KR20040110123A - 다채널 광 스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 별도의 매개 광 도파로 혹은 렌즈 등으로 구성된 시준기(collimator)를 이용하지 않고 각 광 도파로의 입출력포트 사이에 광통신이 가능한 광 스위치에 관한 것이다. 본 발명은 광경로 방향을 변환시키는 광 스위치로서, 각기 입력 광 도파로 및 출력 광 도파로가 평형하게 형성되어 특정 부분의 중심으로부터 90도 간격을 두고 상대 쌍과 마주보되, 특정 쌍의 입력 광 도파로와 상대 쌍의 출력 광 도파로가 대응하도록 설치된 4쌍의 입출력 광 도파로와, 상기 4쌍의 입출력 광 도파로 사이에서 광경로 방향으로 각각 드나들도록 각기 설치되어 상기 각 광 도파로간의 광경로를 변환하는 4개의 거울과, 상기 각 거울의 드나듬을 선택적으로 구동시키는 거울 구동부로 이루어진다.

Description

다채널 광 스위치{MULTI-CHANNEL OPTICAL SWITCH}

본 발명은 파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplex : WDM) 방식의 광통신 시스템에서 사용되는 다채널 광 스위치(multi-channel optical switch)에 관한 것으로, 특히, 별도의 매개 광 도파로 혹은 렌즈 등으로 구성된 시준기(collimator)를 이용하지 않고 각 광 도파로의 입출력포트 사이에 광통신이 가능한 광 스위치에 관한 것이다.

일반적으로 파장 분할 다중 방식은 광섬유를 이용하는 통신에서, 상이한 파장의 광을 이용하여 복수의 채널을 동시에 전송하는 방식이다. 이 때 통상적으로 사용되는 단일 모드 광섬유에서는 감쇠가 적은 1.3um와 1.55um 2종류의 광파장 영역을 이용한다.

이러한 파장 분할 다중방식의 구현을 위한 장치는 파장 분할 다중화기(wavelength division multiplexer)라 불리우며 일종의 광커플러(optical coupler)로써 기능하는데, 하나의 광섬유 채널을 광의 파장에 의해서 분할하여 복수의 통신로로 사용할 수 있게 하는 장치이다.

예로, 1.55um 파장으로부터 1.5um 파장을 분리하고 2개의 별도 신호를 각각 다른 파장대로 입력시켜 1개의 광섬유를 통해서 전송한다. 그리고 다시 이 통합된 신호를 받아 2개의 신호로 분리시켜 감지토록 한다.

상기와 같은 파장 분할 다중화기의 기능에 대한 메커니즘은 2가지가 있으며 하나는 파장에 따라 굴절, 반사가 달라지는 원리이고, 다른 하나는 고정형 혹은 가변형 필터를 채용해서 분리하는 방법을 사용한 것이다. 즉 한 파장은 필터를 통과하나 다른 파장은 반사하는 혹은 반대로 한 파장은 반사하고 다른 파장은 통과하는 원리를 이용하는 방법이다.

이 때 상기 파장 분할 다중방식화기로써 광 가감기(optical add/drop multiplexer)가 사용되며, 상기 광 가감기에는 거울 등의 광학소자를 기계적으로 구동해서 광이 이동하는 길 즉 광경로를 차단하거나 변화하는 멤스(Micro Electro Mechanical System : MEMS, 초소형 기전 시스템)형 광 스위치가 사용된다. 상기 멤스는 기판상에 설치되는 구조물을 움직이게 만드는 공정기술 또는 그러한 공정기술로 만들어진 소자를 말한다.

상기 멤스형 광 스위치는 삽입 손실, 누화, 편광 및 파장 의존 손실 등이 낮다는 장점으로 인하여 많은 연구가 이루어지고 있다.

이러한 상기 광 스위치는 기본적으로 1 X 2 구성과 2 X 2 등의 단위채널 및 다채널 광 스위치로 구분된다. 아울러 상기 광 스위치의 구성에 있어서 도체물질을 도관 혹은 막대의 형태로 제작하여 광의 전송통로로써 사용하는 것이 광 도파로이다.

