KR100474944B1 - 광 송신기의 하우징 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광통신 부품 소자에 관한 것으로, 특히 광이 방출되는 광원을 광섬유에 패키징하는 하우징은 광의 발광방향으로 소정의 경사각으로 경사면을 가져 광을 반사시키는 반사부분 및 광섬유 방향으로 곡면을 가져 반사부분을 투과하는 광을 광섬유내로 집속시키는 집속부분으로 이루어진 렌즈와 일체형이며, 집속부분의 곡면을 통한 광은 광섬유에 집속시키고 반사부분에서 반사된 광을 광 수신 포토 다이오드로 수신하여 광 세기를 모니터링함으로써, 광집속과 광 세기의 모니터링을 하나의 렌즈로 달성시킬 수 있다.

또한, 광원에서 출사되는 광을 반사시키고 집속시키는 렌즈가 하우징과 일체형이기 때문에, 하우징의 사출 제작 시 렌즈가 동시에 사출되어 티오-캔과 렌즈간의 정렬 오차를 출일 수 있고, 광원과 광 수신 포토 다이오드를 포함한 티오-캔의 형태에 대한 제약이 작아 광 송신기의 패키지 수율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제작 단가도 낮출 수 있는 효과가 있다.

Description

광 송신기의 하우징{HOUSING OF TRANSMITTER}

본 발명은 광 송신기에 관한 것으로, 특히 광원(방출 레이저 다이오드 또는 표면 방출 발광 다이오드)에서 방출되는 광 세기를 정확하게 모니터링하고 광을 광섬유의 코어에 효과적으로 집속시켜 송신하는 광 송신기의 하우징에 관한 것이다.

광 송신기(transmitter)는 표면 방출 레이저 다이오드 또는 표면 방출 발광 다이오드의 윗면에서 나오는 빛을 광섬유에 전달하며, 전달된 신호는 광 수신기를 통해 전기적인 신호로 변환된다.

일반적으로, 광 송신기는 광 수신기와 별개의 장치로 만들어져 하나의 패키지(하우징)에 밀봉되어 사용되며, 전기적인 신호가 빛으로 변환되어 송신되는 경우 그 신호에 파워에 대한 신뢰성이 문제가 되기 때문에 광 송수신기에서 송출되는 빛을 모니터링할 수 있는 수광 소자를 포함하는 것이 바람직한 구조이지만, 패키지의 구조가 복잡해주고 패키지 내의 중복된 부품의 소모가 많아 가격이 비싸지는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 금속 티오갠의 패키지 머리 부분에 조립된 창의 가장 자리에 반사경을 부착하여 표면 방출 레이저 다이오드 또는 표면 방출 발광 다이오드에서 방출되는 빛의 양을 증가시켜 포토 다이오드에 수광 되도록 하는 구조가 제안되었다.

그러나, 상기와 같은 구조를 갖는 광 송수신기는 반사된 빛의 양이 너무 적어 빛을 수광하는 포토 다이오드를 문턱 전압이 작은 것으로 사용해야 하는 문제점이 있다.

또한, 미국의 하니웰(Honeywell)사에서 2000년 초에 기존에 사용되던 광 송신기의 금속 티오-캔이라는 금속 패키지내의 창을 변형하여 표면 방출 레이저 다이오드 또는 표면 방출 발광 다이오드에서 방출되는 빛을 반사시켜 그 빛을 포토 다이오드에서 수광 하는 구조를 제안하였다.

