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KR0171017B1 - 후기 광표백에 의해 초기 상태가 조절되는 마하 젠더 간섭계형 고분자 전기광학 변조기 - Google Patents

후기 광표백에 의해 초기 상태가 조절되는 마하 젠더 간섭계형 고분자 전기광학 변조기 Download PDF

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KR0171017B1
KR0171017B1 KR1019950053637A KR19950053637A KR0171017B1 KR 0171017 B1 KR0171017 B1 KR 0171017B1 KR 1019950053637 A KR1019950053637 A KR 1019950053637A KR 19950053637 A KR19950053637 A KR 19950053637A KR 0171017 B1 KR0171017 B1 KR 0171017B1
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Abstract

본 발명은 후기 광표백에 의해 초기 출력상태가 조절될 수 있는 마하-젠더 간섭계형 고분자 전기 광학 변조기에 관한 것이다. 간섭계의 두 팔위에 위치한 전극의 길이를 다르게 하고, 도파로의 전면 또는 두 팔지역에 후기 광표백을 하면, 두 팔의 후기 광표백된 도파로 길이가 다르기 때문에 두 팔 사이의 초기 위상차이가 변하게 되고, 따라서 초기 출력 상태가 조절될 수 있다.

Description

후기 광표백에 의해 초기 상태가 조절되는 마하 젠더(Mach-Zehnder) 간섭계형 고분자 전기광학 변조기
제1도(a)는 종래의 기술에 따른 마하 젠더 간섭계형 전기 광학 변조기의 평면도.
제1도(b)는 제1도(a)의 제1팔 부분에 대한 X-X선에 따른 수직 단면도.
제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 마하 젠더 간섭계형 전기 광학 변조기로서 양쪽팔 위에 전극 길이가 서로 다른 구조를 나타낸 평면도.
제3도는 제2도의 X-X선에 따른 수직 단면도.
제4도는 본 발명의 마하 젠더 간섭계형 전기 광학 변조기에서 후기 광표백 깊이 dpb에 따른 변조기 초기 출력상태 변화의 한 예를 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
111 : 반도체 기판 112 : 하부 전극
113 : 하부 클래드층 114 : 가이딩층
115 : 초기 광표백층 116 : 도파로
116a,116d : 입, 출력단 116b,116c : 제1,2팔
117 : 후기 광표백층 118 : 상부 클래드층
119a : 제1전극 119b : 제2전극
본 발명은 마하 젠더(Mach-Zehnder) 간섭계형 고분자 전기 광학 변조기에 관한 것으로, 특히 광변조기의 초기 출력상태를 고분자의 광표백 특성을 이용하여 조절할 수 있도록 설계된 마하 젠더 간섭계형 고분자 전기 광학 변조기에 관한 것이다.
마하 젠더 간섭계형 광변조기는 전기 신호를 광신호로 전환시키는 기능을 하는 대표적인 광변조기이다.
제1도(a)는 종래 기술에 따른 마하 젠더 간섭계 형태의 고분자 전기 광학 변조기의 평면도이고, 제1도(b)는 제1도(a)의 제1팔 부분에 대한 x-x선에 따른 수직 단면 구조를 나타낸다.
제1도(a) 및 제1도(b)를 참조하면, 상기 고분자 전기 광학 변조기는 입력측에서 한 라인으로 진행하는 띠형태를 갖는 도파로(16)의 입력단(16a)이 소정 지점에서 두개의 제1팔(16b)과 제2팔(16c)로 분기되고 출력단(16d)에서 다시 한 라인으로 결합되는 구조를 갖는다. 그리고, 상기 제1팔(16b)의 라인 상측에는 소정의 폭을 갖는 신호 전극(18a)이 형성되어 있고, 제2팔(16c)의 라인 상측에도 소정의 폭을 갖는 바이어스 전극(18b)이 형성되어 있다.
