KR100559935B1

KR100559935B1 - 광통신용 광학소자

Info

Publication number: KR100559935B1
Application number: KR1020030054681A
Authority: KR
Inventors: 강재광
Original assignee: 주식회사 엘티
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2006-03-13
Anticipated expiration: 2023-08-07
Also published as: KR20050015736A

Abstract

본 발명은 고밀도 파장분할 다중화(Dense wavelength Division Multiplexing ; DWDM)와 저밀도 파장분할 다중화(Coarse wavelength Division Multiplexing ; CWDM )등에 사용되는 광통신용 광학소자에 관한 것으로, 특히 광학필터에서 출력되는 광신호를 수광하는 포토다이오드의 수광율을 향상시키기 위한 광통신용 광학소자에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 콜리메이터와, 이 콜리메이터(110)에서 출력되는 광신호 중 특정성분의 광신호만을 통과시키는 광학필터와, 이 광학필터에서 출력되는 광신호를 굴절시키는 볼록렌즈와 이 볼록렌즈에서 굴절된 광신호를 전기적인 신호로 변환시키는 포토셀을 갖는 포토다이오드와, 광학필터에서 출력되는 광신호를 포토다이오드 내의 포토셀에 집속시키는 집속부재와, 콜리메이터, 광학필터, 포토셀, 집속부재를 수용하는 하우징을 포함한다. 집속부재는 포토셀을 볼록렌즈의 초점위치로 이동시키거나 볼록렌즈에 입사되는 광신호의 입사각을 변화시켜 볼록렌즈의 초점위치를 포토셀의 설치위치로 일치시켜 광학필터에서 출력되는 광신호를 포토셀에 집속시킴으로써 포토다이오드의 수광율을 향상시킨다.

Description

광통신용 광학소자{Optical element for optic telecommunication}

도 1은 종래기술에 따른 광통신용 광학소자의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 실시예에 따른 광통신용 광학소자의 단면도이다.

도 3은 도 2의 포토다이오드의 포토셀에 광신호가 집속되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광통신용 광학소자의 단면도이다.

도 5는 도 4의 포토다이오드의 포토셀에 광신호가 집속되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

100 : 입력 광섬유 101 : 출력 광섬유

102 : 패럴 103 : 그린렌즈

110 : 콜리메이터 120 : 광학필터

121 : 필터홀더 130 : 포토다이오드

131 : 볼록렌즈 132 : 포토셀

133 : 외부하우징 134 : 지지대

135 : 리드선 140 : 제1하우징

140a: 광통구 141 : 제2하우징

142 : 부트 150 : 굴절렌즈

본 발명은 광통신용 광학소자에 관한 것으로, 특히 고밀도 파장분할 다중화(Dense wavelength Division Multiplexing ; 이하 DWDM 라 칭함)와 저밀도 파장분할 다중화(Coarse wavelength Division Multiplexing ; CWDM 라 칭함 )등에 사용되는 광통신용 광학소자에 관한 것이다.

일반적으로, 광통신에서는 대용량 신호들을 초고속으로 전송하는 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 이러한 초고속으로 대용량 신호들을 전송하는 기술 중의 하나가 DWDM과 CWDM 전송기술이다. 이러한 DWDM과 CWDM 전송기술은 기존에 구축되어 있는 광섬유 망을 이용 하나의 광섬유에 다수파장의 광신호를 전송하여 통신 용량 및 속도를 대폭 확장시켜주는 기술이다.

이러한 DWDM과 CWDM 전송기술에는 합성된 광신호를 다시 분할해주는 광학필터와 이 광학필터에서 파장 분할된 광신호를 수광하여 전기적인 신호를 변환시키는 포토다이오드 등이 사용된다.

본 출원인은 이 광학필터와 포토다이오드를 일체화하여 부품수를 줄임으로써 전체 시스템의 크기를 줄이면서도 작업공정을 단순화한 다채널용 파장분할 수광소자(대한민국 공개특허공보 공개번호 특2003-0041761)에 대하여 출원한 바와 있다.

