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$LiNbO_3$ 기판의 도메인 반전 특성과 이를 이용한 기능성 광변조기의 제작
Characteristic of $LiNbO_3$ Domain Inversion and Fabrication of Electrooptic Device Application using Domain Reversal 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. SD, 반도체, v.44 no.3 = no.357, 2007년, pp.20 - 25  

정우진 (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부) ,  김우경 (전자부품연구원) ,  양우석 (전자부품연구원) ,  이형만 (전자부품연구원) ,  권순우 (한국항공대학교 항공재료공학과) ,  송명근 (한국항공대학교 항공재료공학과) ,  이한영 (전자부품연구원)

초록
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본 논문에서는 $LiNbO_3$의 선택적 영역을 도메인 반전을 수행하였으며, 이를 대역변조기 및 SSB 광변조기 제작에 응용하였다. 인가전압에 대한 회로적인 응답전류를 분석 및 고려함으로써 도메인 벽의 이동속도를 정확히 제어할 수 있었다. 과도한 도메인의 벽 이동속도에 의한 도메인 반전 형상을 확인하였고, 또한 도메인 벽의 진행방향에 따라 그 속도의 차이가 발생함을 알 수 있었다. 제작된 대역변조기는 30.3 GHz를 중심주파수로 하여 5.1GHz의 3dB 대역폭을 보였고. SSB 광변조기의 변조 스펙트럼으로부터 19dBm의 5.8GHz RF 입력신호에 대해 USB가 LSB에 비해 33dB정도 억제됨을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The periodic domain-inversion in the selective areas of $Ti:LiNbO_3$ Mach-Zender waveguides was performed and band-pass modulators and single sideband (SSB) modulators were fabricated by using domain-reversal. The domain wall velocity was precisely controlled by real-time analysis of a po...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 웨이퍼 상부의 도메인 반전 패턴은 도파로의 진행 방향과 직교하는 방향으로, 하부의 패턴은 그림 1과 같이 도파로와 수평한 방향으로 형성되었다. 3인치 웨이퍼에 패턴을 수립한 후 그림 2와 같은 시스템을 사용하여 도메인 반전을 수행하였다.
  • LiNbO3 기판에 Ti를 확산시켜 광도파로를 제작하였다. 고온 확산과정 중에 발생한 +z면의 마이크로 도메인을 제거하기 위해 도파로 뒷면을 연마하였다.
  • 고온 확산과정 중에 발생한 +z면의 마이크로 도메인을 제거하기 위해 도파로 뒷면을 연마하였다. 연마된 기판의 전면을 도메인반전한 후, 도파로 상부에 감광액 패턴을 형성하여 선택적인 영역에 한해 도메인 반전을 수행하였다.
  • 과도한 도메인 벽 이동속도에 의한 도메인 반전 형상을 분석하고, 이의 정확한 제어를 위한 방안을 고안하였다. 또한 실험 결과로부터 도메인 벽의 진행 방향에 따라 그 속도의 차이가 발생함을 확인하였다.
  • 도메인 반전 실험에 사용된 저항 Rs, Rvm, Rme 각각 10MQ, 100M2, 10이며, Current integrator에서 계산된 총 이동 전하량을 도메인 반전된 면적으로 환산하여 목표한 값에 이르렀을 때 power supply를 회로로부터 차단하였다.- 그림 3은 도메인 반전에 사용된 인가전압 및 측정된 전류의 곡선이다.
  • 그 형태는 그림 2(b)와 같다. 또한 고무 오링을 이용하여 전해용액의 방출을 막고 실리콘 오일을 사용하여 인가된 전압에 대한 누설 전류를 억제하였다. 그림 2(a)와 같은 시스템을 사용하여 LiNbQ; 기판에 문턱 전압 이상의 전압을 인가하면, 강한 전계가 포토레지스트 가장자리에 발생하여 핵생성이 유발된다.
  • 본 논문에서는 LiNbG의 선택적 영역을 도메인 반전하였으며, 이를 대역변조기 및 SSB 광변조기 제작에 응용하였다. 웨이퍼 단위의 도메인 반전시 인가전압에 대한 회로적인 응답전류를 분석하고 이를 고려한 도메인 반전 시스템을 구축함으로써 도메인 벽의 이동속도를 정확히 제어할 수 있었다.
  • 본 논문에서는 LiNbOs의 선택적 영역을 도메인 반전하였으며, 이를 대역변조기 및 SSB 광변조기 제작에 응용하였다. 과도한 도메인 벽 이동속도에 의한 도메인 반전 형상을 분석하고, 이의 정확한 제어를 위한 방안을 고안하였다.
  • 본 논문에서는, 3인치 z-cut LiNbOs 웨이퍼에 그림 1 같이 국부적인 도메인 반전영역을 갖는 마흐젠더 간섭기를 나열하여 제작하였다.
  • 고온 확산과정 중에 발생한 +z면의 마이크로 도메인을 제거하기 위해 도파로 뒷면을 연마하였다. 연마된 기판의 전면을 도메인반전한 후, 도파로 상부에 감광액 패턴을 형성하여 선택적인 영역에 한해 도메인 반전을 수행하였다. 그림 2는 도메인 반전을 위한 시스템과 도메인 반전시 나타나는 LiNb以의 전기적 특성을 등가적으로 표현한 것이다.
  • 또한 실험 결과로부터 도메인 벽의 진행 방향에 따라 그 속도의 차이가 발생함을 확인하였다. 웨이퍼 단위의 도메인 반전 시 발생하는 회로의 응답 전류를 분석하였고, 도메인 벽의 이동속도를 정확히 제어함으로써 대역 광변조기 제작을 위한 효율적인 도메인반전시스템을 구축할 수 있었다.
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참고문헌 (8)

