KR100480035B1 - Optical switch and fabrication method thereof based on an multimode interference optical waveguide - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중간부에 형성되는 다중모드간섭영역과, 상기 다중모드간섭영역의 양단에서 바깥쪽으로 벌어지도록 경사지게 절곡 형성된 연결부와, 상기 연결부에서 절곡되어 상기 다중모드간섭영역과 평행하게 형성되는 양단부를 가지며, 기판에 고정 설치되는 고정 광도파로와; 상기 고정 광도파로와 좌우 대칭형으로서, 중간부에 형성되는 다중모드간섭영역과, 상기 다중모드간섭영역의 양단에서 바깥쪽으로 벌어지도록 경사지게 절곡 형성된 연결부와, 상기 연결부에서 절곡되어 상기 다중모드간섭영역과 평행하게 형성되는 양끝단부를 가지며, 상기 기판에 상기 고정 광도파로에 대하여 접근 및 이격되는 방향으로 좌우 이동 가능하게 설치되는 이동 광도파로와; 상기 기판에 설치되어 상기 이동 광도파로가 상기 고정 광도파로에 대하여 접근 및 이격되도록 상기 이동 광도파로를 좌우 방향으로 이동시키기 위한 액튜에이터를; 포함하여 구성된 다중모드 간섭형 광도파로를 이용한 광스위치를 제공함으로써, 초기 누화를 방지하여 이를 보정하기 위한 전력소모를 제거할 수 있으며, 광결합이 일어나는 영역의 광도파로의 간격, 결합 길이, 광도파로의 폭, 굴절률 등이 정확히 맞지 않아도, 광도파로간의 간격을 조절하여 광신호를 스위칭시킬 수 있으므로, 제작공정의 공차를 크게 할 수 있으며, MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems)를 이용하여 광스위치를 제작함으로서, 대량생산이 가능한 일괄공정으로 구현이 가능하다The present invention has a multi-mode interference region formed in the middle portion, the connecting portion is formed to be bent inclined outwardly from both ends of the multi-mode interference region, and both ends bent in the connection portion formed in parallel with the multi-mode interference region A fixed optical waveguide fixedly mounted to the substrate; The fixed optical waveguide and the left-right symmetry, the multi-mode interference region formed in the middle portion, the connecting portion bent inclined so as to spread outward from both ends of the multi-mode interference region, and bent at the connection portion parallel to the multi-mode interference region A moving optical waveguide having both ends formed so as to be movable on the substrate so as to move left and right in a direction approaching and spaced apart from the fixed optical waveguide; An actuator installed on the substrate to move the moving optical waveguide in left and right directions so that the moving optical waveguide approaches and is spaced apart from the fixed optical waveguide; By providing an optical switch using a multimode interference optical waveguide configured to include, it is possible to eliminate the power consumption to prevent the initial crosstalk and to correct it, and the interval, coupling length, optical waveguide of the optical waveguide in the region where the optical coupling occurs The optical signal can be switched by adjusting the distance between the optical waveguides even if the width and refractive index of the lens are not exactly matched, thus increasing the tolerance of the manufacturing process and manufacturing the optical switch using MEMS (Micro-Electro Mechanical Systems). By doing so, it can be realized in a batch process that can be mass-produced.
Description
본 발명은 광스위치 및 광스위치 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 다중모드 간섭형 광도파로를 이용한 광스위치 및 광스위치 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical switch and an optical switch manufacturing method, and more particularly, to an optical switch and an optical switch manufacturing method using a multimode interference optical waveguide.
최근에 들어서 통신 정보량의 수요가 폭증함에 따라 다량의 정보를 고속으로 전송, 교환할 수 있는 광통신에 대한 연구가 전세계적으로 활발히 진행되고 있다. 이러한 고속의 정보 전송, 교환에는 다수의 광섬유 단자로부터 신호들을 받아들여, 공간적으로 분리되어 있는 임의의 광섬유 단자로 보내는 대용량의 광 연결 스위치(optical cross-connect switch)가 반드시 필요한데, 이러한 대용량의 광 연결 스위치는 다수의 2 x 2 광스위치를 연결하여 구현할 수 있다.Recently, as the demand for communication information increases, research on optical communication that can transmit and exchange a large amount of information at high speed is being actively conducted worldwide. Such high-speed information transmission and exchange requires a large optical cross-connect switch that receives signals from a plurality of optical fiber terminals and sends them to any optically separated optical fiber terminal. The switch can be implemented by connecting multiple 2 x 2 optical switches.
동일한 전송 설비에서의 정보 전송량을 크게 증가시킬 수 있는 광통신 방식인 파장 분할 다중화(wavelength division multiplexing) 광통신 방식은 복수 개의 파장을 한 가닥의 광섬유를 통하여 동시에 전송, 교환하는 방식이므로, 이러한 방식에서는 원하는 파장을 추가하거나 빼내는 기능을 해 주는 다중화기(add/drop multiplexer)가 반드시 필요하게 되는데, 2 x 2광스위치는 이러한 다중화기를 구성하는 데 있어서 기본 단위를 이루는 소자이다.Wavelength division multiplexing, an optical communication method that can greatly increase the amount of information transmission in the same transmission facility, is a method of transmitting and exchanging multiple wavelengths simultaneously through one strand of optical fiber. There is a need for an add / drop multiplexer that adds or subtracts a 2x2 optical switch. The 2x2 optical switch is a basic unit in constructing such a multiplexer.
