KR100557165B1

KR100557165B1 - 양방향 광송수신 모듈과 그를 이용한 양방향 광송수신패키지

Info

Publication number: KR100557165B1
Application number: KR1020040005768A
Authority: KR
Inventors: 문기태; 윤영권; 류현호; 표선형
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2006-03-03
Also published as: US20050169634A1; JP2005215678A; CN1648704A; JP3959422B2; KR20050078358A

Abstract

본 발명에 따른 서브마운트와, 상기 서브마운트 상에 안착되며 광신호를 송신 또는 수신하기 위한 평면 광소자를 포함하는 양방향 광송수신 모듈은 광신호를 상기 양방향 광송수신 모듈의 외부로 입출력시키기 위한 광섬유와, 상기 광섬유를 그 내부에 실장하며 상기 평면 광소자에 인접한 일단부가 돌출된 돌출부를 구비하는 스터브와, 그 일 측면에 상기 스터브가 관통하는 홀이 형성되며, 그 기저면 상에 상기 서브마운트를 안착시키기 위한 지지 부재와, 상기 스터브를 지지하며 상기 지지 부재의 측면에 고정시키기 위한 스터브 홀더를 포함한다.

양방향 광송수신, 스터브, 버터플라이

Description

양방향 광송수신 모듈과 그를 이용한 양방향 광송수신 패키지{BI-DIRECTIONAL OPTICAL TRANSCEIVER MODULE AND BI-DIRECTIONAL OPTICAL TRANSCEIVER PACKAGE USING THE SAME}

도 1은 종래 기술에 따른 평면 광소자의 구조를 나타내기 위한 사시도,

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 양방향 광송수신 모듈의 구성을 나타내기 위한 측단면도,

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 광송수신 모듈을 실장하는 양방향 광송수신 패키지의 구조를 나타내기 위한 평면도,

도 4는 도 3 도시된 양방향 광송수신 패키지에서 요구되는 양방향 광송수신 모듈과 광섬유의 부착 정밀도를 설명하기 위한 그래프.

본 발명은 광통신 소자에 관한 것으로서, 특히, 광통신 소자들 간의 광축 정렬 구조에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 평면 광소자의 구조를 나타내기 위한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 평면 광소자(100)는 반도체 기판(101) 상에 형성된 커넥터(120)와, 포토 다이오드(130)와, 반도체 광원(140)과, 상기 반도체 광원(140)에서 출력되는 광의 세기를 모니터링하기 위한 광검출기(150) 등을 포함하며, 상기 반도체 기판(101) 상에 상기 포토 다이오드(130)와 상기 반도체 광원(140) 각각으로 이분기된 와이-브랜치(Y-brench) 구조의 도파로(110)가 형성된다.

상기 포토 다이오드(130)는 상기 도파로(110)를 통해서 입력되는 광신호를 검출한다. 상기 반도체 광원(140)은 기 설정된 파장의 광을 생성하며, 생성된 상기 광을 상기 도파로(110)를 통해서 상기 평면 광소자(100)의 외부로 출력한다.

상기 도파로(110)는 와이-브랜치 구조로서, 이 분기된 도파로들 각각은 상기 포토 다이오드(130)와 상기 반도체 광원(140)에 대향된다. 상술한 평면 광소자(100)는 다른 광학 소자들과 광축 정렬 된 양방향 광송수신 모듈 또는 양방향 광송수신 페키지 등의 형태로서 광통신 시스템 등에 적용된다.

