5727250 変調器、変調方法、及び光通信システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5727250

(24)【登録日】2015年4月10日

(45)【発行日】2015年6月3日

(54)【発明の名称】変調器、変調方法、及び光通信システム

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/025 20060101AFI20150514BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/025

【請求項の数】19

【全頁数】49

(21)【出願番号】特願2011-25093(P2011-25093)

(22)【出願日】2011年2月8日

(65)【公開番号】特開2011-164612(P2011-164612A)

(43)【公開日】2011年8月25日

【審査請求日】2014年1月22日

(31)【優先権主張番号】10-2010-0011471

(32)【優先日】2010年2月8日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2010-0011472

(32)【優先日】2010年2月8日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】八田国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】申 東 宰

(72)【発明者】

【氏名】羅 敬 遠

(72)【発明者】

【氏名】徐 成 東

(72)【発明者】

【氏名】河 鏡 虎

(72)【発明者】

【氏名】金 聖 九

(72)【発明者】

【氏名】池 晧 哲

(72)【発明者】

【氏名】趙 寅 成

【審査官】 林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−０５６２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０４３６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２８７１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２７５４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０９−５０３８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２１２９１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００４−５０６９３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／００−１／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２９−１／３９

Ｇ０２Ｂ ６／１２−６／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の幅及び所定の深さにエッチングされたトレンチを備えるバルクシリコン基板と、
前記バルクシリコン基板の前記トレンチに形成される下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成される複数個の導波路と、
前記下部クラッド層上に形成され、導波路の屈折率を変調して当該導波路を通過する光信号の位相を変調する位相変調部と、
前記複数個の導波路及び前記位相変調部上に形成される上部クラッド層と、を備え、
前記下部クラッド層は、前記導波路の全領域の下部に形成され、
前記位相変調部は、
前記下部クラッド層上にシリコン層で形成されるスラブと、
前記スラブの一部に所定の高さに形成されるコアと、
Ｐ型キャリアを注入するための第１電極と、
Ｎ型キャリアを注入するための第２電極と、
前記第１電極に接続され、前記スラブに形成されてＰ型キャリアをドーピングするＰ型キャリアドーピング部と、
前記第２電極に接続され、前記スラブに形成されてＮ型キャリアをドーピングするＮ型キャリアドーピング部と、を備えることを特徴とする変調器。

【請求項2】

前記下部クラッド層の厚さは、前記バルクシリコン基板の前記トレンチの深さと同じ、または、前記トレンチの深さよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の変調器。

【請求項3】

前記位相変調部の下部に形成された前記下部クラッド層の幅は、１．５〜１０．０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の変調器。

【請求項4】

前記複数個の導波路の下部に形成された前記下部クラッド層の幅は、１．０〜１０．０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の変調器。

【請求項5】

前記位相変調部の中心と、前記位相変調部の下部に形成された前記下部クラッド層の中心との水平方向の位置ずれ量は、０．１〜５．０μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の変調器。

【請求項6】

前記Ｐ型キャリアドーピング部及び前記Ｎ型キャリアドーピング部は、前記コアを中心に対称的に、前記スラブの一部にのみ形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の変調器。

【請求項7】

前記Ｐ型キャリアドーピング部及び前記Ｎ型キャリアドーピング部は、前記コアを中心に対称的に、前記スラブ及び前記コアの一部に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の変調器。

【請求項8】

前記Ｐ型キャリアドーピング部及び前記Ｎ型キャリアドーピング部は、前記コアを中心に対称的に、前記スラブ及び前記コアの全部に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の変調器。

【請求項9】

所定の幅及び所定の深さにエッチングされたトレンチを備えるバルクシリコン基板と、
前記バルクシリコン基板の前記トレンチに形成される下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成され、光信号を入力させる入力導波路と、
前記下部クラッド層上に形成され、光信号を出力させる出力導波路と、
前記下部クラッド層上に形成され、前記入力導波路及び前記出力導波路に連結された第１連結部と、
前記下部クラッド層上に形成され、前記第１連結部に連結された連結導波路と、
前記下部クラッド層上に形成され、光信号を通過させる複数個の分岐導波路と、
前記下部クラッド層上に形成され、前記複数個の分岐導波路のうち少なくとも一つの分岐導波路の屈折率を変調して、当該分岐導波路を通過する光信号の位相を変調する位相変調部と、
前記複数個の分岐導波路の端部にそれぞれ位置し、前記分岐導波路を通過する光信号を反射する複数個の反射部と、
前記下部クラッド層上に形成され、前記連結導波路及び前記複数個の分岐導波路に連結され、前記入力導波路を通じて入力された光信号を前記複数個の分岐導波路に分岐させる一方で、前記複数個の反射部でそれぞれ反射された光信号を合成する第２連結部と、
前記入力導波路、前記出力導波路、前記連結導波路、前記分岐導波路、前記第１連結部、前記第２連結部、及び前記位相変調部上に形成される上部クラッド層と、を備え、
前記下部クラッド層は、前記入力導波路、前記出力導波路、前記連結導波路、前記分岐導波路、前記第１連結部、及び前記第２連結部の全領域の下部に形成され、
前記位相変調部は、
前記下部クラッド層上にシリコン層で形成されるスラブと、
前記スラブの一部に所定の高さに形成されるコアと、
Ｐ型キャリアを注入するための第１電極と、
Ｎ型キャリアを注入するための第２電極と、
前記第１電極に接続され、前記スラブに形成されてＰ型キャリアをドーピングするＰ型キャリアドーピング部と、
前記第２電極に接続され、前記スラブに形成されてＮ型キャリアをドーピングするＮ型キャリアドーピング部と、を備えることを特徴とする変調器。

【請求項10】

前記第２連結部では、前記複数個の反射部でそれぞれ反射された光信号が合成されて補強干渉または相殺干渉が起こることを特徴とする請求項９に記載の変調器。

【請求項11】

前記第１連結部は、前記第２連結部で合成された光信号を前記入力導波路と前記出力導波路とに分岐することを特徴とする請求項９または１０に記載の変調器。

【請求項12】

前記入力導波路は、アイソレータを備え、
前記アイソレータは、外部から前記入力導波路に入力される光信号を通過させる一方で、前記第２連結部で合成され前記第１連結部により前記入力導波路に分岐される光信号を遮断することを特徴とする請求項１１に記載の変調器。

【請求項13】

前記第１連結部は、サーキュレータであり、前記サーキュレータは、前記第２連結部で合成された光信号を前記出力導波路にのみ出力させることを特徴とする請求項９または１０に記載の変調器。

【請求項14】

前記位相変調部は、直線型構造を有することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の変調器。

【請求項15】

前記位相変調部は、リング共振型構造を有することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の変調器。

【請求項16】

前記位相変調部は、直線型構造とリング共振型構造とが混合された構造を有することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の変調器。

【請求項17】

請求項９〜１６のいずれか１項に記載の変調器を用いた変調方法であって、
光信号を入力するステップと、
入力された光信号が複数個の分岐導波路に分岐されるステップと、
複数個の分岐導波路に分岐された光信号のうち少なくとも一つの光信号の位相を変調するステップと、
前記複数個の分岐導波路に分岐された光信号を反射するステップと、
前記反射された光信号を合成するステップと、
前記合成された光信号を出力するステップと、を含むことを特徴とする変調方法。

