KR20020036304A - 1 X n VERTICAL FIBER OPTIC SWITCH - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An 1 Xn vertical optical switch is provided to allow a rotatable mirror formed on a substrate to be rotated by the plurality of electrodes radially formed on the substrate. CONSTITUTION: The 1 Xn vertical optical switch includes a substrate(10) on which a supporting plate(11) is formed at one side portion. A mirror(12) is rotatably connected with the supporting plate(11) by a connecting element(13). The plurality of electrodes(15) are radially formed on the substrate(10) with respect to a rotational axis of the mirror(12). The plurality of electrodes(15) generates an electric power for rotating the mirror(12). Each of the plurality of electrodes(15) is substantially L-shaped. The connecting element(13) has a connecting hole(12a) which is formed at one side portion of the mirror(12). A connecting bar(14) is installed at one side portion of the supporting plate(11).

Description

1 Ｘｎ 수직 광스위치{1 X n VERTICAL FIBER OPTIC SWITCH}1 GHz Vertical Optical Switch {1 X n VERTICAL FIBER OPTIC SWITCH}

본 발명은 1 X n 수직 광스위치에 관한 것으로, 특히 광학 MEMS 기술을 이용하여 광 파이버 통신 네트워크(optical fiber communication network)에 유리하게 이용할 수 있도록 미러를 자유롭게 회전시켜 각도를 다양하게 조절할 수 있게 한 1 X n 수직 광스위치에 관한 것이다.The present invention relates to a 1 x n vertical optical switch, and in particular, by using an optical MEMS technology, it is possible to freely rotate the mirror so that various angles can be adjusted to be advantageously used for an optical fiber communication network. X n vertical optical switch.

최근 MEMS 기술이 광학소자에 적용됨에 따라 많은 새로운 광학소자와 시스템이 보고되고 있다. 특히 광통신에 사용되던 광학소자와 비교하였을 때 미러(mirror)로 제작된 광학소자인 광스위치는 낮은 광간섭, 파장과 편광에 대한 낮은 민감도 그리고 저렴한 공정 비용의 장점 때문에 많은 연구가 진행되고 있다.As MEMS technology is recently applied to optical devices, many new optical devices and systems have been reported. In particular, optical switches, which are optical devices manufactured by mirrors, have been studied due to the advantages of low optical interference, low sensitivity to wavelength and polarization, and low process cost compared to optical devices used for optical communication.

마이크로 엑튜에이터(microactuator)의 메카니즘으로 제안되는 것들에는 압전 메카니즘(piezoeletric mechanism), 서멀 엑튜에이션 메카니즘(thermal actuation mechanism), 마그네토스태틱 메카니즘(magneticstatic), 일렉트로스태틱 엑튜에이션(electrostatic actuation) 등이 있다.Proposed mechanisms for microactuators include piezoletric mechanisms, thermal actuation mechanisms, magneticstatic mechanisms, and electrostatic actuations.

위와 같은 마이크로 엑튜에이터의 메카니즘에서 압전 메카니즘에 의해 구동되는 미러(mirror)는 물질의 특성상 압전 구조물의 크기가 커야만 충분한 변위를 발생시킬 수 있는 단점이 있으며, 서멀 엑튜에이션 메카니즘의 경우는 열적 응답속도를 높이면 전력 소비가 증가하는 단점이 있었다. 또한, 마이크로 엑튜에이터의 경우는 전력 소비가 크고, 기존 IC(intergrated circuit) 공정과의 양립성 문제 등이 있었다.The mirror driven by the piezoelectric mechanism in the mechanism of the micro-actuator as described above has the disadvantage of generating sufficient displacement only when the size of the piezoelectric structure is large due to the characteristics of the material. Increasing the power consumption has the disadvantage. In addition, in the case of the micro actuator, the power consumption is high, and there are compatibility problems with the existing IC (intergrated circuit) process.

그리고, 일렉트로스태틱 엑튜에이션의 경우는 충분한 변위를 발생시키기 위핸 큰 면적과 두 물체 사이의 간격이 좁아야 하므로 공정상의 어려움이 있으나 전력 소비가 거의 없으며, 기존 IC공정으로 쉽게 제작이 가능하기 때문에 이 분야에 많은 연구가 진행되고 있다. 미러를 이용한 광학소자 구현에서도 정전력(electostatic force)을 구동력으로 갖는 미러가 많이 연구되고 있다.In addition, in the case of electrostatic actuation, a large area to generate sufficient displacement and a small gap between two objects have to be processed, but there is a difficulty in the process, but there is little power consumption, and this field is easily manufactured by the existing IC process. There is a lot of research going on. In the implementation of optical devices using mirrors, many mirrors having electrostatic force as a driving force have been studied.

