KR100576846B1

KR100576846B1 - Ｍｅｍｓ 가변 광감쇄기

Info

Publication number: KR100576846B1
Application number: KR1020030021704A
Authority: KR
Inventors: 이정현; 정성천; 홍윤식; 이현기
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2006-05-10
Also published as: JP3798772B2; CN1536422A; US20040196522A1; JP2004310003A; KR20040087675A; CN1288493C; US6816295B2

Abstract

본 발명은 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 가변 광감쇄기에 관한 것이다.

본 발명은, 기판과, 상기 기판 상에 상호 광축이 서로 일치되도록 정렬된 수신단 및 송신단과, 상기 기판 상에 배치된 마이크로 전자 액츄에이터와, 상기 액츄에이터에 의해 상기 두 송수신단 사이의 일정 위치로 이동가능한 광차단막을 구비하고, 상기 광차단막은 그 표면에 반사도 90%이상인 물질로 형성된 제1 도포층과, 상기 제1 도포층 상에 반사도 80%이하로 일부의 빛이 투과가능하며 그 투과되는 빛이 그 내부에서 점차 소멸될 수 있는 물질로 형성된 제2 도포층을 포함한 MEMS 가변 광감쇄기를 제공한다.

본 발명의 MEMS 가변 광감쇄기에 따르면, 제2 도포층을 통해 반사작용에 따른 산란광 발생을 억제할 뿐만 아니라, 제2 도포층을 투과하는 빛이 수신단으로 향하는 것을 차단시킴으로써 파장의존손실 및 편광의존손실이 개선된, 우수한 차단효과를 얻을 수 있다.

MEMS(Micro Electro Mechanical System), 가변 광감쇄기(variable optical attenuator), 광차단막(beam shutter)

Description

ＭＥＭＳ 가변 광감쇄기{MEMS VARIABLE OPTICAL ATTENUATOR}

도1은 통상의 MEMS 가변 광감쇄기의 개략 사시도이다.

도2a 및 2b는 각각 종래의 MEMS 가변 광감쇄기의 평판형 광차단막을 이용하여 광의 일부를 차단하는 상태를 나타낸다.

도3은 본 발명의 일실시형태에 따른 MEMS 가변 광감쇄기의 광차단막을 이용하여 광의 일부를 차단하는 상태를 나타낸다.

도4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 MEMS 가변 광감쇄기의 광차단막을 이용하여 광의 일부를 차단하는 상태를 나타낸다.

도5은 본 발명에 따른 MEMS 가변 광감쇄기의 개략사시도이다.

도6a 및 6b는 각각 종래의 MEMS 가변 광감쇄기와 본 발명의 가변 광감쇄기의 파장의존손실 및 편광의존손실을 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

11: 기판 12a,12b: 구동전극

14: 접지전극 15: 스프링부

16: 빗살형 이동질량부 17: 광차단막

19: 산화물층 20: 광도파용 송신단

30: 광도파용 수신단

본 발명은 마이크로 전자기계적 시스템(Micro Electro Mechanical System: MEMS)형 광감쇄기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 송수신 광도파로 사이에서 광신호의 광량을 조절하기 위한 미세 광차단막(beam shutter)을 개선한 MEMS 광감쇄기에 관한 것이다.

광통신용 광 감쇄기는 한 쌍의 송신단과 수신단을 구비하고, 그 송신단으로부터 광신호에 소정의 광손실을 발생시켜 감쇄된 광출력을 출사하는 광부품을 말한다.

일반적으로, 광통신에서 광수신출력수준은 그 시스템의 구성에 따라 다양하게 사용된다. 예를 들어, 광수신출력수준은 전송거리의 장단에 의한 광섬유의 전송손실의 차이, 광섬유 접속부의 수와 전송로에 사용되는 광분기 결합 등의 광부품 수 및 성능에 의해 결정된다. 따라서, 광수신부의 광량수신이 허용수준이상으로 과다한 경우에는 광 감쇄기가 요구된다. 이 외에도, 광감쇄기는 통신기기나 광측정기기에 대한 평가, 조정 및 교정에서도 다양하게 적용될 수 있다.

광감쇄기는 일정한 감쇄량을 주는 고정 광감쇄기(fixed optical attenuator)와, 감쇄량을 필요에 따라 변화시킬 수 있는 가변 광감쇄기(variable optical attenuator: VOA)로 분류될 수 있다. 광감쇄기는 보다 저렴한 비용으로 신뢰성이 우수하고 소형화된 크기로 제조될 것이 요구되고 있다.

