KR100587327B1

KR100587327B1 - 가변 광 감쇠기

Info

Publication number: KR100587327B1
Application number: KR1020030071035A
Authority: KR
Inventors: 이영주; 지창현
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-10-13
Filing date: 2003-10-13
Publication date: 2006-06-08
Also published as: CN1607409A; KR20050035611A; CN1308716C; JP2005122112A; TWI240808B; TW200513700A; EP1524537A1; US20050078932A1

Abstract

마이크로 미러를 갖는 가변 광 감쇠기에 관한 것으로, 적어도 하나의 입력 광섬유와 적어도 하나의 출력 광섬유가 일체화되어 있는 광섬유부와, 광섬유부로부터 일정 간격을 두고 마주보도록 배열되고 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 출력 광섬유로 반사시키며 수직 또는 회전 구동에 의해 출사광을 감쇠시키는 적어도 하나의 마이크로 미러를 갖는 미러부와, 광섬유부와 미러부 사이에 위치하고 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 마이크로 미러로 집속시키는 렌즈를 포함하여 구성된다.

마이크로 미러, 광섬유, 렌즈, 코일, 자성체

Description

가변 광 감쇠기{Variable optical attenuator}

도 1은 본 발명에 따른 가변 광 감쇠기의 구동 원리를 보여주는 도면

도 2는 마이크로 미러가 수직 운동하는 본 발명에 따른 가변 광 감쇠기의 구동 원리를 보여주는 도면

도 3a 및 도 3b는 마이크로 미러가 회전 운동하는 본 발명에 따른 가변 광 감쇠기의 구동 원리를 보여주는 도면

도 4 내지 도 7는 본 발명 제 1 내지 제 4 실시예에 따른 가변 광 감쇠기의 패키지를 보여주는 도면

도 8a은 본 발명에 따른 가변 광 감쇠기의 미러부를 보여주는 사시도

도 8b는 도 8a의 Ⅰ-Ⅰ선상에 따른 단면도

도 8c는 도 8a의 Ⅱ-Ⅱ 선상에 따른 단면도

도 9a은 도 8a의 미러부가 구동되는 것을 보여주는 사시도

도 9b은 도 9a의 Ⅰ-Ⅰ선상에 따른 단면도

도 10는 전자력 구동 마이크로 미러를 구동하기 위한 코일이 미러부에 집적된 것을 보여주는 도면

도 11a는 도 10의 코일의 전류 흐름을 보여주는 도면

도 11b는 도 11a의 Ⅲ-Ⅲ 선상에 따른 단면도

도 12a은 본 발명에 따른 가변 광 감쇠기의 다른 미러부를 보여주는 사시도

도 12b는 도 12a의 평면도

도 12c는 도 12b의 Ⅳ-Ⅳ 선상에 따른 단면도

도 13 및 도 14는 가변 광 감쇠기의 패키지에 장착되는 자성 코일을 보여주는 도면

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 광섬유부 2 : 미러부

3 : 렌즈

11 : 입력 광섬유 12 : 출력 광섬유

13 : 출사광 14 : 마이크로 미러

15 : 입력 광 경로 16 : 출력 광 경로

17 : 입력광 18 : 출력광

19 : 수직 운동 20 : 회전 운동

21 : 회전축

31 : 튜브 32 : 광섬유 고정대

33 : 캡 34 : 미러 지지대

35 : 창 36 : 렌즈 고정대

51,61 : 기판 52,62 : 마이크로 미러

53,63 : 스프링 54 : 자성체

55,65 : 반사면 56,60 : 관통공

57,64 : 코일 58,67 : 제 1 전극 패드

59,68 : 제 2 전극 패드 66 : 연결부

본 발명은 광 통신망(optical communication network)에서 사용되는 광 스위치 소자에 관한 것으로, 특히 마이크로 미러를 갖는 가변 광 감쇠기에 관한 것이다.

최근 급증하는 다양한 형태의 정보를 효과적으로 전송하기 위하여 파장 분할 다중화 광통신 시스템(wavelength division multiplexed optical communication system)이 활발히 개발 및 보급되어 왔다.

이러한 광통신시스템에서는 파장이 각기 다른 여러 개의 광원에 각각 다른 정보를 저장한 후, 이를 다중화하여 하나의 광섬유를 통하여 전송한다.

그리고, 수신단에서는 이 다중화된 신호를 역다중화하여 분리한 후 각 파장별로 광신호를 수신한다.

한편, 광신호를 장거리 전송하기 위해서는 광신호가 감소되는 것을 감안하여 전송 중간중간에 광 증폭기(optical amplifier)를 사용하는 것이 필수적이다.

이때, 광 증폭기의 이득과 역다중화기의 특성이 파장에 따라 다르기 때문에 각 파장별 광 출력이 서로 다르게 된다.

만일 이러한 상태로 다중화된 후, 전송된다면 파장별 광 출력의 불균일성이 더욱 심화되어 신호의 특성이 저하되어 궁극적으로 전송이 불가능해진다.

그러므로, 각 파장별 광신호의 세기를 균일하게 하게 위해서는 가변 광 감쇠기가 필요하다.

