KR20010004464A - 마이크로 구조체를 이용한 광 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대용량(테라비트급) 정보교환을 위한 파장분할방식의 광통신 시스템에 있어서 광신호 중의 하나의 파장을 선택하기 위한 패브리-페롯형의 광 필터의 구조에 관한 것이다.

본 발명은 서로 마주보는 광 입력용 광섬유 및 광 출력용 광섬유과; 상기 광섬유 사이에 장착된 입사광용 마이크로 볼렌즈 및 출력광용 마이크로 볼렌즈와; 서로 마주보는 상태로 상기 각 마이크로 볼렌즈 사이에 장착되며, 각각은 한 쌍의 실리콘 판으로 이루어진 두 개의 실리콘 거울과; 지지체와 연결되어 고정전극 사이에 위치하며, 어느한 실리콘 거울과 연결되는 액츄에이터를 포함하여 이루어지며, 필터제작에 있어서 부가적인 증착이 필요없게 되어 공정의 단순화와 제작의 단가를 낮출 수 있고, 이와 더불어 우수한 파장선택성과 넓은 영역의 파장가변성을 가진 필터를 구현할 수 있는 광 필터를 개시한다.

Description

마이크로 구조체를 이용한 광 필터{Micromachined optical filter}

본 발명은 대용량(테라비트급) 정보교환을 위한 파장분할방식의 광통신 시스템에 있어서 광신호 중의 하나의 파장을 선택하기 위한 패브리-페롯형의 광 필터의 구조에 관한 것이다.

테라비트급의 정보전달은 단일 파장으로는 힘들기 때문에 여러 개의 파장을 사용하고, 각각의 파장마다 수십 기가비트에 이르는 정보를 전달하는 방식을 사용한다. 현재, 이러한 개념으로 추진되고 있는 추세는 선폭이 0.8nm 이하를 가진 64채널의 파장을 사용한다는 것이다. 이러한 방식이 성공하기 위해서 필수적인 광소자로는 파장을 합하거나 또는 분리해 내는 것이 필요하다. 이에는 여러가지의 방법이 있으나, 여러 개의 파장중에서 원하는 하나의 파장을 아주 정밀하게 분리해 내는 방법으로 많이 사용되고 있는 것이 패브리-페롯형의 공진기를 쓰는 것이다. 패브리-페롯형의 공진기가 사용되는 이유로는 그 구성이 간단하고 아주 우수한 파장선택성을 가지고 있다는 점에 있다. 현재는 반도체 물질로서 공진기를 구성하기 때문에 아주 우수한 성능을 가지고 있는 필터의 제작이 가능해졌다. 또한, 미세구동방식을 사용해서 공진기의 투과 파장을 가변시킬 수 있는 데까지 발전해왔다. 반도체 증착법에 의해서 제작된 필터들은 그 거울면이 보통 기판면에 수평으로 형성되게 된다. 이러한 경우 거울면은 우수하게 제작할 수 있으나, 구조가 기판면에 수직이므로 광섬유나 다른 광소자와의 연계성이 떨어지게 된다. 파장 가변을 위한 구동방식에 있어서도 정전기적인 힘으로만 가능하므로 미세구동기술을 극대화해서 이용할 수가 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 기판면에 수직인 방향으로 광이 입출력되어 광 소자로서의 연계성이나 광섬유와의 입출력의 어려움 등의 문제점을 해결하기 위해, 기판면에 수평으로 광을 입력시킬 수 있고 미세구동기술을 최대한 이용할 수 있으며, 단순히 실리콘 기판 자체만을 가지고 필터를 제작하므로 제작단가를 낮출 수 있는 마이크로 구조체를 이용한 광 필터를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 서로 마주보는 광 입력용 광섬유 및 광 출력용 광섬유과; 상기 광섬유 사이에 장착된 입사광용 마이크로 볼렌즈 및 출력광용 마이크로 볼렌즈와; 서로 마주보는 상태로 상기 각 마이크로 볼렌즈 사이에 장착되며, 각각은 한 쌍의 실리콘 판으로 이루어진 두 개의 실리콘 거울과; 지지체와 연결되어 고정전극 사이에 위치하며, 어느 한 실리콘 거울과 연결되는 액츄에이터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 파장을 가변하기 위한 액츄에이터가 연결된 광 필터의 평면 구조도.

도 2는 필터의 거울쌍간의 거리에 따른 계산된 투과파장특성을 나타낸 그래프도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉

11 : 광섬유 지지체 12 : 광 입력용 광섬유

13 : 마이크로 볼렌즈 지지용 홈 14 : 입사광용 마이크로 볼 렌즈

15 : 두쌍의 평면 실리콘 거울(광입력측)

16 : 두쌍의 평면 실리콘 거울(광출력측)

