KR20040039774A - 광섬유 조립용 미세구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유 조립용 미세구조물에 관한 것으로, 광섬유가 삽입되는 장착홈이 중간부에 폭방향으로 적어도 하나 이상 형성되고 장착홈의 적어도 일측면에 광섬유를 탄력지지하기 위한 복수개의 스프링이 형성된 하부 기판과, 상기 하부 기판과 소정 간격을 유지하면서 접합하기 위한 스페이서가 구비되고 접합 후 상기 각 장착홈에 삽입되는 상기 광섬유의 상부에 위치하여 하측으로 탄력지지하기 위한 복수개의 스프링이 중간부에 적어도 일단의 연결부로 연결된 상부 기판을 포함하여 구성된다. 이러한 광섬유 조립용 미세구조물은 광섬유 조립용 미세구조물은 광 스위치 소자에 부착되는 광섬유의 정렬 및 조립 공정을 수동 정렬(passive alignment)에 의해 손쉽게 구현할 수 있는 이점이 있다. 또, 마이크로머시닝 기술 및 반도체 일관 공정 등을 통하여 제작되는 광 소자와 집적화 함으로써 소형의 경량화 된 인터페이스 부품을 구현할 수 있고, 부품 단가를 절감할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 광섬유 조립용 미세구조물은 다양한 형태의 마이크로머시닝 기술에 의해 제작되는 광 소자에 적용이 가능하다.

Description

광섬유 조립용 미세구조물{MINUTE STRUCTURE ASSEMBLING OPTICAL FIBER}

본 발명은 광섬유 조립용 미세구조물에 관한 것으로, 특히 수동 정렬(passive alignment)에 의해 기파에 대해 수평 방향과 수직 방향에 대한 광섬유 정렬 오차를 최소화 할 수 있는 광섬유 조립용 미세구조물에 관한 것이다.

최근 정보 관련 기술은 다량의 정보를 송수신할 수 있는 고속 광섬유 통신기술의 발전과 더불어 비약적으로 발전하고 있다. 특히 동화상, 음성 신호 및 문자 신호 등 다양한 형태의 데이터를 포함한 멀티 미디어 정보 전송의 고속화, 쌍방향 대화형(interactive) 통신 환경의 대두, 가입자 수의 폭발적 증가 등의 추세에 따라 기존의 구리 전송선(transmission line)을 사용한 통신망은 그 한계에 달하였으며, 높은 반송 주파수의 고속 전송이 가능한 광 신호 형태의 통신망이 그 대안으로 대두되고 있다.

전기적 신호를 송수시하는 기존의 통신망은 논리 회로(logic circuit), 증폭기, 스위치 등 집적회로(integrated circuit) 등으로 가입자 데이터 인터페이스를 저렴하게 구성할 수 있었다. 반면에 광을 정보 전달 신호로 사용하는 광 통신망의 겨우 가입자와 중계기 혹은 통신 사업자를 연결해주는 인터페이스가 전자 회로를 이용한 논리 집적회로가 아닌 광 스위치 및 포토 다이오드, 레이저 다이오드 등으로 구성된 광 커넥터 모듈로 구성되어야 한다. 현재 상품화되어 있는 광 통신망용 데이터 인터페이스는 전송선이 광 섬유(optical fiber)와 가입자를 연결시키기 위해 광 섬유 커넥터(fiber optic connector), 광 스위치(optical switchs), 레이저 다이오드를 포함한 광 송신기(transmitter) 등으로 구성되어 있으며, 정밀 가공 및 각 부품의 조립에 의존한 제조방법 등으로 가격이 비싼 단점이 있다. 특히 광 데이터 인터페이스의 핵심 부품의 광 스위치의 겨우 입력측 또는 출력측 광 섬유의 선단부를 기계적으로 움직여 광축을 정렬함으로써 스위칭(switching) 기능을 수행하도록 되어 있어 스위치의 크기를 소형화하기 어렵고, 소모 전력이 크며, 고가인 단점이 있다. 광 스위치의 주요한 적용 분야로서 고속 및 신뢰성이 특히 중요시되는기간(backbone) 광 통신망 등의 용도로 제안된 ANSI X3T9.5 규격에 필요한 FDDI(fiber distributed data interface)의 경우, 단말기에서 수신이 끊어질 경우라도 기간망 내에서는 계속적으로 광 신호가 전송되어야 하므로, 가입자의 단말기에 입력 광 신호가 연결되지 않더라도 연결된 광 통신망이 단절되지 않도록 루프백(loop-back) 기능을 수행할 수 있는 바이패스(bypass switch)가 필요하게 된다.