【請求項18】

送信部と受信部とを備える光通信システムであって、
前記送信部は、電気信号を光信号に変調する変調素子を備え、
前記受信部は、光信号を電気信号に復調する復調素子を備え、
前記変調素子は、変調部であって、
前記変調部は、
所定の幅及び所定の深さにエッチングされたトレンチを備えるバルクシリコン基板と、
前記バルクシリコン基板の前記トレンチに形成される下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成され、光信号を入力させる入力導波路と、
前記下部クラッド層上に形成され、光信号を出力させる出力導波路と、
前記下部クラッド層上に形成され、前記入力導波路及び前記出力導波路に連結された第１連結部と、
前記下部クラッド層上に形成され、前記第１連結部に連結された連結導波路と、
前記下部クラッド層上に形成され、光信号を通過させる複数個の分岐導波路と、
前記下部クラッド層上に形成され、前記複数個の分岐導波路のうち少なくとも一つの分岐導波路の屈折率を変調して、当該分岐導波路を通過する光信号の位相を変調する位相変調部と、
前記複数個の分岐導波路の端部にそれぞれ位置し、前記分岐導波路を通過する光信号を反射する複数個の反射部と、
前記下部クラッド層上に形成され、前記連結導波路及び前記複数個の分岐導波路に連結され、前記入力導波路を通じて入力された光信号を前記複数個の分岐導波路に分岐させる一方で、前記複数個の反射部でそれぞれ反射された光信号を合成する第２連結部と、
前記入力導波路、前記出力導波路、前記連結導波路、前記分岐導波路、前記第１連結部、前記第２連結部、及び前記位相変調部上に形成される上部クラッド層と、を備え、
前記下部クラッド層は、前記入力導波路、前記出力導波路、前記連結導波路、前記分岐導波路、前記第１連結部、及び前記第２連結部の全領域の下部に形成され、
前記位相変調部は、
前記下部クラッド層上にシリコン層で形成されるスラブと、
前記スラブの一部に所定の高さに形成されるコアと、
Ｐ型キャリアを注入するための第１電極と、
Ｎ型キャリアを注入するための第２電極と、
前記第１電極に接続され、前記スラブに形成されてＰ型キャリアをドーピングするＰ型キャリアドーピング部と、
前記第２電極に接続され、前記スラブに形成されてＮ型キャリアをドーピングするＮ型キャリアドーピング部と、を備えることを特徴とする光通信システム。

【請求項19】

所定の幅及び所定の深さにエッチングされたトレンチを備えるバルクシリコン基板と、
前記バルクシリコン基板の前記トレンチに形成される下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成される複数個の導波路と、
前記下部クラッド層上に形成され、導波路の屈折率を変調して当該導波路を通過する光信号の位相を変調する位相変調部と、
前記複数個の導波路及び前記位相変調部上に形成される上部クラッド層と、を備え、
前記下部クラッド層は、前記導波路の全領域の下部に形成され、
前記位相変調部は、
前記下部クラッド層上にシリコン層で形成されるスラブと、
前記スラブの一部に所定の高さに形成されるコアと、
Ｐ型キャリアを注入するための第１電極と、
Ｎ型キャリアを注入するための第２電極と、
前記第１電極に接続され、前記スラブに形成されてＰ型キャリアをドーピングするＰ型キャリアドーピング部と、
前記第２電極に接続され、前記スラブに形成されてＮ型キャリアをドーピングするＮ型キャリアドーピング部と、を備える変調器であって、
前記複数個の導波路は、
光信号を入力させる入力導波路と、
光信号を出力させる出力導波路と、
前記入力導波路及び前記出力導波路に連結された第１連結部と、
前記第１連結部に連結された連結導波路と、
光信号を通過させる複数個の分岐導波路と、
前記連結導波路及び前記複数個の分岐導波路に連結され、前記入力導波路を通じて入力された光信号を前記複数個の分岐導波路に分岐させる一方で、前記複数個の分岐導波路から出力される光信号を合成する第２連結部と、を備え、
前記位相変調部は、
前記分岐導波路のうち少なくとも一つの分岐導波路の屈折率を変調して、当該分岐導波路を通過する光信号の位相を変調し、
前記変調器は、
前記複数個の分岐導波路の端部にそれぞれ位置し、前記分岐導波路を通過する光信号を反射して前記分岐導波路から出力させる複数個の反射部をさらに備えることを特徴とする変調器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、変調器、変調方法、及び光通信システムに係り、特に、バルクシリコン基板を使用する変調器、変調方法、及び光通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

これまで、ほとんどの光素子は、別々に製作され、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）基板上で組み立てられていた。かかる方式は、集積回路が発明される以前の電気素子と同様に、大量生産による価格節減の恩恵を受け難かった。したがって、最近では、電気集積回路と類似した光集積回路を具現するための努力が活発に進められている。光集積回路は、電気集積回路と同様に、多様な機能の光素子と電気素子とを単一の基板に集積して小型化した素子である。

【0003】

光集積回路をなす光素子は、能動素子と受動素子とに大別できる。能動素子は、電力が供給される素子であって、光源、変調器、受信器などがあり、受動素子は、電力が供給されない素子であって、導波路、カプラ、フィルタ、多重化器などがある。それらのうち、変調器は、干渉計型と共振型とに区分される。干渉計型の変調器は、高速動作が可能であり、動作スペクトル帯域が広く、温度変化に鈍感であるという長所を有するが、数ミリメートルの長さによって小型化が困難であるという短所がある。共振型の変調器は、数十マイクロメートルの短い長さを有することが長所であるが、動作スペクトル帯域が狭く、温度変化に敏感であるという短所がある。

【0004】

また、変調器には、主にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板が使われる。光素子の基本構造である導波路を製作するためには、屈折率の高いシリコンコアを、屈折率の低いＳｉＯ_２クラッディングにより囲まねばならないが、シリコンコアの下部に下部クラッド層を形成することがキーポイントである。ＳＯＩ基板を利用すれば、基板の内部のＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ）が下部クラッディングの役割を行うので、工程が簡単になる。しかし、ＳＯＩ基板は、バルクシリコン（Ｂｕｌｋ−Ｓｉ）基板に比べて約１０倍価格が高く、原価節減に大きく不利であるという問題がある。したがって、低価のＢｕｌｋ−Ｓｉ基板型の変調器の開発が緊急に要求されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、上記したような問題点を解決するために提案されたものであって、高速動作が可能であり、動作スペクトル帯域が広く、温度変化に鈍感であると共に、長さが短い変調器、変調器を利用した変調方法、及び変調器を利用する光通信システムを提供するところにある。

【0006】

本発明の他の目的は、上記したような問題点を解決するために提案されたものであって、低価のバルクシリコン基板を使用する変調器の構造を提供するところにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記目的を達成するために、所定の幅及び所定の深さにエッチングされたトレンチを備えるバルクシリコン基板と、前記バルクシリコン基板の前記トレンチに形成される下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成される複数個の導波路と、前記下部クラッド層上に形成され、導波路の屈折率を変調して当該導波路を通過する光信号の位相を変調する位相変調部と、前記複数個の導波路及び前記位相変調部上に形成される上部クラッド層と、を備えることを特徴とする変調器が提供される。

【0008】

望ましくは、前記下部クラッド層の厚さは、前記バルクシリコン基板の前記トレンチの深さと同じ、または、前記トレンチの深さよりも薄いことを特徴とする変調器が提供される。

【0009】

望ましくは、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層の厚さは、それぞれ０．５μｍないし３．０μｍであることを特徴とする変調器が提供される。

【0010】

望ましくは、前記位相変調部の下部に形成された前記下部クラッド層の幅は、１．５μｍないし１０．０μｍであることを特徴とする変調器が提供される。

【0011】

望ましくは、前記複数個の導波路の下部に形成された前記下部クラッド層の幅は、１．０μｍないし１０．０μｍであることを特徴とする変調器が提供される。

【0012】

望ましくは、前記位相変調部の中心と、前記位相変調部の下部に形成された前記下部クラッド層の中心との水平方向の位置ずれ量は、０．１μｍないし５．０μｍであることを特徴とする変調器が提供される。

【0013】

望ましくは、前記位相変調部は、前記下部クラッド層上にシリコン層で形成されるスラブと、前記スラブの一部に所定の高さに形成されるコアと、Ｐ型キャリアを注入するための第１電極と、Ｎ型キャリアを注入するための第２電極と、前記第１電極に接続され、Ｐ型キャリアがドーピングされて前記スラブに形成されるＰ型キャリアドーピング部と、前記第２電極に接続され、Ｎ型キャリアがドーピングされて前記スラブに形成されるＮ型キャリアドーピング部と、を備えることを特徴とする変調器が提供される。

【0014】

また、望ましくは、前記Ｐ型キャリアドーピング部及び前記Ｎ型キャリアドーピング部は、前記コアを中心に対称的に、前記スラブの一部にのみ形成されることを特徴とする変調器が提供される。

【0015】

また、望ましくは、前記Ｐ型キャリアドーピング部及び前記Ｎ型キャリアドーピング部は、前記コアを中心に対称的に、前記スラブ及び前記コアの一部に形成されることを特徴とする変調器が提供される。

【0016】

また、望ましくは、前記Ｐ型キャリアドーピング部及び前記Ｎ型キャリアドーピング部は、前記コアを中心に対称的に、前記スラブ及び前記コアの全部に形成されることを特徴とする変調器が提供される。