상기와 같이 금속 티오-캔의 패키지 구조를 변경한 광 송신기는 사용되는 금속 티오-캔의 가격도 비싸고, 티오-캔 머리부분의 반사경을 금속 티오-캔에 부착하는 것이 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하우징과 일체형으로 형성된 반사부분과 집속부분으로 이루어진 렌즈를 이용하여 광원(표면 방출 레이저 다이오드 또는 표면 방출 발광 다이오드)에서 방출된 광의 일부를 반사시켜 광의 세기를 모니터링함과 함께 광을 광섬유의 코어에 집속시키는 광 송신기의 하우징을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광이 방출되는 광원을 광섬유에 패키징하기 위한 하우징에 있어서, 상기 광의 발광 방향으로 소정의 경사각으로 경사면을 가져 상기 광을 반사시키는 반사부분 및 상기 광섬유 방향으로 곡면을 가져 상기 반사부분을 투과하는 광을 상기 광섬유내로 집속시키는 집속부분으로 이루어진 렌즈와 일체형이며, 상기 반사부분의 경사면에서 반사된 광을 광 수신 포토다이오드로 수광하여상기 광 세기를 모니터링하고, 상기 반사부분을 투과한 광을 집속부분으로 광섬유에 집속시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 기술 분야의 숙련자라면 이 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 잘 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 핵심 기술 사상은 광 송신기의 하우징과 일체형으로 제작된 반사부분과 집속부분으로 이루어진 렌즈를 이용하여 광원(예를 들면, 표면 방출 레이저 다이오드 또는 표면 방출 발광 다이오드 등)에서 방출되는 광의 일부를 광 수신 포토 다이오드로 반사시켜 광세기를 모니터링함과 함께 반사부분을 투과한 광을 광섬유의 코어에 집속시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 광 송신기의 구조를 나타내는 단면도로써, 그 구조는 전원부(113)에서 발생된 전기 신호를 표면 방출 레이저 다이오드 또는 표면 방출 발광 다이오드와 같은 광원(106)에 인가하는 바이어스 신호핀(108), 티오-캔(104) 내부의 반도체 기판 상 일측에 형성되어 바이어스 신호핀(108)에서 인가된 전기적인 신호에 따라 소정 파장의 변조광을 방출하는 광원(106), 하우징(101)과 일체형이며 광원(106)의 발광방향에 설치되어 광원(106)에서 방출되는 일부 광의 발광방향을 변경시키는 반사부분(103)과 광원(106)에서 방출된 광 신호를 클래딩(52)의 코어(51)에 집속시키는 집속부분(102)으로 이루어진 렌즈(120), 반도체 기판의 다른 일측에 형성되어 반사부분(103)에서 반사된 광을 수광하여 다시 전기적인 신호로 복원하는 광 수신 포토다이오드(107), 광 수신 포토다이오드(107)에서 변환된 전기적인 신호로 광 조절부(112)로 전달하는 모니터링 신호핀(110), 클래딩(52)과 코어(51)로 이루어진 광섬유(50), 반도체 기판을 접지시키는 접지핀(109)으로 이루어진다.

광 송신기의 하우징(101)은 광을 방출하는 광원(106)을 광섬유(50)에 패키징하기 위한 것으로써, 본 발명의 하우징(101)은 광섬유(50) 방향 상부 표면에 볼록한 곡면을 가져 광을 광섬유(50)의 코어(51)에 집속시키는 집속부분(102) 및 집속부분(102)의 반대쪽 하부면에 소정 경사각으로 기울어진 평면의 경사면을 가져 광원(106)에 방출되는 광을 반사시키는 반사부분(103)으로 이루어진 렌즈(120)와 일체형이며, 반사부분(103)의 경사면에서 반사된 광을 광 수신 포토다이오드(107)로 수광하여 광 세기를 모니터링하고, 반사부분(103)을 투과한 광을 집속부분(102)으로 광섬유(50)의 코어(51)에 집속시킨다.

또한, 하우징(101)은 광 손실이 적고, 열적 및 화학적 안정성이 우수하고, 사출성이 우수한 폴리이미즈(Polymide)계 고분자와 같은 광학용 플라스틱으로 만들어지고, 하우징(101)의 상측 일면에는 광원(106)에서 방출되는 광 신호를 용이하게 수광하면서 광을 광섬유(50)의 코어(51)에 집속시키는 렌즈(120)를 포함하며, 렌즈(120)의 경사면에는 반사 효율을 증대시키기 위한 Ag, Au 등과 같은 금속박막이 코팅될 수 있다.

