KR100736247B1 - 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된멤스형 광가감기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로미러의 두께에 따른 광신호의 옵셋오차가 발생되지 않고, 적은 수의 엑츄에이터를 사용하여 소자 패키징이 용이할 뿐만 아니라 광신호를 효과적으로 감쇠할 수 있는 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기에 관한 것이다.

본 발명은 일측에 일정한 광신호를 출사하는 제1입력 광도파로(10)와, 출사된 광신호를 입사받는 제2출력 광도파로(25)가 배치되고, 타측에 상기 제1입력 광도파로(10)와 대응되는 제1출력 광도파로(20)와, 상기 제2출력 광도파로(25)와 대응되어 일정한 광신호를 출사하는 제2입력 광도파로(15)가 배치되며, 상기 제1입력 광도파로(10)와 제1출력 광도파로(20) 사이에 형성되는 광경로에 대하여 45도 기울어진 제1반사면(31)과 135도 기울어진 제2반사면(32)이 일체로 형성되고, 엑추에이터의 구동에 의해 상기 제1반사면(31) 또는 제2반사면(32)과 평형되게 삽입되거나 이탈되는 제1브이형태의 일체형 마이크로미러(30)와, 다른 엑추에이터에 의해 상기 제1브이형태의 일체형 마이크로미러(30)와 대칭되는 방향으로 상기 제2입력 광도파로(15)와 제2출력 광도파로(25)에 의해 형성되는 광경로에 삽입되거나 이탈되는 제2브이형태의 일체형 마이크로미러(40)를 포함하여 구성되고, 상기 제1입ㆍ출력 광도파로와 제2입ㆍ출력 광도파로 및 제1브이형태의 일체형 마이크로미러와 제2브이형태의 일체형 마이크로미러가 복수개 구성되는 것을 특징으로 한다.

멤스, 광스위치, 광감쇠기, 마이크로미러, 엑추에이터, 광도파로, 광가감기

Description

경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기{MEMS TYPE OPTICAL ADD-DROP MODULE WITH V-TYPE MICROMIRRORS MOVING SLANTLY}

도1은 본 발명의 일실시예에 의한 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기의 개략적인 구성도,

도2는 본 발명의 일실시예에 의한 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기에서 브이형 마이크로미러가 광경로상에서 완전 이탈되는 경우의 상태도,

도3a 내지 도3f는 본 발명의 일실시예에 의한 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기에서 광감쇠 및 광경로를 변경시킬 경우의 상태도,

도4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기의 개략적인 구성도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 제1입력 광도파로 15: 제2입력 광도파로

20: 제1출력 광도파로 22: 수광부

25: 제2출력 광도파로

30: 제1브이형태의 일체형 마이크로미러

31, 41: 제1반사면 32, 42: 제2반사면

40: 제2브이형태의 일체형 마이크로미러

본 발명은 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로미러의 두께에 따른 광신호의 옵셋오차가 발생되지 않고, 적은 수의 엑츄에이터를 사용하여 소자 패키징이 용이할 뿐만 아니라 광신호를 효과적으로 감쇠할 수 있는 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기에 관한 것이다.

일반적으로 거울 등의 광학소자를 기계적으로 구동해서 빛이 이동하는 광경로를 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 사용되고 있다.

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

한편, 가변 광감쇠기(Variable Optical Attenuator)는 광대역 파장분할(WDM: Wavelength Division Multiplexing) 광통신 시스템의 중요한 구성요소 중의 하나이다. 상기 가변 광감쇠기는 광대역 파장분할 광통신 시스템의 원거리 전송에서 파 장 다중화기의 앞단이나 증폭기의 사이에서 각각의 신호의 균일화를 위하여 사용되는 것으로 한 쌍의 입사부와 출사부를 가지는 광 부품으로 여러 개의 입력신호에 일정 손실을 주어 균일화된 신호를 출력하게 된다.