이러한 다채널용 파장분할 수광소자는 도 1에 도시된 바와 같이, 입력 광섬 유(1), 반사 광섬유(2), 패럴(3), 그린렌즈(4)를 포함하는 콜리메이터(10)와, 이 콜리메이터(10)에서 출력되는 광신호 중 특정성분의 광신호만을 통과시키고, 그 외 신호는 모두 반사 광섬유(2)로 반사시키는 광학필터(20), 이 광학필터(20)를 그린렌즈(4)에 고정시키기 위한 필터홀더(21)와, 볼록렌즈(31)와 포토셀(32)을 포함하고 광학필터(20)에서 출력되는 광신호를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 포토다이오드(30)를 포함한다.

이때, 참조부호 40은 콜리메이터(10)에 포토다이오드(30)를 설치하는 제1하우징이고, 참조부하 41은 제1하우징(40)과 결합되고 콜리메이터(10)를 수용하는 제2하우징이고, 참조부호 42는 제1하우징(40)과 콜리메이터(10)를 보호하는 부트다.

도 1의 작동을 살펴보면, 입력 광섬유(1)에서 출력되는 광신호는 그린렌즈(4)를 통과한 후 평행하게 진행하여 광학필터(20)에 입사된다. 이 광학필터(20)에 의해 입력된 광신호 중 특정대역의 파장의 광신호만이 통과한다. 이 광학필터(20)를 통과한 평행한 광신호는 포토다이오드(30)에 입사되고 이 포토다이오드(30)에서는 입사된 광신호를 전기적인 신호로 변환되어 출력하게 된다.

그러나, 이러한 다채널용 파장분할 수광소자에서는 광학필터(20)를 통과한 광신호는 평행한 광신호이므로 포토다이오드(30)의 볼록렌즈(31)를 통과하게 되면 빛이 집속되는 초점위치가 포토셀(32)의 설치위치에 일치하지 않고 포토셀(32)의 설치위치보다 볼록렌즈(31)측으로 앞당겨져서 포토셀(32)에 상대적으로 적은 광신 호가 입사됨으로써 포토다이오드(30)의 수광율이 상대적으로 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 광학필터에서 출력되는 광신호를 수광하는 포토다이오드의 수광율을 향상시키기 위한 광통신용 광학소자를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광통신용 광학소자는 입력 광섬유, 상기 입력 광섬유를 수용하는 페럴, 상기 입력 광섬유에서 입력되는 광신호를 평행하게 진행시키는 광학렌즈를 구비하는 콜리메이터와, 상기 콜리메이터의 광학렌즈에서 출력되는 광신호 중 특정성분의 광신호만을 통과시키는 광학필터와, 상기 광학필터에서 출력되는 광신호를 굴절시키는 볼록렌즈와 상기 굴절렌즈에서 굴절된 광신호를 전기적인 신호로 변환시키는 포토셀을 갖는 포토다이오드와, 상기 광학필터에서 출력되는 광신호를 상기 포토다이오드 내의 포토셀에 집속시키는 집속부재와, 상기 콜리메이터, 광학필터, 포토셀, 집속부재를 수용하는 하우징을 포함한다.

상기한 집속부재는 상기 볼록렌즈의 초점위치에 상기 포토셀을 고정 지지하기 위한 지지대를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 집속부재는 상기 볼록렌즈의 초점위치가 상기 포토셀의 설치위치에 일치하도록 상기 광학필터에서 상기 볼록렌즈로 입사되는 광신호의 입사각을 가변시키는 굴절렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학통신용 광학소자의 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광통신용 광학소자는 입력 광섬유(Input optical fiber)(100), 반사 광섬유(Reflective optical fiber)(101), 이 광섬유들(100,101)을 수용하는 패럴(Ferrule)(102), 이 패럴(102)내의 입력 광섬유(100)에서 입사되는 광신호를 평행하게 진행시키는 광학렌즈(일예로, 그린렌즈(GRIN lens))(103)를 포함하는 콜리메이터(Collimator)(110)와, 이 콜리메이터(110)에서 출력되는 광신호 중 특정성분의 광신호만을 통과시키고 나머지 광신호는 반사 광섬유(101)을 통해 반사시키는 광학필터(Optical Filter)(120)와, 이 광학필터(120)를 그린렌즈(103)에 고정시키는 필터홀더(121)과, 볼록렌즈(131)와 포토셀(132)을 포함하고 광학필터(120)에서 출력되는 광신호를 볼록렌즈(131)를 통해 포토셀(132)에 전달하여 전기적인 신호로 변환하는 포토다이오드(Photo Diode)(130)를 포함한다. 이때, 광학렌즈는 그린렌즈외에 C-렌즈 또는 코닥렌즈도 사용가능하다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 광학통신용 광학소자는 복수 개가 병렬되고, 반사 광섬유를 통해 반사되는 광신호는 이웃하는 광학통신용 광학소자의 입력 광섬유로 수신되고, 상술한 동일한 과정을 거쳐 원하는 대역의 파장을 각기 추출하게 된다. 이런 방식으로 계속해서 광신호에서 원하는 대역의 파장을 추출한다.