도 1은 종래 버티컬 미러(vertical mirror)의 한 예를 보인 사시도로서, 이에 도시한 바와 같이, 기판(1)에 형성된 지지부(2)에 미러(3)가 토션 스프링력을 가지는 연결부(4)에 의해 연결되어 있으며, 기판(1)의 미러(3) 전방부 일측에는 전극(5)이 설치된 구성으로 되어 있다. 그리고 도면에서 부호 6은 에스디에이(SDA; scratch drive actuator) 어레이(array)를 보인 것이다.FIG. 1 is a perspective view showing an example of a conventional vertical mirror, and as shown in FIG. 1, a support portion 2 formed on a substrate 1 is connected to a connection portion 4 having a torsion spring force. The electrode 5 is provided in one side of the front side of the mirror 3 of the board | substrate 1, and is connected. Reference numeral 6 in the drawings shows a scratch drive actuator (SDA) array.

이러한 버티컬 미러의 구동원리는 미러(3)와 전극(4) 사이의 정전력을 이용하며, 이 경우 전극(4)에 필요한 엑튜에이터인 에스디에이를 만들기 위해 추가 공정이 필요하여 공정이 복잡하다는 단점이 있으며, 1 X 2 온 오프 스위치 등에 그 응용이 제한되는 문제점이 있었다.The driving principle of the vertical mirror uses the electrostatic force between the mirror 3 and the electrode 4, and in this case, an additional process is required to make an SD actuator, which is required for the electrode 4, and the process is complicated. There is a problem that the application is limited, such as 1 X 2 on-off switch.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점 및 결함을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 기판과 수직한 지지부에 회전이 자유롭게 연결된 미러를 기판 위에 배치한 복수개의 방사상 전극에 의해 회전시켜 각도를 조절할 수 있게 되는 1 X n 수직 광스위치를 제공하기 위한 것이다.The present invention has been devised to solve such a conventional problem and defects, 1 X which can be adjusted by rotating a mirror connected to the support perpendicular to the substrate freely rotated by a plurality of radial electrodes disposed on the substrate. n to provide a vertical optical switch.

도 1은 종래 버티컬 미러의 구성을 보인 사시도.1 is a perspective view showing the configuration of a conventional vertical mirror.

도 2(a),(b)는 본 발명에 의한 1 X n 수직 광스위치의 구성 및 작용을 보인 사시도.Figure 2 (a), (b) is a perspective view showing the configuration and operation of the 1 X n vertical optical switch according to the present invention.

도 3은 본 발명에 의한 1 X n 수직 광스위치의 응용예를 보인 사시도.Figure 3 is a perspective view showing an application example of the 1 X n vertical optical switch according to the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>

10 : 기판11 : 지지판10 substrate 11 support plate

11a : 개구부12 : 미러11a: opening 12: mirror

12a : 연결공13 : 연결요소12a: connecting hole 13: connecting element

14 : 연결고리15: 전극14 connection 15: electrode

이와 같은 목적을 가지는 본 발명은 광학 MEMS 기술을 이용하여 광 파이버 통신 네트워크(optical fiber communication network)에 이용 가능한 1 X n 광스위치에 관한 것으로, 기판과, 상기 기판 상면의 일측부에 수직으로 형성되는 지지판과, 상기 지지판에 회동 가능하게 연결되는 미러와, 상기 미러를 상기 지지판에 연결하는 연결요소와, 상기 기판의 상면에 상기 미러의 회전축을 중심으로 방사상으로 배치되는 복수개의 전극을 포함하여 구성된다.The present invention having the above object relates to a 1 X n optical switch that can be used in an optical fiber communication network using optical MEMS technology, and is formed perpendicularly to a substrate and one side of an upper surface of the substrate. A support plate, a mirror rotatably connected to the support plate, a connecting element connecting the mirror to the support plate, and a plurality of electrodes disposed radially around the axis of rotation of the mirror on an upper surface of the substrate. .

이러한 본 발명은 에스디에이와 같은 엑튜에이터를 제작할 필요가 없기 때문에 공정이 간단하다는 이점이 있고, 기존의 광스위치는 한 개의 미러를 이용하여 2개의 출력치(output)를 얻을 수 있었으나, 본 발명의 광스위치는 한 개의 미러를 이용하여 n개의 출력치를 얻을 수 있다는 장점이 있다.The present invention has the advantage that the process is simple because there is no need to manufacture an actuator such as the SD, and the conventional optical switch was able to obtain two outputs using one mirror, The optical switch has an advantage of obtaining n output values by using one mirror.

