KR100627701B1 - 병렬 광접속 모듈 - Google Patents

병렬 광접속 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR100627701B1
KR100627701B1 KR1020040093775A KR20040093775A KR100627701B1 KR 100627701 B1 KR100627701 B1 KR 100627701B1 KR 1020040093775 A KR1020040093775 A KR 1020040093775A KR 20040093775 A KR20040093775 A KR 20040093775A KR 100627701 B1 KR100627701 B1 KR 100627701B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical
reflector
light source
bulk reflector
bulk
Prior art date
Application number
KR1020040093775A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060054914A (ko
Inventor
한상필
최춘기
안승호
성희경
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020040093775A priority Critical patent/KR100627701B1/ko
Publication of KR20060054914A publication Critical patent/KR20060054914A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100627701B1 publication Critical patent/KR100627701B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/4228—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4266—Thermal aspects, temperature control or temperature monitoring
    • G02B6/4268—Cooling
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
    • G02B6/4401—Optical cables
    • G02B6/4403—Optical cables with ribbon structure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

본 발명은 광섬유와 광원/광검출기 간의 거리 및 이들 간의 정렬 오차로 인해 발생되는 결합 손실을 감소시킬 수 있도록 광학벤치에 정렬된 광원/광검출기 어레이에서 방출/검출되는 다채널 광신호를 경로 변경하는 벌크 반사경, 벌크 반사경의 제 1 측면 및 제 1 측면과 직교하는 제 2 측면 중 적어도 하나의 측면에 형성된 제 1 홈에 삽입고정되며 벌크 반사경측으로 진행하는 광신호를 집속하는 적어도 하나의 렌즈 어레이, 및 벌크 반사경의 제 2 측면에 형성된 제 2 홈에 삽입고정되며 광신호를 전달하는 광섬유를 구비한 2D 유니페룰을 포함하는 병렬 광접속 모듈을 제공한다.
광접속 모듈, 광송수신 모듈, 반사경, 45도 반사면, 렌즈, 페룰, 광섬유, 광 커넥터, 광어뎁터, 광연결, 광접속

Description

병렬 광접속 모듈{Parallel optical interconnection module}
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬 광송신 모듈을 도시한 사시도 및 분해 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬 광송신 모듈, 병렬 광수신 모듈 및 병렬 광송수신 모듈을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다른 형태의 병렬 광송신 모듈을 도시한 사시도 및 분해 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1 내지 도 3에 도시된 병렬 광접속 모듈 내에 장착되는 45°벌크 반사경의 구조 및 최적의 설계치수를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 1 내지 도 3에 도시된 병렬 광접속 모듈 내에 장착되는 렌즈 어레이의 구조 및 설계 변수를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1 내지 도 3에 도시된 병렬 광접속 모듈 내에 장착되는 45°벌크 반사경의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 도 1 내지 도 3에 도시된 병렬 광접속 모듈 내에 장착되는 2D 유니페룰의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 2열의 표면방출 레이저 및/또는 포토 다이오드 어레이 칩의 수동 정렬 및 접착을 설명하기 위한 2D 실리콘 광학벤치의 평면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 2D 실리콘 광학벤치를 제작하기 위한 공정 순서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 도 1 내지 도 3에 도시된 병렬 광접속 모듈 내에 장착되는 힛스프레더의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 부호의 설명>
10: 기판 12: 비아홀
13: 힛스프레더 14: 멕어레이
20: 벌크 반사경 21: 렌즈 어레이
23: 반사판 25: 반사경 받침대
30: 2D 유니페룰 40: 어뎁터
50: 2D 광커넥터 60: 광원 어레이칩
61: 광검출기 어레이칩 62: 구동회로 어레이칩
63: 수신회로 어레이칩 64: 수동정렬용 광학벤치
본 발명은 다채널의 광신호를 송신하거나 다채널의 광신호를 수신하는 병렬 광접속 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 광섬유와 광원/광검출기 간의 거리 및 이들 간의 정렬 오차로 인해 발생되는 결합 손실을 감소시킬 수 있는 수동정렬 접속 방식의 병렬 광접속용 광 송신/수신 또는 광송수신 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 저속의 시스템 등에서 회로기판과 회로기판, 칩(chip)과 칩 또는 시스템 간의 연결은 전기적인 금속 케이블을 통해 이루어진다. 그러나, 대용량 병렬 컴퓨터로 구성되는 차세대 정보통신 시스템이나 1Tb/s급 이상의 ATM 스위칭 시스템 등에서와 같이 정보가 대용량화되고 전송 속도가 향상된 시스템에서는, 금속 케이블을 이용할 경우, 스큐(skew), EMI(electromagnetic interference) 등과 같은 전기적인 문제가 발생되어 시스템의 동작 효율이 저하되고 시스템 집적화가 어려워진다.