이러한 요구를 만족시키기 위해, 최근에는 박막 기술을 이용한 MEMS(Micro Electro Mechanical System)구조로 개발되고 있다. MEMS 가변 광감쇄기의 경우에는, 박막기술을 적용하여 실리콘 등의 기판 상에 미세 구조의 엑츄에이터를 형성하는 방식으로 구성된다. 통상 그 엑츄에이터의 구동방식은 열팽창 또는 정전방식을 이용하며, 그 구동에 따라 광차단막의 변위가 제공되어, 송신단(또는 출사단이라고도 함)으로부터 수신단(또는 입사단이라고도 함)으로 향하는 광량을 조절하게 된다.

도1은 종래의 정전 엑츄에이터를 이용한 가변 광감쇄기를 나타내는 사시도이다. 도1의 MEMS 가변 광감쇄기는, 송신단(20)과 수신단(30)을 구비한 기판(11)과, 구동전극(12a,12b), 접지전극(14), 스프링(15) 및 이동질량부(16)로 구성된 정전 액츄에이터와, 상기 엑츄에이터의 이동질량부(16)에 연결된 광차단막(17)을 포함한다.

상기 구동전극(12a,12b)과 접지전극(14)은 산화물층("앵커(anchor)"라고도 함: 19)에 의해 기판(11) 상에 지지되며, 상기 이동질량부(16)는 상기 스프링(15)을 통해 상기 접지전극(14)에 연결되어 기판(11) 상에 부유하는 빗살구조를 갖는다. 또한, 상기 구동전극(12a,12b)으로부터 연장된 부분(13a,13b)도 상기 콤구조인 이동질량부(16)와 서로 맞물린 빗살(interdigitated comb)구조로 이루어진다.

도1의 구조에서 구동전극(12a,12b)과 접지전극(14) 사이에 전위차가 형성되도록 구동신호를 인가하면, 이동질량부(16)와 구동전극 연장부(13a,13b) 사이의 빗살구조에서 정전력이 형성되고, 그 정전력에 의해 이동가능한 이동질량부(16)가 구동전극 연장부(13a,13b)로 이동하게 된다. 이와 같은 이동질량부(16)의 이동에 따라, 광차단막(17)이 송신광섬유단(20)와 수신광섬유단(30) 사이로 이동되어 수신광섬유단(30)로 입사되는 빛을 부분적으로 차단시킬 수 있다.

이러한 MEMS 가변 광감쇄기는 사용파장범위에 따라 감쇄량이 변하지 않아야 할 뿐만 아니라, 조절된 광량이 시간의 변화나 파장, 편광 변화 및 진동 등의 외란에 의해 발생되는 변동이 최소화될 것이 요구된다.

하지만, 종래의 가변 광쇄기는 파장의존손실(wavelength dependent loss: WDL)과 편광의존손실(polarization dependent loss:PDL)이 크다는 문제가 있다.

도2a 및 도2b는 종래의 가변 광감쇄기의 평판형 광차단막에 의한 광감쇄효과를 설명하기 위한 개략도이다.

도2a를 참조하면, 송신단(20)으로부터 수신단(30)으로 입사되는 빛이 부분적으로 평판형 광차단막(27)에 의해 차단되는 형태가 도시되어 있다. 여기에 도시된 광차단막(27)은 통상의 엑츄에이터 구조물과 동일한 실리콘으로 이루어진다.

상기 광차단막(27)에 의해 상당한 양의 빛(R)은 반사되어 수신단(30)으로의 입사가 차단되지만, 광차단막(27)이 높은 광투과율을 갖는 실리콘이므로, 상당한 양(T)은 수신단(30)으로 입사된다. 또한, 일부의 빛(S1)은 산란되어 수신단(30)으로 입사되거나, 또 다른 일부의 산란광(S2)은 역반사되어 송신단(20)으로 재입사될 수 있다. 이와 같이, 실리콘 재질의 평판형 광차단막(27)의 낮은 차단효과를 해결하기 위해서, 도2b와 같이, Au, Ni, Cu, Al, Pt와 같이 반사도가 높은 금속(약 90%이상인 금속)이 도포된 광차단막이 사용되기도 한다.