이러한 2 x 2 광스위치들은 광통신에 있어서 기본이 되는 매우 중요한 소자로서, 이를 구현하는 기존의 방법 중 대표적인 것이 광도파로(optical waveguide)를 사용하는 방법이다. 광도파로를 사용하여 2 x 2 광스위치를 구현하는 방식은 먼저 평면 기판 위에 빛이 진행할 수 있는 광도파로를 제작한 후, 광도파로의 폭, 굴절률 등을 변화시켜서 스위칭을 하는 방식으로, 마하젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer), 방향성 결합기(directional coupler), X자 형태의 분기형 광도파로를 이용하는 방식들이 알려져 있다.These 2 x 2 optical switches are a very important element that is fundamental to optical communication, and one of the conventional methods for implementing the optical switch is an optical waveguide. The implementation of 2 x 2 optical switches using optical waveguides is made by first making an optical waveguide through which light can travel on a flat substrate, and then switching by changing the width and refractive index of the optical waveguide. (Mach-Zehnder interferometer), directional coupler, X-shaped branched optical waveguides are known.
도1 및 도2는 종래의 방향성 결합기의 구조를 도시한 것으로서, 도1은 초기 상태, 도2는 도1의 광도파로에 열이 가해진 상태를 나타낸 개념도이다.1 and 2 show the structure of a conventional directional coupler, in which FIG. 1 is an initial state, and FIG. 2 is a conceptual diagram showing a state in which heat is applied to the optical waveguide of FIG.
상기 방향성 결합기는 마주보는 2개의 광도파로(10a, 10b)로 구성된다. 상기 광 도파로(10a, 10b)는 가운데 형성된 다중모드간섭영역(11)이 서로 일체로 형성되도록 구성된다. 상기 광도파로(10a, 10b)는 고정되며, 열이나, 전자기장을 가해서 커플링 길이(coupling length)를 변화시켜 광의 스위치가 일어나도록 한다.The directional coupler consists of two opposing optical waveguides 10a and 10b. The optical waveguides 10a and 10b are configured such that the multi-mode interference regions 11 formed in the center thereof are integrally formed with each other. The optical waveguides 10a and 10b are fixed and change a coupling length by applying heat or an electromagnetic field to cause a switch of light to occur.
상기 방향성 결합기는 상기 광도파로중 하나의 광도파로(10a)의 다중모드간섭영역에 열을 가하여 커플링상수를 변화 시켜 빛의 진행을 변화시킨다.The directional coupler applies heat to the multi-mode interference region of one optical waveguide 10a of the optical waveguide to change the coupling constant to change the light propagation.
그러나, 상기와 같은 종래의 광스위치는 초기상태에서 누화(crosstalk)가 없이 광결합을 일으키기 위해서는 상기 다중모드간섭영역(11)의 간격, 결합길이, 폭, 굴절율등을 정확히 맞추어야 하므로 제작 공정에 민감하고, 초기 누화가 있는 경우 일정한 열을 가해 주어야 하므로 초기 상태 보정을 위한 전력의 소모를 필요로 하는 단점이 있다.However, the conventional optical switch as described above is sensitive to the manufacturing process because it is necessary to exactly match the interval, coupling length, width, refractive index of the multi-mode interference region 11 in order to cause optical coupling without crosstalk in the initial state. In addition, if there is an initial crosstalk, a certain amount of heat must be applied, and thus there is a disadvantage in that power consumption for initial state correction is required.
마하젠더 간섭계는 단일 모드만을 여기시키는 광도파로를 진행하는 광의 간섭현상을 이용한 것으로서 누화(crosstalk)가 적다는 장점이 있지만 소자의 길이가 매우 길며 제작 공정에 민감하여 제작 공정에 따라 변하는 초기 상태를 보정해 주기 위해서 항시 전력을 소모해야 한다는 단점이 있다.The Mach-Zehnder interferometer uses the interference of light through an optical waveguide that only excites a single mode, and has the advantage of low crosstalk. However, the length of the device is very long and it is sensitive to the manufacturing process to compensate for the initial state that varies with the manufacturing process. The disadvantage is that power must be consumed at all times.