상기에서 설명한 다채널 광 스위치에서 구성 및 동작의 편의를 위해 다채널 광 스위치에서 일반적으로 한쪽에 입력 포트, 반대편에 출력포트를 두고, 입력 및 출력으로부터 90도 회전한 쪽에 애드포트(add port) 및 드롭포트(drop port)를 두고, 각 포트로부터 나온 광이 교차하는 부분에 거울이 대각선 방향으로 드나들도록 구동하는 미세 구동기가 매트릭스 형태로 위치하는 경우가 많다. 그런데 각 채널(광 도파로)간의 간격이 미세구동기의 크기 이하로 작아질 수 없고, 이에 따른 삽입 손실 및 각 포트간 삽입 손실의 차이를 줄이기 위해 매개 광 도파로 혹은 렌즈 등으로 구성된 시준기를 이용해야 한다는 단점을 가진다.

도 1은 종래의 기술에 따른 다채널 광 스위치의 일 실시예를 나타낸 도면으로, 각 2개의 입력포트(111,112), 애드포트(121,122), 출력포트(211,212), 및 드롭포트(221,222)와 4개의 거울(311,312,321,322)로 구성되어 있으며, 동종의 포트가 나란하게 배치되어 있다.

동 도면에 있어서, 광 스위치에서 거울(311,312,321,322)이 광의 경로에서 빠지거나 경로에 들어가 광의 방향을 바꾸어줌에 의해 두 개의 입력 포트(111,112) 및 애드포트(121,122)로부터 나온 광을 출력 포트(211,212) 및 드롭포트(221,222)에 선별적으로 전달한다.

도 2는 도 1에 도시된 다채널 광 스위치의 거울에서 광이 반사할 때의 이격을 나타낸 도면, 광이 거울에 반사될 때는 거울의 두께에 의해 광의 중심축으로부터 거울두께의배 이격(411)이 발생한다.

도 3은 도 1에 도시된 다채널 광 스위치의 여러개의 거울에서 광의 반사에서 발생하는 각 이격을 나타낸 도면으로, 광이 여러개의 거울을 거치면서 반사하면 거울두께의배 이격(411)이 거울두께의배 이격(412)으로 증대하여 광의 전송에 따른 손실이 증가한다.

본 발명은 상술한 결점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 별도의 매개 광 도파로 혹은 렌즈 등으로 구성된 시준기를 이용하지 않고 각 광 도파로의 입출력포트 간 광통신이 가능한 다채널 광 스위치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광경로 방향을 변환시키는 광 스위치로서, 각기 입력 광 도파로 및 출력 광 도파로가 평형하게 형성되어 특정 부분의 중심으로부터 90도 간격을 두고 상대 쌍과 마주보되, 특정 쌍의 입력 광 도파로와 상대 쌍의 출력 광 도파로가 대응하도록 설치된 4쌍의 입출력 광 도파로와,상기 4쌍의 입출력 광 도파로 사이에서 광경로 방향으로 각각 드나들도록 각기 설치되어 상기 각 광 도파로간의 광경로를 변환하는 4개의 거울과, 상기 각 거울의 드나듬을 선택적으로 구동시키는 거울 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 각 광 도파로의 삽입손실을 줄이기 위해 각 코어 확장 광 도파로를 사용하거나, 각 광 도파로의 단면부분에 무반사코팅을 부가하거나 광 도파로간의 굴절률 맞춤액 혹은 렌즈를 부가 할 수 있고, 광 도파로의 반사손실을 줄이기 위해 광 도파로의 단면부분에 굴절률 맞춤액, 무반사코팅, 3도에서 20도 정도 경사진 단면을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

