KR100703936B1

KR100703936B1 - 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치 구조

Info

Publication number: KR100703936B1
Application number: KR1020040027739A
Authority: KR
Inventors: 권호남; 이종현; 김선주
Original assignee: 광주과학기술원; (주)세협테크닉스
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2007-04-05
Also published as: KR20050102391A

Abstract

본 발명은 파장분할다중화기에서 입출력 광신호를 차단하거나 변화되도록 마이크로미러를 구동시켜 동작되는 멤스형 광스위치에서 상기 마이크로미러의 두께에 따른 광신호의 옵셋오차가 발생되지 않고 전극연결등의 소자 패키징이 용이한 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치 구조에 관한 것이다.

본 발명에 의한 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치 구조는 마이크로미러를 구동시키는 엑추에이터를 포함하는 멤스형 광스위치 구조에 있어서, 제1고정 마이크로미러는 제1광도파로 쌍의 입력 광도파로(10)에 대하여 출사각이 45도가 되도록 고정되며, 제2고정 마이크로미러는 상기 제1고정 마이크로미러와 대칭되어 고정되고, 제3고정 마이크로미러는 상기 제1고정 마이크로미러와 제2고정 마이크로미러와 각각 평형되도록 절곡되어 고정되며, 상기 제1유동 마이크로미러는 상기 제1고정 마이크로미러와 대칭되고, 상기 제2유동 마이크로미러는 상기 제1유동 마이크로미러와 대칭되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

멤스, 광스위치, 마이크로미러, 엑추에이터, 광도파로

Description

더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치 구조{MEMs TYPE OPTICAL SWITCH WITH W-TYPE MICROMIRROR}

도1은 본 발명의 일실시예에 의한 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치의 개략적인 구조도,

도2는 본 발명의 일실시예에 의한 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치에서 마이크로미러가 동작된 후의 개략적인 구조도,

도3a 및 3b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치의 개략적인 구조도,

도4a 및 4b는 종래의 일반적인 멤스형 광스위치의 개략적인 구조도,

도5는 종래의 일반적인 멤스형 광스위치에서 광축오차를 설명하기 위한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 입력 광도파로(제1광도파로 쌍) 20: 출력 광도파로(제1광도파로 쌍)

15: 입력 광도파로(제2광도파로 쌍) 25: 출력 광도파로(제2광도파로 쌍)

31: 제1고정 마이크로미러 32: 제2고정 마이크로미러

33: 제3고정 마이크로미러 35: 경사면

41: 제1유동 마이크로미러 42: 제2유동 마이크로미러

50: 액추에이터

본 발명은 멤스형 광스위치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파장분할다중화기에서 입출력 광신호를 차단하거나 변화되도록 마이크로미러를 구동시켜 동작되는 멤스형 광스위치에서 상기 마이크로미러의 두께에 따른 광신호의 옵셋오차가 발생되지 않고 전극연결등의 소자 패키징이 용이한 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치 구조에 관한 것이다.

파장분할다중(Wavelength Division Multiplex) 방식은 광도파로를 이용하는 통신에서 상이한 파장의 빛을 이용하여 복수의 채널을 동시에 전송하는 방식이다. 이 때 통상적으로 사용되는 단일모드 광도파로에서는 감쇠가 적은 1.3um와 1.55um 2종류의 광파장 영역을 이용한다. 이러한 파장분할다중방식의 구현을 위한 장치를 파장분할다중화기(Wavelength Division Multiplexer)라고 하며, 일종의 광 커플러(optical coupler)로써 기능한다.

이 때 상기 파장분할다중방식화기로써 광가감기(optical add/drop multiplexer)가 사용되는 경우는 거울 등의 광학소자를 기계적으로 구동해서 빛이 이동하는 광로를 차단하거나 변화시키는 멤스(MEMS; Micro Electro Mechanical System; 초소형 기전 시스템으로 기판 상에 설치되는 구조물을 움직이게 만드는 공정기술 또는 그러한 공정기술로 만들어진 소자)형 광스위치가 많이 사용된다.