그래서 근래에 들어 광 송신/수신 모듈을 이용하여 광 접속을 이루는 기술이 개발되어 이용되고 있다. 광 송신/수신 모듈 내부의 광 결합 방식으로는 예를 들어, 45°의 경사각으로 위치된 반사경을 구비하는 리본 광섬유 다채널 광 커넥터에 광수신 소자를 직접 결합시키는 방식, 45°의 경사각으로 위치된 반사경을 구비하는 폴리머(polymer) 광도파로에 광 송수신 소자를 결합시키고 폴리머 광도파로를 다채널 광 커넥터에 연결시키는 방식, 광 송수신 소자를 폴리머 광도파로에 수직으로 결합시키고 폴리머 광도파로를 다채널 광 커넥터에 연결시키는 방식, 플라스틱 팩키지에 고정된 광 송수신 소자를 다채널 광 커넥터에 수직으로 결합시키는 방식 등이 있다. 광 송신 소자 즉, 광원으로는 대개 표면방출 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL) 어레이(Array)가 사용되며, 광 수신 소자 즉, 광검출기로는 포토 다이오드(Photo Diode; PD) 어레이가 사용된다.
국내특허출원 제2000-7003642호(출원일: 2000년 4월 4일)에 기재된 "광 모듈"은 출사구를 통해 발진된 광이 광도파로에 의해 90°방향으로 반사된 후 기판에 형성된 코어를 따라 광 커넥터와 연결된 광섬유로 전달되도록 구성된다.
2000년 5월에 ECTC(Electronic Communications Technical Committee) 2000에서 발표된 "병렬 광 접속 모듈(ParaBIT-1: 60-Gb/s-Throughput Parallel Optical Interconnect Module, 발표자: N. Usui)"은 평면의 반사경이 45°의 경사각으로 위치된 24채널 고분자 도파로막과 24-광섬유 BF 커넥터가 접속된 구조를 가지며, 도파로막과 커넥터는 수동으로 조립된다.
앞서 소개된 기술 중 45°의 경사각으로 위치된 반사경을 가지는 폴리머 광도파로에 광 송수신 소자를 결합시키고, 폴리머 광도파로를 다채널 광 커넥터와 연결시키는 방식은 반사경 형성이 비교적 용이하고 광 커플러(Coupler), 광 스위치, WDM(Wavelength Division Multiplexing) 소자 등을 폴리머 광도파로에 내장시킬 수 있어 전체 모듈의 기능 확장을 이룰 수 있는 장점이 있다.
그러나, 차후 확장된 기능을 갖는 병렬 광접속용 광 송신/수신 모듈에 대하여 상기와 같은 2차원 광결합 구조를 갖는 모듈을 이용하는 경우에는 광섬유와 광원/광검출기 간의 거리 차에 의한 높은 결합손실이 발생하여 만족스러운 효율을 얻지 못하기 때문에 결합 손실을 최소화시킬 수 있는 병렬 광접속용 광 송신/수신 모듈의 구조적인 개선이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광섬유와 광원/광검출기 간의 거리 및 이들 간의 정렬 오차로 인해 발생되는 결합 손실을 감소시킬 수 있는 병렬 광접 속용 광 송신/수신 또는 광송수신 모듈을 제공함에 있다.
다시 말해서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 2열의 U-홈이 형성된 광학벤치를 이용하여 2열의 광원/광검출기 어레이의 수동정렬을 용이하게 하고, 2열의 구형 렌즈 어레이와 45°반사면을 갖는 벌크 반사경을 이용하여 2차원 구조에 의한 광결합 손실을 최소화시키며, 2D 유니페룰을 이용하여 광커넥터와의 수동정렬 접속 방식을 구비하여 생산성이 뛰어나며 저렴한 비용으로 광 접속을 이룰 수 있는 병렬 광접속 모듈을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 2열의 광원/광검출기 어레이와 2열의 2D 유니페룰 간 높은 광결합 효율을 얻기 위하여 2열의 구형 렌즈 어레이와 45°벌크 반사경을 최적 설계하는 방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 제 1 측면은, 전극 패드와 소정의 전기 회로 패턴이 형성되며, 소정의 개구부가 형성된 부분에 힛스프레더가 구비되는 기판; 상기 힛스프레더 상에 구비되며, 2열의 트랜치가 형성된 2D 광학벤치; 상기 2열의 트랜치 내에 구비되며, 광신호를 발생시켜 방출하는 광원; 상기 힛스프레더 상에 구비되며, 상기 광학벤치에 전기적으로 접속되고, 상기 전극 패드를 통해 공급되는 전기적 신호에 따라 상기 광원을 구동시키는 구동기; 상기 기판 상에 구비되며, 상기 광원으로부터 방출되는 상기 광신호를 집속하는 렌즈 어레이를 구비하고, 상기 렌즈 어레이를 통과한 상기 광신호를 경로 변경하는 벌크 반사경; 및 상기 벌크 반사경을 통과한 상기 광신호를 전달하는 광섬유를 구비한 2D 유니페룰을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈을 제공한다.