도 1은 종래의 기술에 따른 다채널 광 스위치의 일 실시예를 나타낸 도면,

도 2는 도 1에 도시된 다채널 광 스위치의 거울에서 광이 반사할 때의 이격을 나타낸 도면,

도 3은 도 1에 도시된 다채널 광 스위치의 여러개의 거울에서 광의 반사에서 발생하는 각 이격을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 다채널 광 스위치의 일 실시예를 나타낸 도면,

도 5는 도 4에 도시된 다채널 광 스위치의 거울 배치시 광의 반사에서 발생하는 각 이격을 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 다채널 광 스위치의 일 실시예를 나타낸 도면으로, 각기 입력포트 및 출력포트로 이루어져 각각 광을 입출력하는 두 쌍의 입·출력포트((111,212),(211,112))와, 각기 애드포트 및 드롭포트로 이루어져 각각 광을 입출력하는 두 쌍의 애드·드롭포트((121,222),(221,122))와, 상기 각 포트 쌍((111,212),(211,112),(121,222),(221,122)) 사이에서 광경로 방향으로 드나들어 상기 입·출력포트((111,212),(211,112)) 및 애드·드롭포트((121,222),(221,122))간 광경로 방향을 변환하는 거울(311,312,313,314)과, 상기 거울(311,312,313,314)의 드나듬을 제어하는 구동수단(도면 중에 도시되지 않음)으로 구성된다. 상기 입력포트, 출력포트, 애드포트, 드롭포트 등의 명칭 혹은 기능은 용도에 맞도록 바뀌어서 사용될 수 있다.

동 도면에 있어서, 거울(311,312,313,314)은 각 포트 쌍((111,212),(211,112),(121,222),(221,122)) 사이에서 광경로 방향으로 소정의 구동수단에 의해 드나들어 상기 입·출력포트((111,212),(211,112)) 및 애드·드롭포트((121,222),(221,122))간 광경로 방향을 변환한다. 예로, 거울(311,312,313,314)이 모두 바깥으로 나와 있으면 각 포트 쌍((111,212),(211,112),(121,222),(221,122)) 사이의 광경로는 직진성을 갖는다. 반면, 거울(311,312,313,314) 중 광경로 방향으로 들어간 거울이 있는 부분으로 광이 조사될 경우 그 광은 광경로 방향으로 들어와 있는 해당 거울에 의해 90도로 반사되어 특정 입력포트로 향한다.

각 포트 쌍((111,212),(211,112),(121,222),(221,122)) 즉, 각 광 도파로 쌍은 광신호가 하나의 포트에서 다른 포트로 전달될 때 발생하는 손실을 감소시키기 위하여 나란하게 위치하는 것이 바람직하며, 나란하게 정렬된 4쌍의 광 도파로는 서로 90도의 각도를 갖도록 정렬되는 것이 바람직하다.

거울(311,312,313,314)은 각각의 광 도파로 쌍의 사이각에 위치하여 서로 90도의 각도를 갖도록 정렬하는 것이 바람직하고, 정렬한 4개의 거울이 한 쌍으로 4개의 입력포트로부터 나온 광신호를 4개의 출력포트에 선택적으로 전달하는 기능을 갖도록 한다.

상기 각 광 도파로의 삽입손실을 줄이기 위해 각 코어 확장 광 도파로를 사용하거나, 단면부분을 렌즈형태로 제작할 수 있으며, 또한 광 도파로 쌍의 단면부분에 무반사코팅을 부가하거나 광 도파로 사이에 굴절률 맞춤액, 별도의 광 도파로 혹은 렌즈를 부가할 수 있다.

광 도파로 쌍의 반사손실을 줄이기 위해 광 도파로 쌍의 단면부분에 굴절률 맞춤액, 무반사코팅, 3도에서 20도 정도 경사진 단면을 갖도록 할 수 있다.

거울을 움직이는 구동수단은 빗살형 정전력 구동기, 열 구동기, 압전 구동기, 평행판 구동기 등을 이용하여 광 도파로가 이루는 면과 평행하게 구동하는 방식이 바람직하다.