이하, 이와 같은 본 발명의 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2(a),(b)는 본 발명에 의한 1 X n 수직 광스위치의 구성 및 작용을 보인 사시도로서, 이에 도시한 바와 같이 기판(10)의 상면 일측부에 지지판(11)이 형성되고, 그 지지판(11)에는 미러(12)가 연결요소(13)에 의해 회전 가능하게 연결되어 있으며, 상기 기판(10)의 상면에는 미러(12)를 정전력으로 회동시키기 위한 복수개의 전극(15)이 미러(12)의 회전축을 중심으로 방사상으로 배열 형성된 구성으로 되어 있다.2 (a) and 2 (b) are perspective views showing the configuration and operation of a 1 × n vertical optical switch according to the present invention. As shown in FIG. 2, the support plate 11 is formed on one side of the upper surface of the substrate 10. In addition, a mirror 12 is rotatably connected to the supporting plate 11 by a connecting element 13, and a plurality of electrodes 15 for rotating the mirror 12 at a constant power on an upper surface of the substrate 10. ) Is arranged radially around the axis of rotation of the mirror (12).

상기 전극(14)에는 예를 들어 L자형으로 절곡된 것이 이용된다.As the electrode 14, for example, one bent in an L shape is used.

상기 연결요소(13)는 예를 들어 미러(12)의 일측부에 연결공(12a)이 상하로 형성되고, 상기 지지판(11)의 일측부에는 상기 미러(12)의 연결공(12a)이 회동가능하게 끼워지는 연결고리(14)가 구비된 구성으로 되어 있다.For example, the connection element 13 has a connection hole 12a vertically formed at one side of the mirror 12, and a connection hole 12a of the mirror 12 is formed at one side of the support plate 11. The connecting ring 14 is rotatably fitted.

도면에는 상기 기판(10) 위에 예컨데 A, B, C, D와 같이 4개의 전극(15)을 배치한 형태가 도시되어 있으나, 상기 전극(15)의 수는 필요에 따라 증감시킬 수 있다.In the drawing, four electrodes 15 are arranged on the substrate 10 such as A, B, C, and D, but the number of the electrodes 15 may be increased or decreased as necessary.

그리고 도면에서 미설명 부호 11a는 지지판(11)에 형성된 개구부를 보인 것이다.In addition, reference numeral 11a in the drawing shows an opening formed in the support plate 11.

상기한 바와 같은 본 발명 1 X n 수직 광스위치는 도 2(a)와 같이 미러(12)가 지지판(11) 측에 위치하는 초기 상태에서 미러(12)와 제일 가까운 전극 A(14)에 전압을 인가하면 전극 A(14)와 미러(12) 사이에 정전력(electrostatic force)이 발생하고, 정전력 중 플린징 필드(fringing field)에 의해 미러(12)가 구동되어 회전하게 되며, 전극A(14)에 전압을 인가함과 동시에 전극 B(14)에 전압을 인가하면 미러(12)는 전극B(14)에 의한 플린징 필드와 관성 모멘트에 의해 회전하게 된다.As described above, the present invention 1 X n vertical optical switch has a voltage at the electrode A 14 closest to the mirror 12 in the initial state in which the mirror 12 is located on the support plate 11 side as shown in FIG. Electrostatic force is generated between the electrode A 14 and the mirror 12 by applying, and the mirror 12 is driven and rotated by the fringing field during the electrostatic power. When voltage is applied to the electrode B 14 at the same time as the voltage is applied to the 14, the mirror 12 is rotated by the plunging field and the moment of inertia by the electrode B 14.

이와 같이 각 전극 A,B,C,D(14)에 순차적으로 전압을 가하면 미러(12)를 회전시킬 수 있으며, 원하는 위치에서 미러(12)를 정지시킬 수 있다.As described above, when voltages are sequentially applied to the electrodes A, B, C, and D 14, the mirror 12 may be rotated, and the mirror 12 may be stopped at a desired position.

종래의 광스위치는 도 1과 같이 미러(3)가 지지판(2)에 연결부(4)에 의해 일체로 연결되어 있기 때문에 미러(3)가 회전할 때에 연결부(4)가 스프링 역할을 하게 되나, 이와 다르게 본 발명에 의한 1 X n 광스위치는 미러(12)의 연결공(12a)이 연결고리(14)에 미끄럼 가능하게 연결되어 있으므로 회전시 스프링력을 받지 않고자유롭게 회전하게 된다.In the conventional optical switch, as shown in FIG. 1, since the mirror 3 is integrally connected to the support plate 2 by the connecting portion 4, the connecting portion 4 acts as a spring when the mirror 3 rotates. Unlike the 1 X n optical switch according to the present invention, since the connection hole 12a of the mirror 12 is slidably connected to the connection ring 14, the 1 X n optical switch is freely rotated without receiving a spring force during rotation.