상기 멤스형 광스위치는 미국특허 제6,315,462호 올리버 안테마텐(Olivier Anthamatten) 외 1인의 특허등에 개시되어 있으며, 특히 삽입 손실, 누화, 편광 및 파장의존손실 등이 낮다는 장점으로 인하여 많은 연구가 이루어지고 있다.

상기 멤스형 광스위치는 기본적으로 1 x 2 구성과 2 x 2 등의 단위채널 및 다채널 광스위치로 구분되며, 상기 광스위치의 구성에 있어서 도체물질을 도파관 형태로 제작하여 빛의 전송통로로써 사용하는 것이 광도파로이다.

광스위치의 주요한 방식은 거울을 이동시켜 빛의 방향을 바꾸어 주는 것으로 상기 도4a 및 도4b에 도시된 바와 같이, 평면상에 X형태로 한 쌍씩 서로 마주보는 광도파로(12) 4개와 45도의 반사면을 가지는 한 개의 마이크로미러(40: micromirror)와, 상기 마이크로미러(40)를 구동시키는 엑추에이터(50)로 구성된다. 이 때 편의상 빛의 경로는 하나만 나타내었으며, 다른 하나의 빛은 표시된 빛의 경로와 같은 원리로 진행 및 반사한다. 한편 마이크로미러(40)가 도3b와 같이 빛의 경로에서 빠져 나오면 빛은 마이크로미러(40)를 만나지 않으므로 빛이 나온 광도파로의 맞은 편 광도파로로 들어간다. 즉, 마이크로미러(40)를 빛의 경로에 진입시키거나 제거시켜 빛의 방향을 변환시켜준다.

그러나, 상기와 같은 멤스형 광스위치는 도5에 도시된 바와 같이 광도파로(12)에서 나온 빛은 마이크로미러(40)에서 반사되는데 상기 마이크로미러(40)의 두께의 일정비율(d) 만큼 광축에서 이탈되는 옵셋오차가 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 마이크로미러에 반사되어 출력광도파로의 광축에서 이탈되는 옵셋오차를 제거하고, 어레이(array) 또는 행렬화(matrix)가 용이하고 소자 패키징이 용이한 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치 구조를 제공하는 것이다.

본 발명은 입력 및 출력 광도파로가 한 쌍을 이루며 상기 쌍을 이루는 복수개의 광도파로 쌍과, 상기 입력 및 출력 광도파로 사이의 광경로 상에 광신호의 경로를 변환시키기 위한 마이크로미러와, 상기 마이크로미러를 구동시키는 엑추에이터를 포함하는 멤스형 광스위치 구조에 있어서, 일측에 제1광도파로 쌍(10, 20)과 제2광도파로 쌍(15, 25)이 나란하게 구성되고, 타측에 상기 제1광도파로 쌍의 입력 광도파로(10)에서 출사된 광신호가 상기 제2광도파로 쌍의 출력 광도파로(25)에 입사되도록 고정설치되는 제1고정 마이크로미러(31) 및 제2고정 마이크로미러(32)와, 상기 제2광도파로 쌍의 입력 광도파로(15)에서 출사된 광신호가 상기 제1광도파로 쌍의 출력 광도파로(20)에 입사되도록 고정설치되는 제3고정 마이크로미러(33)와, 상기 제1광도파로 쌍의 입력 광도파로(10)에서 입력된 광신호가 상기 제1광도파로 쌍의 출력 광도파로(20)에 입사되도록 유동되는 제1유동 마이크로미러(41)와, 상기 제2광도파로 쌍의 입력 광도파로(15)에서 출사된 광신호가 상기 제2광도파로 쌍의 출력 광도파로(25)에 입사되도록 유동되는 제2유동 마이크로미러(42)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는 상기 제1고정 마이크로미러는 상기 제1광도파로 쌍의 입 력 광도파로(10)에 대하여 출사각이 45도가 되도록 고정되며, 상기 제2고정 마이크로미러는 상기 제1고정 마이크로미러와 대칭되어 고정되고, 상기 제3고정 마이크로미러는 상기 제1고정 마이크로미러와 제2고정 마이크로미러와 각각 평형되도록 절곡되어 고정되며, 상기 제1유동 마이크로미러는 상기 제1고정 마이크로미러와 대칭되고, 상기 제2유동 마이크로미러는 상기 제1유동 마이크로미러와 대칭되도록 형성된다.