상술한 양방향 광송수신 모듈(미도시)은 엘(L)자 형태의 렌즈 홀더(미도시) 상에 도 1에 도시된 바와 같은 상기 평면 광소자(100)를 안착시키며, 상기 평면 광소자(100)의 일단에 대향되는 측면에 상기 평면 광소자(100)에 입출력되는 광을 커플링 시키기 위한 렌즈계(미도시) 등이 고정된다. 상술한 렌즈계를 사이에 두고 상기 평면 광소자의 타측에는 상기 평면 광소자의 이분기 도파로에서 출력되는 광을 상기 양방향 광송수신 모듈의 외부로 출력시키고, 상기 양방향 광송수신 모듈의 외부로부터 상기 평면 광소자(100)로 광신호를 입력시키기 위한 광섬유(미도시) 등과 같은 광신호 전송 매체들이 위치된다. 그 외에도 상기 평면 광소자(100) 상에 브이 홈 등을 형성한 후 광섬유 등을 집적 실장한 구조 또는, 상기 광섬유 등을 상기 도파로의 일단에 수동 정렬시킨 구조의 양방향 광송수신 모듈 등도 제안되고 있다.

상술한 양방향 광송수신 패키지는 상술한 양방향 광송수신 모듈을 버터플라이 구조의 하우징 내부에 실장하며, 상기 양방향 광송수신 모듈에서 생성된 광신호를 그 외부로 출력하고, 외부로부터 입력받은 광신호를 상기 양방향 광송수신 모듈의 내부로 입력시킨다.

그러나, 수동 정렬 방식은 대량 생산 시에 가격적인 측면에서 큰 절감 효과가 있는 반면에, 실제 각 제품별 편차 및 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 제품의 신뢰성 및 생산 수율이 높은 평면 광소자를 포함하는 양방향 광송수신 모듈의 구조를 제안함에 있다.

본 발명에 따른 서브마운트와, 상기 서브마운트 상에 안착되며 광신호를 송신 또는 수신하기 위한 평면 광소자를 포함하는 양방향 광송수신 모듈은,

광신호를 상기 양방향 광송수신 모듈의 외부로 입출력시키기 위한 광섬유와;

상기 광섬유를 그 내부에 실장하며 상기 평면 광소자에 인접한 일단부가 돌출된 돌출부를 구비하는 스터브와;

그 일 측면에 상기 스터브가 관통하는 홀이 형성되며, 그 기저면 상에 상기 서브마운트를 안착시키기 위한 지지 부재와;

상기 스터브를 지지하며 상기 지지 부재의 측면에 고정시키기 위한 스터브 홀더를 포함한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 양방향 광송수신 모듈의 구성을 나타내기 위한 측면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 양방향 광송수신 모듈(210)은 서브마운트(212)와, 상기 서브마운트(212) 상에 안착되며 광신호를 송신 또는 수신하기 위한 평면 광소자(213)와, 스터브(221)와, 지지 부재(211b)와, 스터브 홀더(223)와, 굴절률 정합층(214) 등을 포함한다.

상기 서브마운트(212)는 상기 지지 부재(211)의 기저면 상에 안착되며, 그 상면에는 상기 평면 광소자(213) 등이 안착된다. 상기 평면 광소자(213)는 실리콘 재질 등의 기판 상에 반도체 제조 공정 등에 형성된 수광 또는 발광의 기능을 수행하기 위한 능동 광소자들(미도시)이 형성될 수 있다. 더욱이 상기 평면 광소자(213)는 상술한 능동 광소자 등에 접하도록 이분기된 도파로 등을 형성함으로써 양방향 광송수신을 위한 구조로도 적용 할 수 있다.

상기 광섬유(222)는 광신호를 상기 양방향 광송수신 모듈(210)의 외부로 입 출력시키기 위한 소자로서, 상기 스터브(221)에 의해서 상기 평면 광소자(213)의 일단에 인접하게 위치된다. 상기 스터브(221)는 상기 광섬유(222)를 그 내부에 실장하며 상기 평면 광소자(213)에 인접한 일단부가 원추형으로 돌출된 형태를 갖는다. 상기 스터브(221)는 원추형의 돌출부가 상기 평면 광소자(213)의 일단에 근접하게 위치됨으로써 상기 평면 광도파로(213)와 상기 광섬유 사이(222)에 입출력되는 광신호들을 커플링 시키기 위한 수단들을 필요로 하지 않는다.