본 발명의 제 2 측면은, 전극 패드와 소정의 전기 회로 패턴이 형성되며, 소정의 개구부가 형성된 부분에 힛스프레더가 구비되는 기판; 상기 힛스프레더 상에 구비되며, 2열의 트랜치가 형성된 2D 광학벤치; 복수의 광섬유가 구비되는 2D 유니페룰; 상기 기판 상에 구비되며, 상기 2D 유니페룰을 통해 전달되는 광신호를 집속하는 렌즈 어레이를 구비하고, 상기 렌즈 어레이를 통과한 상기 광신호를 경로 변경하는 벌크 반사경; 및 상기 2D 광학벤치의 상기 2열의 트랜치 내에 구비되며, 상기 벌크 반사경을 통과한 상기 광신호를 받아 전기적 신호로 변환하는 광검출기; 상기 힛스프레더 상에 구비되고, 상기 광학벤치를 통해 상기 광검출기로부터 받은 전기적 신호를 증폭시켜 상기 전극 패드를 통해 출력하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈을 제공한다.
본 발명의 제 3 측면은, 전극 패드와 소정의 전기 회로 패턴이 형성되며, 소정의 개구부가 형성된 부분에 힛스프레더가 구비되는 기판; 상기 힛스프레더 상에 구비되며, 2열의 트랜치가 형성된 2D 광학벤치; 상기 2D 광학벤치의 2열의 트랜치 내에 각각 구비되며, 제 1 광신호를 발생시켜 방출하는 광원과 제 2 광신호를 받아 전기적 신호로 변환하는 광검출기; 상기 힛스프레더 상에 구비되며, 상기 광학벤치에 각각 전기적으로 접속되고, 상기 전극 패드를 통해 공급되는 전기적 신호에 따라 상기 광원을 구동시키는 구동기와 상기 광검출기로부터 받은 전기적 신호를 증폭시켜 상기 전극 패드를 통해 출력하는 수신기; 상기 기판 상에 구비되며, 상기 광원으로부터 방출되는 상기 제 1 광신호를 집속하는 제 1 렌즈 어레이 및 상기 제 2 광신호를 집속하는 제 2 렌즈 어레이를 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 렌즈 어레이를 통과한 제 1 및 제 2 광신호를 경로 변경하는 벌크 반사경; 및 상기 벌크 반사경을 지지하며, 상기 제 1 및 제 2 광신호를 전달하는 광섬유를 구비하는 2D 유니페룰을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈을 제공한다.
본 발명의 제 4 측면은, 광학벤치에 수동정렬된 2열의 광원/광검출기 어레이를 이용하는 병렬 광접속 모듈에 있어서, 상기 2열의 광원/광검출기 어레이에서 방출/검출되는 다채널 광신호를 경로 변경하는 벌크 반사경; 상기 벌크 반사경의 제 1 측면 및 상기 제 1 측면과 직교하는 제 2 측면 중 적어도 하나의 측면에 형성된 제 1 홈에 삽입고정되며 상기 벌크 반사경측으로 진행하는 상기 광신호를 집속하는 적어도 하나의 렌즈 어레이; 및 상기 벌크 반사경의 상기 제 2 측면에 형성된 제 2 홈에 삽입고정되며, 상기 광신호를 전달하는 광섬유를 구비한 2D 유니페룰을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈을 제공한다.
