KR100403811B1

KR100403811B1 - An optical module

Info

Publication number: KR100403811B1
Application number: KR10-2001-0026416A
Authority: KR
Inventors: 송일종; 구자남
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2003-10-30
Also published as: KR20020087293A

Abstract

고속 전송이 가능하도록 주파수 특성이 향상된 광모듈이 개시되어 있다.An optical module having improved frequency characteristics to enable high speed transmission is disclosed.

이 개시된 광모듈은, 광소자를 패키지하는 패키지부와, 상기 패키지부와 전기적으로 연결되어 상기 광소자에 전기 신호를 제공하는 리드를 포함한 광모듈에 있어서, 상기 리드는 동축 케이블로 구성되는 것을 특징으로 한다.The disclosed optical module includes an optical module including a package unit for packaging an optical element, and a lead electrically connected to the package unit to provide an electrical signal to the optical element, wherein the lead is formed of a coaxial cable. do.

이와 같이 본 발명의 광모듈은 동축 케이블 형태의 리드를 사용하여 주파수 특성을 향상시킴으로써 고속 전송에 적합한 광대역의 광소자 패키지로 사용될 수 있다.As described above, the optical module of the present invention can be used as a wideband optical device package suitable for high speed transmission by improving frequency characteristics using a coaxial cable type lead.

Description

Optical module

본 발명은 고속 전송이 가능하도록 주파수 특성이 향상된 광모듈에 관한 것이다.The present invention relates to an optical module having improved frequency characteristics to enable high-speed transmission.

광모듈은 광통신에서 필수적인 부품으로 데이터 전송량이 증가되면서 광모듈의 고속 전송에 대한 요구가 증대되고 있다. 이에 따라 고속 전송에 적합한 주파수 광대역폭을 확보하는 것이 아울러 요구되고 있다. 그런데, 광모듈에서 레이저 다이오드나 포토 다이오드와 같은 광소자에 대한 패키지로 널리 사용되고 있는 TO-CAN은 구조적인 특성으로 인해 넓은 대역폭을 얻는데 한계가 있다.Optical module is an essential component in optical communication, and the demand for high-speed transmission of optical module is increasing as data transmission amount is increased. Accordingly, it is also required to secure a frequency bandwidth suitable for high speed transmission. However, TO-CAN, which is widely used as a package for an optical device such as a laser diode or a photo diode in an optical module, has a limitation in obtaining a wide bandwidth due to its structural characteristics.

도 1을 참조하면, 종래의 광모듈은 광소자(103)가 장착되는 헤더(100)와, 상기 헤더(100)의 외주면에 부착된 지지부(105)와, 상기 지지부(105) 위에 마련되고 광축 정렬을 위한 렌즈(115)가 탑재된 뚜껑(110)과, 상기 헤더(100)의 하부로부터 결합되어 상기 광소자(103)에 전기적으로 연결되는 리드(120)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a conventional optical module includes a header 100 on which an optical element 103 is mounted, a support portion 105 attached to an outer circumferential surface of the header 100, and an optical axis provided on the support portion 105. The lid 110 is mounted with a lens 115 for alignment, and a lead 120 coupled from the bottom of the header 100 and electrically connected to the optical device 103.

상기 광소자(103)는 예를 들어 레이저 다이오드나 포토 다이오드와 같은 것으로 상기 헤더(100)의 중앙부에 다이본딩하거나 상기 헤더(100)에 기판(미도시)을 위치시키고 그 위에 광소자(103)를 다이본딩한다.The optical device 103 may be, for example, a laser diode or a photodiode, and may be die-bonded to a central portion of the header 100 or a substrate (not shown) may be placed on the header 100 and the optical device 103 may be disposed thereon. Die-bond.