상기와 같이 광통신에서는 전송거리의 장단에 의한 광섬유의 전송손실의 차이, 광섬유 접속부의 개수, 전송로에 사용되는 광분기 결합 등의 광 부품수와 성능 등에 따라 요구되는 광수신의 세기는 시스템의 구성에 따라 다양하다. 광감쇠기는 광신호의 수신세기가 요구되는 수준보다 높을 경우 광 부품에 악영향을 주는 것을 방지하기 위하여 사용되거나, 광대역 파장분할 다중화 시스템에서 여러 파장의 광신호를 하나의 도파로로 보내기 위하여 모든 신호의 크기를 균일화하기 위하여 사용된다. 특히, 멤스형(MEMS type) 광감쇠기는 삽입손실, 누화, 편광 및 파장 의존 손실 등이 낮은 장점이 있다.

그러나 근래에는 상기 광스위치와 광감쇠기의 기능이 모두 필요하며, 각각의 소자를 취합하여 광가감기를 구성함으로써, 그 구조가 복잡하고 비용 상승의 원인이 되고 있다. 한편, 상기와 같은 멤스형 광스위치는 광도파로에서 나온 빛이 마이크로미러에서 반사되는데, 상기 마이크로미러 두께의 일정비율 만큼 광축에서 이탈되는 옵셋오차가 발생된다는 문제점도 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마이크로미러에 반사되어 출력광도파로의 광축에서 이탈되는 옵셋오차를 제거하고, 입력 및 출력광도파로에 대응되는 마이크로미러를 동시에 광축에서 일정 각도로 경사지게 구동하도록 마이 크로미러 및 엑츄에이터를 구성하여 어레이(array) 또는 행렬화(matrix)가 용이하고 부피를 축소시켜 소자 패키징이 쉽고, 효과적으로 광신호를 감쇠할 수 있는 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 일측에 일정한 광신호를 출사하는 제1입력 광도파로(10)와, 출사된 광신호를 입사받는 제2출력 광도파로(25)가 배치되고, 타측에 상기 제1입력 광도파로(10)와 대응되는 제1출력 광도파로(20)와, 상기 제2출력 광도파로(25)와 대응되어 일정한 광신호를 출사하는 제2입력 광도파로(15)가 배치되며, 상기 제1입력 광도파로(10)와 제1출력 광도파로(20) 사이에 형성되는 광경로에 대하여 45도 기울어진 제1반사면(31)과 135도 기울어진 제2반사면(32)이 일체로 형성되고, 엑추에이터의 구동에 의해 상기 제1반사면(31) 또는 제2반사면(32)과 평형되게 삽입되거나 이탈되는 제1브이형태의 일체형 마이크로미러(30)와, 다른 엑추에이터에 의해 상기 제1브이형태의 일체형 마이크로미러(30)와 대칭되는 방향으로 상기 제2입력 광도파로(15)와 제2출력 광도파로(25)에 의해 형성되는 광경로에 삽입되거나 이탈되는 제2브이형태의 일체형 마이크로미러(40)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 제1입ㆍ출력 광도파로와 제2입ㆍ출력 광도파로 및 제1브이형태의 일체형 마이크로미러와 제2브이형태의 일체형 마이크로미러가 복수개 구성되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기를 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 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기의 개략적인 구성도이고, 도2는 본 발명의 일실시예에 의한 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기에서 브이형 마이크로미러가 광경로상에서 완전 이탈되는 경우의 상태도이며, 도3a 내지 도3f는 본 발명의 일실시예에 의한 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기에서 광감쇠 및 광경로를 변경시킬 경우의 상태도이다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기는 상기 도1 내지 도3f에 도시된 바와 같이, 일측에 일정한 광신호를 출사하는 제1입력 광도파로(10)와, 출사된 광신호를 입사받는 제2출력 광도파로(25)가 배치되고, 타측에 상기 제1입력 광도파로(10)와 대응되는 제1출력 광도파로(20)와, 상기 제2출력 광도파로(25)와 대응되어 일정한 광신호를 출사하는 제2입력 광도파로(15)가 배치된다.