【0017】

また、望ましくは、前記Ｐ型キャリア及び前記Ｎ型キャリアのドーピング濃度は、それぞれ１０Ｅ−１７（１０^−１７）ないし１０Ｅ−２２（１０^−２２）であることを特徴とする変調器が提供される。

【0018】

また、望ましくは、前記スラブの厚さは、１０ｎｍないし１００ｎｍであることを特徴とする変調器が提供される。

【0019】

また、望ましくは、前記コアの表面から前記スラブの終端までの水平長は、１μｍないし５μｍであることを特徴とする変調器が提供される。

【0020】

また、望ましくは、前記コアの表面から前記第１電極または第２電極までの水平長は、０．５μｍないし３．０μｍであることを特徴とする変調器が提供される。

【0021】

前記目的を達成するために、所定の幅及び所定の深さにエッチングされたトレンチを備えるバルクシリコン基板と、前記バルクシリコン基板の前記トレンチに形成される下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成される複数個の導波路と、前記下部クラッド層上に形成され、導波路の屈折率を変調して当該導波路を通過する光信号の位相を変調する位相変調部と、前記複数個の導波路及び前記位相変調部上に形成される上部クラッド層と、を備える変調器であって、前記複数個の導波路は、光信号を入力させる入力導波路と、光信号を出力させる出力導波路と、前記入力導波路及び前記出力導波路に連結された第１連結部と、前記第１連結部に連結された連結導波路と、光信号を通過させる複数個の分岐導波路と、前記連結導波路および前記複数個の分岐導波路に連結され、前記入力導波路を通じて入力された光信号を複数個の分岐導波路に分岐させる一方で、前記複数個の分岐導波路から出力される光信号を合成する第２連結部と、を備え、前記位相変調部は、前記分岐導波路のうち少なくとも一つの分岐導波路の屈折率を変調して、当該分岐導波路を通過する光信号の位相を変調し、前記変調器は、前記複数個の分岐導波路の端部にそれぞれ位置し、前記分岐導波路を通過する光信号を反射して前記分岐導波路から出力させる複数個の反射部をさらに備えることを特徴とする変調器が提供される。

【0022】

望ましくは、前記下部クラッド層の厚さは、前記バルクシリコン基板の前記トレンチの深さと同じ、または、前記トレンチの深さよりも薄いことを特徴とする変調器が提供される。

【0023】

望ましくは、前記位相変調部は、前記下部クラッド層上にシリコン層で形成されるスラブと、前記スラブの一部に所定の高さに形成されるコアと、Ｐ型キャリアを注入するための第１電極と、Ｎ型キャリアを注入するための第２電極と、前記第１電極に接続され、前記スラブに形成されてＰ型キャリアをドーピングするＰ型キャリアドーピング部と、前記第２電極に接続され、前記スラブに形成されてＮ型キャリアをドーピングするＮ型キャリアドーピング部と、を備えることを特徴とする変調器が提供される。

【0024】

望ましくは、前記第２連結部では、前記複数個の反射部でそれぞれ反射された光信号が合成されて補強干渉または相殺干渉が起こることを特徴とする変調器が提供される。

【0025】

望ましくは、前記第１連結部は、前記第２連結部で合成された光信号を前記入力導波路と前記出力導波路とに分岐することを特徴とする変調器が提供される。

【0026】

望ましくは、前記入力導波路は、アイソレータを備え、前記アイソレータは、外部から前記入力導波路に入力される光信号を通過させる一方で、前記第２連結部で合成され前記第１連結部により前記入力導波路に分岐される光信号を遮断することを特徴とする変調器が提供される。

【0027】

望ましくは、前記第１連結部は、サーキュレータであり、前記サーキュレータは、前記第２連結部で合成された光信号を前記出力導波路にのみ出力させることを特徴とする変調器が提供される。

【発明の効果】

【0028】

本発明は、光信号が位相変調部を２回以上通過するので、２倍以上の変調効率を有する。

【0029】

また、本発明による変調器は、高速動作が可能であり、動作スペクトル帯域が広く、温度変化に鈍感であると共に、長さが短くて小型化が可能である。

【0030】

また、本発明による変調器は、バルクシリコン基板を使用するので、変調器の製作コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1A】干渉計型の変調器の構成図である。

【図1B】図１Ａの構成図のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

【図2】バルクシリコン基板を使用する変調器の構成図である。

【図3A】本発明の第１実施形態によるバルクシリコン基板を使用する変調器を示す図面であって、図２の構成図のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

【図3B】本発明の第１実施形態によるバルクシリコン基板を使用する変調器を示す図面であって、図２の構成図のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

【図3C】本発明の第１実施形態によるバルクシリコン基板を使用する変調器を示す図面であって、図２の構成図のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

【図4A】本発明の第２実施形態によるバルクシリコン基板を使用する変調器を示す図面であって、図２の構成図のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

【図4B】本発明の第２実施形態によるバルクシリコン基板を使用する変調器を示す図面であって、図２の構成図のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

【図4C】本発明の第２実施形態によるバルクシリコン基板を使用する変調器を示す図面であって、図２の構成図のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

【図5A】本発明の第３実施形態によるバルクシリコン基板を使用する変調器を示す図面であって、図２の構成図のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

【図5B】本発明の第３実施形態によるバルクシリコン基板を使用する変調器を示す図面であって、図２の構成図のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

【図5C】本発明の第３実施形態によるバルクシリコン基板を使用する変調器を示す図面であって、図２の構成図のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

【図6】共振型の変調器の構成図である。

【図7】本発明の一実施形態による変調器のブロック図である。

【図8A】本発明の一実施形態による直線型の位相変調部を備える変調器の構成図である。

【図8B】図８Ａの変調器において、第１連結部がサーキュレータであることを示す図面である。

【図8C】図８Ａの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【図8D】図８Ｂの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【図9A】本発明の他の実施形態による直線型の位相変調部を備える変調器の構成図である。

【図9B】図９Ａの変調器において、第１連結部がサーキュレータであることを示す図面である。

【図9C】図９Ａの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【図9D】図９Ｂの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【図10A】本発明の一実施形態によるリング共振型の位相変調部を備える変調器の構成図である。

【図10B】図１０Ａの変調器において、第１連結部がサーキュレータであることを示す図面である。

【図10C】図１０Ａの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【図10D】図１０Ｂの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【図11A】本発明の他の実施形態によるリング共振型の位相変調部を備える変調器の構成図である。

【図11B】図１１Ａの変調器において、第１連結部がサーキュレータであることを示す図面である。

【図11C】図１１Ａの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【図11D】図１１Ｂの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【図12A】本発明のさらに他の実施形態によるリング共振型の位相変調部を備える変調器の構成図である。

【図12B】図１２Ａの変調器において、第１連結部がサーキュレータであることを示す図面である。

【図12C】図１２Ａの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【図12D】図１２Ｂの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【図13A】本発明の一実施形態による直線型の位相変調部とリング共振型の位相変調部とを備える混合型の変調器の構成図である。

【図13B】図１３Ａの混合型の変調器において、第１連結部がサーキュレータであることを示す図面である。

【図13C】図１３Ａの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【図13D】図１３Ｂの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【図14A】本発明の他の実施形態による直線型の位相変調部とリング共振型の位相変調部とを備える混合型の変調器の構成図である。

【図14B】図１４Ａの混合型の変調器において、第１連結部がサーキュレータであることを示す図面である。

【図14C】図１４Ａの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【図14D】図１４Ｂの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【図15A】本発明のさらに他の実施形態による直線型の位相変調部とリング共振型の位相変調部とを備える混合型の変調器の構成図である。

【図15B】図１５Ａの混合型の変調器において、第１連結部がサーキュレータであることを示す図面である。

【図15C】図１５Ａの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【図15D】図１５Ｂの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【図16A】本発明の変調器に使われる連結部の一実施形態を示す図面である。

【図16B】本発明の変調器に使われる連結部の一実施形態を示す図面である。

【図16C】本発明の変調器に使われる連結部の一実施形態を示す図面である。

【図17】本発明の一実施形態による変調方法を示すフローチャートである。

【図18】本発明の一実施形態による変調器を使用する光通信システムの構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

本明細書に開示されている本発明の実施形態について、特定の構造的ないし機能的説明は、単に本発明の実施形態を説明するための目的で例示されたものであり、本発明の実施形態は、多様な形態に実施され、本明細書に説明された実施形態に限定されるものと解釈されてはならない。