17 : 출력광용 마이크로 볼 렌즈

18 : 광 출력용 광섬유 19 : 고정전극

110 : 앵커(지지대) 111 : 액츄에이터

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 파장을 가변하기 위한 액츄에이터가 연결된 광 필터의 평면 구조도이고, 도 2는 필터의 거울쌍간의 거리에 따른 계산된 투과파장특성을 나타낸 그래프도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 실리콘 기판상에 이온빔식각방식으로 기판면에 수직으로 구조물을 형성시킨다. 먼저, 광 입출력용 광섬유(12, 18)를 고정하기 위해 광섬유 지지체(11)에 V자형의 홈을 판다. 여기에 광섬유를 부착시키고 볼렌즈 지지대(13)에 부착된 마이크로 볼렌즈(14)를 통해서 평행광으로 만든다. 평행광은 다시 두장의 거울로 이루어진 두쌍의 거울(15, 16)을 지나서 출력용 볼렌즈(17)을 통과하여 포커싱된 후 출력용 광섬유(18)에 입사하게 된다. 두 쌍의 거울은 각각 두개의 거울로 이루어져 있는데, 이 거울들은 다시 각각 (2m+1)λ/4 (m=0,1,2, )의 두께를 가진다. 두개의 거울 사이의 거리는 공기층인데 이 두께도 마찬가지로 (2m+1)λ/4 (m=0,1,2, )를 가진다. 이러한 경우, 하나의 거울에 의해서 얻을 수 있는 반사율의 최대치가 약 64% 인데 반해, 두 개의 거울을 쌍으로 하여 브래그 반사경(Bragg reflector)을 구성한 경우 99% 이상의 반사율을 얻을 수 있게 된다. 반사율을 더 높이기 위해서는 거울과 공기층의 주기를 더 여러 번 반복하면 된다. 본 발명에서는 통신용으로 쓰이는 광 필터의 분해능이 0.8nm 이하면 되므로, 이에 필요한 최소주기인 거울/공기/거울의 1.5 주기만을 사용했다. 이 정도로도 0.5nm의 선폭을 얻을 수 있음을 계산상으로 확인했다. 이렇게 구성된 거울쌍을 두개를 기판면에 식각하여 형성한후 희생층 식각법을 이용하여 기판면과 분리시킨 후, 하나를(여기선 도 1의 16) 미세구동 액츄에이터(111)에 연결되도록 하면 광축을 따라서 움직일 수가 있게 된다. 여기서, 액츄에이터(111)는 지지체인 앵커(110)에 연결된다. 미세구동방식은 고정전극(19)와 엑츄에이터(111)의 정전기력에 의해서 움직인다. 이 경우, 거울의 미세한 조절이 가능하게 되므로 정밀한 파장 가변이 가능하게 된다. 또한, 본 발명의 장점중의 하나인 광의 입출력이 기판면에 평행하므로 광섬유의 정렬이 용이하고 집적성을 높일 수 있는 구조가 된다. 그리고, 모든 부품을 실리콘 기판상에 형성시키고, 재료도 부가적인 증착이 필요 없으므로 제작의 공정을 줄일 수 있으며 단가를 낮출 수 있다는 장점도 있다.

도 2는 상기와 같이 제작된 광 필터의 투과특성을 계산한 것을 나타낸다. 액츄에이터(121)를 조절해서 거울쌍(15,16) 사이의 거리를 변화시키면, 그 투과특성이 도 2와 같이 된다. 투과특성으로서 선폭이 0.8 nm 이하였고, 파장가변범위는 80 nm 였다. 그러므로 테라비트급 전송에 필요한 64개의 채널을 훨씬 상회하는 약 100개의 파장채널을 형성할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 실리콘 기판만을 사용해서 기판면에 수직으로 거울면을 형성시켜서 필터를 만들므로 광의 입출력이 기판면과 수평으로 되는 필터를 만들 수 있기 때문에 필터제작에 있어서 부가적인 증착이 필요없게 되어 공정의 단순화와 제작의 단가를 낮출 수 있고, 이와 더불어 우수한 파장선택성과 넓은 영역의 파장가변성을 가진 필터를 구현하는데 탁월한 효과가 있다.

Claims (5)

1. 서로 마주보는 광 입력용 광섬유 및 광 출력용 광섬유과;

   상기 광섬유 사이에 장착된 입사광용 마이크로 볼렌즈 및 출력광용 마이크로 볼렌즈와;

   서로 마주보는 상태로 상기 각 마이크로 볼렌즈 사이에 장착되며, 각각은 한 쌍의 실리콘 판으로 이루어진 두 개의 실리콘 거울과;

   지지체와 연결되어 고정전극 사이에 위치하며, 어느한 실리콘 거울과 연결되는 액츄에이터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 구조체를 이용한 광 필터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 실리콘 거울 각각은 (2m+1)λ/4 (m=0,1,2, )의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조체를 이용한 광 필터
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 한 쌍의 실리콘 거울 사이의 공기층은 (2m+1)λ/4 (m=0,1,2, )의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조체를 이용한 광 필터.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 각각의 광섬유는 지지대 표면에 V형의 홈을 파고, 여기에 입력용 광섬유와 출력용 광섬유를 각각 넣어서 전체가 기판면과 평행하게 정렬된 것을 특징으로 하는 마이크로 구조체를 이용한 광 필터.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 액츄에이터는 두 개의 실리콘 거울간의 거리를 변화시키기 위해 한 개의 실리콘 거울을 구동체와 연결시키고, 이의 왕복운동을 위한 구동원으로 정전력을 이용한 것을 특징으로 하는 마이크로 구조체를 이용한 광 필터.