X자 형태의 분기형 광도파로 소자의 경우에는 소자의 길이는 짧고 제작 공정에 덜 민감하지만 분기되는 광도파로 사이의 간격이 가까워서 누화가 큰 단점을 지니고 있다.In the case of the X-shaped branched waveguide device, the cross-section has a disadvantage in that the length of the device is short and less sensitive to the fabrication process, but the distance between the branched optical waveguides is close.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 초기누화를 방지하여 이를 보정하기 위한 전력소모를 제거하고 제작공정의 공차를 크게 할 수 있는 광스위치와, 이를 대량생산이 가능한 일괄공정으로 구현한 광스위치 제작방법을 제공함을 그 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above problems, to prevent the initial cross-talk to eliminate the power consumption to correct this and to increase the tolerance of the manufacturing process, and implemented in a batch process that can be mass production It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an optical switch.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 중간부에 형성되는 다중모드간섭영역과, 상기 다중모드간섭영역의 양단에서 바깥쪽으로 벌어지도록 경사지게 절곡 형성된 연결부와, 상기 연결부에서 절곡되어 상기 다중모드간섭영역과 평행하게 형성되는 양단부를 가지며, 기판에 고정 설치되는 고정 광도파로와; 상기 고정 광도파로와 좌우 대칭형으로서, 중간부에 형성되는 다중모드간섭영역과, 상기 다중모드간섭영역의 양단에서 바깥쪽으로 벌어지도록 경사지게 절곡 형성된 연결부와, 상기 연결부에서 절곡되어 상기 다중모드간섭영역과 평행하게 형성되는 양끝단부를 가지며, 상기 기판에 상기 고정 광도파로에 대하여 접근 및 이격되는 방향으로 좌우 이동 가능하게 설치되는 이동 광도파로와; 상기 기판에 설치되어 상기 이동 광도파로가 상기 고정 광도파로에 대하여 접근 및 이격되도록 상기 이동 광도파로를 좌우 방향으로 이동시키기 위한 액튜에이터를; 포함하여 구성된 다중모드 간섭형 광도파로를 이용한 광스위치를 제공한다.The present invention provides a multi-mode interference region formed in the middle portion, and the connecting portion formed to be bent inclined outwardly from both ends of the multi-mode interference region, the bent at the connecting portion to achieve the above object A fixed optical waveguide having both ends formed in parallel with the interference region and fixed to the substrate; The fixed optical waveguide and the left-right symmetry, the multi-mode interference region formed in the middle portion, the connecting portion bent inclined so as to spread outward from both ends of the multi-mode interference region, and bent at the connection portion parallel to the multi-mode interference region A moving optical waveguide having both ends formed so as to be movable on the substrate so as to move left and right in a direction approaching and spaced apart from the fixed optical waveguide; An actuator installed on the substrate to move the moving optical waveguide in left and right directions so that the moving optical waveguide approaches and is spaced apart from the fixed optical waveguide; It provides an optical switch using a multimode interference optical waveguide configured to include.
또한, 상기 이동 광도파로는 상기 양끝단부가 기판에 좌우 방향으로 이동 가능하게 설치되는 슬라이더에 고정되며, 상기 다중모드 간섭영역이 상기 액튜에이터에 고정되는 것이 바람직하다.The moving optical waveguide may be fixed to a slider on which both ends of the moving optical waveguide are movable in the left and right directions on the substrate, and the multi-mode interference region is fixed to the actuator.
그리고, 상기 액튜에이터는 기판에 고정되어 형성된 빗형상의 고정부와, 상기 이동 광도파로의 다중모드 간섭영역이 고정되며, 상기 고정부의 빗형상에 맞물려 운동하도록 빗형상이 형성된 구동부와, 일단은 상기 구동부에 고정되고, 타단은 기판에 고정되어, 상기 구동부에 복원력을 가하도록 형성된 지지스프링을 포함하여 구성된 콤(comb)액튜에이터인 것이 효과적이다.The actuator includes a comb-shaped fixing part fixed to a substrate, a multi-mode interference region of the moving optical waveguide is fixed, and a comb-shaped driving part engaged with the comb-shaped part of the fixing part to move. It is effective to be a comb actuator which is fixed to the drive unit and the other end is fixed to the substrate and comprises a support spring formed to apply a restoring force to the drive unit.
한편, 본 발명은 상기 광스위치를 제조하는 방법으로서, 하부기판과, 상기 하부기판에 접합되는 상부기판을 구비하는 단계와, 상기 하부기판상에 상기 지지스프링을 지지하는 스프링 지지부와, 상기 고정 광도파로를 지지하는 고정 광도파로 지지부와, 상기 고정부를 지지하는 고정부 지지부를 제외한 상면을 식각하는 하부기판 식각단계와, 상기 식각단계에서 식각된 상기 하부기판상에 상기 상부기판을 접합하는 상부기판 접합단계와, 상기 상부기판상에 상기 스프링 지지부와, 상기 고정 광도파로 지지부와, 상기 콤액튜에이터를 제외한 부분을 비등방성 식각을 할 수 있도록 마스킹하는 비등방성 식각 마스킹 단계와, 상기 상부기판상에 상기 이동광도파로가 접하는 부분중 상기 슬라이더와, 상기 콤액튜에이터를 제외한 부분을 등방성 식각하도록 상기 비등방성 식각 마스크 상에 마스킹하는 등방성 식각 마스킹 단계와, 상기 고정 광도파로와, 상기 이동 광도파로를 상기 등방성 식각 마스크 상에 형성하는 도파로 형성단계와, 등방성 식각물질을 사용하여 상기 이동 광도파로의 하부에 위치하는 기판을 식각하는 등방성 식각단계와, 상기 등방성 식각 마스크를 제거하는 단계와, 비등방성 식각물질을 사용하여 상기 콤액튜에이터를 형성하는 단계를 포함하여 구성된 다중모드 간섭형 광결합기를 이용한 광스위치를 제조하는 방법으로 구현될 수도 있다.On the other hand, the present invention provides a method for manufacturing the optical switch, comprising the steps of providing a lower substrate, an upper substrate bonded to the lower substrate, a spring support for supporting the support spring on the lower substrate, the fixed light A lower substrate etching step for etching the upper surface except for the fixed optical waveguide support part for supporting the waveguide and the fixing part support part for supporting the fixing part, and an upper substrate for bonding the upper substrate to the lower substrate etched in the etching step; An anisotropic etching masking step for masking the spring support, the fixed optical waveguide support, and portions other than the comb actuator for anisotropic etching on the upper substrate; To isotropically etch the slider and the part except the comb actuator among the parts where the moving optical waveguide is in contact. Isotropic etching masking on the anisotropic etching mask, forming the fixed optical waveguide, the waveguide forming the moving optical waveguide on the isotropic etching mask, and forming the moving optical waveguide using an isotropic etching material. An isotropic etching step for etching the substrate located below, removing the isotropic etching mask, and forming the comb actuator using an anisotropic etching material to form the commutator. It may be implemented by a method of manufacturing a switch.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 하기 위하여 생략하기로 한다.However, in describing the present invention, a detailed description of known functions or configurations will be omitted in order not to disturb the gist of the present invention.