다른 바람직한 구동수단으로써 빗살형 정전력 구동기, 열 구동기, 압전 구동기, 평행판 구동기 등을 이용하여 수직 제작한 거울을 광 도파로가 이루는 면과 수직으로 구동할 수 있다.

또 다른 바람직한 구동수단으로써 빗살형 정전력 구동기, 열 구동기, 압전 구동기, 평행판 구동기 등을 이용하여 광 도파로와 수평 제작한 거울을 수직으로 구동할 수 있다.

네 번째 바람직한 구동수단으로써 빗살형 정전력 구동기, 열 구동기, 압전 구동기, 평행판 구동기 등을 이용하여 수직 제작한 거울을 회전시켜 광의 경로에 집어 넣도록 구동할 수 있다.

상술한 도 3에서는 광이 여러개의 거울을 거쳐 반사하면서 이격이 심화되는 단점이 있었으나, 본 발명에 따른 도 5에 나타낸 것과 같이 거울이 위치하면, 광이 한 개의 거울을 거치면서 반사하면 거울두께의배 이격(411)이 발생하나 2개의거울을 거치면서 반사하면 광 경로의 대칭성에 의해 거울두께에 의한 이격이 상쇄된다. 상기 도 5는 도 4에 도시된 다채널 광 스위치의 거울 배치시 광의 반사에서 발생하는 각 이격을 나타낸 도면이다.

아울러, 상기 광 도파로의 개수 및 거울의 개수는 본 발명의 각 실시예에 언급된 개수 이외에, 본 발명이 미세분야에 적용되는 바 미세 가공기술이 허용되는 범위 내에서 개수를 달리하여 사용할 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 광 도파로의 입출력 포트간 간격이 좁아져, 별도의 매개 광 도파로 혹은 렌즈 등으로 구성된 시준기를 이용하지 않고 각 광 도파로의 입출력포트 간 광통신이 가능한 다채널 광 스위치를 제공한다. 또한 각 입출력 포트사이의 광경로가 같아 삽입손실이 균일하기 때문에 광감쇠기가 별도로 필요하지 않다는 장점을 가진다.

Claims (7)

1. 광경로 방향을 변환시키는 광 스위치로서,

   각기 입력 광 도파로 및 출력 광 도파로가 평형하게 형성되어 상대 쌍과 마주보도록 설치된 다수쌍의 입출력 광 도파로와,

   상기 다수쌍의 입출력 광 도파로 사이에서 광경로 방향으로 각각 드나들도록 각기 설치되어 상기 각 광 도파로간의 광경로를 변환하는 다수개의 거울과,

   상기 각 거울의 드나듬을 선택적으로 구동시키는 거울 구동부

   를 포함하는 다채널 광 스위치.
2. 광경로 방향을 변환시키는 광 스위치로서,

   각기 입력 광 도파로 및 출력 광 도파로가 평형하게 형성되어 상대 쌍과 마주보되, 특정 쌍의 입력 광 도파로와 상대 쌍의 출력 광 도파로가 대응하도록 설치된 4쌍의 입출력 광 도파로와,

   상기 4쌍의 입출력 광 도파로 사이에서 광경로 방향으로 각각 드나들도록 각기 설치되어 상기 각 광 도파로간의 광경로를 변환하는 4개의 거울과,

   상기 각 거울의 드나듬을 선택적으로 구동시키는 거울 구동부

   를 포함하는 다채널 광 스위치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 각 광 도파로의 단면부분에 무반사코팅된 것을 특징으로 하는 다채널 광 스위치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 각 광 도파로의 단면부분에 광 도파로간의 굴절률 맞춤액이 형성된 것을 특징으로 하는 다채널 광 스위치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 각 광 도파로의 단면부분은, 렌즈형태인 것을 특징으로 하는 다채널 광 스위치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 각 광 도파로의 단면부분은, 3도에서 20도 사이의 각으로 경사진 것을 특징으로 하는 다채널 광 스위치.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 각 광 도파로의 코어는, 열팽창된 것을 특징으로 하는 다채널 광 스위치.