【0033】

本発明は、多様な変更が加えられ、色々な形態を有しうるところ、特定の実施形態を図面に例示して本明細書に詳細に説明する。しかし、これは、本発明を特定の開示形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変更、均等物、及び代替物を含むものと理解されねばならない。

【0034】

第１、第２などの用語は、多様な構成要素を説明するのに使われるが、前記構成要素は、前記用語により限定されてはならない。前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的で使われる。例えば、本発明の権利範囲から逸脱しないまま、第１構成要素は第２構成要素と名称を付けられ、同様に第２構成要素も第１構成要素と名称を付けられる。

【0035】

ある構成要素が他の構成要素に“連結されて”いる、または“接続されて”いると言及された時には、他の構成要素に直接的に連結または接続されていることもあるが、中間にさらに他の構成要素が存在することもあると理解されねばならない。一方、ある構成要素が他の構成要素に“直接連結されて”いる、または“直接接続されて”いると言及された時には、中間にさらに他の構成要素が存在しないものと理解されねばならない。構成要素間の関係を説明する他の表現、すなわち“間に”と“すぐ間に”または“〜に隣接する”と“〜に直接隣接する”なども同様に理解されねばならない。

【0036】

本明細書で使用した用語は、単に特定の実施形態を説明するために使われたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に取り立てて意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書において、“含む”または“有する”などの用語は、説示された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品、またはそれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品、またはそれらを組み合わせたものの存在または付加可能性をあらかじめ排除しないものと理解されねばならない。

【0037】

取り立てて定義されていない限り、技術的または科学的な用語を含めて、ここで使われるあらゆる用語は、当業者により一般的に理解されるところと同じ意味である。一般的に使われる事前に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味であるものと解釈されねばならず、本明細書で明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味と解釈されない。

【0038】

以下、図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。

【0039】

図１Ａは、干渉計型の変調器の構成図であり、図１Ｂは、図１Ａの構成図のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

【0040】

図１Ａは、干渉計型の変調器１００の構造を示す。光信号は入力導波路１１０を通じて入力され、入力された光信号は、第１連結部１２０を通じてそれぞれ第１導波路１３０と第２導波路１４０とに分岐される。第１導波路１３０に分岐された光信号の位相は、直線型の位相変調部１７０で変調される。一方、第２導波路１４０に分岐された光信号は、位相が変わらない。第１導波路１３０と第２導波路１４０とを通過した光信号は、第２連結部１５０で合わせられるので、第２連結部１５０では干渉計が形成される。干渉計は、マッハ・ツェンダ型干渉計でありうる。

【0041】

第２連結部１５０で補強干渉または相殺干渉が起こった光信号は、出力導波路１６０を通じて出力される。

【0042】

具体的に、第１導波路１３０に分岐されて、直線型の位相変調部１７０を通過する光信号の位相が、第２導波路１４０に分岐された光信号の位相と１８０度差が発生すれば、第２連結部１５０では相殺干渉が起こって、出力導波路１６０を通じて出力される出力光信号の強度が０になる。

【0043】

一方、第１導波路１３０に分岐されて直線型の位相変調部１７０を通過する光信号の位相が、第２導波路１４０に分岐された光信号の位相と差が発生しなければ、第２連結部１５０では補強干渉が起こり、出力導波路１６０を通じて出力される出力光信号の強度が１になる。

【0044】

図１Ａの導波路１１０，１３０，１４０，１６０、連結部１２０，１５０、及び直線型の位相変調部１７０は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板で具現される。

【0045】

光素子の基本構造である導波路を製作するためには、屈折率の高いシリコンコアを屈折率の低いインシュレータ（例えば、ＳｉＯ_２）で囲まねばならない。

【0046】

図１Ｂを参照すれば、導波路１１０，１３０，１４０，１６０、連結部１２０，１５０、及び直線型の位相変調部１７０は、いずれも屈折率の低い下部クラッド層１８０上に形成される。また、下部クラッド層１８０は、シリコン基板１８１上に形成される。このように、シリコン基板１８１と、その上部にインシュレータである下部クラッド層１８０とが形成される基板をＳＯＩ基板という。

【0047】

直線型の位相変調部１７０を具現する方法は多様であり、代表的なものとして、導波路に電荷を注入する方法がある。導波路に電荷が注入されれば、導波路の屈折率が低下して、前記導波路を通過する光の位相が変わる。

【0048】

直線型の位相変調部１７０を通過する導波路は、コア１７１とスラブ１７２とを備える。

【0049】

スラブ１７２は、下部クラッド層１８０上にシリコン層で形成され、コア１７１は、スラブ１７２の一部に所定の高さに形成される。スラブ１７２は、導波路の導波特性に影響を与えないように、十分に薄くなければならない。

【0050】

直線型の位相変調部１７０は、Ｐ型キャリアを注入するための第１電極１７５と、Ｎ型キャリアを注入するための第２電極１７６とを備える。

【0051】

また、直線型の位相変調部１７０は、第１電極１７５に接続され、スラブ１７２に形成されてＰ型キャリアをドーピングするＰ型キャリアドーピング部１７３と、第２電極１７６に接続され、スラブ１７２に形成されてＮ型キャリアをドーピングするＮ型キャリアドーピング部１７４とを備える。

【0052】

導波路１１０，１３０，１４０，１６０、連結部１２０，１５０、及び直線型の位相変調部１７０上には、上部クラッド層１８２が形成される。

【0053】

かかる干渉計型の変調器１００では、直線型の位相変調部１７０を光が１回通過するので、十分な位相変調を得るためにミリメートル長さの位相変調部が必要になる。かかる干渉計型の変調器１００は、高速動作が可能であり、広帯域の動作スペクトルを有し、温度変化に鈍感であるという長所を有しているが、低い変調効率によってミリメートル長さの位相変調部が必要であるので、小型化しがたい。

【0054】

図２は、バルクシリコン基板を使用する変調器の構成図である。

【0055】

図２は、バルクシリコン基板を使用する干渉計型の変調器２００の構造を示す。光信号が入力導波路２１０を通じて入力され、入力された光信号は、第１連結部２２０を通じてそれぞれ第１導波路２３０と第２導波路２４０とに分岐される。第１導波路２３０に分岐された光信号の位相は、直線型の位相変調部２７０で変調される。一方、第２導波路２４０に分岐された光信号は、位相が変わらない。第１導波路２３０と第２導波路２４０とを通過した光信号は、第２連結部２５０で合わせられるので、第２連結部２５０では干渉計が形成される。干渉計は、マッハ・ツェンダ型干渉計でありうる。

【0056】

図２の導波路２１０，２３０，２４０，２６０、連結部２２０，２５０、及び直線型の位相変調部２７０は、バルクシリコン基板２８１で具現される。

【0057】

バルクシリコン基板２８１は、ＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ）がないので、下部クラッド層２８０を先に形成せねばならない。このために、バルクシリコン基板２８１にトレンチを形成し、それをインシュレータ（例えば、ＳｉＯ_２）で満たして下部クラッド層２８０を形成する。この時、トレンチの形態は、全体的に導波路２１０，２３０，２４０，２６０が形成される模様（形態）と同じであり、トレンチの幅は、十分に広く製作して、コア２７１がＳｉＯ_２で囲まれるようにする。

【0058】

バルクシリコン基板２８１に形成されたトレンチに下部クラッド層２８０を形成した後、下部クラッド層２８０の上部にシリコン層を形成し、それを加工して導波路２１０，２３０，２４０，２６０、連結部２２０，２５０、及び直線型の位相変調部２７０を形成する。

【0059】

以後、インシュレータ（例えば、ＳｉＯ_２）で上部クラッド層２８２を形成する。図２に示した変調器２００は、図１の変調器１００と異なり、ＳＯＩ基板のＢＯＸ部分がバルクシリコン基板２８１のトレンチに代替されたものであるということが分かる。

【0060】

すなわち、図１の場合には、シリコン基板１８１の上部の不要な部分にも下部クラッド層１８０が形成されたが、図２の場合には、導波路２１０，２３０，２４０，２６０、連結部２２０，２５０、及び直線型の位相変調部２７０のように必要な部分にのみ下部クラッド層２８０が形成される。

【0061】

本発明の一実施形態において、直線型の位相変調部２７０の下部に形成された下部クラッド層２８０の幅Ｗ_１は、１．５μｍないし１０．０μｍであり、複数個の導波路２１０，２３０，２４０，２６０の下部に形成された下部クラッド層２８０の幅Ｗ_２は、１．０μｍないし１０．０μｍでありうる。