일반적으로 광 감쇠기는 광신호가 가장 작은 파장을 기준으로 하여 다른 파장의 신호를 감소시키는 역할을 한다.

종래 기술의 광 감쇠기는, 예를 들면 모터를 이용하여 기계적으로 광섬유를 움직이는 소자, 미세전자기계 시스템(microelectromechanical system : MEMS) 액츄에이터(actuatuor)를 이용한 소자, 광섬유의 일부를 갈아낸 후 그 표면에 특수 물질을 코팅한 소자, 그리고 실리카(silica)기판 위에 열광학 효과(thermooptic effect)를 이용한 마하젠더 간섭계형 광 변조기(Mach-Zehnder interferometric modulator) 소자 등이 알려져 있다.

그러나, 기계적인 광 감쇠기와 광섬유를 갈아서 만든 광 감쇠기 등은 크기가 크고 다른 광 소자와의 집적이 불가능한 문제점이 있다.

그리고 MEMS 소자와 실리카 소자를 이용한 광 감쇠기는 구동 전압 및 전력이 많이 드는 문제점이 각각 있다.

본 발명은 이러한 문제들을 해결하기 위한 것으로, 소형 및 경량화가 가능한 가변 광 감쇠기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 제작이 간단하고 용이하여 가격이 저렴하고 대량생산이 가능한 가변 광 감쇠기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 응답 속도가 빠르고 구동 전력이 작은 가변 광 감쇠기를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 가변 광 감쇠기는 적어도 하나의 입력 광섬유와 적어도 하나의 출력 광섬유가 일체화되어 있는 광섬유부와, 광섬유부로부터 일정 간격을 두고 마주보도록 배열되고 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 출력 광섬유로 반사시키며 수직 또는 회전 구동에 의해 출사광을 감쇠시키는 적어도 하나의 마이크로 미러를 갖는 미러부와, 광섬유부와 미러부 사이에 위치하고 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 마이크로 미러로 집속시키는 렌즈를 포함하여 구성된다.

여기서, 광섬유부의 입력 광섬유와 출력 광섬유는 서로 나란히 붙어 있거나 또는 일정 간격만큼 떨어져 있으며, 광섬유부는 입/출력 광섬유와, 입/출력 광섬유를 둘러싸는 튜브(tube)와, 입/출력 광섬유를 고정하기 위해 입/출력 광섬유와 튜브 사이에 부착되는 광섬유 고정대로 구성될 수 있다.

그리고, 미러부는 적어도 하나의 관통공(via hole)을 갖는 기판과, 관통공 영역에 형성되는 마이크로 미러와, 마이크로 미러 위에 형성되는 반사면과, 반사면 양측의 마이크로 미러 위에 형성되는 자성체와, 마이크로 미러의 일측면과 기판을 연결하는 스프링과, 스프링을 포함한 마이크로 미러 주변의 기판 위에 형성되고 외부의 전기적 신호에 따라 마이크로 미러를 회전 구동시키는 코일을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 자성체와 스프링은 서로 수직한 방향으로 형성되고, 상기 코일은 제 1, 제 2 전극 패드와, 제 1 전극 패드에 연결되는 하부 도전선과, 제 2 전극 패드에 연결되는 상부 도전선과, 하부 도전선과 상부 도전선을 전기적으로 연결하는 코어와, 기판과 하부 도전선을 절연시키는 하부 절연층과, 상부 도전선과 하부 도전선을 절연시키는 상부 절연층을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 미러부는 적어도 하나의 관통공(via hole)을 갖는 기판과, 관통공 영역에 형성되는 마이크로 미러와, 마이크로 미러 위에 형성되는 반사면과, 마이크로 미러의 4측면과 상기 기판을 연결하는 스프링과, 반사면 주변의 상기 마이크로 미러 위에 형성되고 외부의 전기적 신호에 따라 마이크로 미러를 수직 구동시키는 코일을 포함하여 구성될 수도 있다.

본 발명에 따른 가변 광 감쇠기는 서로 나란히 붙어 있거나 또는 일정 간격만큼 떨어져 있는 적어도 하나의 입/출력 광섬유와, 입/출력 광섬유를 둘러싸는 튜브(tube)와, 입/출력 광섬유를 고정하기 위해 상기 입/출력 광섬유와 튜브 사이에 부착되는 광섬유 고정대와, 입/출력 광섬유로부터 일정 간격을 두고 마주보도록 배열되고 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 출력 광섬유로 반사시키며, 수직 또는 회전 구동에 의해 출사광을 감쇠시키는 적어도 하나의 마이크로 미러를 갖는 미러부와, 미러부를 지지하기 위해 상기 미러부의 하측에 부착되는 미러 지지대와, 입/출력 광섬유와 미러부 사이에 위치하고 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 마이크로 미러로 집속시키는 렌즈와, 렌즈를 고정하기 위해 미러부의 상측에 부착되는 렌즈 지지대를 포함하여 구성될 수도 있다.

여기서, 미러 지지대에 부착되어 상기 렌즈를 포함한 미러부의 상부에 형성 되고, 중심부에는 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 광을 투과시키는 창(window)이 부착되어 있는 캡(cap)을 더 포함하여 구성될 수도 있다.