또한, 제1도(b)에 도시된 바와 같이, 일반적으로 고분자 전기 광학 변조기는 반도체 기판(11)상에 하부 전극층(12), 하부 클래드층(13), 가이딩층(14), 도파로 형성을 위한 초기 표백층(15), 상부 클래드층(17) 및 상부 전극층(18a)이 차례로 적층된 구조를 갖는다.
일반적으로, 간섭계의 출력은 하기 식 1에 나타낸 바와 같이 제1팔(16b) 및 제2팔(16c) 사이의 위상차이에 의존한다.
상기 식 1에서 (φ1-φ2)o는 제1팔(16b) 및 제2팔(16c)을 지나 도파광의 초기 위상차이, δφ1은 외부 전압인가에 의해 유기된 제1팔(16b)의 위상 변화, δφ2는 외부의 전압인가에 의하여 유기된 제2팔(16c)의 위상 변화를 나타낸다. 이때, 외부 신호가 없을 때 δφ1과 δφ2는 0이 된다.
이러한 변조기는 사용 목적에 따라 적절한 초기 상태가 설정되어야만 정확하고 간편한 전-광 신호 변환이 가능하다.
그러나, 변조기의 제작 과정에서 이와 같은 정밀한 초기 위상차이를 조절하는 것은 실제 불가능하다.
따라서, 변조기의 제1팔(16b) 상측의 신호 전극(18a)은 신호 인가용 전극으로 사용하고, 나머지 제2팔(16c)은 바이어스(bias) 전극(18b)으로 사용하여 바이어스 전극(18b)에 적절한 직류 전장을 인가하여 위상(φ1-φ2)o-δφ2을 조절함으로써, 변조기의 초기 출력상태를 조절한다.
그러나, 현재까지의 고분자 변조기에서는 직류 전장을 인가하는 경우 직류표동 현상에 의하여 안정된 소자의 출력 특성을 얻을 수가 없다.
따라서, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 마하 젠더 간섭계형 고분자 전기 광학 변조기의 초기 위상차이(φ1-φ2)o를 후기 광 표백법으로 조절함으로써 바이어스 전극이 필요없는 마하 젠더 간섭계형 전기 광학 변조기를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예는 반도체 기판상에 하부 전극층, 하부 클래드층, 가이딩층, 상기 가이딩층의 소정 영역에 초기 광표백에 의하여 형성되는 띠도파로, 후기 광표백층, 상부 클래드층 및 상부 전극이 차례로 적층된 수직 구조를 갖는다.
또, 제1팔 및 제2팔의 상측에 각각 형성되는 제1전극 및 제2전극이 각각 서로 다른 길이를 갖도록 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
일반적으로, 광표백은 고분자 박막이 적절한 파장의 빛에 의해 표백됨으로 해서 굴절률이 낮아지는 현상이다(참조:J.J.Kim et al, Appl. Phys. Lett. 64(25):3488-3490, 1994).
이는 고분자 광도파로 제작에 사용되는 매우 일반적인 방법중의 하나로서, 후기 광표백(post-photobleaching)은 광도파로 제작을 끝낸 후 도파로의 특정 부분에 대해 선택적으로 다시 광표백을 행하는 것을 의미한다.
제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 변조기의 평면도를 나타낸 것으로 후기 광 표백법을 이용하여 초기 위상차이(φ1-φ2)o를 조절하기 위한 변조기의 상측 전극 구조의 형성예를 도시하고 있다. 그리고, 상기 제1팔(116b) 및 제2팔(116c)의 상측에는 상부 전극으로서 제1팔(116b) 및 제2팔(116c)의 라인을 따라 각기 다른 길이(LA, LA')를 갖는 제1전극(119a)과 제2전극(119b)이 각각 형성되어 있는 구조를 갖는다.