  1. Y. Zhu and N. Ming, 'Second-Harmonic Generation in a Fibonacci Optical Superlattice and the Dispersive Effect of the Refractive Index,' Phys. Rev. B, vol. 42, pp. 3676-3679, 1990 

  2. L. E. Myers and W. R. Bosenberg, 'Periodically Poled Lithium Niobate and Quasi-Phase-Matched Optical Parametric Oscillator in Periodically Poled $LiNbO_3$ ,' IEEE J. Quantum Electron., vol. 33, pp. 1663-1672, 1997 

  3. W. Wang, R. Tavlykaev, and R. V. Ramaswamy, 'Bandpass traveling-wave Mach-Zehnder modulator in $LiNbO_3$ with domain reversal,'IEEE Photonics Tech. Lett., vol. 9, no. 5, pp. 610-612, May 1997 

  4. H. Murata and S. Yamamoto, 'Novel guided- Wave eletrooptic single-sideband modulator by using periodically domain-inverted structure in a long wavelength operation,' OFC 2003, MF53, 2003 

  5. H. Murata, K. Kaneda, Y. Okamura, '38GHz optical single-sideband modulation by using guided-wave electrooptic modulator with periodicpolarization reversal,' Proceedings of the conference on Lasers and Electro-Optics 2004, CThT10, pp. 293-295, May 2004 

  6. G. D. Miller, Ph.D. dissertation, Stanford University, 1998 

  7. V. Ya. Shur, E. L. Rumyantsev, E. V. Nikolaeva, E. I. Shishkin, R. G. Batchko, M. M. Fejer, and R. L. Byer, 'Recent Achievements in Domain Engineering in Lithium Niobate and Lithium Tnatalate,' Ferroelectrics, vol. 257, pp. 191-202, 2001 

  8. W. K. Burns, W. McElhanon and L. Goldberg, 'Second Harmonic Generation in Field Poled, Quasi-Phase-Matched, Bulk $LiNbO_3$ ,' IEEE Photonics Tech. Lett. Vol. 6, No. 2, pp. 252-254 February 1994 

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