그리고, 캡의 바깥면에는 외부 자장을 인가하기 위한 자성 코일이 부착될 수 있다.

본 발명에 따른 가변 광 감쇠기는 서로 나란히 붙어 있거나 또는 일정 간격만큼 떨어져 있는 적어도 하나의 입/출력 광섬유와, 입/출력 광섬유를 둘러싸는 튜브(tube)와, 입/출력 광섬유를 고정하기 위해 입/출력 광섬유와 튜브 사이에 부착되는 광섬유 고정대와, 입/출력 광섬유로부터 일정 간격을 두고 마주보도록 배열되고 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 출력 광섬유로 반사시키며, 수직 또는 회전 구동에 의해 출사광을 감쇠시키는 적어도 하나의 마이크로 미러를 갖는 미러부와, 미러부를 지지하기 위해 미러부의 하측에 부착되는 미러 지지대와, 입/출력 광섬유와 미러부 사이에 위치하고 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 마이크로 미러로 집속시키는 렌즈와, 미러부를 포함한 미러 지지대의 상부에 형성되고 렌즈를 고정시키는 캡을 포함하여 구성될 수도 있다.

여기서, 캡의 바깥면에는 외부 자장을 인가하기 위한 자성 코일이 부착될 수 있다.

본 발명에 따른 가변 광 감쇠기는 서로 나란히 붙어 있거나 또는 일정 간격만큼 떨어져 있는 적어도 하나의 입/출력 광섬유와, 입/출력 광섬유를 둘러싸는 튜브(tube)와, 입/출력 광섬유를 고정하기 위해 입/출력 광섬유와 튜브 사이에 부착되는 광섬유 고정대와, 입/출력 광섬유로부터 일정 간격을 두고 마주보도록 배열되 고, 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 상기 출력 광섬유로 반사시키며, 수직 또는 회전 구동에 의해 상기 출사광을 감쇠시키는 적어도 하나의 마이크로 미러를 갖는 미러부와, 미러부를 지지하기 위해 미러부의 하측에 부착되는 미러 지지대와, 입/출력 광섬유 앞쪽의 튜브 내에 배열되고 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 마이크로 미러로 집속시키는 렌즈와, 미러부를 포함한 미러 지지대의 상부에 형성되고 입력 광섬유로부터 출사되는 광을 투과시키는 창(window)이 부착되어 있는 캡(cap)을 포함하여 구성될 수도 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 개념은 일체화된 입/출력 광섬유와, 렌즈와, 실리콘 마이크로머시닝 및 반도체 일관 제조 공정을 통해 제작된 마이크로 미러를 집적하여 가변 광 감쇠기를 제작함으로써, 소형 및 경량화가 가능한 가변 광 감쇠기, 제작이 간단하고 용이하여 가격이 저렴하고 대량생산이 가능한 가변 광 감쇠기, 응답 속도가 빠르고 구동 전력이 작은 가변 광 감쇠기를 제공하는데 있다.

또한, 마이크로머시닝 기술로 제작되어 미세 구동하는 마이크로 미러는 응답 속도가 빠르고 구동 전력이 작아 가변 광 감쇠기의 성능을 향상시킨다.

그리고, 본 발명의 가변 광 감쇠기는 다양한 채널 수를 갖는 OADM(Optical Add/Drop Multiplexer)의 드롭 모듈(drop module)을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가변 광 감쇠기의 구동 원리를 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 크게 광섬유부(1)와, 미러부(2)와, 그들 사이에 정렬되는 렌즈(3)로 구성된다.

광섬유부(1)는 적어도 하나의 입력 광섬유(11)와 적어도 하나의 출력 광섬유(12)가 일체화되어 있다.

여기서, 광섬유부(1)의 입력 광섬유(11)와 출력 광섬유(12)는 서로 나란히 붙어 있거나 또는 일정 간격만큼 떨어져 있을 수 있다.

그리고, 미러부(2)는 적어도 하나의 마이크로 미러(14)를 가지며, 광섬유부(1)로부터 일정 간격을 두고 마주보도록 배열된다.

또한, 미러부(2)는 입력 광섬유(11)로부터 출사되는 출사광을 출력 광섬유(12)로 반사시키며, 수직 또는 회전 구동에 의해 출사광을 감쇠시킨다.

다음, 렌즈(3)는 광섬유부(1)와 미러부(2) 사이에 위치하고, 입력 광섬유(11)로부터 출사되는 출사광을 미러부(2)의 마이크로 미러(14)로 집속시킨다.

이와 같이, 구성되는 본 발명의 구동 원리는 다음과 같다.

먼저, 입력 광섬유(11)로부터 출사된 광은 입력 광 경로(15)와 출력 광 경로(16)를 따라 진행하게 된다.

따라서, 마이크로 미러(14)는 입력광(17) 전체를 출력 광섬유(12)에 전달하게 된다.

출력광(18)의 감쇠는 마이크로 미러(14)의 수직 운동(19) 또는 회전 운동(20)에 의해 출력 광 경로(16)가 초기 위치를 벗어나게 되면서 이루어진다.