상기 지지 부재(211)는 그 일 측면에 상기 스터브(221)를 지지하기 위한 홀(211a)이 형성되며, 그 기저면 상에 상기 서브마운트(212)가 안착된다. 상기 스터브(221)는 상기 홀(211a)을 관통해서 원추형의 돌출부가 상기 평면 광소자(213)에 인접하게 위치된다. 상기 스터브 홀더(223)는 상기 스터브(221)를 상기 지지 부재(211)의 측면에 고정시킨다.

상기 굴절률 정합층(214)은 에폭시(epoxy) 또는 실리콘(silicone) 등의 물질을 상기 스터브(221)와 상기 평면 광소자(213)의 사이에 도포함으로써, 상기 스터브(221)의 내부에 실장된 상기 광섬유(222)와 상기 평면 광소자(213) 사이의 굴절률 차를 최소화시키기 위한 역할을 수행한다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 광송수신 모듈을 실장하는 양방향 광송수신 패키지의 구조를 나타내기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 상기 양방향 광송수신 패키지(300)는 양방향 광송수신 모듈(310)과, 상기 양방향 광송수신 모듈(310)을 실장하기 위한 하우징(330)을 포함한다.

상기 양방향 광송수신 모듈(310)은 서브마운트(312)와, 지지 부재(315)와, 굴절률 정합층(314)과, 평면 광소자(313)와, 스터브(321)와, 광섬유(322)와, 상기 스터브(321)를 지지하기 위한 스터브 홀더(223) 등을 포함한다.

상기 서브마운트(312)는 상기 평면 광소자(313)를 지지하며, 상기 평면 광소자(313)는 반도체 기판 상에 수광 또는 발광의 기능을 수행하기 위한 능동 소자들(미도시)과, 상기 능동 소자들에서 입출력되는 광신호를 분배하기 위한 이분기 도파로(미도시) 등이 형성된 구조를 갖는다.

상기 스터브(321)는 상기 평면 광소자(313)의 일단에 인접하게 위치된 돌출부가 원추 형태로서, 그 중심부에 상기 광섬유(322) 등이 실장된다. 상기 광섬유(322)는 상기 평면 광소자(313)에서 입출력되는 광신호를 상기 양방향 광송수신 패키지(300)의 외부로 입출력시키기 위한 매체로서, 상기 스터브(321)에 실장된 상태로 상기 평면 광소자(313)에 인접하게 광축 정렬된다.

도 4는 도 3 도시된 양방향 광송수신 패키지에서 요구되는 양방향 광송수신 모듈과 광섬유의 부착 정밀도를 설명하기 위한 그래프이다. 도 4를 참조하면, 도4의 x축은 상기 스터브(321)와 상기 평면 광소자(313) 사이의 이격 간격을 의미하고, y축은 상기 스터브(321)와 상기 평면 광소자(313)의 이격 간격에 따른 허용 가능한 정렬 오차를 나타낸다. 즉, 상기 평면 광소자(313)와 상기 스터브(321) 사이의 이격 간격이 클수록 허용 가능한 정렬 오차가 작아지는 반면에, 상기 평면 광소자(313)와 상기 스터브(321) 사이의 이격 간격이 작아질 수록 허용 가능한 정렬 오차가 커짐을 알 수 있다.

보다 구체적으로는 상기 평면 광소자(313)와 상기 스터브(321) 사이의 이격 간격이 0.5㎜ 이상일 경우의 허용 가능한 정렬 오차를 의미하는 허용 가능한 정렬 각도는 2도 미만임을 알 수 있다. 그러나, 상기 평면 광소자(313)와 상기 스터브(321) 사이의 이격 간격이 0.5㎜ 이하일 경우는 허용 가능한 정렬 각도가 2도에서 무한대로 커지게 됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기 스터브(321)와 상기 평면 광소자(313) 사이의 이격 간격을 최소화시키고, 상기 평면 광소자(313)에 인접한 상기 스터브(321)의 돌출부를 원추형으로 형성함으로써 상기 양방향 광송수신 패키지(300)의 광축 정렬 공정을 단순화시키고, 허용 가능한 정렬 오차를 최대화시키는 이점이 있다.

