KR100447212B1 - 전자력 구동 광 스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 통신망에 관한 것으로, 특히 전자력 구동 광 스위치에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 전자력 구동 광 스위치는 기판과, 상기 기판상에 형성하고, 광 신호의 입/출력을 위한 하나 이상의 입/출력 광 섬유와, 상기 기판에 대해 수직으로 집적되어 상기 하나 이상의 입력 광 섬유로 조사된 광을 상기 하나 이상의 출력 광 섬유로 절환하는 마이크로 미러와, 마이크로 미러를 구동시키는 전자력 구동부를 포함하여 구성된다.

Description

전자력 구동 광 스위치{Electro-magnetically actuated optical switch}

본 발명은 광 통신망에 관한 것으로, 특히 전자력 구동 광 스위치에 관한 것이다.

최근의 정보 관련 기술은 다량의 정보를 송수신할 수 있는 고속 광섬유 통신 기술의 발전과 더불어 비약적으로 발전하고 있다.

특히, 동화상, 음성 신호 및 문자 신호 등 다양한 형태의 데이터를 포함한 멀티미디어 정보 전송의 고속화, 쌍방향 대화형(interactive) 통신 환경의 대두, 가입자 수의 폭발적 증가 등의 추세에 따라 기종의 구리 전송선을 사용한 통신망은 그 한계에 봉착하였으며, 높은 반송 주파수의 고속 전송이 가능한 광 신호 형태의 통신망이 그 대안으로 대두되고 있다.

전기적 신호를 송수신하는 기존의 통신망은 논리 회로(logic circuit), 증폭기, 스위치 등 집적회로 등으로 가입자 데이터 인터페이스를 저렴하게 구성할 수 있다.

반면에, 광을 정보 전달 신호로 사용하는 광 통신망의 경우 가입자와 중계기 혹은 통신 사업자를 연결해 주는 인터페이스가 전자 회로를 이용한 논리 집적회로가 아닌 광 스위치 및 포토 다이오드, 레이저 다이오드 등으로 구성된 광 커넥터 모듈로 구성되어야 한다.

현재 상품화 되어있는 광 통신망용 데이터 인터페이스는 전송선인 광섬유와 가입자를 연결시키기 위해 광섬유 커넥터, 광 스위치, 레이저 다이오드를 포함한 광 송신기 등으로 구성되어 있으며, 정밀 가공 및 각 부품의 조립에 의존한 제조방법 등으로 가격이 비싼 단점이 있다.

광 스위치의 주요한 적용 분야로서 고속 및 신뢰성이 특히 중요시되는 기간(backbone) 광 통신망 등의 용도로 제안된 ANSI X3T9.5 규격에 필요한 FDDI(fiber distributed data interface)의 경우, 단말기에서 수신이 끊어질 경우라도 기간망 내에서는 계속적으로 광 신호가 전송되어야 하므로, 가입자의 단말기에 입력 광 신호가 연결되지 않더라도 연결된 광 통신망이 단절되지 않도록 루프-백(loop-back) 기능을 수행할 수 있는 바이패스 스위치가 필요하게 된다.

이와 같이 광 데이터 인터페이스의 핵심 부품인 광 스위치의 경우, 입력측 또는 출력측 광섬유의 선단부를 기계적으로 움직여 광축을 정렬함으로써 스위칭 기능을 수행하도록 되어 있어 스위치의 크기를 소형화하기 어렵고, 소모 전력이 크며, 고가인 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 반도체 일관 제조 공정과 마이크로머시닝 기술을 사용하여 소형화, 경량화 및 저가화 할 수 있는 저전력 구동의 전자력 구동 광 스위치를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전자력 구동 광 스위치의 OADM(optical add/drop multiplexer) 모듈을 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 전자력 구동 광 스위치를 보여주는 사시도

