KR20030066065A - 마이크로 프리즘 미러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 통신용 스위치에 사용되는 마이크로 프리즘 미러에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 마이크로 프리즘 미러는 하나 이상의 입력 광 섬유로부터 출사되는 레이저 빔을 하나 이상의 출력 광 섬유 중 하나로 선택하여 절환하는 광 스위치에 있어서, 삼각 기둥 형상의 프리즘 미러를 포함하여 구성된다.

Description

마이크로 프리즘 미러{Micro prism mirror}

본 발명은 광 통신용 스위치에 관한 것으로, 특히 마이크로 프리즘 미러에 관한 것이다.

최근 정보 관련 기술인 컴퓨터 및 통신 기술은, 다량의 정보를 송수신할 수 있는 고속 광 섬유 통신을 통해 비약적으로 발전하고 있다.

특히, 동화상, 음성 신호 및 문자 신호등의 다양한 형태의 데이터를 포함한 멀티미디어 정보의 고속 전송, 쌍방향의 대화형(interactive)통신 환경, 가입자 수의 폭발적 증가 등의 추세에 따라, 기존의 구리 전송 선(transmission line)을 이용한 통신망은 그 한계에 봉착하였으며, 높은 반송 주파수의 고속 전송이 가능한 광 신호 형태의 통신망이 그 대안으로 대두되고 있다.

전기적 신호를 송수신하는 기존의 통신망은 논리 회로(logic circuit), 증폭기, 스위치 등 집적회로 등으로 가입자 데이터 인터페이스를 저렴하게 구성할 수 있었다.

반면에, 광을 정보 전달 신호로 이용하는 광 통신망의 경우, 가입자와 중계기 혹은 통신 사업자를 연결해 주는 인터페이스가 전자 회로를 이용한 논리 집적회로가 아닌 광 스위치 및 포토 다이오드, 레이저 다이오드 등으로 구성된 광커넥터 모듈로 구성되어야 한다.

도 1은 종래의 마이크로 미러를 이용한 광 스위치의 개략도이고, 도 2는 도 1에 따른 평면도이고 도 3은 도 1에 따른 마이크로 미러를 이용한 광 스위치의 광 경로를 보여주는 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래의 수직 마이크로미러는 비등방성 식각(anisotropic etching), 증착 후, 조립, 도금등의 다양한 기법으로 가공할 수 있다.

그러나, 어떠한 가공법을 적용하더라도 수직 마이크로미러가 구동기에 의해 움직이는 구조물이므로, 동작 중 소정의 강성(stiffness)을 갖기 위해서는 소정의 미러 두께(t_mir)를 확보해야 한다.

이방성 식각에 의해 수직 미러를 가공하는 경우에는, 식각 공정의 가공 가능한 최소 선폭에 의해 이 두께의 하한이 결정된다.

이와 같이 소정의 두께(t_mir)를 갖는 미러에 의해 반사된 광의 궤적(trajectory)은 두께가 무한히 얇은 이상적인 미러에 의해 반사되는 궤적으로부터 일정 거리만큼 벗어나게 된다.

도 3을 참고로 상세히 설명하면, 광 스위치에 적용되는 기존의 수직 마이크로미러에 의한 레이저 빔의 오프셋 오차(d2)는 미러 두께에 의해 다음 식과 같이 결정된다.

상기와 같은 식에서 d₂및 d₃는 수직 마이크로미러에 의한 광 경로의 오프셋 오차이며, 이 오차는 미러가 광 경로에 위치하여 레이저 빔을 반사하는 이른바 삽입 상태에서 발생한다.

일반적으로 미세 가공 기술로 제조할 수 있는 안정된 수직 미러의 두께가 수 마이크로미터 정도이고, 단일 모드(single mode) 광 섬유의 코어(core) 부분의 지경이 5㎛ 임을 감안하며, 이 미러 두께에 의해 피할 수 없이 발생하는 오프셋 오차는 광 손실을 유발하는 단점이 있다.

이와 같이 현재 상품화되어 있는 광 통신망용 데이터 인터페이스는 전송 선인 광섬유(optical fiber)와 가입자를 연결시키기 위해 광섬유 커넥터, 기계식 광 스위치, 레이저 다이오드를 포함한 광 송신기 등으로 구성되며, 정밀 가공 및 각 부품의 조립에 의존한 제조 방법 등으로 가격이 비싼 단점이 있다.