【0062】

以下では、図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図により、バルクシリコン基板を使用する変調器について詳細に説明する。

【0063】

図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、本発明の第１実施形態によるバルクシリコン基板を使用する変調器を示す図面であって、図２の構成図のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

【0064】

図２及び図３Ａを同時に参照すれば、本発明の第１実施形態によるバルクシリコン基板を使用する変調器２００＿１ａは、バルクシリコン基板２８１、下部クラッド層２８０、複数個の導波路２１０，２３０，２４０，２６０、直線型の位相変調部２７０、及び上部クラッド層２８２を備える。

【0065】

バルクシリコン基板２８１は、所定の幅及び所定の深さにエッチングされたトレンチを備え、バルクシリコン基板２８１のトレンチに下部クラッド層２８０が形成される。また、下部クラッド層２８０上に、図２に示した複数個の導波路２１０，２３０，２４０，２６０が形成される。

【0066】

直線型の位相変調部２７０は、下部クラッド層２８０上に形成され、導波路の屈折率を変調して、導波路を通過する光信号の位相を変調する。特に、図２及び図３Ａでは、導波路２３０を通過する光信号の位相を変調する。

【0067】

上部クラッド層２８２は、複数個の導波路２１０，２３０，２４０，２６０及び直線型の位相変調部２７０上に形成される。

【0068】

図３Ａの変調器２００＿１Ａは、下部クラッド層２８０の厚さＨ_１と、バルクシリコン基板２８１の前記トレンチの深さとが同じ場合を表す。また、下部クラッド層２８０の厚さＨ_１及び上部クラッド層２８２の厚さＨ_２は、それぞれ０．５μｍないし３．０μｍでありうる。

【0069】

直線型の位相変調部２７０を通過する導波路は、コア２７１とスラブ２７２とを備える。

【0070】

スラブ２７２は、下部クラッド層２８０上にシリコン層で形成され、コア２７１は、スラブ２７２の一部に所定の高さに形成される。スラブ２７２は、導波路の導波特性に影響を与えないように、十分に薄くなければならず、スラブの厚さＨ_３は、１０ｎｍないし１００ｎｍであることが望ましい。

【0071】

コア２７１の表面からスラブ２７２の終端までの水平長Ｌ_１，Ｌ_２は、それぞれ１μｍないし５μｍであることが望ましい。

【0072】

直線型の位相変調部２７０は、Ｐ型キャリアを注入するための第１電極２７５と、Ｎ型キャリアを注入するための第２電極２７６とを備える。コア２７１の表面から第１電極２７５または第２電極２７６までの水平長Ｌ_３，Ｌ_４は、それぞれ０．５μｍないし３．０μｍであることが望ましい。

【0073】

また、直線型の位相変調部２７０は、第１電極２７５に接続され、スラブ２７２に形成されて、Ｐ型キャリアをドーピングするＰ型キャリアドーピング部２７３と、第２電極２７６に接続され、スラブ２７２に形成されて、Ｎ型キャリアをドーピングするＮ型キャリアドーピング部２７４とを備える。

【0074】

前記Ｐ型キャリア及び前記Ｎ型キャリアのドーピング濃度は、それぞれ１０Ｅ−１７（１０^−１７）ないし１０Ｅ−２２（１０^−２２）であることが望ましい。また、Ｐ型キャリアドーピング部２７３及びＮ型キャリアドーピング部２７４は、コア２７１に対称的に形成され、スラブ２７２の一部にのみ形成される。

【0075】

図３Ｂ及び図３Ｃを参照すれば、図３Ｂ及び図３Ｃの変調器２００＿１ｂ，２００＿１ｃは、図３Ａの変調器２００＿１ａとほぼ構成は同一であるが、Ｐ型キャリアとＮ型キャリアとがドーピングされる領域に差がある。

【0076】

図３Ａの変調器２００＿１ａでは、Ｐ型キャリアドーピング部２７３及びＮ型キャリアドーピング部２７４がスラブ２７２のエッジの一部にのみ形成されるが、図３Ｂの変調器２００＿１ｂでは、Ｐ型キャリアドーピング部２７３及びＮ型キャリアドーピング部２７４が、スラブ２７２の一部及びコア２７１の一部にいずれも形成される。また、図３Ｃの変調器２００＿１ｃでは、Ｐ型キャリアドーピング部２７３及びＮ型キャリアドーピング部２７４が、スラブ２７２及びコア２７１の全部に形成される。

【0077】

図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃは、本発明の第２実施形態によるバルクシリコン基板を使用する変調器を示す図面であって、図２の構成図のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

【0078】

図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃを参照すれば、本発明の第２実施形態によるバルクシリコン基板を使用する変調器２００＿２ａ，２００＿２ｂ，２００＿２ｃは、それぞれ図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃの変調器２００＿１ａ，２００＿１ｂ，２００＿１ｃとほぼ構成が同一であるが、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃの変調器２００＿１ａ，２００＿１ｂ，２００＿１ｃと異なり、直線型の位相変調部２７０の中心（または、コア２７１の中心）と、直線型の位相変調部２７０の下部に形成された下部クラッド層２８０の中心との水平位置が、所定の距離Ｄだけずれている。

【0079】

直線型の位相変調部２７０の中心と、直線型の位相変調部２７０の下部に形成された下部クラッド層２８０の中心との水平方向の位置すれ量Ｄは、０．１μｍないし５．０μｍであることが望ましい。

【0080】

図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃは、本発明の第３実施形態によるバルクシリコン基板を使用する変調器を示す図面であって、図２の構成図のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

【0081】

図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃを参照すれば、本発明の第３実施形態によるバルクシリコン基板を使用する変調器２００＿３ａ，２００＿３ｂ，２００＿３ｃは、それぞれ図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃの変調器２００＿１ａ，２００＿１ｂ，２００＿１ｃとほぼ構成が同一であるが、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃの変調器２００＿１ａ，２００＿１ｂ，２００＿１ｃと異なり、下部クラッド層２８０の厚さがバルクシリコン基板２８１の前記トレンチの深さよりも薄い。

【0082】

すなわち、本発明の第３実施形態によるバルクシリコン基板を使用する変調器２００＿３ａ，２００＿３ｂ，２００＿３ｃは、バルクシリコン基板２８１のエッジ上端がコア２７１の上端と一致する構造である。かかる変調器の構造は、バルクシリコン基板２８１にトレンチをさらに深く形成し、適正高さまでのみ下部クラッド層２８０を形成した後、残りの部分にシリコン層を形成して、複数個の導波路２１０，２３０，２４０，２６０と直線型の位相変調部２７０とを加工する構造である。

【0083】

図６は、共振型の変調器の構成図である。

【0084】

図６は、共振型の変調器３００の構造であって、リング共振器型の変調器を示す。

【0085】

直線導波路３１０に沿って導波される光信号は、共振条件を満足する場合、リング共振型の位相変調部３７０の内部のリング導波路３７１に移動し、リング導波路３７１内で導波され続けつつ次第に損失を出す。

【0086】

この時、リング共振型の位相変調部３７０を利用してリング導波路３７１の屈折率を変調すれば、共振条件が変調されるので、出力される光信号の強度が変調される。

【0087】

リング共振型の位相変調部３７０を通過するリング導波路３７１は、図１Ａ及び図１Ｂと同様に、コア及びスラブ（図示せず）を備える。また、リング共振型の位相変調部３７０は、スラブに形成されてＰ型キャリアをドーピングするＰ型キャリアドーピング部３７３と、スラブに形成されてＮ型キャリアをドーピングするＮ型キャリアドーピング部３７４とを備える。

【0088】

一方、かかる共振型の変調器３００では、リング共振型の位相変調部３７０を光信号が複数回通過するので、十分な位相変調を得るために必要なリング共振型の位相変調部３７０の長さ（直径）が短いという長所があるが、共振条件のみで変調器として動作するので、変調動作スペクトルが非常に狭いという短所を有する。

【0089】

図７は、本発明の一実施形態による変調器のブロック図である。

【0090】

本発明の一実施形態による変調器は、入力部１１、連結部１２、位相変調部１７、反射部１９、及び出力部１６を備える。入力部１１に入力された光信号は、連結部１２を通過した後、位相変調部１７で位相が変調される。

