Abstract
In this paper, we have proposed and fabricated a two-axis rotational micro-mirror with large tilt angle. Such a micro-mirror is a key element for N$\times$N high capacity optical cross-connect switches. The micro-mirror is required to have large tilt angle to increase the capacity of the cross-connect switches. For larger micro-mirror tilt angle between the grounded mirror plate and the bottom electrode is to be large enough to provide space for the tilting of the mirror. For our proposed structure, the gap was produced in such a way that the grounded mirror plate and the bottom electrode were made separately in different substrates by using the bulk micromachining technology, and combined later by employing self-align technique. As a result, a large tilt angle has been achieved without using additional actuators. The measured tilt angles were as large as $\pm$5.5$^{\circ}$ and $\pm$8.4$^{\circ}$ in the x and y direction respectively, and the pull-in voltages for the two directions were 380 V and 275 V respectively. Finally the fabricated mirror was successfully utilized to steer the optical beam. To our knowledge, our micro-mirror has the best performance among the micro-mirrors reported internationally so far.
본 논문에서는 큰 회전각을 갖는 2축 자유도 마이크로 미러를 제안하고 제작하였다. 이러한 마이크로 미러는 N×N 대용량 광 크로스 커넥트 스위치(optical cross-connect switch)를 구현하는 데 필수적인 요소이다. 스위치의 용량을 증가시키기 위해서는 각각의 마이크로 미러의 회전각을 크게 해야 한다. 이 미러가 큰 각도로 회전하기 위해서는 상부 전극인 미러 판과 하부전극 사이에 충분한 공간이 확보 되어야 한다. 제안된 구조는 기판미세 가공법 (bulk micromachining)을 이용하여 상부전극인 미러와 하부전극을 각각 다른 기판에 제작한 후, 두 기판을 접합함으로써 쉽게 미러의 회전 공간을 확보하였다. 따라서 미러의 회전공간 확보를 위한 별도의 구동기(actuator)를 도입할 필요가 없었다. 제작된 마이크로 미러의 성능을 측정한 결과를 살펴보면, x축과 y축 방향으로의 회전각은 각각 ±5.5°와 ±8.4°였으며, 이 때의 풀인 (pull-in)전압은 각각 380 V와 275 V였다. 이러한 회전각의 성능은 전 세계적으로 지금까지 보고된 연구결과 중에서 가장 우수한 결과이다.