또한, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, the same reference numerals are given to the same and the same components as those described above, and detailed description thereof will be omitted.
도3 및 도4는 본 발명의 일실시예의 구조를 도시한 도면으로서, 도3은 광스위치의 사시도, 도4는 도3의 광스위치의 평면도이다.3 and 4 show the structure of an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a perspective view of an optical switch, and FIG. 4 is a plan view of the optical switch of FIG.
본 발명의 일실시예의 광스위치는 다중모드 간섭형 광결합기를 좌우대칭으로 분리하여 그 중 하나가 기판(160, 170)에 고정되어 설치된 고정 광도파로(110a)와, 상기 고정 광도파로(110a)와 대칭으로 형성되며, 다중모드간섭영역(111b)이 상기 고정 광도파로(110a)와 접리할 수 있는 이동 광도파로(110b)와, 상기 이동 광도파로(110b)에 고정되며, 상기 이동 광도파로(110b)를 상기 고정광도파로(110a)에 접리하도록 이동시키는 액튜에이터(150)를 포함하여 구성된다.The optical switch of the embodiment of the present invention is a fixed optical waveguide (110a) and the fixed optical waveguide (110a) is installed to be fixed to the substrate 160, 170, one of which is separated from the left and right symmetric multi-mode interference type optical coupler It is formed symmetrically, and the multi-mode interference region (111b) is fixed to the moving optical waveguide (110b) and the movable optical waveguide (110b) which can be folded with the fixed optical waveguide (110a), the moving optical waveguide ( And an actuator 150 for moving 110b to fold in the fixed optical waveguide 110a.
상기 기판(160, 170)은 상기 액튜에이터(150)의 구성을 위해서 하부기판(160)과 상기 하부기판(160)의 상부에 형성된 상부기판(170)으로 구성되며, 상기 하부기판(160)의 상면은 상기 스프링 지지부(161)와, 고정 광도파로 지지부(163)와, 고정부 지지부(163)를 제외한 부분이 일부 식각되어 형성된다. 상기 하부기판(160)은 유리로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 상부기판(170)은 실리콘으로 형성되는 것이 바람직하다.The substrates 160 and 170 include a lower substrate 160 and an upper substrate 170 formed on the lower substrate 160 to form the actuator 150, and the upper surface of the lower substrate 160. The portions except for the spring support part 161, the fixed optical waveguide support part 163, and the fixing part support part 163 are partially etched. The lower substrate 160 is preferably formed of glass, and the upper substrate 170 is preferably formed of silicon.
또한, 상기 상부기판(170)은 상기 하부기판(160) 상에 상기 스프링 지지부(171)와, 고정 광도파로 지지부(173)가 적층되어 형성되며, 상기 액튜에이터(150)가 형성된다.In addition, the upper substrate 170 is formed by stacking the spring support 171 and the fixed optical waveguide support 173 on the lower substrate 160, and the actuator 150 is formed.
상기 광도파로(110a, 110b)는 양끝단부(112a, 112b)와, 서로 인접하도록 설치되는 다중모드 간섭영역(111a, 111b)과, 상기 양끝단부(112a, 112b)와 상기 다중모드 간섭영역(111a, 111b)을 연결하는 연결부(113a, 113b)를 포함하여 형성된다. 상기 이동 광도파로(110b)는 양끝단부가 상기 상부기판(170)의 슬라이더(171)상에 고정이 되며, 상기 다중모드 간섭영역(111b)은 상기 액튜에이터(150)에 고정된다. 상기 고정 광도파로(110a)는 저면이 모두 상기 고정 광도파로 지지부(173)에 고정된다.The optical waveguides 110a and 110b are provided at both ends 112a and 112b, and the multimode interference regions 111a and 111b are disposed to be adjacent to each other, the both ends 112a and 112b and the multimode interference region 111a. It is formed by including a connecting portion (113a, 113b) for connecting, 111b. Both ends of the moving optical waveguide 110b are fixed on the slider 171 of the upper substrate 170, and the multi-mode interference region 111b is fixed to the actuator 150. Both bottom surfaces of the fixed optical waveguide 110a are fixed to the fixed optical waveguide support 173.