표면 방출 레이저 다이오드 또는 표면 방출 발광 다이오드인 광원(106)은 광 수신 포토 다이오드(107)와 더불어 반도체 기판 상에 하나의 칩으로 구성되어 같은 서버마운트(111) 상에 놓일 수 있고, 서버마운트(111)는 상하 이동이 가능하며, 이는 광원(106) 및 광 수신 포토다이오드(107)와 렌즈(120)의 반사부분(103)간의 거리 조절을 가능하게 해준다.

반사부분(103)에서 반사된 광 신호를 수신하는 광 수신 포토 다이오드(107)는 p-i-n 포토 다이오드를 이용하며, 광원(106)에서 방출된 광의 발광방향에 형성된 티오-캔(104)의 창(105)은 광원(106)에서 방출된 광 신호의 발진 파장에서 투과성이 우수한 실리카 유리나 보론 첨가 유리등과 같은 물질로 이루어져 있다.

광 조절부(112)는 모니텅링 신호핀(110)을 통해 전송된 전기적인 신호를 이용하여 광원(106)에 인가되는 전력을 조절하는 수단으로써, 모니터링 신호핀(110)을 통해 전송된 전기적인 신호에 따라 광원(106)에서 방출되는 광의 세기를 판단하며, 판단 결과 광의 세기가 약하거나 강할 경우에 광원(106)에 전력을 공급하는 전원부(113)의 전력량을 조절한다.

한편, 반사부분(103)의 경사면의 기울기는 서버 마운트(111) 상에 형성된 광원(106)과 광 수신 포토 다이오드(107)간의 거리, 광원(106)과 반사렌즈(103)간의 거리 및 티오-캔(104)의 실제 크기를 고려하면 10∼35도를 유지해야 한다. 광 수신 포토 다이오드(107)에 수광되는 광량은 서버 마운트(111)의 높이 조절을 통해 광원(106)과 반사부분(103)간의 거리를 조절함으로써 조정가능하며, 이렇게 광 수신 포토 다이오드(107)로 입사되는 광량을 조절하여 모니터링 효율을 증대시킬 수 있다.

광원(106)과 광 수신 포토 다이오드(107)간의 거리(x)에 대한 관계식은 아래의 수학 식 1과 같으며, 이에 대한 설명은 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.

)

수학 식1에서와 같이, 반사부분(103)의 경사면과 광원(106)에서 광의 출사 방향의 각()은 10∼35도의 범위를 갖고 광원(106)과 반사 렌즈(103)의 경사면의 중심간의 거리(h)는 0.3∼2mm의 범위를 갖으면, 도 2에 도시된 바와 같이, 광원(106)의 창문과 광 수신 포토 다이오드(107)간의 거리(x)가 1∼2mm의 범위를 갖는 소형화된 자동 전력 조절 기능을 갖는 광 송신기의 제작이 가능하다.

자동 전력 조절 기능을 갖는 광 송신기의 제조 과정에 대해서 설명하면, 광 송신기는 티오-캔(104)내에 소정 간격으로(예를 들면, 간격이 1∼2mm) 광원(106)과 광 수신 포토 다이오드(107)를 서버 마운트(111) 상부에 형성한 후에 렌즈(120)의 재질과 같은 광학용 플라스틱 재질로 이루어진 하우징(101)을 사출하여 형성하고, 티오-캔(104)과 하우징(101)을 에폭시 본딩 기술을 이용하여 접착공정을 수행하여 제작한다. 이때 티오-캔(104)과 하우징은 에폭시 본딩 기술에 의해 광 정열 과정이 용이할 뿐만 아니라 하우징(101)과 티오-캔(104)의 정렬 마킹을 통해 매우 높은 정렬도를 얻을 수 있다.

이때, 하우징(101)은 반사부분(103) 및 집속부분(102)으로 이루어진 렌즈(120)과 일체형이다.

상기와 같은 과정을 통해 제작된 자동 전력 조절 기능을 갖는 광 송수신기의 동작 과정을 살펴보면 아래와 같다.

