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Ti:LiNbO3 세 도파로형 진행파 광변조기;바깥입사, 반대칭 Detuning
Ti:LiNbO3 three-waveguide type traveling-wave optical modulator; outer fed, anti-symmetrical Detuning

이우진   (한국전자통신연구원 기반기술연구소 광접속모듈팀CC0186800  ); 정은주   (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학UU0000710  ); 피중호   (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학UU0000710  ); 김창민   (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부UU0000710  );
  • 초록

    Ti:LiNbO $_3$ 세 도파로형 광도파로와 CPW 진행파 전극으로 구성된 고속 외부 광변조기를 설계, 제작하였다. 결합모드 이론을 이용하여 세 도파로 광결합기의 스위칭 현상을 해석하였으며, 유한차분법을 이용하여 결합길이를 계산하였다. SOR에 의해 위상속도 및 특성 임피던스 정합 조건이 만족되도록 CPW 진행파 전극의 파라미터를 설계하였다. 제작된 소자의 dc 스위칭 및 전극의 RF 특성을 측정하였다. 제작된 세 도파로 광변조기의 삽입손실과 스위칭 전압은 약 4 dB와 15.6 V였다. RF 특성을 얻기 위하여 회로분석기(Network Analyzer)를 이용하여 진행파 전극의 S 파라미터를 측정하였다. 측정 결과 진행파 전극의 특성임피던스 Z $_{c}$ =39.2< 39.2 $\Omega$ , M/W(Microwave) 유효굴절률 N $_{eff}$ =2.48, � 2.48, 그리고 감쇠상수 a $_{m}$ =0.066 0.0665/(equation omitted)등의 파라미터를 추출하였다. 추출된 진행파 전극 파라미터를 이용하여 이론적인 주파수 응답 R( $\omega$ )을 계산하였으며, 광 검출기로 측정된 주파수 응답 R( $\omega$ )과 비교하였다. 주파수 응답측정 결과, 3 dB 변조대역폭은 13 GHz로 측정되었다.


    Switching phenomenon of a three-waveguide optical coupler was analyzed by using the coupled mode theory, and the coupling-length of the device was calculated by means of the FDM. CPW traveling-wave electrodes were designed by the CMM and SOR simulation techniques so as to satisfy the conditions of phase-velocity and impedance matching. Traveling-wave modulators were fabricated on a z-cut LiNbO $_3$ substrate. Ti was in-diffused in LiNbO $_3$ to make waveguides and Au electrodes were built on the waveguides by the electroplating technique. Insertion loss and switching voltage of the optical modulator were about 4 ㏈ and 15.6V. Network analyzer was used to obtain S parameters and corresponding RF response. From the measurement, parameters of the traveling-wave electrodes were extracted as such Z $_{c}$ =39.2 39.2 $\Omega$ , Neff=2.48, and a0=0.0665/cm((GHz) (1/2)). The measured optical response R(w) was compared with the theoretically estimated and both responses were shown to agree well. The measurement results revealed that the ㏈ bandwidth turned out to be about 13 GHz.


  • 주제어

    Optical modulator .   Tee-waveguide directional courier .   $Ti:LiNbO_3$ waveguide .   CPW traveling-wave electrodes.  

  • 참고문헌 (18)