따라서, 각 전극 A,B,C,D(14)에 전압을 순차적으로 가하여 전극 A(14)에서 전극 D(14)까지 회전시켰다가 역순으로 전극 C,B(14)에 전압을 인가하면 미러(12)를 다시 전극 B(14)에 위치시킬 수 있게 된다.Therefore, when voltage is sequentially applied to each of the electrodes A, B, C, and D 14, the electrode A 14 is rotated from the electrode A 14 to the electrode D 14, and the voltage is applied to the electrodes C and B 14 in the reverse order. (12) can be positioned on the electrode B (14) again.

도 3은 본 발명에 의한 1 X n 수직 광스위치의 응용예를 보인 사시도로서, 이에 도시한 바와 같이 베이스 플레이트(16) 위에 본 발명에 의한 광스위치(20)가 설치되고, 1개의 입력측 광파이버(21)에서 입력된 광신호가 광스위치(20)의 미러(12)에서 반사되어 n개의 출력측 광파이버(22)에 출력되는 1 X n 형태의 광스위치를 보이고 있다.3 is a perspective view showing an application example of the 1 X n vertical optical switch according to the present invention. As shown in FIG. 3, the optical switch 20 according to the present invention is installed on the base plate 16, and one input optical fiber ( The optical signal input from 21 is reflected by the mirror 12 of the optical switch 20 to show the 1 X n type optical switch outputted to the n output optical fibers 22.

이러한 형태의 1 X n 광스위치에서 광스위치(20)의 복수개의 전극(14)에 전압을 인가하면서 미러(12)의 각도를 조절하게 되면 입력측의 광파이버(21)에서 입력되는 광신호가 미러(12)에서 여러 각도로 반사되어 출력측 광파이버(22)에 출력될 수 있으므로 하나의 입력측 광파이버(21)를 통하여 입력된 광신호를 n개의 출력측 광파이버(22)에 출력을 시킬 수 있게 된다.When the angle of the mirror 12 is adjusted while applying voltage to the plurality of electrodes 14 of the optical switch 20 in this type of 1 X n optical switch, the optical signal input from the optical fiber 21 on the input side is mirror 12. Since it can be reflected at various angles from the output optical fiber 22 to the output side optical fiber 22, it is possible to output the optical signals input through the one input optical fiber 21 to the n output optical fibers 22.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 광스위치는 종래 광스위치 보다 제작이 간편하고, 또한 1 X n까지 확장된 광스위치를 구현할 수 있기 때문에 광통신 네트워크에서 1 X 2 온 오프 스위치 뿐 아니라 1 X n까지 확장된 광스위치에 응용이 가능하게 되는 효과가 있다. 그리고, 제조 공정이 간편하고, 전력 소비가 적으며, 응답속도가 증대되는 효과가 있다.As described above, the optical switch of the present invention is simpler to manufacture than the conventional optical switch, and since the optical switch can be implemented to extend to 1 X n, the optical switch extends to 1 X n as well as to 1 X 2 on-off switch. There is an effect that can be applied to the optical switch. In addition, there is an effect that the manufacturing process is simple, the power consumption is low, and the response speed is increased.

Claims (2)

기판(10)과, 상기 기판(10) 상면의 일측부에 수직으로 형성되는 지지판(11)과, 상기 지지판(11)에 회동 가능하게 연결되는 미러(12)와, 상기 미러(12)를 상기 지지판(11)에 연결하는 연결요소(13)와, 상기 기판(10)의 상면에 상기 미러(12)의 회전축을 중심으로 방사상으로 배치되는 복수개의 전극(15)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 1 X n 수직 광스위치.A substrate 10, a support plate 11 vertically formed on one side of the upper surface of the substrate 10, a mirror 12 rotatably connected to the support plate 11, and the mirror 12. A connecting element 13 connected to the support plate 11 and a plurality of electrodes 15 disposed radially around the axis of rotation of the mirror 12 on the upper surface of the substrate 10. 1 X n Vertical Optical Switch. 제 1 항에 있어서, 상기 연결요소(13)는 상기 지지판(11)의 개구부(11a) 일측부에 구비되는 연결고리(14)에 상기 미러(12)의 일측부에 형성된 연결공(12a)이 끼워져 구성된 것을 특징으로 하는 1 X n 수직 광스위치.According to claim 1, The connecting element 13 is a connecting hole 12a formed in one side of the mirror 12 in the connecting ring 14 provided on one side of the opening (11a) of the support plate 11 1 x n vertical optical switch, characterized in that inserted.
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