또한, 상기 광도파로(110a, 110b)는 하부클래딩(116)과, 코어(115)와, 상부클래딩(114)이 적층되어 형성되며, 상기 상부클래딩(114)과, 코어(115)는 상기 광도파로(110a, 110b)가 인접하는 측이 상부로 돌출 되어 형성되는 것이 바람직하다. 상기 클래딩(114, 116)과 상기 코어(115)는 재질이 서로 다른 폴리머로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the optical waveguides 110a and 110b are formed by stacking the lower cladding 116, the core 115, and the upper cladding 114, and the upper cladding 114 and the core 115 are the optical beams. Sides adjacent to the waveguides 110a and 110b are preferably formed to protrude upward. The cladding 114 and 116 and the core 115 is preferably formed of a polymer of different materials.
상기 액튜에이터(150)는 기판에 고정되어 형성된 빗형상의 고정부(130)와, 상기 이동 광도파로의 다중모드 간섭영역(111b)이 고정되며, 상기 고정부(130)의 빗형상에 맞물려 운동하도록 빗형상이 형성된 구동부(120)와, 일단은 상기 구동부(120)에 고정되고 타단은 상부기판(170)에 고정되어, 상기 구동부(120)에 복원력을 가하도록 형성된 지지스프링(140)을 포함하여 구성된 콤(comb)액튜에이터인 것이 바람직하다.The actuator 150 is fixed to the comb-shaped fixing portion 130 is fixed to the substrate, and the multi-mode interference region 111b of the moving optical waveguide is fixed, so as to move in engagement with the comb shape of the fixing portion 130. Comb-shaped drive unit 120 and one end is fixed to the drive unit 120 and the other end is fixed to the upper substrate 170, including a support spring 140 formed to apply a restoring force to the drive unit 120 It is preferred that it is a configured comb actuator.
상기 고정부(130)는 상기 하부기판(160)의 상기 고정부 지지부(162)에 적층되어 고정되며, 사각판형상의 고정부 본체(131)의 일측면에 빗살형상의 돌기(132)가 다수개 돌출 되어 형성된다.The fixing part 130 is stacked and fixed to the fixing part supporting part 162 of the lower substrate 160, and a plurality of comb-shaped protrusions 132 are formed on one side of the fixing part main body 131 of the square plate shape. It is formed by protruding.
상기 구동부(120)는 상기 하부기판(160)에 일정정도 이격되어 형성되어 자유롭게 이동이 가능하며, 상기 고정부(130)를 중공에 삽입하여 형성된 사각링형상의 구동부 본체(121)와, 상기 돌기(132)에 교대로 맞물리도록 상기 본체(121)의 내측면에 빗살형상으로 돌출 되어 형성된 돌기(122)를 포함하여 형성된다.The driving unit 120 is formed to be spaced apart from the lower substrate 160 to a certain degree and can be freely moved. The driving unit body 121 having a square ring shape formed by inserting the fixing unit 130 into the hollow, and the protrusion The protrusion 122 is formed to protrude in the shape of a comb on the inner surface of the main body 121 so as to alternately engage with the (132).
상기 지지스프링(140)은 상기 하부기판(160)에 일정정도 이격되어 형성되며, 일단이 상기 슬라이더(171)에 고정되며, 타단이 상기 구동부 본체(121)의 외측면에 고정된다. 상기 이동 광도파로의 다중모드간섭영역(111b)은 상기 구동부 본체(121)의 상면에 고정된다.The support spring 140 is formed to be spaced apart from the lower substrate 160 by a certain degree, one end of which is fixed to the slider 171, and the other end of which is fixed to an outer surface of the driving unit body 121. The multi-mode interference region 111b of the moving optical waveguide is fixed to the upper surface of the driver body 121.
이하 본 발명의 일실시예의 동작에 관하여 기술한다.Hereinafter, the operation of one embodiment of the present invention will be described.
상기 액튜에이터(150)의 고정부(130)와 상기 구동부(120)에 전압을 가하게되면, 상기 고정부(130)와 상기 구동부(120)사이의 정전기력에 의해서 상기 구동부(120)가 상기 고정 광도파로(110a)에서 가까워지는 방향으로 이동을 하게 되고, 상기 구동부(120)에 고정된 상기 이동 광도파로(110a)의 다중모드간섭영역(111b)도 상기 구동부(120)와 함께 이동을 하여, 상기 고정 광도파로(110a)와 가까워지게 된다.When a voltage is applied to the fixing unit 130 and the driving unit 120 of the actuator 150, the driving unit 120 is driven by the electrostatic force between the fixing unit 130 and the driving unit 120. The multimode interference region 111b of the moving optical waveguide 110a fixed to the driving unit 120 also moves together with the driving unit 120 to move in a direction closer to the driving unit 120. Close to the optical waveguide 110a.