따라서 상기 제1입력 광도파로(10)를 통해 광신호가 출사되면, 상기 제1출력 광도파로(20)에서 광신호를 입사받아 광신호를 전송하게 되며, 이와 마찬가지로 상 기 제2입력 광도파로(15)를 통해 광신호가 출사되면, 상기 제2출력 광도파로(25)에서 광신호를 입사받아 광신호를 전송하게 된다.

또한 상기 제1입력 광도파로(10)와 제1출력 광도파로(20) 사이에 형성되는 광경로(이하, '제1광경로'라 한다.)에 대하여 45도 기울어진 제1반사면(31)과 135도 기울어진 제2반사면(32)이 일체로 형성되고, 엑추에이터의 구동에 의해 상기 제1반사면(31) 또는 제2반사면(32)과 평형되게 삽입되거나 이탈되는 제1브이형태의 일체형 마이크로미러(30)와, 다른 엑추에이터에 의해 상기 제1브이형태의 일체형 마이크로미러(30)와 대칭되는 방향으로 상기 제2입력 광도파로(15)와 제2출력 광도파로(25)에 의해 형성되는 광경로(이하, '제2광경로'라 한다.)에 삽입되거나 이탈되는 제2브이형태의 일체형 마이크로미러(40)를 포함하여 구성된다. 다시 말해 상기 제2브이형태의 일체형 마이크로미러(40)는 -45도 기울어진 제1반사면(41)과 -135도 기울어진 제2반사면(42)이 일체로 형성되어 상기 다른 엑추에이터에 의해 상기 제2광경로에 삽입되거나 이탈된다.

상기 엑추에이터는 주지된 기술로 정전형 빗살 엑추에이터, 평행판 엑추에이터, 전자력 엑추에이터, 열탄성 엑추에이터 등이 사용될 수 있다.

따라서 상기 도시되지 않은 엑추에이터의 제어동작에 의해 상기 제1 및 제2브이형태의 일체형 마이크로미러(30, 40)가 광경로에 삽입되어 신호광을 반사시키게 된다.

도4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기의 개략적인 구성도로써, 브이형태의 일체형 마 이크로미러(60)의 제1반사면과 제2반사면이 일정한 거리를 두어 형성된 것이다. 다시 말해 입력 광도파로 또는 출력 광도파로와의 광전송거리를 단축시키기 위해 상기 브이형태의 일체형 마이크로미러(60)를 등변사다리꼴 형태로 형성한 것이다(이 때 상기 제1광경로와 제2광경로의 길이는 변함이 없다.).

상기와 같이 구성된 본 발명의 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기의 동작을 설명한다.

먼저 도1과 같이 정렬된 상태에서 기준선(50)에 대하여 제1브이형태의 일체형 마이크로미러(30)가 도시되지 않은 엑추에이터의 동작에 의해 제1반사면(31)과 평형된 방향(33)으로 이동되어 제1광경로에서 완전히 이탈되고, 상기 제2브이형태의 일체형 마이크로미러(40)도 또한 도시되지 않은 엑추에이터의 동작에 의해 제1반사면(41)과 평형된 방향(43)으로 이동되어 제2광경로에서 완전히 이탈되게 되면, 제1입력 광도파로(10)를 통한 입사광이 완전히 제1출력 광도파로(15)에 출사되게 된다. 또한 제2입력 광도파로(15)를 통한 입사광도 또한 제2출력 광도파로(25)에 완전히 출사되게 된다. 즉, 상기 도2에 도시된 바와 같이 제1입력 광도파로(10)와 제2입력 광도파로(15)를 통한 입사광이 제1출력 광도파로(20)의 입사부(22)와 제2출력 광도파로(25)의 입사부(22)에 전부 입사되게 된다.

한편, 제1입력 광도파로(10)의 입사광을 제2출력 광도파로(25)에 감쇠시켜 출사되도록 하고, 제2입력 광도파로(15)의 입사광을 제1출력 광도파로(20)에 완전히 출사시키는 경우에는 상기 도3a에 도시된 상태로 제1 및 제2브이형태의 일체형 마이크로미러(30, 40)를 구동시키면 된다.