바람직하게, 2열의 광원/광검출기 어레이와 2열의 2D 유니페룰간 높은 광결합 효율을 얻기 위한 2열의 구형 렌즈 어레이와 벌크 반사경을 최적 설계하기 위하여 수학적인 모델링은 다음과 같다. VCSEL과 같은 광원으로부터 출발된 광이 여러 경로를 거친 후 광섬유에 결합되는 정도는 VCSEL 방출광의 FFP(far-field pattern)를 추적하여 결합효율을 간접적으로 얻을 수 있다. 다시 말하면, 최종적으로 결합되는 FFP의 폭이 광섬유의 코어 크기/직경보다 작은 구조의 2열의 구형 렌즈 어레이 및 벌크 반사경을 제작하면 된다. VCSEL 방출광이 렌즈를 통과하고 벌크 반사경 의 반사면에서 반사된 후 2D 유니페룰 방향으로 향하는 FFP 모드크기는 아래의 수학식 1의 DFFP와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112004053253488-pat00001
여기서,
Figure 112004053253488-pat00002
이고,
Figure 112004053253488-pat00003
이며,
이때, θVL은 VCSEL 광원의 방사각, θRM은 VCSEL 광이 구형 렌즈를 통과한 후의 각도, h는 VCSEL 개구면에서 구형 렌즈 끝부분까지의 거리, r은 구형 렌즈의 곡률반경, nRM은 구형 렌즈 및 벌크 반사경의 굴절률, L1은 구형 렌즈 끝부분에서 45°반사면까지의 거리, L2는 45°반사면에서 광섬유와 만나는 벌크 반사경의 끝부분까지의 거리를 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이하의 설명에서 어떤 층이 다른 층의 위에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 층의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 게재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의성 및 명확성을 위하여 과장되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬 광송신 모듈을 도시한 사시도 및 분해 사시도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 24채널 병렬 광송신 모듈은 기판(10), 수동정렬형 광학벤치(미지칭), 광원 어레이칩(이하 "광원"이라 한다)(미지칭), 구동회로 어레이칩(이하 "구동기"라 한다)(미지칭), 벌크 반사경(20), 렌즈 어레이(21), 2D 유니페룰(uni-ferrule; 30) 및 어뎁터(40)를 구비한다.
기판(10)은 전극 패드(미도시)와 소정의 전기 회로 패턴(미도시)을 구비한다. 또한, 기판(10)은 대략 중심부에 형성된 "ㅁ"자 모양의 개구부(11)와 소정 부분에 형성된 복수의 비아홀(via hole; 12)을 구비한다. 이러한 기판(10)으로는 임피던스(impedance) 정합 뿐만 아니라 누화(crosstalk) 또는 스큐(skew)가 충분히 낮은 물질 예를 들어, FR-4, 테프론 등으로 이루어진 인쇄회로 기판(Printed Circuits Board, PCB)을 이용할 수 있다.
또한, 기판(10)은 개구부(11)에 대응되는 부분의 바닥면에 부착되는 힛스프레더(heat spreader; 13)를 구비한다. 이때, 힛스프레더(13) 위에는 수동정렬용 광학벤치가 구비된다. 수동정렬용 광학벤치 내의 트랜치에는 광원이 구비된다. 광원은 어레이(array) 형태로 형성된다. 또한, 힛스프레더(13) 위에는 광원을 구동시키기 위한 구동기가 솔더 등의 접착 수단에 의해 접착(bonding)된다. 기판(10)의 일부인 힛스프레더(13)는 광원 및 구동기에서 발생되는 열을 1차적으로 방출시키는 기능을 한다.
여기서, 광원은 표면방출 레이저(VCSEL)가 사용가능하다. 광원은 본딩 와이어(미도시)에 의해 구동기에 연결되고, 구동기는 본딩 와이어에 의해 전극 패드에 연결된다. 구동기는 전극 패드를 통해 공급되는 전기적 신호에 따라 광원을 구동시키는 기능을 한다.
또한, 기판(10)은 비아홀(12)에 대응되는 부분의 바닥면에 부착되는 멕어레이(14)를 구비한다. 멕어레이(14)는 전기적인 통로인 비아홀(12)을 통해 외부 전기신호와 구동기를 BGA(ball grid array) 방식으로 연결하는 전기 커넥터이다.
벌크 반사경(20)은 45°반사면을 구비하며 렌즈 어레이(21)에서 집속된 광신호를 90°경로 변경한다. 여기서, 렌즈 어레이(21)는 복수의 구형 렌즈가 어레이 형태의 광원에 대응되는 구조를 가지며 벌크 반사경(20)에 형성된 홈 내에 삽입고정되어 광원에서 방출된 광을 집속한다.
또한, 벌크 반사경(이하 "45°벌크 반사경"이라 한다)(20)은 렌즈 어레이(21)와의 결합, 및 2D 유니페룰(30)과의 결합에 적합하도록 그 측면에 홈파진 부분 들(A, B, C)을 구비한다. 이때, 렌즈 어레이(21)와 2D 유니페룰(30)은 반사판(23)을 중심으로 90°방향에 각각 배치된다.
또한, 45°벌크 반사경(20)은 렌즈 어레이(21)와 함께 2열의 광원과 2열의 2D 유니페룰 간에 높은 광결합 효율을 얻기 위하여 수학식 1의 수식에 의해 이루어진다.
2D 유니페룰(30)은 45°벌크 반사경(20)을 통해 전달되는 광신호를 광커넥터(50)의 광섬유로 전달한다. 2D 유니페룰(30)은 광신호를 전달하는 광섬유를 구비하며 45°벌크 반사경(20)의 일측면에 형성된 홈파진 부분(B)에 삽입고정된다. 이때, 2D 유니페룰(30) 내의 광섬유는 45°벌크 반사경(20)에 접하도록 구비된다.