【0091】

位相が変調された光信号は、反射部１９で反射されて、位相変調部１７を反復して通過する。したがって、光信号の位相変調が２回起こる。かかる構造では、光信号が位相変調部１７を２回通過するので、位相変調のために必要な位相変調部１７の長さを半分に縮めることができる。したがって、変調器のサイズが相対的に小型化される。

【0092】

図８Ａは、本発明の一実施形態による直線型の位相変調部を備える変調器の構成図であり、図８Ｂは、図８Ａの変調器において、第１連結部がサーキュレータであることを示す図面である。

【0093】

本発明の一実施形態による直線型の位相変調部を備える変調器４００＿１は、入力導波路４１０、第１連結部４２０、第２連結部４３０、連結導波路４３１、分岐導波路４４０，４５０、直線型の位相変調部１７０、反射部４９０＿１，４９０＿２、及び出力導波路４６０を備える。

【0094】

光信号は、入力導波路４１０を通じて入力され、入力された光信号は、入力導波路４１０と出力導波路４６０に連結された第１連結部４２０を通過して、第１連結部４２０と連結導波路４３１を通じて連結された第２連結部４３０で分岐導波路４４０，４５０に分岐される。

【0095】

第２連結部４３０は、入力導波路４１０を通じて入力された光信号を複数個の分岐導波路４４０，４５０に分岐させ、複数個の反射部４９０＿１，４９０＿２でそれぞれ反射された光信号を合成する。

【0096】

複数個の分岐導波路４４０，４５０は、第２連結部４３０により分岐された光信号を入力させる。図８Ａでは、分岐導波路が２つである場合を示しているが、３つ以上の分岐導波路が第２連結部４３０に連結されてもよい。

【0097】

直線型の位相変調部１７０は、複数個の分岐導波路４４０，４５０のうち少なくとも一つの分岐導波路４４０の屈折率を変調して、前記少なくとも一つの分岐導波路４４０を通過する光信号の位相を変調する。

【0098】

複数個の反射部４９０＿１，４９０＿２は、複数個の分岐導波路４４０，４５０それぞれの端部に位置し、複数個の分岐導波路４４０，４５０に分岐された光信号を反射する。図８Ａでは、反射部が２つである場合を示しているが、３つ以上の分岐導波路が第２連結部４３０に連結された場合には、それぞれの分岐導波路の端部に反射部が位置するので、３つ以上の反射部が存在してもよい。

【0099】

第２連結部４３０は、複数個の反射部４９０＿１，４９０＿２でそれぞれ反射された光信号を合成する。具体的に、分岐導波路４４０に分岐された光信号は、直線型の位相変調部１７０により位相が変調され、位相が変調された光信号は、反射部４９０＿１で反射されて、逆方向に直線型の位相変調部１７０を通過しつつ位相が再び変調されて、第２連結部４３０に戻る。

【0100】

一方、分岐導波路４５０に分岐された光信号は、位相が変調されずにそのまま反射部４９０＿２で反射されて、第２連結部４３０に戻る。

【0101】

反射部４９０＿１で反射され、位相が変調された光信号と、反射部４９０＿２で反射された光信号とは、第２連結部４３０で合成されて、第２連結部４３０では干渉計が形成される。干渉計は、マッハ・ツェンダ型干渉計でありうる。

【0102】

第２連結部４３０で合成された光信号は、位相関係によって補強干渉となれば、１の強度を有し、相殺干渉を起こせば、０の強度を有する。また、第２連結部４３０で補強干渉または相殺干渉が起こった光信号は、出力導波路４６０を通じて出力される。これをさらに具体的に説明すれば、第２連結部４３０で合成されて補強干渉または相殺干渉が起こった光信号は、連結導波路４３１を通じて第１連結部４２０に進む。第２連結部４３０で合成された光信号は、第１連結部４２０で出力導波路４６０にのみ分岐されて出力するものではなく、入力導波路４１０にも分岐されて出力される。このように、入力導波路４１０に出力される光信号は、アイソレータ４１１などを利用して除去できる。

【0103】

結局、アイソレータ４１１は、外部から入力導波路４１０に入力される光信号は通過させ、第２連結部４３０で合成されて、第１連結部４２０により入力導波路４１０に分岐される光信号は遮断する。

【0104】

したがって、図８Ａで提案された変調器４００＿１は、図１Ａの干渉計型の変調器１００に比べて、３ｄＢの追加損失が発生する。しかし、図８Ａで提案された変調器４００＿１は、光信号が直線型の位相変調部１７０を２回通過するので、図１Ａの干渉計型の変調器１００に比べて、十分な位相変調のために必要な位相変調部１７０の長さを半分に減らすことができ、小型化が可能である。

【0105】

図８Ａに示した導波路４１０，４３１，４４０，４５０，４６０、連結部４２０，４３０、及び直線型の位相変調部１７０は、ＳＯＩ基板で具現される。

【0106】

前記ＳＯＩ基板は、図１Ａ及び図１Ｂで説明されたように、下部シリコン基板（図８Ａには図示せず）と、その上部にインシュレータである下部クラッド層４８０とが形成される基板である。

【0107】

また、図８Ａに使われる直線型の位相変調器１７０は、図１Ａ及び図１Ｂで説明されたような構造を有しているので、詳細な説明は省略する。

【0108】

図８Ｂを参照すれば、図８Ｂに示した変調器４００＿２は、図８Ａの変調器４００＿１とほぼ構造が同一であるが、図８Ａの第１連結部４２０がサーキュレータ４２１である場合を示す図面である。

【0109】

サーキュレータ４２１は、第２連結部４３０で合成された光信号を出力導波路４６０にのみ出力させる。

【0110】

具体的に、入力導波路４１０に入力された光信号は、サーキュレータ４２１を通過する。サーキュレータ４２１を通過した光信号は、連結導波路４３１に沿って第２連結部４３０を通過し、複数個の分岐導波路４４０，４５０に分岐される。

【0111】

複数個の分岐導波路４４０，４５０に分岐された光信号は、図８Ａの変調器のような方式で再び第２連結部４３０で合わせられる。第２連結部４３０で合わせられた光信号は、サーキュレータ４２１を通じて出力導波路４６０にのみ出力される。

【0112】

図８Ｂの変調器４００＿２の構造では、図４Ａの変調器４００＿１の構造と異なり、入力導波路４１０には光信号が出力されないため、３ｄＢの損失が発生せず、入力導波路４１０にアイソレータを備えなくてもよい。結局、図８Ｂの変調器４００＿２の構造では、サーキュレータ４２１の挿入損失以外の追加損失は発生しないという長所がある。

【0113】

図８Ｃ及び図８Ｄの変調器は、それぞれ図８Ａ及び図８Ｂの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【0114】

図８Ｃ及び図８Ｄの変調器は、バルクシリコン基板を使用する変調器４００＿３，４００＿４であって、それぞれ図８Ａ及び図８Ｂの変調器４００＿１，４００＿２に図２ないし図５Ｃで説明されたバルクシリコン基板を適用したものである。

【0115】

具体的に、図８Ｃ及び図８Ｄの変調器４００＿３，４００＿４に使われるバルクシリコン基板４８１は、所定の幅及び所定の深さにエッチングされたトレンチを備え、バルクシリコン基板４８１のトレンチに下部クラッド層４８０が形成される。また、下部クラッド層４８０上に、複数個の導波路４１０，４３０，４４０，４６０、直線型の位相変調部２７０、及び反射部４９０＿１，４９０＿２が形成される。

【0116】

以下では、位相変調部以外の構成がいずれも図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ及び図８Ｄと同じ本発明の多様な変調器の構造を説明し、それぞれの説明において、位相変調部以外の構成に関する説明は、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ及び図８Ｄと関連した内容で説明された通りであるので、省略する。

【0117】

図９Ａは、本発明の他の実施形態による直線型の位相変調部を備える変調器の構成図であり、図９Ｂは、図９Ａの変調器において、第１連結部がサーキュレータであることを示す図面である。

【0118】

一つの分岐導波路４４０にのみ直線型の位相変調部１７０が形成される図８Ａ及び図８Ｂの変調器４００＿１，４００＿２と異なり、図９Ａ及び図９Ｂの変調器５００＿１，５００＿２は、複数個の分岐導波路４４０，４５０に直線型の位相変調部１７０＿１，１７０＿２がそれぞれ形成される。