상기 지지 부재(315)는 그 기저면 상에 상기 서브마운트(312)를 지지하며, 그 일 측에 상기 스터브(321)가 관통하는 홀(미도시)이 형성된다. 상기 굴절률 정합층(314)은 상기 평면 광소자(313)와 상기 스터브(321)의 사이에 도포됨으로써 상기 광섬유(322)와 상기 평면 광소자(313) 사이의 굴절률 차이를 최소화시키기 위한 역할을 수행한다.

본 발명은 양방향 광송수신 모듈의 스터브가 렌즈 홀더에서 평면 광소자 측으로 돌출 되게 위치됨으로써 광섬유와 상기 평면 광소자의 광축 정렬로 인한 결합 손실을 최소화시키고, 상기 평면 광소자와 상기 광섬유 사이의 정렬 오차에 대한 허용 한계를 향상시키는 등의 이점이 있다.

Claims

서브마운트와, 상기 서브마운트 상에 안착되며 광신호를 송신 또는 수신하기 위한 평면 광소자를 포함하는 양방향 광송수신 모듈에 있어서,

광신호를 상기 양방향 광송수신 모듈의 외부로 입출력시키기 위한 광섬유와;

상기 광섬유를 그 내부에 실장하며 상기 평면 광소자에 인접한 일단부가 돌출된 돌출부를 구비하는 스터브와;

그 일 측면에 상기 스터브가 관통하는 홀이 형성되며, 그 기저면 상에 상기 서브마운트를 안착시키기 위한 지지 부재와;

상기 스터브를 지지하며 상기 지지 부재의 측면에 고정시키기 위한 스터브 홀더를 포함함을 특징으로 하는 양방향 광송수신 모듈.
제1 항에 있어서, 상기 양방향 광송수신 모듈은,

상기 돌출부와, 상기 돌출부에 대향되는 상기 평면 광소자의 사이의 굴절률 매칭을 위해서 도포된 에폭시 재질의 굴절률 정합층을 더 포함함을 특징으로 하는 양방향 광송수신 모듈.
제1 항에 있어서, 상기 양방향 광송수신 모듈은,

상기 돌출부와, 상기 돌출부에 대향되는 상기 평면 광소자의 사이의 굴절률 매칭을 위해서 도포된 실리콘 재질의 굴절률 정합층을 더 포함함을 특징으로 하는 양방향 광송수신 모듈.
제 1항에 있어서,

상기 평면 광소자에 인접한 상기 돌출부는 원추형으로 구조임을 특징으로 하는 양방향 광송수신 모듈.
양방향 광송수신 패키지에 있어서,

평면 광도파로 소자와, 상기 평면 광소자의 일단에 인접하게 위치되며 상기 평면 광소자에 인접한 일부가 원추 형태인 스터브와, 상기 스터브에 실장되서 상기 평면 광도파로 소자에 광축 정렬된 광섬유를 포함하는 양방향 광송수신 모듈과;

상기 양방향 광송수신 모듈을 실장하기 위한 하우징을 포함하며,

상기 스터브는 상기 하우징의 측면을 관통해서 상기 평면 광소자의 광신호를 입출력시키기 위한 일단에 대향되게 커플링 됨을 특징으로 하는 양방향 광송수신 패키지.
제5 항에 있어서, 상기 양방향 광송수신 모듈은,

상기 평면 광소자를 지지하기 위한 서브마운트와;

그 기저면 상에 상기 서브마운트를 지지하며, 그 일 측에 상기 스터브가 관통하는 홀이 형성된 지지 부재와;

상기 평면 광소자와 상기 평면 광소자에 인접하는 상기 스터브의 일단 사이에 도포됨으로써 상기 광섬유와 상기 평면 광소자 사이의 굴절률 차를 정합 시키기 위한 굴절률 정합층을 더 포함함을 특징으로 하는 양방향 광송수신 패키지.