다시 말해 제1브이형태의 일체형 마이크로미러(30)의 제1반사면(31)과 제2반사면(32)의 경계부를 기준선(50)에 일치되도록 제1광경로에 삽입시키고, 제2브이형태의 일체형 마이크로미러(40)는 제1반사면(41)과 제2반사면(42)의 경계부를 기준선(50)에 못미치도록 제2광경로에 삽입시키게 된다. 따라서 제2입력 광도파로(15)를 통한 입사광은 제2브이형태의 일체형 마이크로미러(40)의 제1반사면과 제1브이형태의 일체형 마이크로미러(30)의 제2반사면(32)을 통해 전반사되어 제1출력 광도파로(20)의 입사부(22)에 전부 출사되게 된다. 그러나 상기 제1입력 광도파로(10)를 통한 출사광은 제1브이형태의 일체형 마이크로미러(30)의 제1반사면(31)을 통해 전반사되고 제2브이형태의 일체형 마이크로미러(40)의 제2반사면(42)을 통해 제2출력 광도파로(25)의 입사부(22)에 일부분만이 출사되게 된다. 즉 제2브이형태의 일체형 마이크로미러(40)는 제1반사면(41)과 평형되게 삽입되도록 이동되기 때문에 제2반사면(42)을 통해 반사되어 제2출력 광도파로(25)에 출사되는 출사광의 위치가 상기 제2브이형태의 일체형 마이크로미러(40)의 위치에 따라 변화하게 된다. 따라서 제1입력 광도파로(10)를 통해 입사되어 제2출력 광도파로(25)에 출사되는 광신호를 적절하게 감쇠시키게 된다. 이 때 상기 기준선(50)은 제1광경로와 제2광경로상의 가상의 수직이등분선을 도시한 것이다.

또한 도3b는 도3a와 대칭되는 상태로, 제1입력 광도파로(10)의 입사광을 제2출력 광도파로(25)에 완전히 출사시키고, 제2입력 광도파로(15)의 입사광을 제1출력 광도파로(20)에 감쇠시켜 출사시키는 경우의 상태를 도시한 것이다.

이 때에도 상기 제1브이형태의 일체형 마이크로미러(30)를 기준선(50)에 대 하여 이동시키는 거리에 따라 제1출력 광도파로(20)에 출사되는 광신호의 크기를 조절할 수 있게 된다.

그리고 도3c는 제1입력 광도파로(10)의 입사광을 감쇠시킴과 동시에 제2입력 광도파로(15)의 입사광도 감쇠시켜 출사시키는 상태를 도시한 것으로, 제1 및 제2브이형태의 일체형 마이크로미러(30, 40)를 각각 기준선(50)에서 일정 거리 이격되도록 이탈시킴에 따라 출력되는 출사광의 크기를 제어할 수 있게 된다.

또한 도3d는 제1입력 광도파로(10)의 입사광의 일부를 제1출력 광도파로(20)에 출사시키고, 제2입력 광도파로(15)의 입사광을 완전히 제2출력 광도파로(25)에 출사시키기 위한 상태를 도시한 것으로 제1브이형태의 일체형 마이크미러(30)를 제1광경로상에 일정부분 걸치도록 위치시켜 제1입력 광도파로(10)의 입사광을 감쇠시키는 것이다.

도3e는 제1입력 광도파로(10)의 입사광을 완전히 제1출력 광도파로(20)에 출사시키고, 제2입력 광도파로(15)의 입사광의 일부를 제2출력 광도파로(25)에 출사시키기위한 상태를 도시한 것으로 제2브이형태의 일체형 마이크미러(40)를 제2광경로상에 일정부분 걸치도록 위치시켜 제2입력 광도파로(15)의 입사광을 감쇠시키는 것이다.