상기한 포토다이오드(130)는 위치고정용 제1하우징(140)에 설치되며, 콜리메 이터(110)는 위치고정용 제2하우징(141)에 설치된다. 이 제1하우징(140)과 제2하우징(141)은 서로 결합된다.

그리고, 제1하우징(140)에는 광학필터(120)에서 출력되는 광신호가 포토다이오드(130)의 볼록렌즈(131)에 입사되도록 볼록렌즈(131)에 대항하는 위치에 광통구(140a)가 형성되어 있다.

한편, 제2하우징(141)과 콜리메이터(110)의 상부에는 제2하우징(141)과 콜리메이터(110)를 감싸 보호하도록 부트(142)가 설치된다.

상기한 포토다이오드(130)는 통상 캔형 포토다이오드라고 불리우며, 상술한 바와 같이, 볼록렌즈(131)와 포토셀(132)을 포함한다. 또한, 상기한 포토다이오드(130)는 이외에 볼록렌즈와 포토셀을 수용하는 외부하우징(133), 포토셀(132)을 지지하기 위한 지지대(134), 변환된 전기적인 신호를 외부로 출력하기 위한 3개의 리드선(135)을 포함한다.

상기한 포토다이오드의 세부구성을 도 3을 참조하여 상세히 살펴보면, 포토다이오드(130)의 포토셀(132)은 지지대(135)에 의해 바닥면에서 소정높이(H)만큼 변이된 위치에 설치된다. 이때, 포토셀(132)의 설치위치는 광학필터(120)에서 출력되는 광신호가 볼록렌즈(131)를 통과하면서 굴절된 후 광축상의 한 곳으로 집속되는 초점위치이다.

도 2의 작동을 살펴보면, 콜리메이터(110)의 입력 광섬유(100)로부터 입력되는 광신호는 그린렌즈(103)를 통과한 후 평행하게 진행하여 광학필터(120)에 입사된다. 이 광학필터(120)에 의해 입력된 광신호 중 특정대역의 파장의 광신호는 통 과하여 진행하고, 다른 대역의 파장의 광신호는 반사 광섬유를 통해 반사된다. 광학필터(120)를 통과한 평행한 광신호는 제1하우징(140)에 형성된 광통구(140a)를 통해 포토다이오드(130)에 입사된다. 이 광신호는 포토다이오드(130)의 볼록렌즈(131)를 통과하면서 굴절되고 굴절된 광신호는 광축상의 특정의 초점위치에 모인다. 이 볼록렌즈(131)의 특정 초점위치에는 포토셀(132)이 위치하고 있으므로 포토셀(132)에 볼록렌즈(131)에 의해 집속된 광신호의 대부분이 입사된다. 포토셀(132)에서는 입사된 광신호에 의해 광전효과를 일으켜 전기적인 신호인 전류를 발생시키고 발생된 전류는 리드선(135)을 통해 출력된다. 따라서, 포토다이오드(130)의 포토셀(132)이 광학필터(120)에서 출력되는 광신호를 소정위치에 모으는 볼록렌즈(131)의 초점위치에 설치됨으로써 광학필터(120)에서 출력되는 광신호를 대부분 수신할 수 있어 포토다이오드(130)의 수광율이 향상되는 잇점이 있다.