특히, 광 데이터 인터페이스의 핵심 부품인 광 스위치의 경우 입력측 또는 출력측 광 섬유의 선단 부를 기계적으로 움직여, 광 축을 정렬함으로써, 스위칭 기능을 수행하도록 되어 있어 스위치의 크기를 소형화 하기 어렵고, 소모 전력이 많으며 고가인 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 마이크로 미러를 구동기와 조합하여 입출력 광 섬유의 레이저 광 경로를 단속하며 오프셋 오차에 의한 광 손실을 현저히 감소시키는 마이크로 프리즘 미러를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 마이크로 미러를 이용한 광 스위치의 개략도

도 2는 도 1에 따른 마이크로 미러를 이용한 광 스위치의 평면도

도 3은 도 1에 따른 마이크로 미러를 이용한 광 스위치의 광 경로를 보여주는 도면

도 4는 본 발명에 따른 마이크로 프리즘 미러를 이용한 광 스위치의 개략도

도 5는 본 발명에 따른 마이크로 프리즘 미러를 보여주는 사시도

도 6은 본 발명에 따른 마이크로 프리즘 미러를 보여주는 평면도

도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 마이크로 프리즘 미러의 광 경로 오프셋 오차의 최소화를 설명하기 위한 도면

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 마이크로 프리즘 2 : 반사층

10 : 마이크로 프리즘 미러 OF1 : 제 1 입력 광 섬유

OF2 : 제 2 입력 광 섬유 OF3 : 제 1 출력 광 섬유

OF4 : 제 2 출력 광 섬유

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 하나 이상의 입력 광 섬유로부터 출사되는 레이저 빔을 하나 이상의 출력 광 섬유 중 하나로 선택하여 절환하는 광 스위치에 있어서, 삼각 기둥 형상의 프리즘 미러를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 프리즘 미러는 일면은 반사도가 높은 금속 반사층으로 형성하고, 다른 두면은 투명 프리즘으로 형성된다.

그리고, 상기 반사층의 두께는 입력 광을 반사시킬 수 있는 한도 내에서, 100nm 이하로 형성한다.

또한, 상기 투명 프리즘은 광 감응성 폴리머(polymer), 광 감응성 유리, 후막 감광막(potoresist), 실리콘 중 어느 하나를 이용한다.

그리고, 상기 투명 프리즘은 굴절률이 상이한 박막을 소정의 두께만큼 형성하여 무반사 처리 구조이다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 따른 마이크로 프리즘 미러를 이용한 광 스위치의 개략도이고 도 5는 본 발명에 따른 마이크로 프리즘 미러를 나타낸 사시도이고, 도 6은 마이크로 프리즘 미러의 평면도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 마이크로 프리즘 미러(10)에 의해, 입력 광 섬유들(OF1, OF2)로부터 출사되는 레이저 빔이, 상기 마이크로 프리즘 미러(10)의 양 반사면에 반사되어 각 입력 광 섬유(OF1, OF2)에 대해 수직으로 위치하는 출력 광 섬유(OF3, OF4)로 입사되는 삽입 상태(insertion state)를 나타낸 것이다.

상기 마이크로 프리즘 미러(10)가 수평 방향 또는 수직 방향의 변위를 발생시키는 구동기에 의해, 광 경로에서 벗어나게 되면, 각 입력 광 섬유(OF1, OF2)에서 출사되는 레이저 빔은 각각의 입력 광섬유(OF1, OF2)와 마주보게 광 정렬되어 있는 출력 광 섬유(OF3, OF4)로 직접 연결되는 소위 통과 상태(bypass state)로 동작하게 된다.

여기서 상기 마이크로 프리즘 미러(10)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 수직으로 세운 프리즘 형태의 투명 미세 구조물(1)의 일면에 반사율(reflectivity)이 높은 금속을 이용하여 반사층(2)을 부가하여 구성한다.

상기 마이크로 프리즘 미러(10)의 형태는 광 스위치의 입출력 광 섬유(OF1, OF2)의 배열 각도에 따라 내각의 각도를 조절할 수 있으나, 도시된 일례에서는 광 섬유가 직교하도록 배치된 경우에, 광 스위치 작용을 할 수 있도록 미세 프리즘(10)을 도 6과 같이 직각 이등변 삼각형의 단면을 갖는 미세 프리즘 미러(10)로 예시하였다.

상기 투명 미세 구조물(1)은 SU-8 등과 같은 후막 감광막을 사진 묘화 공정으로 패터닝 하여 구성할 수 있으며, 유리, 광 그레이드(grade)의 폴리머 등 다양한 물질을 적용할 수 있다.