또한 도3f는 상기 도3d와 도3e의 상태가 중첩된 것으로, 제1입력 광도파로(10)의 입사광의 일부분을 제1출력 광도파로(20)에 출사시키고, 동시에 제2입력 광도파로(15)의 입사광의 일부를 제2출력 광도파로(25)에 출사시키기 위한 상태를 도시한 것이다. 즉 제1브이형태의 일체형 마이크로미러를 제1광경로상에 일정부분 걸치도록 위치시키고, 또한 제2브이형태의 일체형 마이크미러(40)를 제2광경로상에 일정부분 걸치도록 위치시켜 제1입력 광도파로(10) 및 제2입력 광도파로(15)의 입사광을 감쇠시키는 것이다.

상기와 같이 구성되고 동작되는 본 발명은 종래의 광스위치 원리에서 발생하는 문제점인 광축 어긋남(옵셋오차), 즉 마이크로미러에서 반사한 빛이 광축에서 벗어나는 것을 제거하기 위한 것으로, 광신호는 마이크로미러가 삽입되는 경우에는 대칭으로 두 번 반사되어 해당 광도파로로 전달되기 때문에 광신호의 광축에 어긋남을 제거할 수 있다.

또한 작은 수의 엑추에이터로 브이형태의 일체형 마이크로미러를 동시에 구동할 수 있어, 소자의 패키징이 용이한 특징을 가진다.

한편, 반사광경로와 투과광경로의 길이가 같을 때라도 마이크로미러의 반사면에 의한 반사손실에 의하여 삽입손실의 차이를 갖게 된다. 이런 삽입손실의 차이를 없애기 위하여 광경로의 차이를 도입할 수 있으며, 도5와 같이 사다리꼴의 형태의 45도 마이크로미러를 사용할 수 있다. 즉, 투과광경로의 삽입손실을 크게 하기 위해 투과광경로의 길이를 반사광경로의 길이보다 길게 함으로써 반사광경로와의 삽입손실 차이를 없앨 수 있다.

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

이상과 같은 본 발명에 따르면 마이크로미러에 반사되어 출력 광도파로의 광축에서 이탈되는 옵셋오차를 제거할 수 있으며, 광 감쇠기의 기능을 동일 공간에 구성함으로서 추가 삽입 손실 없이 광가감기의 기능을 할 수 있으며, 마이크로미러를 중심으로 양측에 광도파로를 나란하게 집결하여 배열시키고 마이크로미러를 기준으로 대칭되는 위치에 엑추에이터를 배열하여 소자의 패키징이 편리해지는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 일측에 일정한 광신호를 출사하는 제1입력 광도파로(10)와, 출사된 광신호를 입사받는 제2출력 광도파로(25)가 배치되고, 타측에 상기 제1입력 광도파로(10)와 대응되는 제1출력 광도파로(20)와, 상기 제2출력 광도파로(25)와 대응되어 일정한 광신호를 출사하는 제2입력 광도파로(15)가 배치되며,

   상기 제1입력 광도파로(10)와 제1출력 광도파로(20) 사이에 형성되는 광경로에 대하여 45도 기울어진 제1반사면(31)과 135도 기울어진 제2반사면(32)이 일체로 형성되고, 엑추에이터의 구동에 의해 상기 제1반사면(31) 또는 제2반사면(32)과 평형되게 삽입되거나 이탈되는 제1브이형태의 일체형 마이크로미러(30)와, 다른 엑추에이터에 의해 상기 제1브이형태의 일체형 마이크로미러(30)와 대칭되는 방향으로 상기 제2입력 광도파로(15)와 제2출력 광도파로(25)에 의해 형성되는 광경로에 삽입되거나 이탈되는 제2브이형태의 일체형 마이크로미러(40)를 포함하여 구성되고,

   상기 제1입ㆍ출력 광도파로와 제2입ㆍ출력 광도파로 및 제1브이형태의 일체형 마이크로미러와 제2브이형태의 일체형 마이크로미러가 복수개 구성되는 것을 특징으로 하는 경사 구동되는 브이형태의 일체형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광가감기.

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