이하에서는 상술한 방법과 같이 포토다이오드의 포토셀의 위치를 변이시키는 대신에 상용의 포토다이오드를 사용할 수 있도록 광학필터와 포토다이오드의 볼록렌즈사이에 볼록형의 굴절렌즈를 설치하고, 이 굴절렌즈를 통해 볼록렌즈에 입사되는 광신호의 입사각을 변화시켜 볼록렌즈의 초점위치를 가변시킴으로써 광신호를 포토셀에 집속시키는 방식에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광통신용 광학소자의 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광통신용 광학소자는 입력 광섬유(Input optical fiber)(100), 반사 광섬유(Reflective optical fiber)(101), 이 광섬유들(100,101)을 수용하는 패럴(Ferrule)(102), 이 패럴(102)내의 입력 광섬유(100)에서 입사되는 광신호를 평행하게 진행시키는 그린렌즈(GRIN lens)(103)를 포함하는 콜리메이터(Collimator)(110)와, 이 콜리메이터(110)에서 출력되는 광신호 중 특정성분의 광신호만을 통과시키고 나머지 광신호는 반사시키는 광학필터(Optical Filter)(120)와, 이 광학필터(120)를 그린렌즈(103)에 고정시키는 필터홀더(121)와, 볼록렌즈(131)와 포토셀(132)을 포함하고 광학필터에서 출력되는 광신호를 전기적인 신호로 변환시키는 포토다이오드(Photo Diode)(130), 광학필터(120)에서 포토다이오드(130)의 볼록렌즈에 입사되는 광신호의 입사각을 변화시켜 볼록렌즈의 초점위치를 가변시키는 굴절렌즈(150)를 포함한다.

상기한 굴절렌즈(150)는 볼록형의 굴절렌즈이며, 광학필터(120)와 포토다이오드(130)의 볼록렌즈(131) 사이에 설치된다. 일예로서, 이 굴절렌즈(150)는 제1하우징에 설치되데, 광학필터(120)에서 출력되는 광신호를 포토다이오드(130)의 볼록렌즈(131)에 전달하기 위해 제1하우징(140)에 형성된 광통구(140a)측에 설치된다.

상기한 포토다이오드(130)는 통상의 캔형 포토다이오드와 같이, 볼록렌즈(131), 포토셀(132), 이 볼록렌즈(131)와 포토셀(132)을 수용하는 외부하우징(133), 포토셀(132)을 지지하기 위한 지지대(134), 변환된 전기적인 신호를 외부로 출력하기 위한 3개의 리드선(135)을 포함한다.

한편, 포토다이오드(130)의 볼록렌즈(131)를 통과한 광신호가 포토셀(132)의 설치위치에 집속되도록 하기 위해 굴절렌즈(150)와 볼록렌즈(131)의 배율 및 광신호의 입사각을 고려하여 굴절렌즈(150) 또는 볼록렌즈(131)의 위치를 가변시킴으로 써 볼록렌지(131)의 초점위치를 조절한다.

이에 따라, 광학필터(120)에서 출력되는 평행한 광신호는 도 5와 같이 굴절렌즈를 통과하면서 1차 굴절되고, 1차 굴절된 광신호는 포토다이오드(130)의 볼록렌즈(131)를 통과하면서 2차 굴절된다. 따라서, 포토셀의 위치에 2차 굴절된 광신호를 집속시켜 포토다이오드(130)의 수광율이 향상된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 광학필터에서 출력되는 광신호를 수광하는 포토다이오드의 수광효율을 향상시켜 광통신용 광학소자의 성능을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

입력 광섬유, 상기 입력 광섬유를 수용하는 페럴, 상기 입력 광섬유에서 입력되는 광신호를 평행하게 진행시키는 광학렌즈를 구비하는 콜리메이터와,

상기 콜리메이터의 광학렌즈에서 출력되는 평행한 광신호 중 특정성분의 광신호만을 통과시키는 광학필터와,

상기 광학필터를 통과한 특정성분의 평행한 광신호를 굴절시키는 볼록렌즈와 상기 굴절렌즈에서 굴절된 광신호를 수광하여 전기적인 신호로 변환시키는 포토셀을 갖는 포토다이오드와,

상기 광학필터를 통과한 특정성분의 평행한 광신호를 상기 포토다이오드 내의 포토셀에 집속시키는 집속부재와,

상기 콜리메이터, 광학필터, 포토셀, 집속부재를 수용하는 하우징을 포함하는 광통신용 광학소자.
제1항에 있어서, 상기 집속부재는 상기 볼록렌즈의 초점위치에 상기 포토셀을 고정 지지하기 위한 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신용 광학소자.
제1항에 있어서, 상기 집속부재는 상기 볼록렌즈의 초점위치가 상기 포토셀의 설치위치에 일치하도록 상기 광학필터에서 상기 볼록렌즈로 입사되는 광신호의 입사각을 가변시키는 굴절렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신용 광학소자.