도 2는 마이크로 미러가 수직 운동하는 본 발명에 따른 가변 광 감쇠기의 구동 원리를 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 마이크로 미러(14)가 수직 방향으로 수직 운동(19)되면, 초기상태의 제 1 출력 광 경로(18a)는 제 2 출력 광 경로(18b)로 바뀌게 된다.

따라서, 제 2 출력광(18b)은 광 경로의 변화정도에 비례하여 감쇠한다.

즉, 출력광(18)의 감쇠 정도는 출력 광 경로(18)가 초기 상태에서 벗어나는 정도에 비례하여 증가하게 된다.

도 3a 및 도 3b는 마이크로 미러가 회전 운동하는 본 발명에 따른 가변 광 감쇠기의 구동 원리를 보여주는 도면이다.

도 3a는 회전축(21)이 마이크로 미러의 끝단에 위치한 경우이고, 도 3b는 회전축(21)이 마이크로 미러의 중심부에 위치한 경우이다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 마이크로 미러(14)가 θz 방향으로 회전 운동(20)하면, 초기상태의 제 1 출력 광 경로(18a)는 제 2 출력 광 경로(18b)로 바뀌게 되고, 제 2 출력광(18b)은 광 경로의 변화정도에 비례하여 감쇠한다.

도 4 내지 도 7는 본 발명 제 1 내지 제 4 실시예에 따른 가변 광 감쇠기의 패키지를 보여주는 도면들이다.

제 1 실시예

본 발명 제 1 실시예는 도 4에 도시된 바와 같이 렌즈(3)가 캡(33)에 부착되 어 있는 경우이다.

입/출력 광섬유(11,12)는 튜브(tube)(31)에 의해 둘러싸여 있고, 입/출력 광섬유(11,12)를 고정하기 위해 입/출력 광섬유(11,12)와 튜브(31) 사이에는 광섬유 고정대(32)가 부착되어 있다.

여기서, 입력 광섬유(11)와 출력 광섬유(12)는 서로 나란히 붙어 있거나 또는 일정 간격만큼 떨어져 있을 수 있다.

그리고, 광섬유 고정대(32)는 브이-그루브(V-groove) 또는 페룰(ferrule) 등을 사용할 수 있으며, 광섬유 고정대(32)의 재질로는 유리, 실리콘, 지르코늄, 금속, 폴리머 등 다양한 재질을 사용할 수 있다.

또한, 마이크로 미러가 형성된 미러부(2)를 지지하기 위해 미러부(2)의 하측에는 미러 지지대(34)가 부착된다.

여기서, 미러부(2)와 미러 지지대(34)는 전기적 연결을 위해 와이어 본딩이 이루어진다.

그리고, 미러부(2)를 보호하기 위해 미러부(2)의 상부에는 캡(33)이 덮혀지고, 미러부(2)는 캡(33)에 의해 진공 실장(hermetic packaging)된다.

여기서, 캡(33)의 중심부에는 입력 광섬유(11)로부터 출사되는 광을 집속시키는 렌즈(3)가 부착되어 있다.

제 2 실시예

본 발명 제 2 실시예는 도 5에 도시된 바와 같이 렌즈(3)가 튜브(31)에 부착되어 있는 경우이다.

그리고, 입/출력 광섬유(11,12) 앞쪽의 튜브(31) 내에는 입력 광섬유(11)로부터 출사되는 광을 집속시키는 렌즈(3)가 부착되어 있다.

마이크로 미러가 형성된 미러부(2)를 지지하기 위해 미러부(2)의 하측에는 미러 지지대(34)가 부착된다.

여기서, 캡(33)의 중심부에는 입력 광섬유(11)로부터 출사되는 광을 투과시키는 창(window)(35)이 부착되어 있다.

제 3 실시예

본 발명 제 3 실시예는 도 6에 도시된 바와 같이 렌즈(3)가 미러부(2)의 렌즈 고정대(36)에 부착되어 있는 경우이다.

본 발명 제 3 실시예는 제 2 실시예로부터 렌즈(3)를 고정시키는 렌즈 고정대(36)가 추가된다.

렌즈 고정대(36)는 미러부(2)의 기판 가장자리 영역 위에 소정 높이로 형성되고, 입력 광섬유(11)로부터 출사되는 광을 집속하는 렌즈(3)를 고정시킨다.

이 때, 미러부(2)는 렌즈 고정대(36)에 의해 진공 실장(hermetic packaging)된다.

제 4 실시예

본 발명 제 4 실시예는 도 7에 도시된 바와 같이 렌즈(3)가 미러부(2)의 렌즈 고정대(36)에 부착되어 있는 경우이다.

본 발명 제 4 실시예는 제 3 실시예로부터 창(35)을 갖는 캡(33)이 제거되었다.

그러므로, 제 4 실시예의 렌즈(3)는 제 1 내지 제 3 실시예의 캡(33)에 형성되는 렌즈나 창의 역할을 동시에 수행한다.

이와 같이, 구성되는 본 발명 실시예들에서, 마이크로 미러의 반사면을 제외하고 입/출력 광섬유(11,12)의 끝부분, 렌즈(3), 창(35) 등에는 무반사 코팅을 하여 광효율을 높이고, 리턴 로스(return loss)를 감소시킬 수 있다.