도 3은 본 발명에 따른 전자력 구동 광 스위치를 보여주는 평면도

도 4는 도 3에 따른 전자력 구동 광 스위치의 A-B축 단면을 보여주는 단면도

도 5는 본 발명에 따른 전자력 구동 광 스위치의 동작을 보여주는 도면

도 6은 본 발명에 따른 전자력 구동 광 스위치의 입/출력 모드를 보여주는 도면

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 수직 마이크로 미러 2 : 지지부

3 : 자성체 4 : 스프링

5 : 광 섬유 정렬/조립 홈 10 : 기판

21 : 제 1 입력 광 섬유 22 : 제 2 입력 광 섬유

23 : 제 1 출력 광 섬유 24 : 제 2 출력 광 섬유

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 기판과, 상기 기판상에 형성하고, 광 신호의 입/출력을 위한 하나 이상의 입/출력 광 섬유와, 상기 기판에 대해 수직으로 집적되어 상기 하나 이상의 입력 광 섬유로 조사된 광을 상기 하나 이상의 출력 광 섬유로 절환하는 마이크로 미러와, 마이크로 미러를 구동시키는 전자력 구동부를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 마이크로 미러는 외팔보(cantilever) 또는 비틀림 보(torsion beam)인 탄성 구조물에 연결되어 상기 기판으로부터 띄워진(released) 지지부의 일부에 형성된다.

그리고, 상기 마이크로 미러는 광 섬유 정렬/조립 미세 구조물과 동일한 공정으로 형성하여, 이 광 섬유 정렬/조립 미세 구조물과 마이크로 미러는 자체 정렬된다.

또한, 상기 마이크로 미러를 어레이로 배열하여 mxn 광 매트릭스 스위치를 구성한다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전자력 구동 광 스위치의 OADM(optical add/drop multiplexer) 모듈을 보여주는 도면으로, 광 섬유 및 광 신호 수신 소자, 광 신호 발신 소자가 정렬된 광 커넥터에 반도체 일관 공정 및 마이크로머시닝 공정으로 제작되는 전자력 구동 마이크로 미러를 집적하여 2x2 광 스위치를 구현한 것으로, 제안된 2x2 광 스위치는 OADM 모듈에서 개별 DWDM 채널의 선택적인 애드/드롭 기능을 수행한다.

도 2는 본 발명에 따른 전자력 구동 광 스위치를 보여주는 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전자력 구동 광 스위치의 평면도, 도 4는 도 3에 따른 전자력구동 광 스위치의 A-B축 단면도이다.

도 2 내지 도4를 참조하면, 도 2는 입력 광 섬유(21, 22)로부터 들어오는 광 신호를 출력단(23, 24)으로 스위칭하는 전자력 구동 마이크로 미러를 사용한 2x2 광 스위치의 입체도면으로, 기판(10) 표면에 대해 수직인 측벽을 반사면으로 사용하는 마이크로 미러(1)의 위치에 의해 입력 광 섬유(21, 22)로부터 조사되는 입력 레이저 광의 경로를 두 개의 출력 광 섬유(23, 24)로 각각 절환시킨다.

수직 마이크로 미러(1)는 기판(10)으로부터 띄워져(released) 현가된(suspended) 지지부(2)에 연결되어 형성되며, 이 지지부(2)에 형성된 자성체(3)에 의해 기판에 수평 또는 수직인 방향으로 변위를 일으킨다.

본 발명에 의한 광 스위치의 성능은 입출력 광 섬유(21, 22, 23, 24)들과 수직 마이크로 미러(1)의 광축 정렬 정밀도에 크게 의존하므로, 보다 정밀한 광 섬유의 정렬/조립을 위하여 수직 마이크로 미러와 정렬되어 동일 기판(10)에 형성되는 광 섬유 정렬/조립 미세 구조물(5)을 제공한다.

그리고, 수직 마이크로 미러(1) 및 자성체(3)를 지지하는 지지부(2)의 아래쪽은 기판(10) 전체가 관통되어 있는 구조이거나, 희생층(sacrificial layer) 두께 만큼 기판 표면으로부터 유격이 존재하는 구조이다.

도 5는 본 발명에 따른 전자력 광 스위치의 동작을 보여주는 도면이다.

도 5를 참조하면, 자성체(3)에 자장이 인가되지 않은 상태(a)에서는 수직 마이크로 미러(1)의 반사면이 시준된(collimated) 광 섬유에서 출사되는 레이저 빔의 광로(optical path)에 위치하여 특정한 출력 광 섬유로 반사된다.