【0119】

図９Ｃ及び図９Ｄの変調器は、それぞれ図９Ａ及び図９Ｂの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【0120】

図９Ｃ及び図９Ｄの変調器は、バルクシリコン基板を使用する変調器５００＿３，５００＿４であって、それぞれ図９Ａ及び図９Ｂの変調器５００＿１，５００＿２に図２ないし図５Ｃで説明されたバルクシリコン基板を適用したものである。

【0121】

具体的に、図９Ｃ及び図９Ｄの変調器５００＿３，５００＿４に使われるバルクシリコン基板４８１は、所定の幅及び所定の深さにエッチングされたトレンチを備え、バルクシリコン基板４８１のトレンチに下部クラッド層４８０が形成される。また、下部クラッド層４８０上に、複数個の導波路４１０，４３０，４４０，４６０、直線型の位相変調部２７０＿１，２７０＿２、及び反射部４９０＿１，４９０＿２が形成される。

【0122】

図１０Ａは、本発明の一実施形態によるリング共振型の位相変調部を備える変調器の構成図であり、図１０Ｂは、図１０Ａの変調器において、第１連結部がサーキュレータであることを示す図面である。

【0123】

分岐導波路４４０に直線型の位相変調部１７０が形成される図８Ａ及び図８Ｂの変調器４００＿１，４００＿２と異なり、図１０Ａ及び図１０Ｂの変調器６００＿１，６００＿２は、分岐導波路４４０にリング共振型の位相変調部３７０が形成されることを表す。

【0124】

リング共振型の位相変調部３７０は、図６と関連した内容で説明された通りであるので、その説明は省略する。

【0125】

図１０Ｃ及び図１０Ｄの変調器は、それぞれ図１０Ａ及び図１０Ｂの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【0126】

図１０Ｃ及び図１０Ｄの変調器は、バルクシリコン基板を使用する変調器６００＿３，６００＿４であって、それぞれ図１０Ａ及び図１０Ｂの変調器６００＿１，６００＿２に図２ないし図５Ｃで説明されたバルクシリコン基板を適用したものである。

【0127】

具体的に、図１０Ｃ及び図１０Ｄの変調器６００＿３，６００＿４に使われるバルクシリコン基板４８１は、所定の幅及び所定の深さにエッチングされたトレンチを備え、バルクシリコン基板４８１のトレンチに下部クラッド層４８０が形成される。また、下部クラッド層４８０上に、複数個の導波路４１０，４３０，４４０，４６０、リング共振型の位相変調部３７０、及び反射部４９０＿１，４９０＿２が形成される。

【0128】

図１１Ａは、本発明の他の実施形態によるリング共振型の位相変調部を備える変調器の構成図であり、図１１Ｂは、図１１Ａの変調器において、第１連結部がサーキュレータであることを示す図面である。

【0129】

一つの分岐導波路４４０にのみリング共振型の位相変調部３７０が形成される図１０Ａ及び図６Ｂの変調器６００＿１，６００＿２と異なり、図１１Ａ及び図１１Ｂの変調器７００＿１，７００＿２では、複数個の分岐導波路４４０，４５０にリング共振型の位相変調部３７０＿１，３７０＿２がそれぞれ形成される。

【0130】

図１１Ｃ及び図１１Ｄの変調器は、それぞれ図１１Ａ及び図１１Ｂの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【0131】

図１１Ｃ及び図１１Ｄの変調器は、バルクシリコン基板を使用する変調器７００＿３，７００＿４であって、それぞれ図１１Ａ及び図１１Ｂの変調器７００＿１，７００＿２に図２ないし図５Ｃで説明されたバルクシリコン基板を適用したものである。

【0132】

具体的に、図１１Ｃ及び図１１Ｄの変調器７００＿３，７００＿４に使われるバルクシリコン基板４８１は、所定の幅及び所定の深さにエッチングされたトレンチを備え、バルクシリコン基板４８１のトレンチに下部クラッド層４８０が形成される。また、下部クラッド層４８０上に、複数個の導波路４１０，４３０，４４０，４６０、リング共振型の位相変調部３７０＿１，３７０＿２、及び反射部４９０＿１，４９０＿２が形成される。

【0133】

図１２Ａは、本発明のさらに他の実施形態によるリング共振型の位相変調部を備える変調器の構成図であり、図１２Ｂは、図１２Ａの変調器において、第１連結部がサーキュレータであることを示す図面である。

【0134】

図１２Ａ及び図１２Ｂの変調器８００＿１，８００＿２では、複数個の分岐導波路４４０，４５０の間にリング共振型の位相変調部３７０が形成される。かかる構造を有するリング共振型の位相変調部を備える変調器８００＿１，８００＿２では、リング共振型の位相変調部３７０が分岐導波路４４０と分岐導波路４５０との間に形成されて、変調効率を高めつつも変調器８００＿１，８００＿２の超小型製作が可能であるという長所がある。

【0135】

図１２Ｃ及び図１２Ｄの変調器は、それぞれ図１２Ａ及び図１２Ｂの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【0136】

図１２Ｃ及び図１２Ｄの変調器は、バルクシリコン基板を使用する変調器８００＿３，８００＿４であって、それぞれ図１２Ａ及び図１２Ｂの変調器８００＿１，８００＿２に図２ないし図５Ｃで説明されたバルクシリコン基板を適用したものである。

【0137】

具体的に、図１２Ｃ及び図１２Ｄの変調器８００＿３，８００＿４に使われるバルクシリコン基板４８１は、所定の幅及び所定の深さにエッチングされたトレンチを備え、バルクシリコン基板４８１のトレンチに下部クラッド層４８０が形成される。また、下部クラッド層４８０上に、複数個の導波路４１０，４３０，４４０，４６０、リング共振型の位相変調部３７０、及び反射部４９０＿１，４９０＿２が形成される。

【0138】

図１３Ａは、本発明の一実施形態による直線型の位相変調部とリング共振型の位相変調部とを備える混合型の変調器の構成図であり、図１３Ｂは、図１３Ａの混合型の変調器において、第１連結部がサーキュレータであることを示す図面である。

【0139】

図１３Ａ及び図１３Ｂの変調器９００＿１，９００＿２では、所定の分岐導波路４４０には、直線型の位相変調部１７０が形成され、他の所定の分岐導波路４５０には、リング共振型の位相変調部３７０が形成される。

【0140】

図１３Ｃ及び図１３Ｄの変調器は、それぞれ図１３Ａ及び図１３Ｂの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【0141】

図１３Ｃ及び図１３Ｄの変調器は、バルクシリコン基板を使用する変調器９００＿３，９００＿４であって、それぞれ図１３Ａ及び図１３Ｂの変調器９００＿１，９００＿２に図２ないし図５Ｃで説明されたバルクシリコン基板を適用したものである。

【0142】

具体的に、図１３Ｃ及び図１３Ｄの変調器９００＿３，９００＿４に使われるバルクシリコン基板４８１は、所定の幅及び所定の深さにエッチングされたトレンチを備え、バルクシリコン基板４８１のトレンチに下部クラッド層４８０が形成される。また、下部クラッド層４８０上に、複数個の導波路４１０，４３０，４４０，４６０、直線型の位相変調部２７０、リング共振型の位相変調部３７０、及び反射部４９０＿１，４９０＿２が形成される。

【0143】

図１４Ａは、本発明の他の実施形態による直線型の位相変調部とリング共振型の位相変調部とを備える混合型の変調器の構成図であり、図１４Ｂは、図１４Ａの混合型の変調器において、第１連結部がサーキュレータであることを示す図面である。

【0144】

図１４Ａ及び図１４Ｂの変調器１０００＿１，１０００＿２では、所定の分岐導波路４４０には、直線型の位相変調部１７０が形成され、所定の分岐導波路４４０と他の所定の分岐導波路４５０との間に、リング共振型の位相変調部３７０が形成される。

【0145】

図１４Ｃ及び図１４Ｄの変調器は、それぞれ図１４Ａ及び図１４Ｂの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【0146】

図１４Ｃ及び図１４Ｄの変調器は、バルクシリコン基板を使用する変調器１０００＿３，１０００＿４であって、それぞれ図１４Ａ及び図１４Ｂの変調器１０００＿１，１０００＿２に図２ないし図５Ｃで説明されたバルクシリコン基板を適用したものである。