도2b는 반사형 금속인 Au가 도포된 광차단막(37)을 이용한 예를 도시한다. 표면에 Au 도포층(38)을 갖는 광차단막(37)은 대부분의 빛(R)을 반사시켜 도2a와 같이 수신단(30)으로 입사되는 빛을 거의 발생시키지 않는다.

하지만, Au 도포층(38)을 구비한 광차단막(37)도 반사에 의한 산란광(S1,S2)을 발생시킨다. 그 산란된 빛의 일부(S1)는 수신단(30)으로 입사되기도 하고, 그 다른 일부는 송신단(20)으로 재반사될 수 있다. 예를 들어, Au도포층을 갖는 광차단막을 이용하여, 송신단에서 수신단으로 입사되는 광량의 50%를 차단하려고 할 때에, 반사되는 차단되는 광량(R)은 약 49%이고, 산란되는 광량(S1+S2)은 1%정도 발생할 수 있다.

하지만, 이러한 산란광은 비록 그 비율이 작더라도, 그 산란광에 의한 역반사(back reflection)광량이 증가할 뿐만 아니라, 파장 및 편광의 변화에 따라 민감하게 변하므로, 수신단으로 입사될 경우에는 가변 광감쇄기의 파장의존손실(WDL) 및 편광의존손실(PDL)이 증가하는 문제를 야기 할 수 있다.

이와 같이, 종래의 MEMS 가변 광감쇄기는 그 광차단막의 불완전한 차단효과에 의해 역반사광량이 증가하고, 파장의존손실(WDL) 및 편광의존손실(PDL)이 증가하므로, 감쇄기로서의 신뢰성에 문제가 된다.

따라서, 당 기술분야에서는 송신단으로 향하는 역반사광량 및 산란광을 최소화하는 동시에, 광차단막을 통과하여 수신단으로 입사되는 광량 및 산란광을 방지할 수 있는 새로운 광차단막을 갖는 MEMS 가변 광감쇄기가 요구되어 왔다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 광차단막의 반사작용에 의한 역산란광 발생을 억제할 뿐만 아니라, 광차단막을 통과하여 수신단으로 향하는 광량 및 산란광을 차단함으로써, 파장의존손실 및 편광의존손실을 개선한 MEMS 가변 광감쇄기를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시형태에서는,

평탄한 상면을 갖는 기판과, 상기 기판 상면에 배치된 마이크로 전자 액츄에이터와, 상기 기판 상에 서로 광축이 일치되도록 정렬된 광도파용 수신단과 송신단 과, 상기 액츄에이터에 의해 송수신단 사이의 일정 위치로 이동가능한 광차단막을 포함하며,

상기 광차단막은, 그 표면에 반사도가 90%이상인 물질로 형성된 제1 도포층과, 상기 제1 도포층에 반사도가 80%이하로 빛의 일부를 투과시키면서 그 투과된 빛에 대해 재질의 두께에 따른 광소멸비를 갖는 물질로 형성된 제2 도포층을 갖는 MEMS 가변 광감쇄기를 제공한다.

바람직하게는, 상기 제1 도포층은, Au, Ni, Cu, Al 및 Pt로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 한 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 제2 도포층은 Ti, TiO₂,Cr, CrO₂, W, Te 및 Be로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 한 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제2 도포층은, Ti,Cr, W, Te 및 Be로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 한 물질로 이루어진 제1층과, 상기 제1 층 상에 형성되며, TiO₂ 또는 CrO₂로 이루어진 제2층으로 구성된 복층구조를 가질 수도 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 광차단막은 상기 송신단과 수신단의 광축에 경사지도록 배치된 평판구조일 수도 있으며, 바람직하게는, 상기 광도파용 수신단의 광축에 수직인 면을 가지며, 상기 광도파용 송신단의 광축에 90°보다 작은 각으로 경사진 면을 갖는 구조로 형성될 수도 있다. 이러한 광차단막은 반쐐기형상일 수 있다.

본 발명의 구체적인 실시형태에서, 상기 액츄에이터는, 상기 기판 상에 고정된 접지전극과 상기 기판 상에 고정되며 빗살형의 연장부를 구비한 구동전극을 포함한 전극부와, 상기 기판 상에 배치되며 그 일단이 상기 접지전극에 연결된 스프링과, 상기 기판 상에 배치되어 상기 구동전극의 상기 스프링의 타단에 연결되며, 상기 구동전극의 빗살형 연장부와 맞물린 빗살구조를 갖는 이동질량부를 포함하도록 구성될 수 있다.