광소자로서 레이저 다이오드를 장착하는 경우 상기 리드(120)와 레이저 다이오드의 전극을 와이어 본딩한다. 여기서, 상기 리드(120)에서 레이저 다이오드로 전류를 인가하면 레이저 다이오드에 의해 전기 신호가 광신호로 변환되고, 변환된 광신호는 상기 렌즈(115)를 통과하여 광파이버(미도시)와 광결합되어 신호를 전달하게 된다. 한편, 광소자로서 포토 다이오드를 장착한 경우에는 상기 리드(120)와 포토 다이오드의 전극을 와이어 본딩하고 상기 렌즈(115)를 통해 광신호가 들어오면 광신호가 전기신호로 바뀌고 이 전기 신호는 리드(120)로 전달된다.When the laser diode is mounted as an optical device, the lead 120 and the electrode of the laser diode are wire bonded. In this case, when the current is applied from the lead 120 to the laser diode, an electrical signal is converted into an optical signal by the laser diode, and the converted optical signal passes through the lens 115 to be optically coupled with an optical fiber (not shown). Will carry a signal. On the other hand, when the photodiode is mounted as an optical device, when the lead 120 and the electrode of the photodiode are wire-bonded and an optical signal is input through the lens 115, the optical signal is converted into an electrical signal and the electrical signal is converted into the lead 120. Is delivered.

그런데, 상기 리드(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 단일 코아 형태로 되어있다. 이에 반해, 상기 헤더(100)와 지지부(105)는 전체적으로 볼 때 동축의 원통형으로 되어 있어 상기 단일 코아 형태의 리드(120)와는 구조적으로 불일치하는 측면이 있다. 이러한 구조적 불일치로 인하여 임피던스의 불일치가 생김으로써 전기 신호의 손실량이 증가되므로 주파수 특성이 열화된다. 뿐만 아니라, 전기 신호가 상기 리드(120)를 따라 통과하는 동안 개방된 리드(120)에서 방사 손실이 많이 발생된다.By the way, the lead 120 is in the form of a single core as shown in FIG. On the other hand, the header 100 and the support portion 105 are coaxial cylindrical as a whole, which is structurally inconsistent with the single core lead 120. This structural inconsistency causes impedance inconsistency, resulting in an increase in the loss of the electrical signal, thereby degrading the frequency characteristic. In addition, many radiation losses occur in the open leads 120 while electrical signals pass along the leads 120.

이러한 주파수 특성에 대해 HFSS(High Frequency Structure Simulator)를 이용하여 시뮬레이션 결과가 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 그래프에서 가로축은 주파수(GHz)를, 세로축은 전압, 전류, 신호와 같은 소정 파라미터에 있어서 신호를 인가하는 입력측에 대한 출력측에서의 비(S₂₁)를 dB로 나타낸 것이다. 또한, 도 3에서 세로축은 소정 파라미터에 있어서 신호를 인가하는 입력측에서 최초에 입력된 양에 대해 되돌아온 양의 비(S₁₁)를 dB로 나타낸 것이다. 여기에서, 신호 전송 효율을 측정하는 기준으로서 S₂₁이 -3dB인 지점에서의 주파수 대역을 보면 5GHz이다. 이러한 정도의 주파수 대역을 갖는 광모듈은 10Gbps 이상의 고속 광전송을 위한 광소자 응용제품에는 부적합하다. 따라서, 고속 광전송을 위해 주파수 특성이 우수한 광모듈의 개발이 요구된다.Simulation results using the HFSS (High Frequency Structure Simulator) for these frequency characteristics are shown in FIGS. 2 and 3. In the graph, the horizontal axis represents frequency (GHz), and the vertical axis represents the ratio S ₂₁ at the output side to the input side to which the signal is applied at predetermined parameters such as voltage, current, and signal. Further, in Figure 3 the vertical axis shows the amount of rain (S ₁₁₎ returning to the positive input from the first input for applying a signal according to a predetermined parameter in dB. Here, the frequency band at the point where S ₂₁ is -3 dB as a reference for measuring signal transmission efficiency is 5 GHz. Optical modules with this frequency band are unsuitable for optical device applications for high speed optical transmissions above 10Gbps. Therefore, development of an optical module having excellent frequency characteristics is required for high speed optical transmission.

또한, 상기 리드(120)는 단일 코아 형태로 되어 있어 리드(120)로부터 전자파 방사가 일어나고 이에 따라 리드들 간에 크로스토크가 발생되는 문제점이 있다.In addition, since the lead 120 has a single core shape, electromagnetic radiation is generated from the lead 120, and thus crosstalk is generated between the leads.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 동축 케이블 형태의 리드를 사용하여 주파수 특성을 향상함으로써 고속 전송에 적합한 광모듈을 제공함을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an optical module suitable for high-speed transmission by improving the frequency characteristics by using a lead in the form of a coaxial cable.