상기 고정부(130)와 상기 구동부(120)사이의 전압을 제거하게 되면, 정전기력이 사라지고, 상기 구동부(120)의 양측면에 고정된 지지스프링(140)의 복원력에 의해서 상기 구동부(120)가 원래의 위치로 복원되고, 상기 이동 광도파로(110a)의 다중모드간섭영역(111b)또한 원래의 위치로 복원된다.When the voltage between the fixing unit 130 and the driving unit 120 is removed, the electrostatic force disappears, and the driving unit 120 is originally driven by the restoring force of the support springs 140 fixed to both sides of the driving unit 120. The multimode interference region 111b of the moving optical waveguide 110a is also restored to its original position.
도5a 및 도5b는 본 발명의 일실시예의 광스위치 동작을 도시한 것으로서, 도5a는 광도파로가 이격된 상태의 평면도, 도5b는 광도파로가 접한 상태의 평면도이다.5A and 5B illustrate an optical switch operation according to an embodiment of the present invention. FIG. 5A is a plan view of an optical waveguide spaced apart, and FIG. 5B is a plan view of an optical waveguide contacting state.
도5a와 같이 고정 광도파로(110a)와 이동 광도파로(110b)가 충분히 이격된 상태에서는 광신호(119a, 119b)는 각각의 광도파로를 따라 진행을 하게 되므로 초기의 누화(crosstalk)가 전혀 없이 진행을 한다. 따라서, 종래의 광스위치처럼 초기 누화를 보정하기 위한 전력소모가 전혀 없다.In the state where the fixed optical waveguide 110a and the moving optical waveguide 110b are sufficiently separated as shown in FIG. 5A, the optical signals 119a and 119b proceed along the respective optical waveguides, so that there is no initial crosstalk. Proceed. Therefore, there is no power consumption for correcting the initial crosstalk as in the conventional optical switch.
도5b와 같이 상기 액튜에이터(150)의 작용에 의해서 상기 구동 광도파로(110b)가 상기 고정 광도파로(110a)에 접하게 되면 두 광도파로간에 방향성 결합(directional coupling) 현상이 발생하여 광신호가 스위칭 된다. 광결합이 일어나는 영역의 광도파로의 간격, 결합 길이, 광도파로의 폭, 굴절률 등이 정확히 맞지 않아도, 상기 광도파로간의 간격을 조절하여 광신호를 스위칭 시킬 수 있으므로, 제작공정의 공차를 크게 할 수 있다.As shown in FIG. 5B, when the driving optical waveguide 110b comes into contact with the fixed optical waveguide 110a by the action of the actuator 150, a directional coupling phenomenon occurs between the two optical waveguides and the optical signal is switched. Even if the optical waveguide spacing, coupling length, optical waveguide width, and refractive index of the optical waveguide do not match exactly, the optical signal can be switched by adjusting the interval between the optical waveguides, thereby increasing the tolerance of the manufacturing process. have.
이하, 본 발명의 일실시예의 광스위치의 제조방법을 기술한다.Hereinafter, a method of manufacturing an optical switch according to an embodiment of the present invention.
도6 내지 도12는 본 발명의 광스위치의 제조방법을 단계별로 도시한 도면으로서, 도6은 하부기판 식각단계와 상부기판 접합단계를 도시한 사시도, 도7은 비등방성 식각 마스킹 단계를 도시한 사시도, 도8은 등방성 식각 마스킹 단계를 도시한 사시도, 도9는 도파로 형성단계를 도시한 사시도, 도10은 등방성식각단계를 도시한 사시도, 도11은 등방성 식각 마스크 제거하는 단계를 도시한 사시도, 도12는 액튜에이터를 형성하는 단계를 도시한 사시도이다.6 to 12 are diagrams showing the manufacturing method of the optical switch of the present invention step by step, FIG. 6 is a perspective view showing a lower substrate etching step and an upper substrate bonding step, and FIG. 7 shows an anisotropic etching masking step. 8 is a perspective view showing an isotropic etch masking step, FIG. 9 is a perspective view showing a waveguide forming step, FIG. 10 is a perspective view showing an isotropic etching step, FIG. 11 is a perspective view showing a step of removing an isotropic etching mask, 12 is a perspective view showing the step of forming the actuator.
본 발명의 일실시예의 광스위치 제조방법은 하부기판(160)과, 상기 하부기판(160)에 접합되는 상부기판(170)을 구비하는 단계와, 하부기판 식각단계와, 상기 식각단계에서 식각된 상기 하부기판상(160)에 상기 상부기판(170)을 접합하는 상부기판 접합단계와, 비등방성 식각 마스킹 단계와, 등방성 식각 마스킹 단계와, 도파로 형성단계와, 등방성식각단계와, 상기 등방성 식각 마스크 제거하는 단계와, 비등방성 식각물질을 사용하여 상기 액튜에이터(150)를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.An optical switch manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes a lower substrate 160 and an upper substrate 170 bonded to the lower substrate 160, a lower substrate etching step, and an etching process performed in the etching step. The upper substrate bonding step of bonding the upper substrate 170 to the lower substrate 160, anisotropic etching masking step, isotropic etching masking step, waveguide forming step, isotropic etching step, the isotropic etching mask Removing and forming the actuator 150 using an anisotropic etching material.