바이어스 신호핀(108)을 통해 인가되는 전기적 신호에 따라 레이저 구동 회로는 구동되고, 이에 따라 광원(106)은 고속으로 온/오프 동작을 수행하여 광을 방출하는데, 방출된 광 중에서 일부는 하우징(101)내의 반사부분(103)에서 반사되어 광 수신 포토 다이오드(107)에 입사된다. 광 수신 포토 다이오드(107)에 입사된 광 신호는 전기적인 신호로 변환되어 모니터링 신호핀(110)을 통해 광 조절부(112)로 전달되며, 광 조절부(112)는 광 전변환된 전기적인 신호를 이용하여 광원(106)에서 방출되는 광의 세기를 모니터링하여 광원(106)에서 방출되는 광의 이상 유무를 판단할 수 있다. 광 조절부(112)는 모니터링된 신호의 판단 결과에 의거하여 광의 세기가 약하거나 강할 때 광원(106)에 전력을 공급하는 전원부(113)를 조절하여 광원(106)에서 방출되는 광의 세기를 조절한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 하우징은 광원에서 방출되는 광의 발광 방향으로 소정의 경사각으로 경사면을 가져 광을 반사시키는 반사부분과 광섬유 방향으로 곡면을 가져 반사부분을 투과하는 광을 광섬유내로 집속시키는 집속부분으로 이루어진 렌즈와 일체형으로 제작되며, 집속부분의 곡면을 통한 광은 광섬유에 집속시키고 반사부분에서 반사된 광을 광 수신 포토 다이오드로 수신하여 광 세기를 모니터링함으로써, 광집속과 광 세기의 모니터링을 하나의 렌즈로 달성시킬 수 있다.

또한, 광원에서 출사되는 광을 반사시키고 집속시키는 렌즈가 하우징과 일체형이기 때문에, 하우징의 사출 제작 시 렌즈가 동시에 사출되어 티오-캔과 렌즈간의 정렬 오차를 출일 수 있고, 광원과 광 수신 포토 다이오드를 포함한 티오-캔의 형태에 대한 제약이 작아 광 송신기의 패키지 수율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제작 단가도 낮출 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광 송신기의 구조를 나타내는 사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 광 송신기의 발광 다이오드와 광 수신 다이오드간의 관계를 나타내는 관계도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

100 : 광 송신기 101 : 하우징

102 : 집속부분 103 : 반사부분

104 : 티오-캔 105 : 티오-캔 창

106 : 광원 107 : 광 수신 다이오드

108 : 바이어스 신호핀 109 : 접지핀

110 : 모니터링 신호핀 111 : 서버 마운트

112 : 광 조절부 113 : 전원부

120 : 렌즈 50 : 광섬유

51 : 코어 52 : 클래딩

Claims (4)

1. 광이 방출되는 광원을 광섬유에 패키징하기 위한 하우징에 있어서,

   상기 광섬유 방향으로 볼록한 곡면을 가져 상기 광섬유로 광을 집속시키는 집속부분 및 상기 집속부분의 반대쪽 하부면에 위치하여 소정 경사각으로 기울어진 평면의 경사면을 가져 상기 광을 반사시키는 반사부분으로 이루어진 렌즈를 포함하며,

   상기 렌즈는 상기 광원에서 방출된 광의 일부를 광 수신 포토다이오드로 반사시키고, 상기 반사부분을 투과한 광을 상기 집속부분으로 광섬유에 집속시키는 것을 특징으로 하는 광 송신기의 하우징.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 렌즈는,

   상기 하우징과 동일한 재질인 광학 플라스틱 재질로서 일체형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광 송신기의 하우징.
3. 제 1항 및 2항에 있어서,

   상기 반사부분의 경사면은,

   금속 박막같은 고반사율의 박막으로 코팅된 것을 특징으로 하는 광 송신기의 하우징.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 광원과 광 수신 포토다이오드간의 거리는,

   상기 반사렌즈의 경사면과 상기 발광방향의 각이 10∼35도 범위를 가지며 상기 광원과 상기 경사면 중심사이의 거리가 0.3∼2mm일 때, 1∼2mm인 것을 특징으로 하는 광 송신기의 하우징.