어뎁터(40)는 대략 사각 단면의 관통홀이 구비된 직육면체 모양으로 형성되며 기판(10)에 부착되어 2D 유니페룰(30)을 고정시킨다. 이로써, 어뎁터(40)는 광커넥터(50)가 병렬 광송신 모듈에 수동정렬 접속 방식으로 착탈되도록 기능한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 수동 광접속 구조가 2열의 45°벌크 반사경과 2D 유니페룰에 의해 광커넥터에 접속되도록 이루어짐으로써 광결합 효율 및 허용 오차면에 우수한 병렬 광송신 모듈을 제공한다. 다시 말해서, 본 발명은 광섬유와의 결합을 용이하게 하며 광결합손실을 최소화시킴으로써 고밀도화된 대용량의 데이터를 고속으로 전송할 수 있도록 한 개선된 구조의 병렬 광송신 모듈을 제공한다.
상술한 병렬 광송신 모듈의 제작 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 열 방출 문제를 해결하기 위해서 기판(10)의 일부에 대략 사각형 모양으로 개구부(11)를 뚫고 그 대응 부분에 구리와 같이 열전도율이 높은 금속으로 이루어진 힛스프레더(13)를 부착한다. 그리고 외부와의 고속의 전기적인 접속을 위하여 기판(10)의 일부에 비아홀(12)을 뚫고 이에 상응되는 부분에 멕어레이(14)를 부착한다.
이때, 힛스프레더(13) 위에 구비되는 광원 및 구동기의 정렬을 용이하게 하기 위하여 수동정렬용 광학벤치를 이용한다. 수동정렬용 광학벤치 내의 2열로 형성된 U-형 트렌치에 2개의 광원을 수동 자기정렬한 후 솔더를 이용하여 소정의 전극 패턴(미도시)이 있는 바닥면에 접착한다. 다음으로 수동정렬용 광학벤치와 2개의 구동기를 소정 위치에 배치하여 힛스프레더(13)에 접착한다.
다음, 기판(10) 위에 45°벌크 반사경(20)을 배치한다. 이때, 2열의 렌즈 어레이(21)는 45°벌크 반사경(20)의 일측면에 형성된 홈파진 부분(A)에 끼워 넣어진 후 접착된다. 그리고, 반사판(23)은 45°벌크 반사경(20)의 다른 측면에 형성된 홈파진 부분의 반사면(24) 상에 놓여진 후 접착된다. 이로써, 45°벌크 반사경(20)은 광신호의 경로를 90°변경하는 반사경 역할을 한다.
다음, 광원, 렌즈 어레이(21) 및 반사판(23)의 광축을 모두 정렬한 후 45°벌크 반사경(20)의 또 다른 일측면의 홈파진 부분(B)에 2D 유니페룰(30)을 결합시킨다.
다음, 병렬 광송신 모듈을 수동 착탈식으로 형성하기 위해서, 리본 광케이블(51)이 연결된 2D 광커넥터(50)의 두 가이드 핀(guide pin; 52)을 이용하여, 2D 유 니페룰(30)과 2D 광커넥터(50)를 임시로 접속하여 정렬을 마친 후 어뎁터(40)를 2D 유니페룰(30)과 고정하여 부착한다.
다음은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬 광송신 모듈, 병렬 광수신 모듈 및 병렬 광송수신 모듈에 대하여 설명한다.
도 2a는 도 1a 및 도 1b에서 설명한 병렬 광송신 모듈에 대한 개략적인 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 병렬 광송신 모듈은 힛스프레더(13) 위에 배치되는 2열의 광원(60) 및 구동기(62)를 구비한다. 이때, 2열의 광원(60)은 수동정렬용 광학벤치(64) 일부에 형성된 트렌치(미도시) 속에 수동 정렬된다. 또한, 병렬 광접속 송신 모듈에서 송신용 렌즈 어레이(21)는 광원(60)과 45°벌크 반사경(20)과의 사이에 배치된다.
상술한 구성에 의해, 병렬 광송신 모듈은 멕어레이(14)를 통하여 외부로부터 다채널의 병렬 전기신호를 받고, 구동기(62) 및 광원(60)을 통해 광신호로 변환하고, 변환된 광신호를 렌즈 어레이(21), 45°벌크 반사경(20), 2D 유니페룰(30), 어뎁터(40) 및 2D 광커넥터로 순차적으로 전달하여 다채널의 병렬 광신호를 송신한다.
도 2b는 도 2a에서 설명한 병렬 광송신 모듈에서 송신된 광신호를 수신하는 병렬 광수신 모듈에 대한 개략적인 단면도이다.