반면에 자성체(3)에 소정의 자장이 인가되어(b) 자성체(3)와 지지부(2)에 변위가 생기면, 수직 마이크로 미러(1)의 위치가 광로에서 벗어나게 되어 입력 광 섬유에서 출사되는 레이저 빔이 다른 출력 광 섬유로 절환된다.

도 6은 본 발명에 따른 전자력 구동 광 스위치의 입출력 모드를 보여주는 도면이다.

도 6의 a는 자성체(3)에 자장을 인가하지 않은 경우, 수직 마이크로 미러(1)가 각각의 입력 광 섬유(21, 22)로부터 출사되는 레이저 빔의 광로에 위치하여 제 1 입력 광 섬유(21)에서 출사된 레이저 빔은, 제 2 출력 광 섬유(24)의 코어 부분으로 반사되는 반사 모드이다.

한편, 도 6의 b는 자장이 자성체(3)에 인가되어 수직 마이크로 미러에 레이저 광로를 벗어난 위치로 변위가 발생한 경우를 보여주는 것으로, 이 경우의 입출력 모드는 각각의 입력 광 섬유에서 출사되는 레이저 빔이 직진하여 상대편에 정렬된 각각의 출력 광 섬유로 연결되는 모드를 보여준다.

즉, 제 1 입력 광 섬유(21)에서 출사되는 레이저 빔은, 제 1 출력 광 섬유(23)의 코어 부분에 정렬되어 입사되며, 제 2 입력 광 섬유(22)에서 출사되는 레이저 빔은, 제 2 출력 광 섬유(24)의 코어에 정렬되어 입사되는 모드로 동작한다.

본 발명에 의한 광 스위치는 상기의 두 가지 광 입출력 모드를 제공함으로써 광 스위치의 기본 구성 요소인 2x2 절환 기능을 제공한다.

특히, 본 발명에 의한 2x2 광 스위치는 보다 확장된 입출력 광 섬유 절환 시스템을 구현하기 위한 기본 구성 요소로서 사용되는데, 상기 2x2 광 스위치가 확장된 예로서 임의의 m 개의 입력단과, n 개의 출력단을 선별적으로 연결해 주는 mxn 개의 배열로 배치 또는 집적하여 구성하고, m 개의 입력 광 섬유와 n 개의 출력 광 섬유를 수직 마이크로 미러와 자체 정렬된 미세 구조물에 정렬/조립하면 mxn 광 매트릭스 스위치가 구성된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 전자력 구동 수직 마이크로 미러를 사용하여 광 통신용 송수신 모듈 인터페이스 주요 부품인 광 스위치를 구현하는 것으로 마이크로머시닝 기술 및 반도체 일관 공정 등을 통하여 소형의 경량화 된 인터페이스 부품을 구현할 수 있고, 부품 단가를 절감 할 수 있다.

또한, 동작 중 구동 전력을 현저히 낮출 수 있고, FDDI용의 바이패스 기능을 갖는 2x2 광 스위치를 광 섬유 등과 일체화하여 구현할 수 있다.

그리고, 광 스위치를 확장하여 mxn 광 매트릭스 스위치를 일체화된 형태로 구현할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (5)

1. 기판과;

   상기 기판상에 형성하고, 광 신호의 입/출력을 위한 하나 이상의 입/출력 광 섬유와;

   상기 기판에 대해 수직으로 집적되어 상기 하나 이상의 입력 광 섬유로 조사된 광을 상기 하나 이상의 출력 광 섬유로 절환하는 마이크로 미러와;

   상기 마이크로 미러를 구동시키는 전자력 구동부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자력 구동 광 스위치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 마이크로 미러는 외팔보(cantilever) 또는 비틀림 보(torsion beam)인 탄성 구조물에 연결되어 상기 기판으로부터 띄워진(released) 지지부의 일부에 형성되는 것을 특징으로 하는 전자력 구동 광 스위치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 마이크로 미러는 광 섬유 정렬/조립 미세 구조물과 동일한 공정으로 형성하여, 이 광 섬유 정력/조립 미세 구조물과 마이크로 미러는 자체 정렬되는 것을 특징으로 하는 전자력 구동 광 스위치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 마이크로 미러를 어레이로 배열하여 mxn(m〉1, n〉1, 정수)광 매트릭스 스위치를 구성하는 것을 특징으로 하는 전자력 구동 광 스위치.