KR100359942B1 - 광 스위치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 스위치를 제공하기 위한 것으로서, 광 스위치는 광섬유 어레이를 갖는 제 1 기판, 상기 제 1 기판 위에 상기 제 1 기판과 수직하게 배열되어 외부로부터 입사되는 광을 입사 및 분할하는 다수 개의 광섬유 결합기, 상기 광섬유 어레이와 마주하는 위치에 형성되어 상기 광섬유 어레이에 의해 입사된 광을 반사시키는 제 1 미러를 갖고, 상기 제 1 기판과 평행하게 배열된 제 2 기판, 상기 제 2 기판 위에 상기 각 광섬유 결합기와 마주하는 위치에 각각 형성되어 상기 광섬유 결합기에 의해 전파된 광을 반사하는 제 2 미러를 포함하여 구성되며, 제 1 기판(광섬유 다발 기판)과 제 2 기판(미러 기판)을 평행하게 정렬할 수 있으므로, 스위치의 성능, 신뢰성, 가격경쟁력 등을 향상시킬 수 있다.

Description

광 스위치{optical switch}
본 발명은 광소자에 관한 것으로, 크로스-커넥트(cross-connect) 광스위치 등의 광소자에 이용되는 광섬유 다발(bundle) 기판과 미소 구동 미러(actuating micro-mirror) 기판을 정밀하게 평행 정렬할 수 있는 방법에 관한 것이다.
최근의 정보 관련 기술인 컴퓨터 및 통신 기술은 다량의 정보를 실시간(real time)으로 송수신할 수 있는 광섬유 통신을 통해 비약적으로 발전하고 있다. 이는 1990 연대 중반 이후부터 인터넷, 전자 상거래 등의 보급으로 인하여 통신정보량이 폭발적으로 증가해 온 때문이다.
특히, 동화상, 음성 신호 및 문자 신호등의 다양한 형태의 데이터를 포함한 멀티미디어 정보의 고속 전송, 쌍방향의 대화형(interactive) 통신 환경, 가입자 수의 폭발적 증가 등의 추세에 따라 기존의 구리 전송선을 이용한 통신망은 그 한계에 봉착하였으며, 높은 반송 주파수(carrier frequency)의 고속, 무왜곡 전송이 가능한 광 신호 형태의 통신망이 그 대안으로 대두되고 있다.
이러한 막대한 양의 정보를 가장 효과적이고 경제적으로 통신할 수 있는 방안으로 파장분할 다중화(DWDM :dense wavelength division multiplexing) 광통신 시스템이 연구되어 왔으며 최근에는 초기 형태의 시스템이 현장에 설치되고 있다.
이 시스템 내에서는 여러 개의 광신호를 교환할 필요가 있는데, 현재는 광신호를 전기신호로 변환한 후, 전기적으로 교환하고 다시 광신호로 변환하여 전송한다.
그러나 시스템의 용량이 증가하게 되면 이러한 교환을 광-전-광 변환 없이전광 스위칭(all-optical switching)할 수 있는 크로스-커넥트 스위치가 필요하게 된다.
전기적 신호를 송수신하는 기존의 통신망은 논리 회로(logic circuit), 증폭기, 스위치 등의 집적회로(IC:Integrated Circuits) 등으로 가입자 데이터 인터페이스를 저렴하게 구성할 수 있었다.
반면에, 광을 정보 전달 신호로 이용하는 광 통신망의 경우, 가입자와 중계기 혹은 통신 사업자를 연결해 주는 인터페이스가 전자 회로를 이용한 논리 집적회로가 아닌 광 스위치 또는 포토 디텍터, 레이저 다이오드 등으로 구성된 광 커넥터 모듈로 구성되어야 한다.
현재 상품화되어 있는 광 통신망용 데이터 인터페이스는 전송선인 광섬유(optical fiber)와 가입자를 연결시키기 위해 광섬유 커넥터(fiberoptic connector), 광 스위치(optical switches), 레이저 다이오드를 포함한 광 송신기(transmitter) 등으로 구성되어 있다.
또한, 기존의 광 데이터 인터페이스의 핵심 부품인 멀티플렉싱 스위치는 기계적 장치에 의해 입력 광섬유 및 출력 광섬유를 이동시켜 필요한 입출력 광섬유를 연결 또는 단락시키는 방식을 채용하는 방법, 또는 광 도파로 바이패스 스위치(bypass switch)를 확장하여 구성하는 방법 등이 있다.
도 1 에는 광 응용 실리콘 미세가공기술(MOEMS : Micro-Opto-Electro-Mechanical System)을 이용한 크로스-커넥트 스위치의 예가 도시되어 있다.