한편, 상기 제1광도파로 쌍과 제2광도파로 쌍이 복수개 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1광도파로 쌍과 제2광도파로 쌍의 도파로의 끝단이 경사지게 형성되거나, 상기 제1광도파로 쌍과 제2광도파로 쌍의 도파로의 끝단이 열확장되어 형성되거나, 상기 제1광도파로 쌍과 제2광도파로 쌍의 도파로의 끝단이 렌즈 형상으로 형성될 수 있다.

삭제

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치 구조를 상세히 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도1은 본 발명의 일실시예에 의한 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치의 개략적인 구조도이고, 도2는 본 발명의 일실시예에 의한 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치에서 마이크로미러가 동작된 후의 개략적인 구조도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의한 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치 구조는 상기 도1 및 도2에 도시된 바와 같으며, 마이크로미러(31, 32, 33, 41, 42)를 기준으로 설명하면, 일측에 입력 및 출력 광도파로의 제1광도파로 쌍(10, 20)과, 상기 제1광도파로 쌍(10, 20)과 나란하게 입력 및 출력 광도파로의 제2광도파로 쌍(15, 25)이 기본단위로 구성된다. 또한 타측에는 상기 제1광도파로 쌍(10, 20)의 입력 광도파로(10)에서 출사된 광신호가 상기 제2광도파로 쌍의 출력 광도파로(25)에 입사되도록 고정설치되는 제1고정 마이크로미러(31) 및 제2고정 마이크로미러(32)와, 상기 제2광도파로 쌍의 입력 광도파로(15)에서 출사된 광신호가 상기 제1광도파로 쌍의 출력 광도파로(20)에 입사되도록 고정설치되는 제3고정 마이크로미러(33)와, 상기 제1광도파로 쌍의 입력 광도파로(10)에서 출사된 광신호가 상기 제1광도파로 쌍의 출력 광도파로(20)에 입사되도록 유동되는 제1유동 마이크로미러(41)와, 상기 제2광도파로 쌍(15, 25)의 입력 광도파로(15)에서 출사된 광신호가 상기 제2광도파로 쌍의 출력 광도파로(25)에 입사되도록 유동되는 제2유동 마이크로미러(42)를 포함하여 구성된다.

이 때 상기 제1고정 마이크로미러(31)는 상기 제1광도파로 쌍(10, 20)의 입력 광도파로(10)에 대하여 입사각이 45도가 되도록 고정되며, 상기 제2고정 마이크로미러(32)는 상기 제1고정 마이크로미러(31)와 대칭되어 고정되고, 상기 제3고정 마이크로미러(33)는 상기 제1고정 마이크로미러(31)와 제2고정 마이크로미러(32)와 각각 평형되도록 절곡되어 고정되며, 상기 제1유동 마이크로미러(41)는 상기 제1고정 마이크로미러(31)와 대칭되고, 상기 제2유동 마이크로미러(42)는 상기 제1유동 마이크로미러(31)와 대칭되도록 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말해 상기 제1광도파로 쌍의 입력 광도파로(10)와 제2광도파로 쌍의 출력 광도파로(25)로 광신호가 입사되도록 제1고정 마이크로미러(31)와 제2고정 마이크로미러(32)가 고정되어 설치된다. 한편, 상기 제1유동 마이크로미러(41)와 제2유동 마이크로미러(42)는 상 기 제1고정 마이크로미러(31)와 제2고정 마이크로미러(32)와 각각 대칭되도록 형성된다.

