KR100716946B1 - 마이크로미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체 - Google Patents

마이크로미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체 Download PDF

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Abstract

발광 소자에서 조사된 광을 광파이버에 정확하게 결합할 수 있도록 된 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체가 개시되어 있다.
광을 조사하는 발광 소자와; 복수개의 마이크로 미러와 포토 다이오드가 교대로 배치되어 메트릭스 형태로 배열되고, 이 포토 다이오드에 의해 검출된 광정보에 의해 마이크로 미러가 적당한 경사각으로 기울어져 발광 소자로부터 조사된 광이 소정의 기준점으로 집속되도록 제어부에 의해 제어되는 마이크로 미러 액추에이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 광결합 구조체는 마이크로 미러 액추에이터를 이용하여 마이크로 미러의 정밀한 경사 각도 조절이 가능하므로 효율적으로 광결합을 할 수 있는 구조체이다.

Description

마이크로미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체{Optics connecting structure using micro mirror actuator}
도 1은 종래에 따른 광결합 구조체를 간략하게 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체의 개략적인 도면,
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터의 평면도,
도 4 또는 도 5는 본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터에서의 광분포를 나타낸 도면.
<도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10...발광 소자 20...마이크로 미러 액추에이터
23...기판 26...마이크로 미러
30...포토 다이오드 33...제어부
36...광파이버 p,p'...기준점
본 발명은 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체에 관한 것으로 서, 더욱 상세하게는 복수개의 마이크로 미러와 포토 다이오드가 교대로 배치되어 메트릭스 형태로 배열되고 포토 다이오드에 의한 광정보에 의해 각각의 마이크로 미러가 구동되어 광이 일정한 기준점으로 집속될 수 있도록 된 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 광결합 기기는 발광 소자(100)와 제1렌즈(103)와 광파이버(106)로 구성되는 전송단(Tx)과, 상기 광파이버(106)로부터 나온 광을 집광시켜주는 제2렌즈(110)와 수광 소자(113)로 구성된 수신단(RX)을 포함한다.
상기 전송단(TX)의 발광 소자(100)로는 표면광 레이저(VCSEL)나 레이저 다이오드 등이 사용될 수 있다. 이러한 발광 소자(100)에서 나온 광은 상기 제1렌즈(103)에 의해 집속되어 상기 광파이버(106)를 통해 전송된다. 그런 다음 상기 광파이버(106)를 통해 전송된 신호는 다시 제2렌즈(110)에 의해 집속되어 수광 소자(113) 예컨대 포토 다이오드의 수광면에 집광된다.
상기 발광 소자(100)로부터 나온 광이 광파이버(106)에 광결합함에 있어서, 발광 소자에서 조사된 광이 광파이버(106)의 코아에 정밀하게 집속되도록 정렬될 것이 요구된다. 한편, 종래와 같이 제1,2렌즈(103, 110)를 이용한 광결합은 정확하게 광결합하기가 매우 어려운 한계를 가지고 있다.
예컨대, 상기 발광 소자(100)로 850nm 파장의 광을 조사하는 표면광 레이저(VCSEL)를 채용한 경우, 평균적으로 상기 제1렌즈(103)를 통해 통과된 스폿 사이즈가 20∼30㎛이고 이와 결합하여 사용되는 광파이버(106)의 코어 사이즈는 50 ∼62.5㎛이다. 따라서 직경 50∼62.5㎛인 광파이버(106)에 직경 20∼30㎛의 광학 신호를 넣어야 하는데 실제 광학계를 구성하고 있는 구조체의 공차를 고려하면 광결합 효율이 저조할 수 밖에 없다. 즉, 효율적인 광결합을 위해서는 20㎛의 공차 범위 내에서 광학계를 조절하여야 하므로 시간적으로 많은 노력이 소모되고 제품마다 광결합 효율이 균일하지 않는 등의 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 광신호가 정밀하게 소정의 기준점으로 집속하게 되는 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체를 제공함에 목적이 있다.
본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체는, 광을 조사하는 발광 소자와; 상기 발광 소자에서 조사된 광의 일부를 수광하여 입사광에 대한 정보를 검출하고, 검출된 광정보를 바탕으로 광이 일정한 기준점으로 집속되도록 반사하는 마이크로 미러 액추에이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터는, 입사광의 진행 경로 상에 메트릭스 형태로 배치되며, 입사광을 수광하여 광대한 정보를 검출하고 이를 광전변환하는 복수개의 포토 다이오드와; 상기 포토 다이오드와 교대로 메트릭스 형태로 배열되며 상기 포토 다이오드에 의해 검출된 광정보에 대한 전기 신호에 의해 경사 각도가 조절되는 마이크로 미러와; 상기 포토 다이오드 각각에서 입력된 입사광에 대한 정보에 의해 상기 마이크로 미러 각각을 제어하는 마이크로 미러 제어 부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체는, 발광 소자(10)로부터 조사된 광의 경로상에 마이크로 미러 액추에이터(20)가 배치되어 있다. 상기 마이크로 미러 액추에이터(20)는, 기판(23)상에 복수개의 마이크로 미러(26)와 이에 대응하는 포토 다이오드(30)가 메트릭스 형태로 배열되고, 제어부가 상기 포토 다이오드(30) 및 상기 마이크로 미러(26)와 전기적으로 결합되어 상기 마이크로 미러의 경사 각도를 제어하도록 되어 있다.