도6에 도시된 바와 같이, 상기 하부기판 식각단계는 상기 하부기판상(160)에 상기 지지스프링(140)을 지지하는 스프링 지지부(161)와, 상기 고정 광도파로(110a)를 지지하는 고정 광도파로 지지부(163)와, 상기 고정부(130)를 지지하는 고정부 지지부(162)를 제외한 상면을 식각하는 단계이다. 상기 하부기판(160)은 유리를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 상부기판(170)은 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 6, the lower substrate etching step includes a spring support part 161 supporting the support spring 140 on the lower substrate 160, and a fixed light supporting the fixed optical waveguide 110a. Etching the upper surface except for the waveguide support part 163 and the fixing part support part 162 supporting the fixing part 130. Preferably, the lower substrate 160 is made of glass, and the upper substrate 170 is preferably made of silicon.
상기 상부기판 접합단계에서는 상기 상부기판(170)과 상기 하부기판(160)을 양극접합(anodic bonding) 방법으로 접합하는 것이 바람직하다.In the upper substrate bonding step, it is preferable to bond the upper substrate 170 and the lower substrate 160 by an anodic bonding method.
도7에 도시된 바와 같이, 상기 비등방성 식각 마스킹 단계는 상기 상부기판(170)상에 상기 스프링 지지부(171)와, 상기 고정 광도파로 지지부(173)와, 상기 액튜에이터(150)를 제외한 부분을 비등방성 식각을 할 수 있도록 비등방성 마스킹물질(175)을 마스킹한다.As shown in FIG. 7, the anisotropic etching masking step may include a portion excluding the spring support 171, the fixed optical waveguide support 173, and the actuator 150 on the upper substrate 170. The anisotropic masking material 175 is masked to allow anisotropic etching.
도8에 도시된 바와 같이, 상기 등방성 식각 마스킹 단계는 상기 상부기판(170)상에 상기 이동광도파로(110b)가 접하는 부분중 상기 슬라이더(171)와, 상기 액튜에이터(150)를 제외한 부분을 등방성 식각하도록 상기 비등방성 식각 마스크(175)상에 등방성 마스킹물질(176)을 마스킹한다. 즉, 상기 이동광도파로(110b)의 연결부(113b)가 위치하는 상기 상부기판(170)을 제외하고 등방성 마스킹물질(176)을 마스킹한다.As shown in FIG. 8, the isotropic etching masking step isotropically exemplifies a portion excluding the slider 171 and the actuator 150 among the portions in which the moving optical waveguide 110b contacts the upper substrate 170. An isotropic masking material 176 is masked on the anisotropic etching mask 175 to be etched. That is, the isotropic masking material 176 is masked except for the upper substrate 170 where the connection portion 113b of the moving optical waveguide 110b is located.
도9에 도시된 바와 같이 상기 도파로 형성단계는 상기 고정 광도파로(110a)와, 상기 이동 광도파로(110b)를 상기 등방성 식각 마스크상에 형성한다. As shown in FIG. 9, the waveguide forming step forms the fixed optical waveguide 110a and the moving optical waveguide 110b on the isotropic etching mask.
도10에 도시된 바와 같이, 상기 등방성 식각단계는 등방성 식각물질을 사용하여 상기 이동 광도파로의 하부에 위치하는 기판을 식각하는 것이다. 이렇게 이동 광도파로(110b)의 연결부(113b)의 하부를 식각하여, 상기 연결부(113b)가 자유롭게 유동이 가능하도록 함으로서, 양끝단부(112b)가 고정된 상태에서 상기 다중모드간섭영역(111b)이 이동 가능하도록 한다.As shown in FIG. 10, the isotropic etching step uses an isotropic etching material to etch a substrate under the moving optical waveguide. The lower portion of the connecting portion 113b of the moving optical waveguide 110b is etched so that the connecting portion 113b can flow freely, so that the multi-mode interference region 111b is fixed while both ends 112b are fixed. Make it mobile.
도11에 도시된 바와 같이, 상기 등방성 식각마스크 제거단계는 상기 등방성 마스킹물질(176)을 제거하여 비등방성 마스킹물질(175)이 노출되도록 하는 단계이다.As shown in FIG. 11, the isotropic etching mask removing step is to remove the isotropic masking material 176 to expose the anisotropic masking material 175.
도12에 도시된 바와 같이, 상기 액튜에이터를 형성하는 단계는 비등방성 식각물질을 사용하여 식각을 하여 상기 액튜에이터(150)를 형성하는 단계이다. 상기 액튜에이터(150)의 구동부(120)와 지지스프링(140)의 하부는 이미 식각이 되어 있는 상태이므로 상기 하부기판(160)에 대해 자유롭게 운동이 가능하다.As shown in FIG. 12, the forming of the actuator is an etching process using an anisotropic etching material to form the actuator 150. Since the lower portion of the driving unit 120 and the support spring 140 of the actuator 150 is already etched, the lower substrate 160 can be freely moved.