상기 실시형태에서, 상기 제1 도포층을 Au, Ni, Cu, Al 및 Pt로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 한 물질로 형성할 경우에, 동일한 공정에서 상기 전극부의 전극물질도 그와 동일한 금속으로 도포시켜 원하는 전기적 전도성을 얻을 수 있다. 이와 달리, 제2 도포층을 Ti,Cr, W, Te 및 Be로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 한 물질로 형성될 경우에는, 동일한 공정에서, 상기 전극부의 전극물질을 그와 동일한 금속으로 도포할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 가변 광감쇄기의 주요 특징은, 광차단막의 표면 상에 반사도가 90%이상인 물질로 형성된 제1 도포층과, 상기 제1 도포층 상에 반사도가 80%이하로 빛의 일부를 투과시키면서 그 투과된 빛에 대해 재질의 두께에 따른 광소멸비를 갖는 물질로 형성된 제2 도포층을 갖는 광차단막을 구비한다는데 있다.

상기 가변 광감쇄기를 이용하여 광의 일부를 차단하는 경우에는, 광차단막의 제2 도포층에서 1차적으로 반사작용에 따른 산란광을 최소화하면서 투과되는 광의 일부를 소실시키는 한편, 상기 제2 도포층을 통과하여 수신단으로 향할 수 있는 광량 및 산란광을 높은 반사도를 갖는 제1 도포층에서 차단시킴으로써, 반사손실, 파장의존손실 및 편광의존손실을 개선한 가변 광감쇄기를 제공할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도3은 2중 도포층을 갖는 평판형 광차단막을 구비한 가변 광감쇄기의 작동을 설명하기 위한 개략도이다.

도3을 참조하면, 송신단(20)으로부터 수신단(30)으로 입사되는 광량이 부분적으로 평판형 광차단막(47)에 의해 차단되는 상태가 도시되어 있다. 상기 평판형 광차단막(47)은 그 표면 상에 반사도가 90%이상인 물질로 형성된 제1 도포층(48)과, 상기 제1 도포층 상에 반사도가 80%이하로 빛의 일부를 투과시키면서 그 투과된 빛에 대해 재질의 두께에 따른 광소멸비를 갖는 물질로 형성된 제2 도포층(49)을 구비한다.

상기 광차단막(47)의 제1 도포층(48)은, Au, Ni, Cu, Al 및 Pt로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 한 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 제2 도포층(49)은 Ti, TiO₂,Cr, CrO₂, W, Te 및 Be로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 한 물질로 이루어질 수 있다.

본 실시형태에서는, 제1 도포층(48)은 Au(반사도:약 98%)로 형성되며, 제2 도포층(49)은, 티타늄(Ti)으로 형성된다. 제2 도포층을 구성하는 Ti물질은 반사도가 약 60% 이며, 전체광량의 약 40%는 투과시키는 광특성을 나타낸다. 즉, 광차단막의 본체를 구성하는 실리콘(Si)보다는 작은 투과율을 갖는다. 하지만, 제2 도포층을 구성하는 Ti물질은 실리콘과 달리 투과되는 빛을 소멸시키는 특성을 갖는다.

따라서, 도3에 도시된 바와 같이, 광도파용 송신단(20)으로부터 광도파용 수신단(30)으로 입사되는 광량의 일부를 광차단막(47)으로 차단할 때, 그 차단된 빛의 많은 부분(R)은 반사되며, 상기 광차단막(47)의 제2 도포층(49)을 투과하는 빛은 제2 도포층(49) 내부에서 부분적으로 소멸될 수 있다. 하지만, 그 소멸비는 제2 도포층(49)의 두께에 의해 결정되며, 투과되는 빛을 완전히 소멸시키기 위해서는 제2 도포층(49)을 증가시켜야 하나, 투과되는 광량을 완전히 소멸시키기 위한 큰 두께로 구현하는 것은 곤란하다.

그러므로, 본 발명에서는 제2 도포층(49)과 광차단막(47) 사이에 제1 도포층(48)을 마련하여, 제2 도포층(49)을 투과한 광량을 Au로 구성된 제1 도포층의 높은 반사율에 의해 수신단(30)으로 향하지 않도록 차단할 수 있다.