【0147】

具体的に、図１４Ｃ及び図１４Ｄの変調器１０００＿３，１０００＿４に使われるバルクシリコン基板４８１は、所定の幅及び所定の深さにエッチングされたトレンチを備え、バルクシリコン基板４８１のトレンチに下部クラッド層４８０が形成される。また、下部クラッド層４８０上に、複数個の導波路４１０，４３０，４４０，４６０、直線型の位相変調部２７０、リング共振型の位相変調部３７０、及び反射部４９０＿１，４９０＿２が形成される。

【0148】

図１５Ａは、本発明のさらに他の実施形態による直線型の位相変調部とリング共振型の位相変調部とを備える混合型の変調器の構成図であり、図１５Ｂは、図１５Ａの混合型の変調器において、第１連結部がサーキュレータであることを示す図面である。

【0149】

図１５Ａ及び図１５Ｂの変調器１１００＿１，１１００＿２では、所定の分岐導波路４４０には、直線型の位相変調部１７０とリング共振型の位相変調部３７０とが同時に形成される。

【0150】

図１５Ｃ及び図１５Ｄの変調器は、それぞれ図１５Ａ及び図１５Ｂの変調器をバルクシリコン基板で具現したことを示す図面である。

【0151】

図１５Ｃ及び図１５Ｄの変調器は、バルクシリコン基板を使用する変調器１１００＿３，１１００＿４であって、それぞれ図１５Ａ及び図１５Ｂの変調器１１００＿１，１１００＿２に図２ないし図５Ｃで説明されたバルクシリコン基板を適用したものである。

【0152】

具体的に、図１５Ｃ及び図１５Ｄの変調器１１００＿３，１１００＿４に使われるバルクシリコン基板４８１は、所定の幅及び所定の深さにエッチングされたトレンチを備え、バルクシリコン基板４８１のトレンチに下部クラッド層４８０が形成される。また、下部クラッド層４８０上に、複数個の導波路４１０，４３０，４４０，４６０、直線型の位相変調部２７０、リング共振型の位相変調部３７０、及び反射部４９０＿１，４９０＿２が形成される。

【0153】

図１６Ａ、図１６Ｂ、及び図１６Ｃは、本発明の変調器に使われる連結部の一実施形態を示す図面である。

【0154】

図１６Ａは、連結部がＹ−ブランチ４２２である場合を示し、図１６Ｂは、連結部がＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラ４２３である場合を示し、図１６Ｃは、連結部がエバネッセントカプラ４２４である場合を示す。本発明の変調器に使われる連結部には、Ｙ−ブランチ４２２、ＭＭＩカプラ４２３、及びエバネッセントカプラ４２４以外に多様なカプラが使われてもよい。

【0155】

図１７は、本発明の一実施形態による変調方法を示すフローチャートである。

【0156】

光信号は、入力導波路４１０を通じて入力される（Ｓ１）。

【0157】

入力された光信号は、入力導波路４１０と出力導波路４６０とにそれぞれ連結された第１連結部４２０を通過して、第１連結部４２０と連結導波路４３１を通じて連結された第２連結部４３０で複数個の分岐導波路４４０，４５０に分岐される（Ｓ２）。

【0158】

直線型の位相変調部１７０及び／またはリング共振型の位相変調部３７０は、複数個の分岐導波路４４０，４５０のうち少なくとも一つの分岐導波路の屈折率を変調して、前記少なくとも一つの分岐導波路４４０を通過する光信号の位相を変調する（Ｓ３）。

【0159】

複数個の反射部４９０＿１，４９０＿２は、複数個の分岐導波路４４０，４５０それぞれの端部に位置し、複数個の分岐導波路４９０＿１，４９０＿２に分岐された光信号を反射する（Ｓ４）。

【0160】

第２連結部４３０は、複数個の反射部４９０＿１，４９０＿２でそれぞれ反射された光信号を合成する（Ｓ５）。具体的に、所定の分岐導波路に分岐された光信号は、直線型の位相変調部１７０、リング共振型の位相変調部３７０、又は直線型の位相変調部１７０とリング共振型の位相変調部３７０とが混合された混合型の位相変調部によって位相が変調され、位相が変調された光信号は、反射部で反射されて、逆方向に前記位相変調部を通過しつつ位相が再び変調され、第２連結部４３０に戻る。

【0161】

一方、位相変調部を備えない分岐導波路に分岐された光信号は、位相が変調されずにそのまま反射部で反射されて、第２連結部４３０に戻る。

【0162】

第２連結部４３０に戻った光信号は、第２連結部４３０で合成されて、第２連結部４３０では干渉計が形成される。干渉計は、マッハ・ツェンダ型干渉計でありうる。第２連結部４３０で合成された光信号は、位相関係によって補強干渉となれば、１の強度を有し、相殺干渉を起こせば、０の強度を有する。

【0163】

また、第２連結部４３０で補強干渉または相殺干渉が起こった光信号は、出力導波路４６０を通じて出力される（Ｓ６）。これをさらに具体的に説明すれば、第２連結部４３０で合成されて補強干渉または相殺干渉が起こった光信号は、連結導波路４３１を通じて第１連結部４２０に進む。第２連結部４３０で合成された光信号は、第１連結部４２０で出力導波路４６０にのみ分岐されて出力するものではなく、入力導波路４１０にも分岐されて出力される。このように入力導波路４１０に出力される光信号は、アイソレータ４１１などを利用して除去できる。

【0164】

結局、アイソレータ４１１は、外部から入力導波路４１０に入力される光信号は通過させ、第２連結部４３０で合成されて、第１連結部４２０により入力導波路４１０に分岐される光信号は遮断する。

【0165】

一方、アイソレータ４１１を使用せずにも、第２連結部４３０で合成された光信号を出力導波路４６０にのみ出力できる。このために、第１連結部４２０は、サーキュレータ４２１でありうる。サーキュレータ４２１は、第２連結部４３０で合成された光信号を出力導波路４６０にのみ出力させる。

【0166】

図１８は、本発明の一実施形態による変調器を使用する光通信システムの構成図である。

【0167】

図１８に示した光通信システム１０は、送信部２０と受信部３０とを備える。送信部２０は、光ファイバケーブル４０を通じて電気信号を受信部３０へ伝送する。

【0168】

送信部２０は、電気信号を生成する電気ＩＣ２１と、前記電気信号を光信号に変調する変調素子２２とを備え、受信部３０は、光信号を電気信号に復調する復調素子３２と、前記復調された電気信号を受信する電気ＩＣ３１とを備える。

【0169】

また、外部電源供給部２３は、変調素子２２に光源を供給する。すなわち、外部電源供給部２３により供給された光信号は、変調素子により位相が変調されて電気信号に変調され、前記変調された電気信号が受信部３０へ伝送される。

【0170】

一方、送信部２０の変調素子２２に本発明による変調器を使用できる。

【0171】

図１８では、一実施形態として、図８Ａに示した変調器４００＿１が光通信システム１０の変調素子２２として使われることを示している。

【0172】

変調素子２２は、入力導波路４１０、第１連結部４２０、第２連結部４３０、連結導波路４３１、分岐導波路４４０，４５０、直線型の位相変調部１７０、反射部４９０＿１，４９０＿２、及び出力導波路４６０を備え、各構成についての内容は、図８Ａと同一であるので、具体的な説明は省略する。

【0173】

当業者ならば、図８Ａの変調器４００＿１だけでなく、本発明で説明されている多様な構造の複数個の変調器がいずれも光通信システム１０に使われることを十分に理解できるであろう。

【0174】

以上のように、図面と明細書で最適の実施形態が開示された。ここで、特定の用語が使われたが、これは単に本発明を説明するための目的で使われたものであり、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。したがって、当業者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的な保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想により決まらねばならない。

【産業上の利用可能性】

【0175】

本発明は、変調器関連の技術分野に適用可能である。

【符号の説明】

【0176】

１７０，２７０ 位相変調部、
１７１，２７１ コア、
１７２，２７２ スラブ、
１７３，２７３ Ｐ型キャリアドーピング部、
１７４，２７４ Ｎ型キャリアドーピング部、
１７５，２７５ 第１電極、
１７６，２７６ 第２電極、
１８０，２８０ 下部クラッド層、
１８１ シリコン基板、
１８２，２８２ 上部クラッド層、
２８１ バルクシリコン基板。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図12D】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図13D】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図14D】

【図15A】

【図15B】

【図15C】

【図15D】

【図16A】

【図16B】

【図16C】

【図17】

【図18】