한편 도3a 및 3b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치의 개략적인 구조도이다. 즉, 광손실을 감소시키기 위해 상기 제1광도파로 쌍과 제2광도파로 쌍의 도파로의 끝단이 경사지게 형성한 것이다. 다시 말해, 제1광도파로 쌍의 입력 광도파로(12)의 끝단에 45도로 경사진 경사면(35)을 형성하여, 경사면(35)에서 반사되어 출사된 출사광은 도3a에 도시된 바와 같이 제1유동 마이크로미러(41)에 반사되어 출력 광도파로(20)에 입사되고, 제2광도파로 쌍의 입력 광도파로(15)에서 출사된 출사광은 제2유동 마이크로미러(42)에 반사되어 출력 광도파로(27)의 경사면(35)에 반사되어 입사된다. 또한 상기 제1 및 제2유동 마이크로미러(41, 42)가 광경로상에서 이탈되는 경우에는 상기 도3b에 도시된 바와 같이 제1광도파 쌍의 입력 광도파로(12)의 출사광은 입력 광도파로(12)의 끝단에 형성된 경사면(35)에 반사되어 제2광도파로 쌍의 출력 광도파로(27)의 경사면(35)에 반사되어 입사되고, 제2광도파로 쌍의 입력 광도파로(15)를 통한 출사광은 제3고정 마이크로미러(33)에 반사되어 제1광도파로 쌍의 출력 광도파로(20)에 입사된다.

한편, 상기와 같이 광도파로의 끝단은 열확장시키거나, 렌즈 형상으로 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 종래의 광스위치 원리에서 발생하는 문제점인 광축 어긋남(옵셋오차), 즉 마이크로미러에서 반사한 빛이 광축에서 벗어나는 것을 제거하기 위한 것이다.

본 발명은 제1 및 제2광도파로 쌍에 광신호가 각각 입사 및 출사되도록 하기 위해서는 상기 제1 및 제2유동 마이크로미러(41, 42)를 광신호가 반사되도록 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 광도파로 쪽으로 이동시킨다. 즉 제1광도파로 쌍의 입력 광도파로(10)를 통해 출사된 광신호는 제1고정 마이크로미러(31)와 제1유동 마이크로미러(41)를 통해 반사되어 출력 광도파로(20)의 광축에 벗어남이 없이 입사된다. 또한, 제2광도파로 쌍도 상기 제1광도파로 쌍과 동일하게 제2광도파로 쌍의 입력 광도파로(15)를 통해 출사된 광신호는 제2유동 마이크로미러(42)와 제2고정 마이크로미러(32)에 반사되어 출력 광도파로(25)에 입사된다.

한편, 광신호의 경로를 변화시키는 경우로 상기 제1 및 제2유동 마이크로미러를 액추에이터를 통해 바깥쪽으로 이동시켜 광경로에서 이탈시킨다. 즉 제1광도파로 쌍의 입력 광도파로(10)를 통해 출사된 광신호는 제1고정 마이크로미러(31)와 제2고정 마이크로미러(32)를 통해 반사되어 제2광도파로 쌍의 출력 광도파로(25)의 광축에 벗어남이 없이 입사된다. 또한, 제2광도파로 쌍의 입력 광도파로(15)를 통해 출사된 광신호는 제3고정 마이크로미러(33)에 반사되어 제1광도파로 쌍의 출력 광도파로(20)에 입사된다.

따라서 광신호는 마이크로미러가 광축 중간에 있을 때는 바깥쪽으로 빠져 나오거나 대칭으로 두 번 반사되어 해당 광도파로로 전달되기 때문에 광신호의 광축에 어긋남이 제거될 수 있다. 또한 일측에 광도파로가 집결되어 위치되고, 타측에 엑추에이터가 위치하여 소자의 패키징이 용이한 특징을 가진다. 이 때 엑추에이터 는 정전형 빗살 엑추에이터, 평행판 엑추에이터, 전자력 엑추에이터, 열탄성 엑추에이터등이 사용될 수 있다.