입출력으로는 여러 개의 광섬유로부터 나오는 광이 실리콘 기판에 집적된 여러 개의 미소 구동 미러와 반사판(reflecting mirror plate)에 의해 반사된 후 다시 출력 광섬유로 결합된다.
이때, 각 미소 미러의 각도를 적절하게 조절함으로써 광신호의 경로를 스위칭할 수 있다.
이와 같은 스위칭 시스템이 제대로 동작하기 위해서는 초기에 광섬유 다발 기판과 미소 구동 미러 기판을 광학적으로 평행하게 정렬하는 것이 필수적이다.
본 발명의 목적은 광섬유 어레이(또는 다발)가 형성된 제 1 기판과 광원으로부터 광섬유 어레이에 입사되는 광로를 조절하는 마이크로미러(미소 구동 미러)가 부착된 제 2 기판을 평행하게 광학적으로 정렬하는 기술을 구현하여 광섬유 어레이를 통해 입력된 광을 최대로 출력하는 광 스위치를 제공하는데 있다.
도 1 은 일반적인 크로스-커넥트(cross-connect) 스위치의 구조도
도 2 는 본 발명에 따른 크로스-커넥트 광 스위치 구조도
도 3 은 본 발명에 따른 광섬유 결합기 구조단면도
도 4a 내지 도 4c 는 제 2 미러의 틸트(tilt)각에 따른 반사광의 진행 방향도
도 5 는 본 발명에 따른 틸트 조절용 나사를 포함한 패키징된 제 2 기판 구조도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 광섬유 다발 10-1 : 광섬유 다발이 위치해 있는 부분
20 : 제 1 기판 30 : 제 1 미러
30-1 : 제 1 미러가 위치해 있는 부분
40 : 제 2 기판 50 : 반사판
60 : 광섬유 결합기 70 : 제 2 미러
80 : 분리기 90 : 틸트 조절용 나사
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 스위치의 특징은 광섬유 어레이를 갖는 제 1 기판, 상기 제 1 기판 위에 상기 제 1 기판과 수직하게 배열되어 외부로부터 입사되는 광을 입사 및 분할하는 다수 개의 광섬유 결합기, 상기 광섬유 어레이에 마주하는 위치에 형성되어 상기 광섬유 어레이에 의해 입사된 광을 반사시키는 제 1 미러를 갖고, 상기 제 1 기판과 평행하게 배열된 제 2 기판, 상기 제 2 기판 위에 상기 각 광섬유 결합기와 마주하는 위치에 각각 형성되어 상기 광섬유 결합기에 의해 전파된 광을 반사하는 제 2 미러를 포함하여 구성되는데 있다.
본 발명에 따른 광 스위치의 다른 특징은 상기 제 1 기판, 제 2 기판(미러 기판) 중 적어도 어느 하나를 패키징 시 독립적으로 조절 가능한 적어도 3 개의 틸트(tilt) 조절용 나사를 부착하여 틸트 정도를 미세하게 조절하여 상기 제 1 기판, 제 2 기판을 서로 평행하게 정렬시키는데 있다.
본 발명에 따른 광 스위치의 또 다른 특징은 광원으로부터 광을 입사 및 전파하고 상기 제 2 미러에 의해 반사되는 광을 흡수하지 않아 광이 광원으로 다시 입사되지 않도록 분리기가 말단에 형성된 제 1 암과, 상기 제 2 미러에 의해 반사되는 광을 검출하기 위해 광을 흡수하는 제 2 암을 포함하여 구성된 광섬유 결합기를 갖는데 있다.
본 발명에 따른 광 스위치의 또 다른 특징은 상기 광섬유 결합기를 상기 제 1 기판(광섬유 다발 기판)에 집적하여 상기 제 1 미러(마이크로 미러)가 부착된 상기 제 2 기판에 상기 제 2 미러를 집적하여 초기에 광 반사면으로 이용하여 상기 제 2 미러에서 반사되어 되돌아오는 광을 모니터하는데 있다.
본 발명에 따른 광 스위치의 또 다른 특징은 상기 제 1 기판(광섬유 다발 기판)과 상기 제 2 기판(미러 기판)의 소정 영역에 적어도 3 개의 광섬유 결합기 및 제 2 미러를 집적하고 반사되어 오는 각 광신호가 동시에 최대가 되도록 하여 광의 평행 정렬을 얻을 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 광 스위치의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 에는 광 응용 실리콘 미세가공기술(MOEMS : Micro-Opto-Electro-Mechanical System)을 이용한 크로스-커넥트(cross-connect) 스위치의 예가 도시되어 있다.