이와 같이, Ti로 이루어진 제2 도포층(49)은 종래의 Au와 같은 표면층에 비해 반사도가 높지 않으므로, 송신단으로 향하는 산란광을 감소시키는 역할을 하며, Au로 이루어진 제1 도포층(48)은 제2 도포층을 투과한 광량 및 산란광이 광차단막 을 통과하여 수신단으로 향하지 않도록 차단하는 역할을 한다. 결국, 본 발명에 따른 가변 광감쇄기에서는, 산란광에 의해 야기되는 파장의존손실(WDL) 및 편광의존손실(PDL)을 크게 감소시킬 수 있다.

예를 들어, 송신단(20)으로부터 발생되는 전체 광량이 100%이고, 이 중에서 50%의 광량을 차단하고자 광차단막(47)을 송수신단(20,30) 사이의 소정의 위치로 이동시키면, 상기 광차단막(47)에 반사되어 차단되는 빛은 전체 광량의 약 30%로, 나머지 광량은 제2도포층(49)을 투과하는 과정에서 일부(예를 들면, 20% 중 약 15%) 소멸된다. 소멸되지 않은 광량(약 5%)은 제1 도포층(48)에 의해 반사되어 광차단막(47)을 통해 수신단(30)으로 향하지 않고, 다시 제2 도포층 내부로 입사되어 완전히 소멸될 수 있다.

즉, 종래의 Au로 구성된 단일 도포층을 갖는 광차단막과 비교하면, Au는 전체 광량 중 차단된 50% 광량 중 약 49%를 반사하지만, Ti로 구성된 제2 도포층(49)에서는 약 20%만을 반사하므로, 반사작용에 의한 산란광도 종래의 Au 도포 광차단막보다 1/3수준으로 감소시킬 수 있으며, 제2 도포층(49)을 투과하는 빛은 진행중에 일부 소멸하거나, Au로 구성된 제1 도포층(48)에 도달되어 제2 도포층(49) 내부 로 재반사되어 완전히 소멸되므로, 광차단막을 통해 수신단으로 향하지 않을 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 상기 실시형태에서는, 제2 도포층으로 역반사 산란광 및 반사광을 감소시켜 반사손실을 개선할 뿐만 아니라, 제1 도포층으로 수신 단으로 향하는 입사산란광을 최소화할 수 있으므로, 산란광에 의한 파장의존손실(WDL) 또는 편광의존손실(PDL)을 상당히 개선시킬 수 있다.

이러한 광차단막의 차단특성을 개선하기 위한 제1 도포층의 물질은, 제2 도포층을 투과하는 과정에서 손실되지 않은 광량 및 산란광이 광차단막을 통해 수신단으로 향하는 것을 차단하기 위해 약 90%이상의 높은 반사도를 갖는 물질을 선택하는 것이 적합하다. 이러한 물질은, Au, Ni, Cu, Al 및 Pt로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 한 물질일 수 있다.

또한, 제2 도포층의 물질로는, Ti뿐만 아니라, Cr, W, Te 및, Be과 같은 금속물질을 사용할 수도 있다. 이러한 금속과 같은 전도성물질 외에도, TiO₂, CrO₂도 본 발명에서 요구하는 광투과특성을 가지면서, 투과되는 빛을 소멸시키는 특성을 나타낸다. 특히, Ti, Cr, W, Te 및, Be과 같은 금속물질을 사용하는 경우에는, 그 금속층을 제1층으로 하고, 그 제1층 위에 TiO₂, CrO₂와 같은 금속산화물을 제2층으로 형성할 수도 있다.

하기 표1을 참조하여, 본 발명에 따른 도포물질 즉, 광차단막의 표면층물질의 바람직한 예를 상세히 설명한다. 하기 표1를 참조하면, Ti, Cr, W, Te는 반사도가 약 80%이하로 그 나머지 빛은 투과시키면서, 그 재질의 두께에 따른 소멸비를 갖는 것을 알 수 있다. 즉, 표1의 금속물질은 반사도를 낮추고, 투과된 빛을 그 물질 내에서 소멸시킴으로써 산란광에 의한 영향을 최소한 우수한 광차단특성을 나타낼 수 있다. 하기 표1의 각 물리량은 광통신용 빛의 파장인 1.5㎛에 해당하는 값이다.