이러한 요구에 따라 반도체 일관 공정 및 마아크로머시닝 공정으로 제작되는 마이크로 미러(micromiror)와 입력단 및 출력단을 구성하는 광 섬유를 집적하여 광 스위치를 구현하는 다양한 방법이 제안되었다.

도 1 내지 도 3은 종래의 광섬유 연결구조를 보인 것으로, 도 1은 광섬유가 조립되는 형태를 보인 분해사시도, 도 2는 광섬유가 조립된 상태를 보인 사시도, 도 3은 광섬유가 조립된 상태를 보인 종단면도이다.

그리고, 도 1에서 10은 기판을 보인 것이고, 11은 장착홈을 보인 것으로, 이 장착홈(11)의 측면(sidewall)에 형성된 스프링(12)이 구비되어 있다.

종래에는 도 1과 같이 광섬유의 정렬을 위해서 기판(10)의 스프링(12)이 측면에 형성된 장착홈(11)에 광섬유(20)를 끼워넣고 고정시키는 방법을 이용하고 있다.

또한, 도 4 내지 도 6은 종래 광섬유 연결구조의 다른 형태를 보인 것으로, 도 4는 광섬유가 조립되는 형태를 보인 분해사시도, 도 5는 광섬유가 조립된 상태를 보인 사시도, 도 6은 광섬유가 조립된 상태를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 광섬유 연결구조의 다른 형태는 기판(10)에 형성된 V형 장착홈(13)에 광섬유(20)를 끼워 넣고 고정시키는 방법이 사용되고 있다.

이러한 홈은 제작이 간편하고 광섬유의 기판에 대해 수평방향 정렬은 용이하나, 광섬유 장착과정이나 접착제 등을 사용하여 광섬유를 고정시키는 과정에서 기판에 수직방향으로의 정렬 오차가 발생할 가능성이 있다. 또한 이러한 광섬유 장착홈과 가동 구조물인 마이크로 미러를 집적화 할 경우 공정상 또는 위치상의 제약에 의해 조립 공정을 복잡하게 하는 요인이 되기도 한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점 및 결함을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 수동 정렬(passive alignment)에 의해 기파에 대해 수평 방향과 수직 방향에 대한 광섬유 정렬 오차를 최소화 할 수 있으며, 광 스위치, 광 감쇄기 등 광섬유의 집적을 필요로 하는 모든 소자에 적용 가능하게 되는 광섬유 조립용 미세구조물을 제공하고자 함에 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광 송수신 모듈 및 광 통신망에 적용되는 광 인터페이스 소자의 광 섬유 장착부를 제공하기 위한 것이다.

또 다른 목적은 탄성을 가지는 스프링 구조물을 광 섬유 장착부에 적용하는 것이다.

또 다른 목적은 상기 스프링 구조물에 의하여 장착되는 광섬유의 정렬 오차를 최소화하는 것이다.

또 다른 목적은 하부 기판과 상부 기판에 각각 형성된 홈과 스프링 구조물이 정렬, 일체화된 광섬유 장착부를 구현하기 위한 것이다.

또 다른 목적은 임의의 개수를 갖는 일체형 광섬유 장착부 어레이를 구현하기 위한 것이다.

또 다른 목적은 반도체 일관 공정 및 마이크로머시닝 기술을 적용하여 제작되는 광섬유 장착부의 경량화 및 소형화를 기하는 것이다.

도 1 내지 도 3은 종래의 광섬유 연결구조를 보인 것으로,

도 1은 광섬유가 조립되는 형태를 보인 분해사시도.

도 2는 광섬유가 조립된 상태를 보인 사시도.

도 3은 광섬유가 조립된 상태를 보인 종단면도.

도 4 내지 도 6은 종래 광섬유 연결구조의 다른 형태를 보인 것으로,

도 4는 광섬유가 조립되는 형태를 보인 분해사시도.

도 5는 광섬유가 조립된 상태를 보인 사시도.

도 6은 광섬유가 조립된 상태를 보인 종단면도.

도 7 내지 도 21는 본 발명에 의한 광섬유 연결구조에 관한 도면으로서,

도 7은 광섬유가 조립되는 형태를 보인 분해사시도.