또한, 입/출력 광섬유(11,12)의 끝부분은 수직이 아닌 일정 각도(약 8도)를 갖도록 가공하여 로턴 로스를 감소시킬 수 있다.

도 8a은 본 발명에 따른 가변 광 감쇠기의 미러부를 보여주는 사시도이고, 도 8b는 도 8a의 Ⅰ-Ⅰ선상에 따른 단면도이며, 도 8c는 도 8a의 Ⅱ-Ⅱ 선상에 따른 단면도이다.

도 8a은 전자력 구동 마이크로 미러의 일례로서, 도 3a에 도시한 회전 운동을 사용한 가변 광 감쇠기에 적용 가능하다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 기판(51)은 적어도 하나의 관통공(via hole)(56)을 갖는다.

여기서, 기판(51)은 제조 공정에 따라 기판(51)에 관통공(56)을 형성할 수도 있고, 기판(51)의 뒷면을 에칭하여 마이크로 미러면을 노출시킬 수도 있다.

그리고, 관통공 영역에는 마이크로 미러(52)가 형성되고, 마이크로 미러(52) 위에는 반사면(55)이 형성되며, 반사면(55) 양측의 마이크로 미러(52) 위에는 자성체(54)가 형성된다.

또한, 마이크로 미러(52)의 일측면은 스프링(53)에 의해 기판(51)과 연결된다.

여기서, 자성체(54)와 스프링(53)은 서로 수직한 방향으로 형성된다.

도 9a은 도 8a의 미러부가 구동되는 것을 보여주는 사시도이고, 도 9b은 도 9a의 Ⅰ-Ⅰ선상에 따른 단면도이다.

도 9a는 전자력 구동 마이크로 미러(52)가 +θy 방향으로 구동되는 형상을 나타낸 것으로, 마이크로 미러(52)의 구동을 위해서는 외부에서 기판(51)에 수직 방향의 자기장을 가해주게 된다.

기판(51)에 수직 방향인 -z 방향으로 자기장을 가할 경우, 마이크로 미러(52)에는 +θy 방향으로의 토오크가 가해지고, 마이크로 미러(52)는 이 구동 토오크와 스프링에 의한 복원력 토오크와 평형을 이루는 위치까지 회전하게 된다.

따라서, 마이크로 미러(52)에 가해지는 외부 자장의 크기를 조절함으로써, 마이크로 미러(52)의 각변위를 조절할 수 있다.

마이크로 미러(52)의 회전 방향은 +θy 또는 -θy의 양방향 구동이 가능하므로, 광학계의 구조에 따라 적절한 방향을 선택할 수 있다.

즉, 외부 자장을 +z 방향으로 가해줄 경우, 마이크로 미러(52)는 -θy 방향 으로 회전하게 되고, 외부 자장을 -z 방향으로 가할 경우, 마이크로 미러(52)는 +θy 방향으로 회전하게 된다.

도 8a과 도 9a에 도시한 전자력 구동 마이크로 미러는 회전축이 마이크로 미러(52)의 한쪽 끝에 위치한 구조이다.

그러므로, 도 8a과 도 9a에 도시한 전자력 구동 마이크로 미러는 도 3a에 도시한 마이크로 미러의 회전 운동을 사용한 가변 광 감쇠기에 적합하다.

또한, 도 8a과 도 9a에 도시한 전자력 구동 마이크로 미러는 스프링과 자성체의 상대적인 위치를 조절하여 도 3b에 도시한 회전축이 마이크로 미러의 중심부에 위치한 구조 또한 구현 가능하다.

도 10는 전자력 구동 마이크로 미러를 구동하기 위한 코일이 미러부에 집적된 것을 보여주는 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 코일(57)은 스프링(53)을 포함한 마이크로 미러(52) 주변의 기판(51) 위에 형성되고, 외부의 전기적 신호에 따라 마이크로 미러(52)를 회전 구동시킨다.

코일(57)은 마이크로 미러(52)와 동일한 기판(51) 위에 형성되고, 코일(57)의 양 끝단에는 제 1 전극 패드(58)와 제 2 전극 패드(59)가 형성된다.

제 1, 제 2 전극 패드(58,59) 사이에 전류를 인가할 경우, 전류의 방향에 따라 마이크로 미러(52)에는 ±z 방향의 자기장이 가해지게 된다.

그러므로, 마이크로 미러(52)는 +θy 또는 -θy 중 원하는 방향으로 회전시킬 수 있다.

도 11a는 도 10의 코일의 전류 흐름을 보여주는 도면이고, 도 11b는 도 11a의 Ⅲ-Ⅲ 선상에 따른 단면도이다.

도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 코일(57)은 제 1, 제 2 전극 패드(도시하지 않음)와, 제 1 연결부(57d)에 의해 제 1 전극 패드에 연결되는 하부 도전선(57a)과, 제 2 연결부(57e)에 의해 제 2 전극 패드에 연결되는 상부 도전선(57c)과, 하부 도전선(57a)과 상부 도전선(57c)을 전기적으로 연결하는 코어(57b)와, 기판(51)과 하부 도전선(57a)을 절연시키는 하부 절연층(57f)과, 상부 도전선(57c)과 하부 도전선(57a)을 절연시키는 상부 절연층(57g)으로 구성된다.