물질	실수부굴절율	허수부 굴절율	반사도	소멸비(dB/㎚)
Ti	4.04	3.82	0.596	0.139
Cr	4.13	5.03	0.680	0.183
W	2.36	4.61	0.710	0.168
Te	7.23	0.48	0.574	0.017

또한, 상기 금속물질뿐만 아니라, 그 표면이 자연산화된 경우나, 상기 물질의 산화막도 상기 금속물질과 유사한 광특성을 가지므로, 본 발명에 따른 광차단막 표면층 물질로 사용가능하다. 따라서, TiO₂, CrO₂와 같은 산화막은 단독으로 또는 금속층과 함께 제2 도포층을 구성할 수 있다.

본 발명은 광차단막의 구조를 변경시킴으로써 광차단막을 투과할 수 있는 광량 또는 산란광을 굴절시켜 수신단으로 향하지 않는 방식과 결합되어 구현될 수도 있다. 이와 같은 광차단막의 일예가 도4에 도시되어 있다.

도4는 본 발명에 따른 2중 도포막을 갖는 반쐐기형 광차단막을 구비한 가변 광감쇄기의 작동을 설명하기 위한 개략도이다. 본 실시형태에서는, 본 발명에 따른 2중 도포층을 구비하는 동시에, 광차단막(57)의 구조를 변경시킨 형태이다.

도4에 도시된 바와 같이, 광차단막(57)은 수신단(30)의 광축(X1)과는 수직인 면을 가지며, 송신단(20)의 광축(X2)과는 경사진 면을 갖는다. 상기 경사진 면의 각도는 광차단막(57)을 투과하는 빛이 굴절되어 수신광섬유단의 코어를 향하지 않는 범위에서 90°보다 작은 임의의 각도로 정할 수 있다. 이러한 광차단막(57)의 구조는 반쐐기형일 수 있다. 도4에 도시된 반쐐기형 광차단막(57)은 투과되는 빛이 수신단(30)의 코어로 진입되지 않도록 굴절시켜 입사경로를 변경시키는 작용을 한다.

이와 같은 구조를 갖는 광차단막을 이용하면, 도3에 도시된 실시형태와 유사하게, 송신단(20)으로부터 수신단(30)으로 입사되는 광량의 일부를 차단할 때에, 광차단막(57)에 의해 차단된 빛의 많은 부분(R)은 반사되어 수신단(20)으로 향하지 않는다. 또한, 산란광을 포함한 광차단막(57)의 Ti 도포층(59)을 투과한 빛은 투과하는 과정에서 일부는 소멸하고, 다른 일부는 Au 도포층(58)에 의해 반사되어, 수신단(30)을 향하는 빛은 거의 발생되지 않는다.

나아가, 수신단으로 향할 수 있는 소량의 빛 또는 산란광이 발생하더라도, 앞서 설명한 반쐐기형 광차단막(57)의 구조에 의해 굴절되어 수신단(30)으로 향하 지 않을 수 있다. 즉, 광차단막(57)에 진입하는 빛은 경사진 면과 이루는 입사각과 동일한 각으로 1차 굴절되고, 다시 수신단(30)의 광축과 경사진 광차단막(67)의 반대면을 통해 다시 굴절되어, 그 진행방향이 수신단(30)의 코어를 벗어나게 된다.

본 실시형태에서, 광차단막(57)의 반쐐기형 구조와 제1 도포층(58)은 다른 메카니즘을 이용하여 원하지 않는 광량 및 산란광을 수신단(30)으로 향하는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 광차단막(57)의 반쐐기형 구조인 경우에는, 수신단(30)의 코어로 향하지 않도록 투과된 광량 및 산란광을 굴절시키는 역할을 하며, 제1 도포층(58)인 경우에는, 높은 반사율로 차단하는 역할을 한다. 이와 같이, 본 실시형태에서는, 광차단막을 투과하여 수신단으로 향하는 입사광 및 산란광을 효과적으로 방지할 수 있으며, 제2 도포층(59)에 의해 반사에 의한 산란광(S)도 크게 감소시킬 수 있다.

따라서, 산란광에 의해 야기되는 파장의존손실(WDL) 및 편광의존손실(PDL)을 크게 감소시킬 수 있으며, 결국, 가변 광감쇄기의 신뢰성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

도5은 본 발명에 따른, 광차단막을 구비한 MEMS 가변광감쇄기의 개략사시도이다.