도 8은 광섬유가 조립된 상태를 보인 사시도.

도 9는 광섬유가 조립된 상태를 보인 종단면도.

도 10 내지 도 13은 광섬유 조립용 미세구조물의 상부 기판의 서로 다른 형태를 보인 사시도.

도 14 내지 도 16은 광섬유 조립용 미세구조물의 하부 기판의 서로 다른 형태를 보인 사시도.

도 17 및 도 18은 광섬유 조립용 미세구조물의 장착전 상태를 보인 하부 기판 평면도 및 상,하부 기판의 측면도.

도 19 및 도 20은 광섬유 조립용 미세구조물의 장착전 상태를 보인 하부 기판 평면도 및 상,하부 기판의 측면도.

도 21 및 도 22는 종래 및 본 발명에 따른 광섬유 조립용 미세구조물의 장착 작용 설명도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 하부 기판11 : 장착홈

12 : 스프링14 : 연결부

15 : 절곡부16 : 연결부

20 : 광섬유30 : 상부 기판

31 : 스페이서32 : 스프링

33 : 연결부34 : 연결부

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 광섬유 조립용 미세구조물은 광섬유가 삽입되는 장착홈이 중간부에 폭방향으로 적어도 하나 이상 형성되고 장착홈의 적어도 일측면에 광섬유를 탄력지지하기 위한 복수개의 스프링이 형성된 하부 기판과, 상기 하부 기판과 소정 간격을 유지하면서 접합하기 위한 스페이서가 구비되고 접합 후 상기 각 장착홈에 삽입되는 상기 광섬유의 상부에 위치하여 하측으로 탄력지지하기 위한 복수개의 스프링이 중간부에 적어도 일단의 연결부로 연결된 상부 기판을 포함하여 구성된다.

이와 같은 본 발명의 특징은 광소자에 광섬유를 장착할 때 사용되는 광섬유 장착부로 광섬유 정렬 기능과 고정 기능을 갖는 다는 것이다.

상기 광섬유 장착부는 외팔보(cantilever), 비틀림 보(torsion beam), 브리지(bridge), 판 스프링 등의 탄성 구조물(스프링)이 광섬유 장착부를 구성하는 기판의 일부에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 광섬유 장착부는 상기 탄성 구조물에 의해 광섬유 장착시 기판에 평행 방향의 정렬 오차나 기판에 수직인 방향의 정렬 오차, 또는 이들을 동시에 감소시키는 것을 특징으로 한다.

상기 광섬유 장착부는 복수개의 어레이(array)로 배열하여 구성하거나 기판에 대해 서로 다른 방향으로 배치할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 광섬유 장착부는 광섬유 장착 및 정렬 조립 속도를 현저히 증가시키며, 광섬유 정렬 조립공정인 피그 테일링(pig-tailing) 과정을 현저히 용이하게 한다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 7 내지 도 21는 본 발명에 의한 광섬유 연결구조에 관한 도면으로서, 도 7에는 광섬유가 조립되는 형태를 보인 분해사시도, 도 8에는 광섬유가 조립된 상태를 보인 사시도, 도 9에는 광섬유가 조립된 상태를 보인 종단면도가 각각 도시되어 있다.

또, 도 10 내지 도 13에는 광섬유 조립용 미세구조물의 상부 기판의 서로 다른 형태를 보인 사시도가 각각 도시되고, 도 14 내지 도 16에는 광섬유 조립용 미세구조물의 하부 기판의 서로 다른 형태를 보인 사시도가 도시되어 있다.

또한, 도 17 및 도 18에는 광섬유 조립용 미세구조물의 장착전 상태를 보인 하부 기판 평면도 및 상,하부 기판의 측면도, 도 19 및 도 20에는 광섬유 조립용 미세구조물의 장착전 상태를 보인 하부 기판 평면도 및 상,하부 기판의 측면도, 도 21 및 도 22에는 종래 및 본 발명에 따른 광섬유 조립용 미세구조물의 장착 작용 설명도가 각각 도시되어 있다.