    1. Time- and frequency-domain response of directional-coupler traveling-wave optical modulators , Steven K. Korotky;Rod C. Alferness , J. Lightwave Technol. / v.LT-1,pp.244-251,
    2. High-speed traveling-wave directional coupler switch/modulator for ${\lambda}=1.32{\mu}m$ , R. C. Alferness;C. H. Joyner;L. L. Buhl;S. K. Korotky , IEEE J. Quantum Electron. / v.QE-19,pp.1339-1342,
    3. Optical intensity modulation to 40 GHz using a waveguide electro-optic switch , S. K. Korotky;G. Eisenstein;R. S. Tucker;J. J. Veselka;G. Raybon , Appl. Phys. Lett. / v.50,pp.1631-1633,
    4. Linear 0-20GHz modulation with a 1×2 directional coupler , C. H. Bulmer;W. K. Burns;C. W. Pickett , IEEE Photonics Technol. Lett. / v.3,pp.28-30,
    5. LiNb$O_3$ traveling-wave light modulator-switch with an etched groove , H. Haga;M. Izutsu;T. Sueta , IEEE J. Quantum Electron. / v.QE-22,pp.902-906,
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    7. 40Ghz, low half-wave voltage Ti:LiNb$O_3$ Intensity modulator , G. K. Gopalakrishnan;C. H. Bulmer;W. K. Burns;R. W. McElbanon;A. S. Greeblatt , Electron. Lett. / v.28,pp.826-827,
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    10. Broadband Ti:LiNb$O_3$ optical modulator with a ridge structure , K. Noguchi;O. Mitomi;H. Miyazawa;S. Seki , J. Lightwave Technol. / v.13,pp.1164-1168,
    11. A novel, wideband, lithium niobate electrooptic modulator , S. Hopfer;Y. Shani , J. Lightwave Technol. / v.16,pp.73-77,
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    13. Milimeter-wave Ti:LiNb$O_3$ optical modulators , Kazuto Noguchi;Osamu Mitomi;Hiroshi Miyazawa , J. Lightwave Technol. / v.16,pp.615-619,
    14. 진행파 광변조기의 Taper영역 전극 설계 : SOR기법 , 정석원;김창민 , 한국광학회 논문지 / v.7,pp.78-86,
    15. Madn-Zender 간섭기를 이용한 진행파 Ti:LiNb$O_3$ 광변조기 , 한영탁;이우진;고병국;이병권;김창민 , 대한전자공학회지 논문지 / v.,pp.,
    16. m-section의 전극반전이 있는 Mach-Zender형 진행파 Ti:LiNb$O_3$ 광변조기 , 이우진;김경암;김우경;김창민 , 대한전자공학회지 논문지 / v.39,pp.26-36,
         
    17. 바깥도파로 입사된 Ti:LiNb$O_3$ 세 도파로 광 스위치의 설계 및 제작 , 김영문;서정훈;이세호;허창열;김창민 , 대한전자공학회지 논문지 / v.36,pp.539-548,
    18. 가운데도파로 입사된 Ti:LiNb$O_3$ 세 도파로 광 스위치의 설계 및 제작 , 허창열;한영탁;김창민 , 대한전자공학회지 논문지 / v.37,pp.64-71,

 저자의 다른 논문

  • 김창민 (38)

    1. 1990 "헤테로다인/코히어런트 광 BFSK 수신기의 성능평가" 전자공학회논문지 = Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics 27 (10): 154~160    
    2. 1993 "Y-분기 방향성 결합기 광 스위치/변조기" 한국통신학회논문지 = The journal of the Korean institute of communication science 18 (8): 1108~1116    
    3. 1994 "외부 광귀환이 있는 레이저 다이오드의 혼돈특성" 한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics 5 (3): 394~403    
    4. 1994 "광 도파 원리와 전송특성" 電子工學會誌 = The journal of Korea Institute of Electronics Engineers 21 (2): 20~30    
    5. 1995 "광통신용 $Ti:LiNbO_3$외부 광변조기/스위치 설계" 전기학회지= The Processing of the Institute of Electrical Engineers 44 (9): 28~37    
    6. 1995 "$\lambda=1.3, 1.55{\mu}m$에서 저분산을 갖는 이중-클래드 광섬유의 설계" 한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics 6 (2): 156~164    
    7. 1995 "원형으로 굽은 광도파로의 low bending loss를 위한 trench 구조설계: 원통좌표계 FD-BPM" 한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics 6 (4): 373~378    
    8. 1995 "Ti:$LiNbO_3$ 진행파 광변조기의 FEM 전극해석 및 대역폭 예측" 電子工學會論文誌. Jounnal of the Korea institute of telematics and electronics. A. A a32 (2): 96~110    
    9. 1995 "전극 해석에서 등각사상법의 오차 평가" 電子工學會論文誌. Jounnal of the Korea institute of telematics and electronics. A. A a32 (8): 71~77    
    10. 1995 "${\lambda}=1.55{\mu}m$에서 극저분산을 갖는 사중-클래드 평탄분산 광섬유의 설계" 電子工學會論文誌. Jounnal of the Korea institute of telematics and electronics. A. A a32 (8): 140~152    

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