도 11a에 도시된 바와 같이, 전류가 코일에 흐르는 경우, 하부 도전선(57a)은 제 1 연결부(57d)를 통해 인가되는 전류(I)를 코일 중심부인 코어(57b)로 전달하게 된다.

하부 도전선(57a)을 통해 코어(57b)로 흘러 들어간 전류는 실질적인 코일의 역할을 하게 되는 상부 도전선(57c)을 통해 제 2 연결부(57e)로 다시 흘러 나오게 된다.

전류의 방향이 반대인 경우, 이와 반대의 경로를 통해 전류가 흐르게 된다.

도 12a은 본 발명에 따른 가변 광 감쇠기의 다른 미러부를 보여주는 사시도이고, 도 12b는 도 12a의 평면도이며, 도 12c는 도 12b의 Ⅳ-Ⅳ 선상에 따른 단면도이다.

도 12a 내지 도 12c는 전자력 구동 마이크로 미러의 다른 일례로서, 도 2에 도시한 수직 운동을 사용한 가변 광 감쇠기에 적용 가능하다.

도 12a 내지 도 12c에 도시된 바와 같이, 기판(61)은 적어도 하나의 관통공(via hole)(60)을 갖는다.

여기서, 기판(61)은 제조 공정에 따라 기판(61)에 관통공(60)을 형성할 수도 있고, 기판(61)의 뒷면을 에칭하여 마이크로 미러면을 노출시킬 수도 있다.

그리고, 관통공 영역에는 마이크로 미러(62)가 형성되고, 마이크로 미러(62) 위에는 반사면(65)이 형성되며, 마이크로 미러(62)의 네측면에는 스프링(63)에 의해 기판(61)과 연결된다.

또한, 코일(64)은 반사면(65) 주변의 마이크로 미러(62) 위에 형성되고, 외부의 전기적 신호에 따라 마이크로 미러(62)를 수직 구동시킨다.

이와 같이, 코일(64)이 형성된 마이크로 미러(62)는 기판(61)에 수직으로 가해지는 외부 자장과 코일에 흐르는 전류에 의한 자장의 상호 작용에 의해 +z 방향 또는 -z 방향으로 움직이게 된다.

여기서, 외부 자장이 +z 방향으로 가해지는 경우, 코일(64)에 +θz 방향의 전류가 흐르게 되면, 마이크로 미러(62)는 -z 방향으로 움직이게 된다.

그리고, 코일(64)에 -θz 방향으로 전류가 흐르면, 마이크로 미러(62)는 +z 방향으로 움직이게 된다.

제 1 전극 패드(67)과 제 2 전극 패드(68) 사이에 전류를 인가할 경우, 스프링(63) 상부에 형성된 제 1, 제 2 연결부(66a,66b)를 통해 코일(64)에 전류가 흐르게 된다.

도 13 및 도 14는 가변 광 감쇠기의 패키지에 장착되는 자성 코일을 보여주 는 도면이다.

도 13은 미러부(2)의 전자력 구동 마이크로 미러를 구동하기 위해서, 캡(33)의 바깥면에 외부 자장 인가를 위한 자성 코일(37)이 부착된 경우이다.

여기서, 자성 코일(37)의 위치는 미러부(2)에 수직 방향인 자장을 인가할 수 있는 임의의 위치로 선정할 수 있다.

또한, 자성 코일(37)은 도 4 내지 도 5와 같이 본 발명 제 1, 제 2, 제 3 실시예에 모두 적용 가능하다.

도 14는 미러부(2)에 인가되는 자장의 크기를 극대화하기 위하여 자성 코일(37)의 바깥면에 요크(yoke)(38)가 둘러싸여 있는 경우이다.

여기서, 요크(38)는 투자율(permeability)이 높은 물질로 제작된다.

또한, 요크(38)는 자성 코일(37)이 형성된 본 발명 제 1, 제 2, 제 3 실시예에 모두 적용 가능하다.

본 발명의 효과는 전자력 구동 마이크로 미러를 사용하여 광 통신용 송수신 모듈 인터페이스 주요 부품인 광 감쇠기를 구현하는 것이다.

즉, 마이크로머시닝 기술 및 반도체 일관 공정 등을 통하여 소형의 경량화 된 인터페이스 부품을 구현할 수 있고, 부품 단가를 절감할 수 있다.

또한, 동작 중 구동 전력을 현저히 낮출 수 있고, 입/출력 광섬유가 일체화되어 있어 조립시의 정렬 공정을 단순화 할 수 있다.