먼저, 도 7 내지 도 10을 참조하면, 본 발명에 의한 광섬유 조립용 미세구조물은 광섬유(20)가 삽입되는 장착홈(11)이 중간부에 폭방향으로 형성되고장착홈(11)의 양측면에 광섬유(20)를 탄력지지하기 위한 복수개의 스프링(12)이 형성된 하부 기판(10)과, 상기 하부 기판(10)과 소정 간격을 유지하면서 접합하기 위한 스페이서(31)가 구비되고 접합 후 상기 광섬유(20)의 상부에 위치하여 하측으로 탄력지지하기 위한 복수개의 스프링(32)이 중간부에 폭방향으로 선단의 연결부(33)로 연결된 상부 기판(30)을 포함하여 구성된다.

도 7 내지 도 9와 같이 장착홈(11)과 광섬유 측부 고정용 스프링(12)이 형성된 하부 기판(10)에 광섬유 상부 고정용 스프링(32)이 형성된 상부 기판(30)을 접합시키고, 하부 기판(10)의 장착홈(11)에 광섬유(20)를 장착한다.

도 8 및 도 9와 같이 상부 기판(30)과 하부 기판(10)이 접합에 의해 형성되는 광섬유 조립용 미세구조물에 광섬유(20)가 장착되면, 광섬유(20)는 광섬유 측부 고정용 스프링(12)에 의해 수평 방향 정렬 오차가 제거되고, 광섬유 상부 고정용 스프링(32)에 의해 하측 방향으로 힘을 받으므로 장착홈(11)에 밀착되어 수직 방향 정렬 오차가 제거된다.

도 10 내지 도 13은 광섬유 조립용 미세구조물의 상부 기판의 서로 다른 형태를 보인 사시도로서, 상부 기판(30)에 형성된 스프링(32)은 도 10에 도시한 바와 같이, 상부 기판(30)의 중간부에 복수개가 폭방향으로 동일선상에 배치되어 선단의 연결부(33)에 의해 외팔보 형태로 연결되고 각각의 스프링(32)이 하측에서 보아 오목한 형태, 도 11과 같이 상부 기판(30)의 중간부에 복수개가 폭방향으로 동일선상에 배치되어 선단의 연결부(33)에 의해 외팔보 형태로 연결되고 각각의 스프링(32)이 하측에서 보아 볼록한 형태로 형성될 수 있다.

그리고 도 12와 같이, 상부 기판(30)의 중간부에 복수개가 길이방향으로 서로 평행하게 소정간격을 두고 배치되어 양단의 연결부(34)에 의해 브리지 형태로 연결되고 각각의 스프링(32)이 하측에서 보아 볼록한 형태, 도 13과 같이, 상부 기판(30)의 중간부에 복수개가 폭방향으로 동일선상에 배치되어 양단의 연결부(34)에 의해 브리지 형태로 연결되고 각각의 스프링(32)이 하측에서 보아 볼록한 형태로 형성될 수 있다.

이외에도 상부 기판(30)의 스프링(12) 구조는 광섬유(20)를 장착할 때에 기판에 수직인 방향으로 힘을 받는 다양한 구조로 형성할 수 있다.

도 14 내지 도 16은 광섬유 조립용 미세구조물의 하부 기판의 서로 다른 형태를 보인 사시도로서, 도 14는 하부 기판(10)의 장착홈(11)의 일측면에 복수개의 평판형 스프링(12)이 선단의 연결부(14)에 의해 외팔보 형태로 연결되고 후단에는 절곡부(15)가 각각 형성된 형태로 되어 있고, 도 15에는 하부 기판(10)의 장착홈(11)의 일측면에 복수개의 평판형 스프링(12)이 선단의 연결부(14)에 의해 외팔보 형태로 연결된 구성으로 되어 있으며, 도 16에는 하부 기판(10)의 장착홈(11)의 일측면에 복수개의 원호형 스프링(12)이 양단의 연결부(16)에 의해 브리지 형태로 연결된 형태로 되어 있다.

도 17 및 도 18, 그리고 도 20 및 도 21 본 발명에 의한 광섬유 조립용 미세구조물에 이용되는 탄성 구조물의 움직임을 나타낸 개략도로서, 광섬유(20) 장착시 도시한 화살표 방향 장착홈(11)에 삽입하면 하부 기판(10)의 광섬유 측부 고정용 스프링(12)은 하부 기판에 수평인 방향으로 휘게 되고, 상부 기판(30)에 형성된 광섬유 상부 고정용 스프링(32)은 기판에 수직 방향으로 휘게 되어 장착된 광섬유(20)에 힘을 가하게 된다.