도 1은 종래의 광모듈의 일부 절개 사시도,1 is a partially cutaway perspective view of a conventional optical module,

도 2 및 도 3은 종래의 광모듈에서 주파수 특성을 시뮬레이션 한 결과를 나타낸 그래프,2 and 3 are graphs showing the results of simulating frequency characteristics in a conventional optical module,

도 4는 본 발명에 따른 광모듈의 일부 절개 사시도,4 is a partially cutaway perspective view of an optical module according to the present invention;

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 광모듈에서 주파수 특성을 시뮬레이션 한 결과를 나타낸 그래프.5 and 6 are graphs showing the results of simulating frequency characteristics in the optical module according to the present invention.

<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

100...헤드 103...광소자100 head 103 optical element

105...지지부 110...뚜껑105 Support 110 Cover

115...렌즈 130...리드115.Lens 130 ... Lead

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광모듈은 광소자를 패키지하는 패키지부와, 상기 패키지부와 전기적으로 연결되어 상기 광소자에 전기 신호를 제공하는 리드를 포함한 광모듈에 있어서,In order to achieve the above object, the optical module according to the present invention comprises a package for packaging an optical device, and an optical module including a lead electrically connected to the package to provide an electrical signal to the optical device,

상기 리드는 동축 케이블로 구성되는 것을 특징으로 한다.The lead is characterized by consisting of a coaxial cable.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광모듈은 광소자가 장착되는 헤드; 상기 헤드 외주면에 결합된 지지부; 상기 지지부에 결합되고, 광축 정렬을 위한 렌즈가 탑재된 뚜껑; 상기 헤드의 하부로부터 결합되고 동축 케이블 형태로 된 적어도 하나 이상의 리드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical module according to the present invention in order to achieve the above object is a head on which the optical element is mounted; A support coupled to the head outer circumferential surface; A lid coupled to the support and mounted with a lens for optical axis alignment; At least one lead coupled from the bottom of the head and in the form of a coaxial cable.

또한, 상기 리드는 50Ω으로 임피던스 매칭되는 것을 특징으로 한다.In addition, the lead is characterized in that the impedance matching to 50Ω.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광모듈에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an optical module according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 광모듈은 광소자(103)를 패키징한 패키지부와, 상기 패키지부와 전기적으로 연결되어 상기 광소자(103)에 전기 신호를 제공하는 리드(130)를 포함하고, 상기 리드(130)가 동축 케일블 형태로 되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 패키지부는 다양하게 구성될 수 있으며, 그 일예가 도 4에 도시되어 있다.The optical module of the present invention includes a package unit for packaging the optical device 103, and a lead 130 electrically connected to the package unit to provide an electrical signal to the optical device 103, the lead 130 ) Is characterized in that the coaxial kale form. The package unit may be configured in various ways, an example of which is illustrated in FIG. 4.

도 4를 참조하면, 본 발명의 광모듈은 광소자(103)가 장착되는 헤드(100)에상기 광소자(103)의 전극을 외부와 연결하기 위한 적어도 하나 이상의 리드(130)를 구비한다. 여기에서, 헤드(100), 지지부(105), 렌즈(115) 및 뚜껑(110) 등은 앞서 설명한 도 1의 도면 부호와 동일한 부호를 사용하여 동일한 기능을 수행하는 것으로 여기서는 이에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.Referring to FIG. 4, the optical module of the present invention includes at least one lead 130 for connecting the electrode of the optical device 103 to the outside in the head 100 on which the optical device 103 is mounted. Here, the head 100, the support portion 105, the lens 115 and the lid 110, etc. perform the same function using the same reference numerals as those of FIG. 1 described above, and a detailed description thereof will be omitted herein. Let's do it.

한편, 상기 리드(130)는 원통형의 내부 도체(130a), 상기 내부 도체(130a)와 동축이고 상기 내부 도체(130a) 보다 큰 직경을 갖는 외부 도체(130c) 및 상기 내부 도체(130a)와 외부 도체(130b) 사이에 채워진 유전체(130b)로 이루어진 동축 케이블 형태로 되어 있다.Meanwhile, the lead 130 has a cylindrical inner conductor 130a, an outer conductor 130c coaxial with the inner conductor 130a and having a diameter larger than that of the inner conductor 130a, and the outer conductor 130a and the outside. It is in the form of a coaxial cable made of a dielectric 130b filled between the conductors 130b.