도 2b를 참조하면, 병렬 광수신 모듈은 힛스프레더(13) 위에 배치되는 두 광 검출기 어레이칩(이하 "광검출기"라고 한다)(61) 및 수신회로 어레이칩(이하 "수신기"라고 한다)(63)을 구비한다. 이때, 2열의 광검출기(61)는 수동정렬용 광학벤치(64) 일부에 형성된 트렌치 속에 수동 정렬된다. 또한, 병렬 광수신 모듈에서 수신용 렌즈 어레이(22)는 2D 유니페룰(30)과 45°벌크 반사경(20)과의 사이에 배치된다.
상술한 구성에 의해, 병렬 광수신 모듈은 도 2a의 병렬 광송신 모듈의 경우와는 반대로 어뎁터(40)에 결합된 광커넥터를 통하여 외부로부터 다채널의 병렬 광신호를 받고, 2D 유니페룰(30), 렌즈 어레이(22) 및 45°벌크 반사경(20)을 통해 병렬 광신호를 집속하여 전달하고, 전달된 광신호를 2열의 광검출기(61)에서 수광한 후 전기신호로 변환한 후, 변환된 병렬 전기신호를 수신기(63)에서 증폭 재생하여 멕어레이(14)를 통하여 외부로 보낸다.
도 2c는 도 2a 및 도 2b를 혼합한 병렬 광송수신 모듈에 대한 개략적인 단면도이다.
도 2c를 참조하면, 병렬 광송수신 모듈은 힛스프레더(13) 위에 배치되는 광원(60), 광검출기(61), 구동기(62), 및 수신기(63)를 각각 1개씩 구비한다. 여기서, 광원(60) 및 광검출기(61)는 수동정렬용 광학벤치(64) 일부에 형성된 2열의 U-형 트렌치 속에 각각 수동 정렬된다. 또한, 병렬 광송수신 모듈에서 송신용 렌즈 어레이(21)는 광원(60)과 45°벌크 반사경(20)과의 사이에 배치되고, 수신용 렌즈 어레이(22)는 2D 유니페룰(30)과 45°벌크 반사경(20)과의 사이에 배치된다.
상술한 구성에 의해, 병렬 광송수신 모듈은 멕어레이(14)를 통하여 외부로부 터 다채널의 병렬 전기신호를 받고, 1열씩의 구동기(62) 및 광원(60)을 통해 광신호로 변환하고, 변환된 광신호를 1열의 렌즈 어레이(21)에서 집속한 후 45°벌크 반사경(20), 2D 유니페룰(30), 어뎁터(40) 및 2D 광커넥터로 전달하여 다채널의 병렬 광신호를 송신하면서, 다른 한편으로는 어뎁터(40)에 결합된 광커넥터의 광섬유를 통하여 외부로부터 다채널의 병렬 광신호를 수신하고, 수신한 병렬 광신호를 2D 유니페룰(30)의 1열, 렌즈 어레이(22) 및 45°벌크 반사경(20)을 통해 전달하고, 전달된 병렬 광신호를 1열의 광검출기(61)를 통해 병렬 전기신호로 변환한 후, 변환된 병렬 전기신호를 수신기(63)에서 증폭 재생하여 멕어레이(14)를 통하여 외부로 보낸다.
한편, 상술한 병렬 광수신 모듈과 병렬 광송수신 모듈은 광원/광검출기와 구동기/수신기의 사용 및 렌즈 어레이를 구비하는 45°벌크 반사경의 구조가 송신, 수신 및 송수신용에 따라 다른 것을 제외하고 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 병렬 광송신 모듈의 구성과 유사하다. 따라서, 이들 병렬 광수신 모듈 및 병렬 광송수신 모듈에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다른 형태의 병렬 광송신 모듈을 나타내는 사시도 및 분해 사시도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 24채널 병렬 광송신 모듈은, 기판(10), 45°벌크 반사경(20), 렌즈 어레이(21), 반사경 받침대(25), 2D 유니페룰(uni-ferrule; 30) 및 어뎁터(40)를 구비한다.
기판(10)은 전극 패드(미도시)와 소정의 전기 회로 패턴(미도시)을 구비한다. 또한, 기판(10)은 대략 중심부에 형성된 "ㅁ"자 모양의 개구부(11)와 소정 부분에 형성된 복수의 비아홀(12)을 구비한다.