상기 마이크로 미러(26)와 포토 다이오드(30)는 두 개 이상 구비되어 교대로 배치된다. 여기에서 상기 포토 다이오드(30)는 상기 발광 소자(10)로부터 조사된 광의 일부를 수광하여 수광된 광의 입사량이나 분포 상태, 입사각 등을 검출해낸다. 상기 발광 소자(10)로부터 조사된 광은 발광 소자의 종류나 입사각 등에 따라 여러 가지 광분포를 나타낸다.
예컨대 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 발광 소자(10)로부터 조사된 광이 원분포(A)를 나타내거나 도 5에 도시한 바와 같이, 타원 분포(B)를 나타낼 수 있다.
원분포(A)를 나타내는 경우, 상기 복수개의 포토 다이오드(30)는 상기 발광 소자(10)로부터 조사된 광을 수광하는 부분(30a)과 수광하지 않는 부분(30b)으로 나뉘게 된다. 그러면 이러한 수광분포에 대한 정보가 검출된다. 또한 수광된 부분이 타원 분포를 나타내는 경우에도 수광 부분(30a')과 비수광 부분(30b')의 분포나 위치 등에 대한 광정보가 검출된다.
이와 같이 상기 포토 다이오드(30)의 광분포에 따라 상기 포토 다이오드(30)에 수광되는 광량이나 입사각등이 달라질 것이므로 여러 가지 광정보를 얻을 수 있다.
상기 포토 다이오드(30)는 이러한 정보에 의해 각각에 대응하는 마이크로 미러(26)의 운동을 제어할 수 있도록 된 제어부(33)에 결합된다. 따라서 상기 포토 다이오드(30)에 의해 상기 발광 소자(10)로부터 조사된 광의 입사량이나 분포 상태, 입사각이 감지되고 그 데이타는 전기 신호로 전환되어 상기 제어부(33)에 입력된다.
그러면 상기 제어부(33)에서는 상기 포토 다이오드(30)의 광정보를 기초로 미리 입력된 광파이버(36)의 기준점(P)에 대한 각각의 마이크로 미러(26)의 반사각을 결정한다. 그런 다음 그 결정값에 따라 각각의 마이크로 미러(26)를 제어함으로써 각각의 마이크로 미러(26)가 적당한 경사각(θ)을 가지도록 구동된다. 이와 같이 상기 포토 다이오드(30)의 광정보에 따른 제어부(33)의 출력 신호에 의해 각각의 마이크로 미러(26)가 제어된다.
상기 마이크로 미러(26)의 경사각은 광이 정확히 상기 광파이버(36)로 향하도록 정해진 일정한 기준점(P)으로 집속될 수 있는 기울기로 결정되며, 이 기준점(P)은 상기 발광 소자(10)로부터 조사된 광이 광축상에 정확하게 정렬되도록 하는 점이다. 따라서 상기 기준점이 광파이버(36)의 위치에 따라 다른 위치(P')로 옮겨지더라도 상술한 바와 같은 동일한 동작에 의해 각각의 마이크로 미러(26)에서 반사되는 광이 정확하게 광파이버(36)의 새로운 기준점(P')으로 향하여 전송된다.
상기한 바와 같이 상기 발광 소자(10)의 초기 조건이 달라지거나 기준점이 달라지면 상기 포토 다이오드(30)에 수광되는 광의 분포 상태가 변하고 이러한 변화 상태를 감지하여 그 조건에 적합한 정보에 의해 정확한 마이크로 미러(26)의 기울기를 결정할 수 있다. 또한 이에 의해 광신호가 일정한 기준점(P,P')에 집속될 수 있다. 따라서 광이 어느 방향으로 입사되더라도 마이크로 미러 액추에이터(20)에 의한 자동 조작에 의해 소정의 기준점(P,P')으로 집속 가능하다.
또한 본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터는 MEMS(Micro Electro Mecanical System)기술로 제조되므로 공차에 의한 광결합 효율의 불균일을 방지할 수 있고 정밀한 조절이 가능하다.
이밖에도 본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터를 수광 소자(미도시)에도 적용하여 광파이버에서 출사된 광신호를 동일한 방법으로 수광 소자에 집속할 수 있다. 즉, 광파이버로부터 출사된 광이 포토 다이오드(30)에 의해 수광되고, 수광된 광정보는 광전 변환되어 제어부(33)에 입력된다. 그리고 이 입력된 광정보를 바탕으로 마이크로 미러의 경사 각도를 결정하여 마이크로 미러를 구동시킴으로써 광이 수광 소자를 향해 집속되도록 한다.
본 발명에 따른 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체는 상기한 바와 같이 렌즈를 이용하지 않고 포토 다이오드의 광정보에 의해 마이크로 미러를 정밀하게 구동함으로써 광신호를 정확하게 광파이버에 결합할 수 있다. 더욱이 공 차로 인한 정밀도의 한계를 극복하고 광신호 정보에 따르는 제어부에 의해 마이크로 미러의 경사 각도를 조절함으로써 용이하게 광결합할 수 있는 구조체이다.

Claims (2)

  1. 삭제
  2. 광을 조사하는 발광 소자와;
    상기 발광 소자에서 조사된 광의 일부를 수광하여 입사광에 대한 정보를 검출하고, 검출된 광정보를 바탕으로 광이 소정의 기준점으로 집속되도록 반사하는 마이크로 미러 액추에이터;를 포함하고,
    상기 마이크로 미러 액추에이터는,
    입사광의 진행 경로 상에 메트릭스 형태로 배치되며, 입사광을 수광하여 광대한 정보를 검출하고 이를 광전변환하는 복수개의 포토 다이오드와;
    상기 포토 다이오드와 교대로 메트릭스 형태로 배열되며 상기 포토 다이오드에 의해 검출된 광정보에 대한 전기 신호에 의해 경사 각도가 조절되는 마이크로 미러와;
    상기 포토 다이오드 각각에서 입력된 입사광에 대한 정보에 의해 상기 마이크로 미러 각각을 제어하는 마이크로 미러 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 액추에이터를 이용한 광결합 구조체.
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