도 21 및 도 22는 종래 및 본 발명에 따른 광섬유 조립용 미세구조물의 장착 작용 개념 설명도를 보인 것으로, 종래 광섬유 조립용 미세구조물의 경우 하부 기판(10)의 장착홈(11)에 형성된 광섬유 측부 고정용 스프링(12)을 고정부(12a)와 접촉부(12b)의 사이에 스프링(12c)이 개재된 형태로 도식화되어 있으며, 이와 같은 기존 광섬유 조립용 미세구조물의 경우 광섬유 측부 고정용 스프링(12)에 의해 좌우측 방향의 정렬 오차는 제거되나, 장착시 발생할 수 있는 수직방향의 오차는 제거할 수 없다.

본 발명에 의한 광섬유 조립용 미세구조물의 경우에는 하부 기판(10)의 장착홈(11)에 형성된 광섬유 측부 고정용 스프링(12)을 고정부(12a)와 접촉부(12b)의 사이에 스프링(12c)이 개재된 형태로, 상부 기판(30)에 형성된 광섬유 상부 고정용 스프링(32)을 고정부(32a)와 접촉부(32b)의 사이에 스프링(32c)이 개재된 형태로 도식화되어 있으며, 이와 같은 본 발명 광섬유 조립용 미세구조물의 경우에는 광섬유 측부 고정용 스프링(12)에 의해 좌우측 방향의 정렬 오차가 제거하고, 광섬유 상부 고정용 스프링(32)에 의해 상하측 방향의 정렬 오차가 제거할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 광섬유 조립용 미세구조물은 광 스위치 소자에 부착되는 광섬유의 정렬 및 조립 공정을 수동 정렬(passive alignment)에 의해 손쉽게 구현할 수 있는 이점이 있다. 또, 마이크로머시닝 기술및 반도체 일관 공정 등을 통하여 제작되는 광 소자와 집적화 함으로써 소형의 경량화 된 인터페이스 부품을 구현할 수 있고, 부품 단가를 절감할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 광섬유 조립용 미세구조물은 다양한 형태의 마이크로머시닝 기술에 의해 제작되는 광 소자에 적용이 가능하다.

Claims (7)

1. 광섬유(20)가 삽입되는 장착홈(11)이 중간부에 폭방향으로 적어도 하나 이상 형성되고 장착홈(11)의 적어도 일측면에 광섬유(20)를 탄력지지하기 위한 복수개의 스프링(12)이 형성된 하부 기판(10)과, 상기 하부 기판(10)과 소정 간격을 유지하면서 접합하기 위한 스페이서(31)가 구비되고 접합 후 상기 각 장착홈(11)에 삽입되는 상기 광섬유(20)의 상부에 위치하여 하측으로 탄력지지하기 위한 복수개의 스프링(32)이 중간부에 적어도 일단의 연결부(33)로 연결된 상부 기판(30)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 조립용 미세구조물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 기판(30)의 중간부에 복수개의 스프링(32)이 폭방향으로 동일선상에 배치되어 선단의 연결부(33)에 의해 외팔보 형태로 연결되고 각각의 스프링(32)이 하측에서 보아 오목한 형태 또는 볼록한 형태로 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 조립용 미세구조물.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 기판(30)의 중간부에 복수개의 스프링(32)이 길이방향으로 서로 평행하게 소정간격을 두고 배치되어 양단의 연결부(34)에 의해 브리지 형태로 연결되고 각각의 스프링(32)이 하측에서 보아 볼록한 형태로 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 조립용 미세구조물.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 기판(30)의 중간부에 복수개의 스프링(32)이 폭방향으로 동일선상에 배치되어 양단의 연결부(34)에 의해 브리지 형태로 연결되고 각각의 스프링(32)이 하측에서 보아 볼록한 형태로 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 조립용 미세구조물.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 기판(10)의 장착홈(11)의 일측면에 복수개의 평판형 스프링(12)이 선단의 연결부(14)에 의해 외팔보 형태로 연결되고 후단에는 절곡부(15)가 각각 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 조립용 미세구조물.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 기판(10)의 장착홈(11)의 일측면에 복수개의 평판형 스프링(12)이 선단의 연결부(14)에 의해 외팔보 형태로 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 조립용 미세구조물.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 기판(10)의 장착홈(11)의 일측면에 복수개의 원호형 스프링(12)이 양단의 연결부(16)에 의해 브리지 형태로 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 조립용 미세구조물.