또한, 기판(10)은 개구부(11)에 대응되는 부분의 바닥면에 부착되는 힛스프레더(heat spreader; 13)를 구비한다. 이때, 힛스프레더(13) 위에는 수동정렬용 광학벤치가 구비된다. 수동정렬용 광학벤치 내의 트랜치에는 광원(60)이 구비된다. 광원(60)은 어레이(array) 형태로 형성된다. 또한, 힛스프레더(13) 위에는 광원(60)을 구동시키기 위한 구동기(62)가 솔더 등의 접착 수단에 의해 접착(bonding)된다. 기판(10)의 일부인 힛스프레더(13)는 광원(60) 및 구동기(62)에서 발생되는 열을 1차적으로 방출시키는 기능을 한다.
또한, 기판(10)은 비아홀(12)에 대응되는 부분의 바닥면에 부착되는 멕어레이(14)를 구비한다.
45°벌크 반사경(20)은 렌즈 어레이(21)에서 집속된 광신호를 90°경로 변경한다. 여기서, 렌즈 어레이(21)는 복수의 구형 렌즈가 어레이 형태의 광원(60)에 대응되는 구조를 가지며 45°벌크 반사경(20)에 형성된 홈 내에 삽입고정되어 광원(60)에서 방출된 광을 집속한다. 또한, 45°벌크 반사경(20)은 렌즈 어레이(21)와의 결합, 반사판(23)과의 결합, 반사경 받침대(25)와의 결합, 및 2D 유니페룰(30)과의 결합에 적합하도록 그 측면에 홈파진 부분들을 구비한다.
또한, 45°벌크 반사경(20)은 렌즈 어레이(21)와 함께 2열의 광원(60)과 2열의 2D 유니페룰(30) 간에 높은 광결합 효율을 얻기 위하여 수학식 1의 수식에 의해 이루어진다.
반사경 반침대(25)는 광원(60)과 45°벌크 반사경(20)이 용이하게 정렬될 수 있도록 솔더 등의 접착 수단에 의해 수동정렬형 광학벤치(64) 상에 접착되어 45°벌크 반사경(20)을 고정시킨다. 이를 위해, 반사경 반침대(25)는 45°벌크 반사경(20)의 일측면에 형성된 홈(26)에 끼워지는 돌출부를 구비한다. 한편, 반사경 반침대(25)의 돌출부는 45°벌크 반사경(20)의 일측면에 형성된 홈(26)에 고정적으로 결합되는 부분을 나타낸 것이다. 따라서, 45°벌크 반사경(20)의 일측면에 돌출부가 형성되는 경우, 반사경 받침대(25)는 45°벌크 반사경(20)의 돌출부가 끼워지도록 그 돌출부에 대응되는 홈을 구비할 수 있다.
2D 유니페룰(30)은 광신호를 전달하는 광섬유를 구비한다. 또한, 2D 유니페룰(30)은 병렬 광송신 모듈로부터 광커넥터가 수동으로 착탈될 수 있도록 한다. 이때, 2D 유니페룰(30) 내의 광섬유는 45°벌크 반사경(20) 또는 렌즈 어레이(21)에 접하여 45°벌크 반사경(20)을 통해 전달되는 광신호를 광커넥터의 광섬유로 전달한다. 또한, 2D 유니페룰(30)은 45°벌크 반사경(20)의 일측면에 형성된 홈파진 부분에 삽입고정된다.
어뎁터(40)는 대략 사각 단면의 관통홀을 가진 직육면체 모양으로 형성되며, 광커넥터(50)가 병렬 광송신 모듈에 수동정렬 접속 방식으로 착탈가능하도록 기판(10) 상에 부착되어 2D 유니페룰(30)을 고정시킨다.
이와 같이, 도 3a 및 도 3b의 병렬 광송신 모듈은 도 1a 및 도1b의 모듈과 기능면에서는 동일하나 구조적인 측면에서 차이점을 보이고 있다. 구체적으로, 도 3a 및 도 3b의 병렬 광송신 모듈은 90°광로 변경을 위한 45°벌크 반사경의 일부 구조가 점선으로 표시된 부분(P)과 같이 바뀌고, 수동정렬용 광학벤치에 구비된 홈에 반사경 받침대를 부착하고 이 반사경 받침대를 45°벌크 반사경에 구비된 홈에 삽입한 후 접착하는 구조이다. 이는 도 1a 및 도 1b의 모듈보다 수동정렬의 기능이 강화되어 생산성이 향상되는 이점이 있다. 이처럼, 본 발명에서는 기판 상에 45°벌크 반사경을 부착하는 방법에 따라 45°벌크 반사경의 구조를 다른 형태로 변경하는 것이 가능하다.
다음은 도 4a 및 도 4b를 참조하여 앞서 설명한 병렬 광접속 모듈 내에 장착되는 45°벌크 반사경 및 렌즈 어레이의 구조 및 최적의 설계치수를 설명한다.