특히, 상기 투명 미세 구조물(1)의 일면에 형성되는 반사층(2)은 반사도가높은 금속 박막을 프리즘의 한 면에만 증착되도록 승화(evaporation), 스퍼터링(sputtering)등의 반도체 소자 일관 제조 공정의 박막 형성 공정을 이용할 수 있으며, 이 경우 증착이 진행될 프리즘의 일면만이 증착 원(source)을 바라보고 장착한다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 마이크로 프리즘 미러의 광 경로 오프셋 오차의 최소화를 설명하기 위한 도면으로, 도 7a는 본 발명에 따른 마이크로 프리즘 미러의 삽입 상태이고, 7b는 광 경로에서 마이크로 프리즘 미러를 제거한 통과 상태, 도 7c는 한 면에 고반사율 금속 박막이 증착된 마이크로 프리즘 미러에 의한 광 경로 오프셋을 나타낸 것이다.

도시된 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 제 2 입력 광 섬유인(OF2)에서 출사된 레이저 빔은 투명 미세 구조물(1)의 투명한 면을 통하여 마이크로 프리즘 미러(10) 내로 입사되고 반사층(2)에서 반사된 후 프리즘을 거쳐 공기 중으로 나온 후, 제 1 출력 광 섬유(OF3)의 코어 부분으로 향하게 되어 오프셋 오차가 발생하지 않는다.

그러나, 입력 광이 프리즘의 투명한 면에 입사될 때 공기와 프리즘의 계면에서 입력 광의 일부가 반사될 수 있으나, 이 반사되는 양은 이 계면에 무반사 코팅 박막을 부가하여 최소화 할 수 있다.

상기 무반사 코팅은 프리즘을 형성하는 물질과 굴절률이 다른 다중체 박막 등을 소정의 두께로 증착하여 형성한다.

한편, 제 1 입력 광 섬유(OF1)에서 출사된 레이저 빔은 이 레이저 빔의 광축과 45°가 되도록 패터닝 되어있고, 반사층(2)이 형성된 미러 면에 반사되어 광로를 변경하여 제 2 출력 광 섬유(OF4) 방향으로 진행한다.

도 7c에 도시된 바와 같이, 반사층에 의해 발생하는 광 경로의 오프셋 오차는 반사 층의 두께 t_met에 비례하게 되며, 이 두께는 100nm 이하로 매우 얇게 형성하여도 높은 반사도를 유지할 수 있다.

상기 미세 프리즘 미러(10)를 광 스위치에 적용할 경우 발생하는 광 경로 오프셋 오차 d₁은 다음과 같이 반사층(2)의 두께와 연관하여 표현할 수 있다.

상기와 같은 값은 수직 마이크로 미러에 의한 오프셋 오차에 비해 매우 적은 양이며, 광 스위치의 코어 크기에 비해서도 무시할 만큼 최소화 할 수 있으므로, 광 경로의 오프셋 오차에 의한 미러의 삽입 손실을 최소화 할 수 있게 되며, 이는 상기 미세 프리즘 미러(10)가 적용되는 광 스위치의 광 손실을 줄여 성능을 개선한다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 한 면에 반사층이 형성된 미세 프리즘 구조를 광 스위치의 미러에 적용하여 반사광의 광 경로 오프셋 오차를 최소화함으로써 광 스위치의 삽입 손실을 줄이는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 미세 프리즘 미러는 프리즘 형상의 미세 구조물로 구성되므로 기계적 안정성을 유지하는 효과가 있다.

그리고, 미세 프리즘 구조는 사진 묘화 공정 및 금속 박막 증착 공정 등의 반도체 소자 일관 제조 공정으로 손쉽게 광 스위치에 집적하거나 부가할 수 있으므로, 광 스위치의 양산성을 제고할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (5)

1. 하나 이상의 입력 광 섬유로부터 출사되는 레이저 빔을 하나 이상의 출력 광 섬유 중 하나로 선택하여 절환하는 광 스위치에 있어서,

   삼각 기둥 형상의 프리즘 미러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 프리즘 미러.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 프리즘 미러는 일면이 반사도가 높은 금속 반사층으로 형성하고 다른 두면은 투명 프리즘으로 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 프리즘 미러.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 반사층의 두께는 입력 광을 반사시킬 수 있는 한도 내에서, 100nm 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 프리즘 미러.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 투명 프리즘은 광 감응성 폴리머(polymer), 광 감응성 유리, 후막 감광막(potoresist), 실리콘 중 어느 하나인 것을 특징으로 마이크로 프리즘 미러.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 투명 프리즘은 굴절률이 상이한 박막을 소정의 두께만큼 형성하여 무반사 처리 구조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 프리즘 미러.