한편, 상기와 같이 구성된 제1광도파로 쌍과 제2광도파로 쌍이 복수개 구성하는 것이 바람직하다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

이상과 같은 본 발명에 따르면 마이크로미러에 반사되어 출력광도파로의 광축에서 이탈되는 옵셋오차를 제거할 수 있으며, 일측에 광도파로를 배열 또는 행렬화시키고 타측에는 엑추에이터를 배열하여 소자의 패키징이 편리해지는 효과가 있다.

Claims

삭제
일측에 제1광도파로 쌍과 제2광도파로 쌍이 나란하게 구성되고, 타측에 상기 제1광도파로 쌍의 입력 광도파로에서 출사된 광신호가 상기 제2광도파로 쌍의 출력 광도파로에 입사되도록 고정설치되는 제1고정 마이크로미러 및 제2고정 마이크로미러와, 상기 제2광도파로 쌍의 입력 광도파로에서 출사된 광신호가 상기 제1광도파로 쌍의 출력 광도파로에 입사되도록 고정설치되는 제3고정 마이크로미러와, 상기 제1광도파로 쌍의 입력 광도파로에서 입력된 광신호가 상기 제1광도파로 쌍의 출력 광도파로에 입사되도록 유동되는 제1유동 마이크로미러와, 상기 제2광도파로 쌍의 입력 광도파로에서 출사된 광신호가 상기 제2광도파로 쌍의 출력 광도파로에 입사되도록 유동되는 제2유동 마이크로미러와, 상기 마이크로미러를 구동시키는 엑추에이터를 포함하는 멤스형 광스위치 구조에 있어서,

상기 제1고정 마이크로미러는 상기 제1광도파로 쌍의 입력 광도파로(10)에 대하여 출사각이 45도가 되도록 고정되며, 상기 제2고정 마이크로미러는 상기 제1고정 마이크로미러와 대칭되어 고정되고, 상기 제3고정 마이크로미러는 상기 제1고정 마이크로미러와 제2고정 마이크로미러와 각각 평형되도록 절곡되어 고정되며,

상기 제1유동 마이크로미러는 상기 제1고정 마이크로미러와 대칭되고, 상기 제2유동 마이크로미러는 상기 제1유동 마이크로미러와 대칭되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치 구조.
일측에 제1광도파로 쌍과 제2광도파로 쌍이 나란하게 구성되고, 타측에 상기 제1광도파로 쌍의 입력 광도파로에서 출사된 광신호가 상기 제2광도파로 쌍의 출력 광도파로에 입사되도록 고정설치되는 제1고정 마이크로미러 및 제2고정 마이크로미러와, 상기 제2광도파로 쌍의 입력 광도파로에서 출사된 광신호가 상기 제1광도파로 쌍의 출력 광도파로에 입사되도록 고정설치되는 제3고정 마이크로미러와, 상기 제1광도파로 쌍의 입력 광도파로에서 입력된 광신호가 상기 제1광도파로 쌍의 출력 광도파로에 입사되도록 유동되는 제1유동 마이크로미러와, 상기 제2광도파로 쌍의 입력 광도파로에서 출사된 광신호가 상기 제2광도파로 쌍의 출력 광도파로에 입사되도록 유동되는 제2유동 마이크로미러와, 상기 마이크로미러를 구동시키는 엑추에이터를 포함하는 멤스형 광스위치 구조에 있어서,

상기 제1광도파로 쌍과 제2광도파로 쌍이 복수개 구성되는 것을 특징으로 하는 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치 구조.
제2항에 있어서,

상기 제1광도파로 쌍과 제2광도파로 쌍의 도파로의 끝단이 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치 구조.
제2항에 있어서,

상기 제1광도파로 쌍과 제2광도파로 쌍의 도파로의 끝단이 열확장되어 형성된 것을 특징으로 하는 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치 구조.
제2항에 있어서,

상기 제1광도파로 쌍과 제2광도파로 쌍의 도파로의 끝단이 렌즈 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치 구조.
삭제