그리고, 본 발명의 광 스위치를 확장하여 n채널 OADM(Optical Add/Drop Multiplexer)의 드롭 모듈(drop module)로 구현할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 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

적어도 하나의 입력 광섬유와 적어도 하나의 출력 광섬유가 일체화되어 있는 광섬유부;

상기 광섬유부로부터 일정 간격을 두고 마주보도록 배열되고, 적어도 하나의 관통공(via hole)을 갖는 기판;

상기 기판의 일부분에 연결되어 상기 기판의 관통공 영역에 위치하고, 외부의 자기장에 의해 수직 또는 회전 구동하며, 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 상기 출력 광섬유로 반사시키고, 상기 수직 또는 회전 구동에 의해 상기 출사광을 감쇠시키는 적어도 하나의 마이크로 미러; 그리고,

상기 광섬유부와 상기 기판 사이에 위치하고, 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 상기 마이크로 미러로 집속시키는 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 1 항에 있어서, 상기 광섬유부의 입력 광섬유와 출력 광섬유는 서로 나란히 붙어 있거나 또는 일정 간격만큼 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 1 항에 있어서, 상기 광섬유부는

입/출력 광섬유;

상기 입/출력 광섬유를 둘러싸는 튜브(tube);

상기 입/출력 광섬유를 고정하기 위해 상기 입/출력 광섬유와 튜브 사이에 부착되는 광섬유 고정대를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 3 항에 있어서, 상기 입/출력 광섬유 앞쪽의 튜브 내에는 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 광을 집속시키는 상기 렌즈가 부착되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 3 항에 있어서, 상기 광섬유 고정대는 브이-그루브(V-groove) 또는 페룰(ferrule)인 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 3 항에 있어서, 상기 광섬유 고정대는 유리, 실리콘, 지르코늄, 금속, 폴리머 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 1 항에 있어서, 상기 기판을 지지하기 위해 상기 기판의 하측에 부착되는 지지대를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 미러를 보호하기 위해 상기 마이크로 미러의 상부에 형성되는 캡을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 8 항에 있어서, 상기 캡의 중심부에는 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 광을 집속시키는 상기 렌즈가 부착되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 8 항에 있어서, 상기 캡의 중심부에는 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 광을 투과시키는 창(window)이 부착되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 8 항에 있어서, 상기 캡의 바깥면에는 외부 자장을 상기 마이크로 미러에 인가하기 위한 자성 코일이 부착되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 11 항에 있어서, 상기 자성 코일의 바깥면에는 상기 자성 코일의 자장을 높이기 위한 요크(yoke)로 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 미러는

상기 마이크로 미러 위에 형성되는 반사면;

상기 반사면 양측의 상기 마이크로 미러 위에 형성되는 자성체;

상기 마이크로 미러의 일측면과 상기 기판을 연결하는 스프링; 그리고,

상기 스프링을 포함한 상기 마이크로 미러 주변의 기판 위에 형성되고, 외부의 전기적 신호에 따라 상기 마이크로 미러를 회전 구동시키는 코일을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 13 항에 있어서, 상기 자성체와 스프링은 서로 수직한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 13 항에 있어서, 상기 코일은

제 1, 제 2 전극 패드;

상기 제 1 전극 패드에 연결되는 하부 도전선;

상기 제 2 전극 패드에 연결되는 상부 도전선;

상기 하부 도전선과 상부 도전선을 전기적으로 연결하는 코어;

상기 기판과 하부 도전선을 절연시키는 하부 절연층;

상기 상부 도전선과 하부 도전선을 절연시키는 상부 절연층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 13 항에 있어서, 상기 기판 가장자리 영역 위에 소정 높이로 형성되고, 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 광을 집속하는 렌즈를 고정시키는 렌즈 고정대를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 미러는

상기 마이크로 미러 위에 형성되는 반사면;

상기 마이크로 미러의 4측면과 상기 기판을 연결하는 스프링; 그리고,

상기 반사면 주변의 상기 마이크로 미러 위에 형성되고, 외부의 전기적 신호에 따라 상기 마이크로 미러를 수직 구동시키는 코일을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 17 항에 있어서, 상기 코일은

제 1, 제 2 전극 패드;

상기 제 1 전극 패드에 연결되는 하부 도전선;

상기 제 2 전극 패드에 연결되는 상부 도전선;

상기 하부 도전선과 상부 도전선을 전기적으로 연결하는 코어;

상기 기판과 하부 도전선을 절연시키는 하부 절연층;

상기 상부 도전선과 하부 도전선을 절연시키는 상부 절연층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 17 항에 있어서, 상기 기판 가장자리 영역 위에 소정 높이로 형성되고, 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 광을 집속하는 렌즈를 고정시키는 렌즈 고정대를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
서로 나란히 붙어 있거나 또는 일정 간격만큼 떨어져 있는 적어도 하나의 입/출력 광섬유;

상기 입/출력 광섬유를 둘러싸는 튜브(tube);

상기 입/출력 광섬유를 고정하기 위해 상기 입/출력 광섬유와 튜브 사이에 부착되는 광섬유 고정대;

상기 입/출력 광섬유로부터 일정 간격을 두고 마주보도록 배열되고, 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 상기 출력 광섬유로 반사시키며, 수직 또는 회전 구동에 의해 상기 출사광을 감쇠시키는 적어도 하나의 마이크로 미러를 갖는 미러부;

상기 미러부를 지지하기 위해 상기 미러부의 하측에 부착되는 미러 지지대;

상기 입/출력 광섬유와 상기 미러부 사이에 위치하고, 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 상기 마이크로 미러로 집속시키는 렌즈; 그리고,