상기 MEMS 가변 광감쇄기는, 송신단(20)과 수신단(30)을 구비한 기판(71)과, 구동전극(72a,72b), 접지전극(74), 스프링(75) 및 이동질량부(76)로 구성된 정전 액츄에이터와, 상기 엑츄에이터의 이동질량부(76)에 연결된 광차단막(77)을 포함한다. 상기 구동전극(72a,72b)과 접지전극(74)은 산화물층(79)에 의해 상기 기판(71) 상에 지지되며, 상기 이동질량부(76)는 상기 스프링(75)을 통해 상기 접지전극(74)에 연결되어 기판(71) 상에 떠 있는 상태로 된다. 상기 스프링(75)은 다른 엑츄에이터와 동일한 물질로 이루어진 탄성구조물로서 도5에는 굴곡된 형상으로 도시되어 있으나, 실제로는 이러한 형상에 제한되지는 않는다. 또한, 상기 구동전극(72a,72b)으로부터 연장된 부분(73a,73b)과 이동질량부(76)는 도시된 바와 가이 서로 맞물린 빗살구조로 이루어질 수 있다.

상기 MEMS 가변 광감쇄기의 광차단막(77)은 광송신섬유단을 향해 경사면을 갖는 반쐐기형상의 구조를 갖는 구조이다. 추가적으로 광차단막의 표면에 도4에 도시된 형태와 같이, Au와 같은 물질로 제1 도포층과 그 제1 도포층 위에 Ti와 같은 물질로 제2 도포층이 형성된다.

이와 같이, 제1 도포층을 형성하기 위해 Au와 같은 금속물질을 도포하거나, 제2 도포층을 형성하기 위해 Ti와 같은 금속으로 제2 도포층을 형성한 경우에는, 구동전극(72a,72b)과 접지전극(74)을 포함한 전극부의 전극물질로 그와 동일한 금속을 도포시킬 수 있다.

본 발명에 따른 MEMS 가변 광감쇄기의 광차단막은, 파장과 편광에 민감한 산란광의 영향을 최소화시키므로써, 파장의존손실과 편광의존손실을 크게 개선할 수 있다. 이와 같은 결과는 도6a와 도6b의 그래프로 도시되어 있다.

도6a 및 6b는 종래의 Au가 도포된 평판형 광차단막과 본 발명에 따른 이중 도포층을 갖는 반쐐기형 광차단막의 파장의존손실을 감쇄량 0dB, 10dB, 20dB에 대해 측정한 그래프이다. 여기서, 본 발명에 따른 광차단막에 형성된 이중 도포층은 그 광차단막 표면에 Au로 형성된 제1 도포층과 상기 제1 도포층 상에 Ti로 형성된 제2 도포층으로 형성하였다. 상기 그래프에서 세로축은 변동량을 나타내며, 박스는 각 실험의 변동량에 대한 분포상태를 나타낸다.

도6a와 같이, 감쇄량 0dB에 대한 파장의존손실의 경우, 본 발명에 따른 이중 도포층을 구비한 반쐐기형 광차단막에서는 거의 발생하지 않으나, Au가 도포된 평판형 광차단막인 경우에는, 약 0.1∼0.3dB까지의 변동량을 나타내었다. 이는 통상의 가변 광감쇄기의 액츄에이터를 구성하는 구조물도 광차단막의 Au 금속과 동일한 공정으로 도포되므로, 그 도포된 Au층으로 인해 발생되는 외란에 의한 것이다.

또한, 감쇄량 10dB에 대한 파장의존손실의 경우에는, Au가 도포된 평판형 광차단막을 이용할 때는 약 0.2∼0.4dB로 나타났으며, 본 발명에 따른 광차단막의 경우에는, 0.05∼0.1dB정도로 낮은 분포를 나타내었다. 감쇄량 20dB에 대한 파장의존손실의 경우에는 두 광차단막 간의 변동량 차이가 더욱 커져서, Au가 도포된 평판형 광차단막에서는 약 0.4∼1dB로 나타났으며, 본 발명에 따른 광차단막의 경우에는, 약 0.3∼0.36dB정도로 나타났다.

한편, 편광의존손실에서도 본 발명에 따른 가변광감쇄기에서 우수한 특성을 나타내었다. 도6b을 참조하면, 감쇄량 0dB의 경우에는, 본 발명에 따른 광차단막과 Au가 도포된 평판형 광차단막의 모든 경우에서 거의 변동량이 발생하지 않으나, 감쇄량 10dB에 대한 편광의존손실의 경우에는, Au가 도포된 평판형 광차단막에서는 약 0.3∼1dB로 나타났으나, 이에 반해 본 발명에 따른 광차단막에서는, 약 0.2∼0.24dB정도로 나타났으며, 감쇄량 20dB에 대한 편광의존손실의 경우에는, Au가 도포된 평판형 광차단막에서는 약 0.7∼1.6dB로 나타났으나, 본 발명에 따른 광차단막에서는, 약 0.2∼0.24dB정도로 매우 낮게 나타났다.