상기와 같이 상기 리드(130)가 동축 케일블 형태로 되어 있는 경우 전송 손실이 적어 신호의 고속 전송에 유리하다. 따라서, 본 발명에 따른 동축 케이블 형태의 리드는 포토 다이오드나 레이저 다이오드와 같은 광소자 뿐만 아니라 일반적인 반도체 칩과 같은 소자에도 고속 전송을 위해 적용 가능하다.As described above, when the lead 130 is in the form of a coaxial cable, transmission loss is small, which is advantageous for high speed transmission of a signal. Therefore, the coaxial cable type lead according to the present invention is applicable to high speed transmission not only for optical devices such as photodiodes and laser diodes, but also for devices such as general semiconductor chips.

상기와 같이 구성된 광모듈을 이용하여 주파수 특성을 시뮬레이션 한 결과가 도 5 및 도 6에 도시되어 있다. 여기에서 소정 파라미터에 있어서 신호를 인가하는 입력측에 대한 출력측에서의 비인 S₂₁의 -3dB에 대응하는 대역폭이 24.75GHz로 나타난다. 이것은 종래에 따른 단일 코아 형태의 리드(120)를 사용하였을 때의 S₂₁의값이 5GHz인 것에 비해 주파수 특성이 현저하게 향상되었음을 보여준다. 따라서, 동축케이블을 통해 고속 전송을 위한 주파수 광대역폭이 확보된다.Results of simulating frequency characteristics using the optical module configured as described above are shown in FIGS. 5 and 6. Here, a bandwidth corresponding to −3 dB of S ₂₁ , which is the ratio at the output side to the input side to which the signal is applied, is represented by 24.75 GHz. This shows that the frequency characteristic is remarkably improved when the value of S ₂₁ when using the single core lead 120 according to the related art is 5 GHz. Therefore, the frequency bandwidth for high speed transmission through the coaxial cable is secured.

더욱이, 본 발명에서는 상기 리드(130)를 50Ω으로 임피던스 매칭시키는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 전송 손실을 최소화할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 광모듈은 10Gbps 급 이상의 고속 광전송을 위한 다양한 광소자 응용제품에 적용할 수 있다.Furthermore, in the present invention, it is preferable that the lead 130 is impedance matched to 50Ω. This minimizes transmission losses. Accordingly, the optical module of the present invention can be applied to various optical device applications for high speed optical transmission of 10Gbps or more.

본 발명의 광모듈은 동축 케이블 형태의 리드를 사용하여 주파수 특성을 향상시킴으로써 고속 전송에 적합한 광대역의 광소자 패키지로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 광모듈을 제조하는데 있어서 기존의 생산라인을 개조할 필요 없이 그대로 이용할 수 있으므로 생산성면에서도 유리할 뿐 아니라 TO-CAN 패키지가 갖는 광축 정렬의 용이성, 저가의 패키지 비용 및 사용의 편리성을 유지하면서 고속 전송을 위한 광대역폭을 확보할 수 있는 이점이 있다. 또한, 동축 케이블 형태의 리드는 내부 도체와 외부 도체 사이에서 전자장이 발생되므로 EMI 차폐에도 효과적이다.The optical module of the present invention can be used as a wideband optical device package suitable for high speed transmission by improving frequency characteristics by using a lead in the form of a coaxial cable. In addition, in the manufacture of the optical module of the present invention can be used as it is without the need to modify the existing production line is not only advantageous in terms of productivity, but also easy to align the optical axis of the TO-CAN package, low cost package cost and ease of use There is an advantage that can secure a wide bandwidth for high speed transmission while maintaining. In addition, coaxial cable-type leads are effective for EMI shielding because electromagnetic fields are generated between the inner and outer conductors.

Claims

delete

A head on which the optical element is mounted;

A support coupled to the head outer circumferential surface;

A lid coupled to the support and mounted with a lens for optical axis alignment;

And at least one lead coupled from the bottom of the head and in the form of a coaxial cable.

The optical module of claim 2, wherein the lead is impedance matched to 50Ω.