도 1 에 도시된 바와 같이 입출력으로는 제 1 기판(20)에 여러 개가 집적화된 광섬유 다발(10)이 이용된다. 그리고 입력 광섬유 다발(Ⅰin,Ⅱin: 10)로부터 나오는 광(레이저 빔)이 제 2 기판(40) 위의 상기 광섬유 다발(10)에 대응하는 위치에 각각 형성된 제 1 미러(마이크로 미러 : 30)와, 상기 제 1 기판(20) 및 제 2 기판(40) 사이에 형성된 반사판(50)에 의해 반사된 후 다시 출력 광섬유 다발(Ⅰout, Ⅱout: 10)로 결합된다.
도 2 는 본 발명에 따른 크로스-커넥트 광 스위치 구조이다.
도 2 에 도시된 점선 부분인 10-1은 도 1 에 도시된 바와 같은 광섬유 다발(10)이 위치해 있는 부분을 나타내고, 점선 부분인 30-1은 역시 도 1 에 도시된 바와 같은 제 1 미러(30)가 위치해 있는 부분을 나타낸다.
즉, 도시되진 않았지만 상기 광섬유 다발(10)은 실리콘으로 이루어진 제 1 기판(20)의 10-1부분에 수직으로 집적화 되어 있고, 상기 제 1 미러(30)는 실리콘으로 이루어진 제 2 기판(40)의 30-1부분에 위치해 있다.
그리고 역시 도시되진 않았지만 도 1 에 도시된 바와 같은 반사판(50)은 상기 제 1 기판(20)과 상기 제 2 기판(40) 사이에 위치하고, 광섬유 결합기(60)는 상기 제 1 기판(20)에 수직으로 삽입되어 있고, 상기 제 2 미러(70)는 상기 제 2 기판(40)에 집적화되어 있다.
그리고 상기 제 1 및 제 2 기판(20, 40)은 서로 평행하게 위치한다.
예를 들어, 여기에서는 상기 광섬유 다발(10) 및 제 2 미러(70)를 4 개로 구성한다.
즉, 상기 제 1 기판(20)의 네 구석에 N : 1(제 1 암(ARM)에 출력되는 광 : 제 2 암으로 출력되는 광)의 분할비를 갖는 광섬유 결합기(60)를 고정할 수 있도록 홈을 형성하고 수직으로 삽입하여 고정한다.
마찬가지로 상기 제 2 기판(40)의 네 구석에 보조용으로 고정된 기준 미러인 제 2 미러(70)를 4 개를 상기 광섬유 결합기(60)에 대응하는 위치에 집적한다.
이때, 제 2 미러(70)의 면은 제 2 기판(40)과 완전하게 평행하도록 제작되어야 한다. 이는 상기 광섬유 결합기(60)를 통해 입사된 광(레이저 빔)이 상기 제 2 기판(40)과 수직한 방향으로 상기 제 2 미러(70)에 입사 및 반사하기 위함이다. 상기 광섬유 결합기(60)가 상기 제 1 기판(20)에 수직하게 배열되어 있고, 상기 제 1 기판(20)은 상기 제 2 기판(40)과 평행하게 위치하기 때문에 상기 제 2 미러(70)가 상기 제 2 기판(40)과 평행하게 제작되면 상기 광섬유 결합기(60)를 통해 입사된 광(레이저 빔)의 대부분이 다시 광섬유 결합기(60)로 들어오게 된다.
즉, 제 2 미러(70)의 면이 제 2 기판(40)과 완전하게 평행하도록 제작되면 광섬유 결합기(60)의 제 1 암의 포트(port)에 가시광 대역의 레이저(LD : Laser Diode) 광원을 이용하여 광을 입사시켜 광이 해당 기준 미러인 상기 제 2 미러(70)에서 반사됨으로써 입사된 광(레이저 빔)의 대부분이 다시 광섬유 결합기(60)의 제 2 암 측으로 입사된다.
도 3 은 본 발명에 따른 광섬유 결합기(60)를 나타낸 도면이다.
도 3 에 도시된 바와 같이 광원으로 이용된 레이저 다이오드(LD)에 의해 광(레이저 빔)이 광섬유 결합기(60)의 제 1 암에 입사되고, 상기 입사된 광(레이저 빔)이 제 2 미러(70)에 의해 입사 및 반사되어 반사된 광(레이저 빔) 중의 일부는 광검출기(PD : photodetector)가 접속된 포트쪽으로 결합된다.
상기 광검출기를 이용하여 반사광의 세기를 측정될 수 있도록 한다.
한편, 반사된 광(레이저 빔)이 광원으로 다시 입력되는 것을 차단하기 위하여 분리기(isolater : 80)를 이용한다. 이 분리기(80)는 화살표 방향의 한쪽으로만 광(레이저 빔)을 통과시킴으로써 반대쪽으로 광(레이저 빔)이 통과하는 것을 차단하는 역할을 한다.
N:1의 비율은 제 1 암(ARM)에 출력되는 광 대 제 2 암으로 출력되는 광의 비를 나타내는 것으로서 N이 1 에 가까울수록 최대로 광이 검출됨을 의미한다.
