Modulation of the laser using electro-optic materials has been studied. In part I, an experimental study of the modulation of He-Ne laser using a transverse KDP cell is described. Both DC and AC characteristics are measured and analyzed. The experimental results are in good agreement with the theory within the experimental error. The bandwidth of the modulator is about 2 MHz.
In part II, a brief review on the electro-optic modulator is given. Characteristics of the most important materials (KDP-type crystals, $LiNbO_3$, $LiTaO_3$, and GaAs) are summarized. Then, design considerations and the various schemes for the bulk-type transverse modulators are discussed. Finally, the state of the art of the most promising waveguide modulator is described.
전기 광학 물질을 이용한 레이저의 변조에 대해 고찰하였다. 제 I 부에서는 횡 KDP ($KH_2PO_4$) Cell 을 이용한 He-Ne 레이저의 진폭 변조에 관한 실험을 다루었다. DC 특성과 AC 특성을 측정하고 분석하였으며 변조기의 대역폭은 약 2 MHz 였다. DC 특성 측정치로 부터 반파전압 (halfwave voltage)는 2 KV 정도로 추정되었으며 9/10$\pi$ 정도의 위상 차이가 자연 복굴절 ( natural birefringence ) 때문에 생겼다. 이 값들을 대입하였을 때 실험치는 이론치와 실험 오차내에서 잘 들어 맞는다는 것을 알수 있었다. 흡광비 ( extinction ratio )는 비교적 컸는데 이것은 결정이 광학적으로 균일하지 않고 빛의 단면에 따라서 경로차가 생기며 또 편광판 (polarizer) 과 해광판 (analyzer)이 서로 완전히 직각이 되지 않다는 것으로 설명할 수 있다.
주파수 특성을 살펴보면 많은 압전공진점 ( piezoelectric resonant points )을 볼 수 있는데 147 KHz 부근에서 가장 큰 공진이 나타나고 그보다 작은 공진점은 80 KHz 와 900 KHz 사이에 산재해 있다. 고주파에서의 반응이 저주파에서의 반응보다 작았는데 이는 외력 (stress)이 없을 때와 변형 (strain)이 없을 때의 전기 광학상수 ( electro-optic constant)가 다르기 때문이다. 주파수를 고정시켜 놓고 진폭을 변화시켰을 때 실험 범위 안에서는 진폭이 선형으로 변하였다.
제 II 부에서는 전기 광학 변조기에 대하여 간략한 조사를 해 보았다. 가장 중요한 변조물질 ( KDP 형 결정, $LiNbO_3$, $LiTaO_3$ 와 GaAs )의 광학적, 전기적, 물질적 특성들을 요약했다. KDP형 결정들은 여태까지 많이 쓰여 졌으나 보다 성능이 좋은 $LiNbO_3$나 $LiTaO_3$가 앞으로 더 많이 쓰여질 것 같다. GaAs는 적외선 특히 원적외선에서의 변조물질로서 중요한 위치를 차지하게 될 것이다.
다음에 횡 변조기의 실기상의 제 문제와 여러 가지 변조방법들에 대해 고찰해 보았다. 변조 파워를 적게 하는 동시에 laser를 잘 통과시키기 위하여 결정이 가져야 할 형태와 광학계의 배열에 대해 생각했다. 온도에 따라 자연복굴절(natural birefringence)이 변하는데 이것이 변조에 미치는 영향과 또 두 개의 동일한 결정을 사용하여 이를 상쇄시키는 방법을 논하였다. Lumped 변조기는 만들기는 쉬우나 고주파에서 사용하기가 곤란하고 진행파형 변조기는 보다 더 고주파에서 사용할 수 있으나 제작하기가 더 어렸다. 보다 더 고주파에서 사용하기 위해서는 속도 보상 방법을 사용하는데 보통 도파관의 일부만을 전기 광학 물질로 채우는 형태를 많이 사용한다. 빛을 Z자 형으로 진행시켜서 속도를 보상해주는 방법이 있으나 이것은 제작이 아주 어려워 별로 실용화 되지 못하고 있다. 또 여러개의 결정을 축을 서로 엇갈리게 배열하여 전기적으로 위상격자(phase grating)을 만들면 빛이 통과하면서 회절되어 진폭 변조가 이루어지는데 이 방법에 대해서도 언급하였다.
끝으로 현재 가장 활발히 개발되고 있으며 또 가장 유망한 도파관 변조기(waveguide modulator)의 현황을 알아 보았다. 감쇄가 작은 광학 섬유(optical fiber)의 개발과 함께 앞으로 광통신에 큰 기여를 하게 될 이 도파관 변조기는 빛이 아주 좁은 변조 물질을 따라 도파되기 때문에 적은 출력으로 변조시킬 수 있으며 앞으로 양산체제를 가능케하여 값이 싸질 수 있으며 또 작고 신뢰도가 높다는 큰 장점을 가지고 있다. 특히 띄 도파관(strip waveguide) 변조기는 가장 적은 변조 출력이 필요하다는 것을 보여 주었으며 광학 섬유에 직접 연결시킬 수 있다는 장점을 가지고 있기 때문에 더욱 중요한 위치를 차지하게 될 것이다. 그러나 아직 여러 가지 문제점들(쉽고 효율적으로 빛을 연결시키는 방법이 없다)이 있기 때문에 이러한 도파관 변조기가 실용화 되려면 많은 노력이 더 필요할 것이다.