상기와 같이 본 발명의 일실시예는 MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems)를 이용하여 광스위치를 제작함으로서, 대량생산이 가능한 일괄공정으로 구현이 가능하다.As described above, an embodiment of the present invention can be implemented in a batch process capable of mass production by manufacturing an optical switch using MEMS (Micro-Electro Mechanical Systems).
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described above by way of example, the scope of the present invention is not limited to these specific embodiments, and may be appropriately changed within the scope described in the claims.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다. According to the present invention as described above it can be expected the following effects.
먼저, 본 발명의 일실시예의 광스위치는 고정 광도파로와 이동 광도파로가 충분히 이격됨으로서, 초기 상태에서 광신호는 각각의 광도파로를 따라 진행을 하게 되므로 초기의 누화(crosstalk)를 방지하는 효과가 있다.First, the optical switch according to the embodiment of the present invention is sufficiently spaced apart from the fixed optical waveguide and the moving optical waveguide, so that the optical signal proceeds along each optical waveguide in the initial state, thereby preventing the initial crosstalk. have.
또한, 종래의 광스위치처럼 초기 누화를 보정하기 위한 전력소모를 방지할 수 있다.In addition, as in the conventional optical switch, power consumption for correcting the initial crosstalk can be prevented.
그리고, 광결합이 일어나는 영역의 광도파로의 간격, 결합 길이, 광도파로의 폭, 굴절률 등이 정확히 맞지 않아도, 광도파로간의 간격을 조절하여 광신호를 스위칭 시킬 수 있으므로, 제작공정의 공차를 크게 할 수 있다.The optical signal can be switched by adjusting the spacing between the optical waveguides even if the spacing of the optical waveguides, the coupling length, the width of the optical waveguide, the refractive index, etc. of the region where the optical coupling occurs is not exactly matched, thereby increasing the tolerance of the manufacturing process. Can be.
또한, MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems)를 이용하여 광스위치를 제작함으로서, 대량생산이 가능한 일괄공정으로 구현이 가능하다In addition, by manufacturing the optical switch using MEMS (Micro-Electro Mechanical Systems), it can be implemented in a batch process that can be mass-produced
도1 및 도2는 종래의 방향성 결합기의 구조를 도시한 것으로서,1 and 2 show the structure of a conventional directional coupler,
도1은 초기 상태를 나타낸 개념도1 is a conceptual diagram showing an initial state
도2는 도1의 광도파로에 열이 가해진 상태를 나타낸 개념도2 is a conceptual diagram illustrating a state in which heat is applied to the optical waveguide of FIG.
도3 및 도4는 본 발명의 일실시예의 구조를 도시한 도면으로서,3 and 4 are diagrams showing the structure of an embodiment of the present invention,
도3은 광스위치의 사시도3 is a perspective view of an optical switch
도4는 도3의 광스위치의 평면도4 is a plan view of the optical switch of FIG.
도5a 및 도5b는 본 발명의 일실시예의 광스위치 동작을 도시한 것으로서,5A and 5B illustrate an optical switch operation according to an embodiment of the present invention.
도5a는 광도파로가 이격된 상태의 평면도Figure 5a is a plan view of the optical waveguide spaced apart
도5b는 광도파로가 접한 상태의 평면도5B is a plan view of the optical waveguide in contact with the state
도6 내지 도12는 본 발명의 광스위치의 제조방법을 단계별로 도시한 도면으로서,6 to 12 are diagrams showing step by step a method of manufacturing an optical switch of the present invention;
도6은 하부기판 식각단계와 상부기판 접합단계를 도시한 사시도Figure 6 is a perspective view showing the lower substrate etching step and the upper substrate bonding step
도7은 비등방성 식각 마스킹 단계를 도시한 사시도7 is a perspective view showing an anisotropic etching masking step
도8은 등방성 식각 마스킹 단계를 도시한 사시도8 is a perspective view showing an isotropic etching masking step
도9는 도파로 형성단계를 도시한 사시도9 is a perspective view showing a waveguide forming step
도10은 등방성식각단계를 도시한 사시도10 is a perspective view showing an isotropic etching step
도11은 등방성 식각 마스크 제거하는 단계를 도시한 사시도Figure 11 is a perspective view showing the step of removing the isotropic etching mask
도12는 액튜에이터를 형성하는 단계를 도시한 사시도Figure 12 is a perspective view showing the step of forming an actuator
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **
110a: 고정 광도파로 110b: 이동 광도파로110a: fixed optical waveguide 110b: moving optical waveguide
111a, 111b: 다중모드간섭영역 112b: 이동 광도파로 끝단부111a, 111b: multi-mode interference region 112b: end of the moving optical waveguide
130: 고정부 120: 구동부130: fixed part 120: drive part
140: 지지스프링 150: 액튜에이터140: support spring 150: actuator
160: 하부기판 161, 171: 슬라이더160: lower substrate 161, 171: slider
162: 고정부 지지부 162: fixed part support
163, 173: 고정 광도파로 지지부163, 173: fixed waveguide support
170: 상부기판170: upper substrate
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