이와 같이, 본 발명에 따른 광차단막을 구비한 가변 광감쇄기는, 반사로 인한 산란광을 발생을 억제함으로써 파장 및 편광에 따라 변화하는 광량변동을 최소화할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 광차단막에 90%이상이 높은 반사도를 갖는 제1 도포층과, 비교적 낮은 반사도와 소정의 투과율을 가지면서 투과중인 빛을 소멸시킬 수 있는 제2 도포층을 구비함으로써, 상기 제2 도포층을 이용하여 상기 제1 도포층에 의한 반사작용에 따른 산란광을 감소시키는 동시에, 제2 도포층을 투과한 광량 및 입사산란광이 광차단막을 통해 수신단으로 향하지 않도록 제1 도포층을 통해 차단시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 가변 광감쇄기에서는, 파장의존손실 및 편광의존손실을 획기적으로 개선시킬 수 있다.

Claims

평탄한 상면을 갖는 기판;

상기 기판 상면에 배치된 마이크로 전자 액츄에이터;,

상기 기판 상에 서로 광축이 일치되도록 정렬된 광도파용 수신단과 송신단; 및,

상기 액츄에이터에 의해 송수신단 사이의 일정 위치로 이동가능한 광차단막을 포함하고,

상기 광차단막은, 그 표면 상에 형성되며 반사도가 90%이상인 물질로 이루어진 제1 도포층과, 상기 제1 도포층 상에 형성되며 반사도가 80%이하로 빛의 일부를 투과시키면서 그 투과된 빛에 대해 재질의 두께에 따른 광소멸비를 갖는 물질로 이루어진 제2 도포층을 갖는 것을 특징으로 하는 MEMS 가변 광감쇄기.
제1항에 있어서,

상기 제1 도포층은, Au, Ni, Cu, Al 및 Pt로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 MEMS 가변 광감쇄기.
제1항에 있어서,

상기 제2 도포층은 Ti, TiO₂,Cr, CrO₂, W, Te 및 Be로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 MEMS 가변 광감쇄기.
제1항에 있어서, 상기 제2 도포층은,

Ti,Cr, W, Te 및 Be로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 한 물질로 이루어진 제1층 및,

상기 제1 층 상에 형성되며, TiO₂ 또는 CrO₂로 이루어진 제2층을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 가변 광감쇄기.
제1항에 있어서,

상기 광차단막은 상기 송신단과 수신단의 광축에 경사지도록 배치된 평판구조인 것을 특징으로 하는 MEMS 가변 광감쇄기.
제1항에 있어서,

상기 광차단막은 상기 광도파용 수신단의 광축에 수직인 면을 가지며, 상기 광도파용 송신단의 광축에 90°보다 작은 각으로 경사진 면을 갖는 것을 특징으로 하는 MEMS 가변 광감쇄기.
제6항에 있어서,

상기 광차단막은 반쐐기형상인 것을 특징으로 하는 MEMS 가변 광감쇄기.
제1항에 있어서,

상기 액츄에이터는,

상기 기판 상에 고정된 접지전극과 구동전극을 구비한 전극부;

상기 기판 상에 배치되며, 그 일단이 상기 접지전극에 연결된 스프링; 및,

상기 기판 상에 배치되어 상기 구동전극의 상기 스프링의 타단에 연결되며, 상기 구동전극를 향해 이동가능한 구조를 갖는 이동질량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 가변 광감쇄기.
제8항에 있어서,

상기 제1 도포층은 Au, Ni, Cu, Al 및 Pt로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 한 물질로 형성되고,

상기 전극부의 전극물질은 상기 제1 도포층을 구성하는 금속과 동일한 금속으로 도포되는 것을 특징으로 하는 MEMS 가변 광감쇄기.
제8항에 있어서,

상기 제2 도포층은 Ti,Cr, W, Te 및 Be로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 한 물질로 형성되고,

상기 전극부의 전극물질은 상기 제2 도포층을 구성하는 금속과 동일한 금속 으로 도포되는 것을 특징으로 하는 MEMS 가변 광감쇄기.