제2도에서 제1팔(116b)위의 제1전극(119a)은 신호 인가용 전극으로도 사용되며 또한 후기 표백광에 대한 금속 마스크로도 동시에 사용된다.
본 발명에 있어서, 후기 광표백에 의한 초기 출력상태 조절 원리는 다음과 같다.
제2도에 있어서, 도파로(116)의 전면 또는 제1,2팔(116b,116c)이 후기 표백광에 노출되면 전극 마스크(제1전극 및 제2전극)가 있는 부분의 도파로(116)는 후기 표백광에 노출되지 않고, 제1,2전극(119a,119b)이 없는 부분은 후기 광표백에 의하여 도파로(116)의 유효 굴절률이 감소하게 된다.
따라서, 제1,2전극(119a,119b)의 길이 LA와 LA'이 서로 다르면 제1,2팔(116b,116c) 사이의 초기 위상차이(φ1-φ2)o가 후기 광표백에 의하여 변하게 된다.
이때, 위상차이의 변화는 제1,2팔(116b,116c)의 길이 차이인(LA-LA')에 비례하게 된다.
제3도는 제2도의 X-X 라인에 따른 단면도로서 후기 표백광에 노출된 부분의 변화된 도파로의 수직 단면 구조를 나타낸다. 후기 광표백 시간에 따라 후기 광표백 깊이 dpb가 변하게 된다.
제3도에 따르면, 본 발명의 변조기는 반도체 기판(111)상에 하부 전극(112), 하부 클래드층(113), 가이딩층(114), 초기 광표백층(115), 후기 광표백층(117), 상부 클래드층(118)이 차례로 적층된 구조를 갖는다.
제4도는 제2도에서 제1전극(119a) 및 제2전극(119b)의 길이 차이(LA-LA')가 15㎜일 때 제3도의 후기 광표백 깊이 dpb에 따른 변조기의 출력 특성의 변화를 유효 굴절률법을 이용하여 계산한 것으로, 후기 광표백 깊이 dpb에 따른 변조기 초기 출력상태를 나타낸 그래프이다.
계산에 사용한 도파로의 구조는 도파층은 P2ANS(50:50)이고, 하부 클래딩은 P2ANS(35:65), 상부 클래딩은 NOA61이다
P2ANS(x:100-x)는 폴리(4-dimethylamino-4'-nitro stilbene methacrylate(P2ANS)-co-methylmethacrylate(MMA)(x:100-x)의 약자로서 주 사슬에 DANS 색소가 공중합되어 있는 사이드-체인(side-chain) 계통의 비선형 고분자 박막이고, NOA61은 광학용 에폭시이다.
이 때, 폴링(Poling) 전장의 세기는 1.6MV/㎝로 하였으며, 각층의 굴절률은 nP2ANS(50:50)=1.7424, nP2ANS(35:65)=1.6955, 그리고 nOA61=1.543이다. 그리고 초기 광표백 깊이 dpb는 0.4㎛로 하였다.
제4도에 도시한 바와 같이 후기 광표백된 두께 dpb에 따라 변조기의 초기 출력상태가 변화함을 알 수 있다.
따라서, 상술한 본 발명의 변조기는 초기 출력상태를 직류 바이어스 전장으로 조절하지 않고 후기 광표백 방법에 의해 조절함으로써 고분자 변조기에서 직류 전장에 의한 출력 특성의 불안정성을 제거된다.
이는 변조기 양팔 위의 전극 길이를 달리하여 변조기의 전면 또는 일부에 후기 광표백을 하면 양팔 사이의 초기 위상차이가 양팔 전극의 길이 차이에 의하여 변화함을 이용한 것으로 변조기의 출력상태를 관찰하면서 후기 광표백을 하면 변조기의 초기 출력상태를 임의로 조절할 수 있다.

Claims (1)

  1. 마하젠더 간섭계형 고분자 전기 광학 변조기에 있어서, 상기 간섭계의 제1팔 및 제2팔의 상측에 각각 형성되는 제1전극 및 제2전극이 후기 광표백을 통하여 변조기의 초기 상태를 조절하기 위한 목적으로 각각 서로 다른 길이를 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 마하 젠더 간섭계형 고분자 전기 광학 변조기.
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