상기 렌즈를 고정하기 위해 상기 미러부의 상측에 부착되는 렌즈 지지대를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 20 항에 있어서, 상기 미러 지지대에 부착되어 상기 렌즈를 포함한 미러부의 상부에 형성되고, 중심부에는 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 광을 투과시키는 창(window)이 부착되어 있는 캡(cap)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 21 항에 있어서, 상기 캡의 바깥면에는 외부 자장을 상기 미러부의 마이 크로 미러에 인가하기 위한 자성 코일이 부착되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 20 항에 있어서, 상기 미러부는

적어도 하나의 관통공(via hole)을 갖는 기판;

상기 관통공 영역에 형성되는 마이크로 미러;

상기 마이크로 미러 위에 형성되는 반사면;

상기 마이크로 미러의 일측면 또는 네측면과 상기 기판을 연결하는 스프링; 그리고,

상기 스프링을 포함한 상기 마이크로 미러 주변의 기판 위에 형성되고, 외부의 전기적 신호에 따라 상기 마이크로 미러를 회전 또는 수직 구동시키는 코일을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 23 항에 있어서, 상기 스프링이 상기 마이크로 미러의 일측면에만 연결되는 경우, 상기 반사면 양측의 상기 마이크로 미러 위에는 자성체가 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
서로 나란히 붙어 있거나 또는 일정 간격만큼 떨어져 있는 적어도 하나의 입/출력 광섬유;

상기 입/출력 광섬유를 둘러싸는 튜브(tube);

상기 입/출력 광섬유를 고정하기 위해 상기 입/출력 광섬유와 튜브 사이에 부착되는 광섬유 고정대;

상기 입/출력 광섬유로부터 일정 간격을 두고 마주보도록 배열되고, 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 상기 출력 광섬유로 반사시키며, 수직 또는 회전 구동에 의해 상기 출사광을 감쇠시키는 적어도 하나의 마이크로 미러를 갖는 미러부;

상기 미러부를 지지하기 위해 상기 미러부의 하측에 부착되는 미러 지지대;

상기 입/출력 광섬유와 상기 미러부 사이에 위치하고, 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 상기 마이크로 미러로 집속시키는 렌즈; 그리고,

상기 미러부를 포함한 미러 지지대의 상부에 형성되고, 상기 렌즈를 고정시키는 캡을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 25 항에 있어서, 상기 캡의 바깥면에는 외부 자장을 상기 미러부의 마이크로 미러로 인가하기 위한 자성 코일이 부착되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 25 항에 있어서, 상기 미러부는

적어도 하나의 관통공(via hole)을 갖는 기판;

상기 관통공 영역에 형성되는 마이크로 미러;

상기 마이크로 미러 위에 형성되는 반사면;

상기 마이크로 미러의 일측면 또는 네측면과 상기 기판을 연결하는 스프링; 그리고,

상기 스프링을 포함한 상기 마이크로 미러 주변의 기판 위에 형성되고, 외부의 전기적 신호에 따라 상기 마이크로 미러를 회전 또는 수직 구동시키는 코일을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 27 항에 있어서, 상기 스프링이 상기 마이크로 미러의 일측면에만 연결되는 경우, 상기 반사면 양측의 상기 마이크로 미러 위에는 자성체가 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
서로 나란히 붙어 있거나 또는 일정 간격만큼 떨어져 있는 적어도 하나의 입/출력 광섬유;

상기 입/출력 광섬유를 둘러싸는 튜브(tube);

상기 입/출력 광섬유를 고정하기 위해 상기 입/출력 광섬유와 튜브 사이에 부착되는 광섬유 고정대;

상기 입/출력 광섬유로부터 일정 간격을 두고 마주보도록 배열되고, 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 상기 출력 광섬유로 반사시키며, 수직 또는 회전 구동에 의해 상기 출사광을 감쇠시키는 적어도 하나의 마이크로 미러를 갖는 미러부;

상기 미러부를 지지하기 위해 상기 미러부의 하측에 부착되는 미러 지지대;

상기 입/출력 광섬유 앞쪽의 튜브 내에 배열되고, 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 출사광을 상기 마이크로 미러로 집속시키는 렌즈; 그리고,

상기 미러부를 포함한 미러 지지대의 상부에 형성되고, 상기 입력 광섬유로부터 출사되는 광을 투과시키는 창(window)이 부착되어 있는 캡(cap)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 29 항에 있어서, 상기 캡의 바깥면에는 외부 자장을 상기 미러부의 마이크로 미러부로 인가하기 위한 자성 코일이 부착되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 29 항에 있어서, 상기 미러부는

적어도 하나의 관통공(via hole)을 갖는 기판;

상기 관통공 영역에 형성되는 마이크로 미러;

상기 마이크로 미러 위에 형성되는 반사면; 그리고,

상기 마이크로 미러의 일측면 또는 네측면과 상기 기판을 연결하는 스프링; 그리고,

상기 스프링을 포함한 상기 마이크로 미러 주변의 기판 위에 형성되고, 외부의 전기적 신호에 따라 상기 마이크로 미러를 회전 또는 수직 구동시키는 코일을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.
제 31 항에 있어서, 상기 스프링이 상기 마이크로 미러의 일측면에만 연결되는 경우, 상기 반사면 양측의 상기 마이크로 미러 위에는 자성체가 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.