도 4a 내지 도 4c 에는 제 2 미러(70)의 틸트(tilt)각에 다른 반사광의 진행 방향이 도시되어 있다.
도 4a 에 도시된 바와 같이 제 2 미러(70)의 면이 제 1 기판(20)과 완전히 평행하면 제 2 미러(70)에 광이 수직으로 입사한 후 반사되어 광섬유 결합기(60)로 모두 들어가서 광검출기(PD)의 값이 최대가 된다.
그러나 도 4b 및 도 4c 에 도시된 바와 같이 제 2 미러(70)가 기울어져 있는경우에는 입사된 광이 광섬유 결합기(60)가 있는 방향과는 다른 쪽으로 반사되어 광검출기(PD)의 값이 감소하게 된다.
따라서 제 2 미러(70)의 틸트 정도를 조절하면서 네 개의 광검출기(PD) 출력을 동시에 관찰하여 각각의 값이 모두 최대가 되도록 함으로써 제 1 기판(20)과 제 2 기판(40)을 완전히 평행하게 정렬할 수 있다.
도 5 는 본 발명에 따른 틸트 조절용 나사(90)를 포함한 패키징된 기판을 도시된 것이다.
상기 기판은 제 1 기판(20), 제 2 기판(40) 중 적어도 어느 하나가 될 수 있다. 또한 상기 기판은 상기 제 1 기판(20), 제 2 기판(40)과 별도로 형성되어 상기 두 기판(20, 40) 중 적어도 어느 하나 뒤에 위치하여 상기 두 기판(20, 40)을 평행하게 위치만 시킬 수 있으면 된다.
제 1 기판(20)과 제 2 기판(40)은 궁극적으로 광섬유 다발(10)로 형성된 광테이블(optical table)과 같은 구조물에 수직으로 고정되어야 할 것이다.
이 경우, 도 5 에 도시된 바와 같이 제 1 기판(20), 제 2 기판(40) 중 적어도 어느 하나의 뒷면에 적어도 세 개의 틸트 조절용 나사(90)를 부착하여 이들을 독립적으로 조절함으로써 제 2 기판(40)을 기울임을 미세하게 조절할 수 있다.
즉, 제 1 기판(20)이 고정되어 있는 상태에서 틸트 조절용 나사(90)를 이용하여 제 2 기판(40)의 기울임을 조절하여 제 1 기판(20)과 제 2 기판(40)의 두 기판을 평행하게 정렬한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 광 스위치는 크로스-커넥트 스위치용 제 1 기판(광섬유 다발 기판)과 제 2 기판(미러 기판)을 평행하게 정렬할 수 있으므로, 스위치의 성능, 신뢰성, 가격경쟁력 등을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (9)

  1. 광섬유 어레이를 갖는 제 1 기판,
    상기 제 1 기판 위에 상기 제 1 기판과 수직하게 배열되어 외부로부터 입사되는 광을 입사 및 분할하는 다수 개의 광섬유 결합기,
    상기 광섬유 어레이와 마주하는 위치에 형성되어 상기 광섬유 어레이에 의해 입사된 광을 반사시키는 제 1 미러를 갖고, 상기 제 1 기판과 평행하게 배열된 제 2 기판,
    상기 제 2 기판 위에 상기 각 광섬유 결합기와 마주하는 위치에 각각 형성되어 상기 광섬유 결합기에 의해 전파된 광을 반사하는 제 2 미러를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 광 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 미러에 의해 반사되어 되돌아오는 광을 모니터링하는 광검출기를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 광 스위치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 위치하고 상기 광섬유 어레이에 입사된 광을 반사를 통해 다시 제 1 기판의 광섬유 어레이를 통해 출력시키는 반사 미러를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 광 스위치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 미러는 상기 제 2 기판에 평행하게 부착됨을 특징으로 하는 광 스위치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 미러는 적어도 3 개임을 특징으로 하는 광스위치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판, 제 2 기판 중 적어도 어느 하나에 독립적으로 조절 가능한 적어도 3 개의 틸트 조절용 나사에 의해 상기 두 기판을 서로 평행하게 정렬함을 특징으로 하는 광 스위치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 틸트 조절용 나사는 적어도 3 개임을 특징으로 하는 광 스위치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광섬유 결합기는
    광원으로부터 광을 입사 및 전파하고 상기 제 2 미러에 의해 반사되는 광을 흡수하지 않는 제 1 암(ARM),
    상기 제 2 미러에 의해 반사되는 광을 검출하기 위해 광을 흡수하는 제 2 암를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 광 스위치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 암의 말단에 순방향으로는 광을 전파하고 역방향으로는 광을 차단하는 분리기가 형성됨을 특징으로 하는 광 스위치.
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