파로를 감싸도록 형성된 상부 클래드를 포함하며,
상기 제 1 및 제 2 광도파로는,
서로 평행하게 배치되며 하나의 입력단과 하나의 출력단으로 연결되고,
상기 제 1 도전 라인은,
상기 제 1 및 제 2 광도파로 각각의 외측면에 배치되며,
상기 제 2 도전 라인은,
상기 제 1 광도파로를 통과하는 광의 위상과 상기 제 2 광 도파로를 통과하는 광의 위상이 서로 역 위상이 되도록 상기 제 1 및 제 2 도전 라인에 서로 다른 극성의 전기 에너지를 인가하는 것을 특징으로 하는 광 변조기. Board;
a lower clad formed on the substrate;
a first optical waveguide, a second optical waveguide, a first conductive line, and a second conductive line formed on the lower clad; and
and an upper clad formed to surround the first and second optical waveguides formed on the lower clad,
The first and second optical waveguides,
They are arranged parallel to each other and are connected by one input terminal and one output terminal,
The first conductive line is
disposed on an outer surface of each of the first and second optical waveguides;
The second conductive line is
and applying electrical energy of different polarities to the first and second conductive lines so that a phase of light passing through the first optical waveguide and a phase of light passing through the second optical waveguide are out of phase with each other modulator. 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 도전 라인은,
상기 제 1 광도파로를 통과하는 광의 위상과 제 2 광도파로를 통과하는 광의 위상이 서로 역위상이 되도록 하는 서로 극성이 다른 전기 에너지를 각각 인가 받는 것을 특징으로 하는 광 변조기.The method according to claim 1,
The first and second conductive lines are
and receiving electrical energy having different polarities so that a phase of light passing through the first optical waveguide and a phase of light passing through the second optical waveguide are out of phase with each other. 청구항 1에 있어서,
상기 상부 클래드 및 상기 하부 클래드 각각의 재질은,
실리카를 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 광도파로의 재질은,
리튬나오베이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 변조기.The method according to claim 1,
The material of each of the upper clad and the lower clad,
containing silica;
Materials of the first and second optical waveguides are
Light modulator comprising lithium naobate. 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 광도파로는,
서로 평행하게 배치되며 하나의 입력단과 하나의 출력단으로 연결된 것을 특징으로 하는 광 변조기.The method according to claim 1,
The first and second optical waveguides,
An optical modulator, which is disposed parallel to each other and is connected to one input terminal and one output terminal. 청구항 4에 있어서,
상기 제 1 도전 라인은,
상기 제 1 및 제 2 광도파로 각각의 외측면에 배치되고
상기 제 2 도전 라인은,
상기 제 1 및 제 2 광도파로의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 광 변조기.5. The method according to claim 4,
The first conductive line is
the first and second optical waveguides are disposed on an outer surface of each
The second conductive line is
An optical modulator disposed between the first and second optical waveguides. 기판;
상기 기판의 상부에 배치되어 광을 방출하도록 구성된 광원 구조체; 및
상기 기판의 상부에 배치되고, 상기 광원 구조체로부터 방출되는 상기 광이 통과되는 제 1 광도파로 및 제 2 광도파로를 포함하는 광 변조기를 포함하며,
상기 제 1 및 제 2 광도파로는,
하나의 입력단과 하나의 출력단에 공통 연결되며, 서로 평행하게 배치되고,
상기 제 1 및 제 2 광도파로 각각의 외측면에 제 1 도전 라인이 배치되며,
상기 제 1 및 제 2 광도파로 사이에 제 2 도전 라인이 배치되고,
상기 제 1 및 제 2 도전 라인 각각에 서로 다른 극성의 전기 에너지를 공급할 경우 상기 제 1 광도파로를 통과하는 광의 위상과 상기 제 2 광도파로를 통과하는 광의 위상이 서로 역 위상이 되고, 상쉐 간섭되어 상기 광 변조기의 광 방출이 차단되는 것을 특징으로 하는 광 모듈. Board;
a light source structure disposed on the substrate and configured to emit light; and
and a light modulator disposed on the substrate and including a first optical waveguide and a second optical waveguide through which the light emitted from the light source structure passes;
The first and second optical waveguides,
Commonly connected to one input terminal and one output terminal, arranged parallel to each other,
a first conductive line is disposed on an outer surface of each of the first and second optical waveguides;
a second conductive line is disposed between the first and second optical waveguides;
When electric energy of different polarity is supplied to each of the first and second conductive lines, the phase of the light passing through the first optical waveguide and the phase of the light passing through the second optical waveguide are out of phase with each other and mutually interfered An optical module, characterized in that the light emission of the light modulator is blocked. 청구항 6에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 광도파로는,
하나의 입력단과 하나의 출력단에 공통 연결되며, 서로 평행하게 배치되고,
상기 제 1 및 제 2 광도파로 각각의 외측면에 제 1 도전 라인이 배치되며, 상기 제 1 및 제 2 광도파로 사이에 제 2 도전 라인이 배치되는 것을 특징으로 하는 광 모듈.7. The method of claim 6,
The first and second optical waveguides,
Commonly connected to one input terminal and one output terminal, arranged parallel to each other,
A first conductive line is disposed on an outer surface of each of the first and second optical waveguides, and a second conductive line is disposed between the first and second optical waveguides. 청구항 6에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 도전 라인은,
서로 다른 극성의 상기 전기 에너지가 인가되는 것을 특징으로 하는 광 모듈.7. The method of claim 6,
The first and second conductive lines are
The optical module, characterized in that the electrical energy of different polarity is applied. 청구항 6에 있어서,
상기 광 변조기는,
실리카 재질의 클래드, 및
리튬나오베이트 재질의 상기 제 1 및 제 2 광도파로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모듈.7. The method of claim 6,
The light modulator is
a clad made of silica, and
An optical module comprising the first and second optical waveguides made of lithium naobate. 청구항 9에 있어서,
상기 클래드는,
상기 제 1 및 제 2 광도파로를 둘러싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 광 모듈.10. The method of claim 9,
The clad is
An optical module formed to surround the first and second optical waveguides.
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