도 4a는 렌즈 어레이가 부착된 45°벌크 반사경(20)의 구조 및 설계변수를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a를 참조하면, VCSEL과 같은 광원(60)에서 입사된 원형의 가우샨(Gaussian) 광빔은 구형 렌즈(21a)를 만난 후 수평 및 깊이 방향에서 방사각이 조정되어 평행각에 가까운 빔으로 전환된다. 이때, 광빔의 FFP(Far-Field Pattern)의 모드크기는 수학식 1과 같이 진행되는 거리의 함수가 된다. 또한, 모드크기는 광원(60)의 방사각(θVL), 렌즈 어레이 내의 구형 렌즈(21a)의 곡률반경(r), 렌즈 어레이와 광원과의 높이차(h), 렌즈 어레이 및 45°벌크 반사경(20)의 굴절률(nRM), 구형 렌즈 끝부분에서 45°반사면까지의 거리(L1), 45°반사면에서 2D 유니페룰의 광 섬유(31)와 만나는 45°벌크 반사경의 끝부분까지의 거리(L2)와 관계가 있다. 여기서, DCO는 2D 유니페룰의 광섬유의 직경을 나타낸다.
도 4b는 수학식 1을 이용하여 렌즈 어레이 내의 구형 렌즈의 곡률반경을 파라미터로 하면서 광원의 방사각에 따른 광섬유 입력단의 FFP 모드크기를 시뮬레이션한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 4b에서 알 수 있듯이, 렌즈 어레이와 광원과의 높이차(h)는 200㎛, 렌즈 및 반사경의 굴절률은 1.57, 구형 렌즈 끝부분에서 45°반사면까지의 거리(L1)는 1500㎛, 45°반사면에서 2D 유니페룰의 광섬유와 만나는 45°벌크 반사경의 끝부분까지의 거리(L2)는 1600㎛인 조건하에서, 코어크기가 50㎛ 및 62.5㎛인 다중모드 광섬유를 2D 유니페룰에 장착했을 때 방사각(θVL)이 5~12°인 광원의 방출 광이 렌즈 어레이의 곡률반경(r) 117~121㎛에서 광섬유로 모두 결합되는 것을 확인할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 24 채널의 병렬 광접속 모듈 내에 장착되는 렌즈 어레이, 벌크 반사경, 2D 유니페룰 등의 구조에 상세히 설명한다.
도 5a 내지 도 5d는 도 1 내지 도 3에 도시된 병렬 광접속 모듈 내에 장착되는 렌즈 어레이의 구조 및 설계 변수를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 45°벌크 반사경에 삽입되는 렌즈 어레이의 유형은 크게 3가지이다. 도 5a에 도시된 첫번째 유형의 렌즈 어레이는 각 렌즈의 간격이 수평 및 수직 방향에서 모두 250㎛인 송신 또는 수신용 렌즈 어레이이다. 도 5b에 도시된 두번째 유형의 렌즈 어레이는 각 렌즈의 간격이 수평 방향에서 125㎛, 수직 방향에서 250㎛인 경우의 송신 또는 수신용 렌즈 어레이이다. 도 5b의 경우가 도 5a의 경우보다 채널간 누화가 적은 구조이다. 도 5c에 도시된 세번째 유형의 렌즈 어레이는 각 렌즈의 간격이 수평 방향에서 250㎛인 1열만 형성되어 있는 송수신용 렌즈 어레이이다. 도 5d는 렌즈 어레이 내의 각 렌즈에 대한 곡률반경의 정의를 나타낸다. 이러한 렌즈 어레이는 X-ray 리소그래피 기술, 엠보싱(Embossing) 기술, 사진식각 후 베이킹(Baking) 기술 등에 의해서 제작이 가능하다. 이처럼, 본 발명의 렌즈 어레이의 구조는 송신/수신 및 송수신용에 따라 다른 구조를 가진다. 또한, 본 발명의 렌즈 어레이의 구조는 채널간 간섭을 방지할 수 있는 구조를 가질 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1 내지 도 3에 도시된 병렬 광접속 모듈 내에 장착되는 45°벌크 반사경의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 본 발명의 45°벌크 반사경(20)의 유형은 크게 3가지이다. 도 6a에 도시된 첫번째 유형의 45°벌크 반사경(20)은 송신용으로 좌측 밑바닥의 홈파진 부분(A)에 2열의 렌즈 어레이를 부착하고 우측 홈파진 부분(B)에 2D 유니페룰을 부착할 수 있도록 형성된다. 도 6b에 도시된 두번째 유형의 45°벌크 반사경(20)은 수신용으로 좌측 밑바닥의 홈파진 부분이 광검출기와 대향 하고 우측 홈파진 두 부분(C, B)에 2열의 렌즈 어레이 및 2D 유니페룰을 각각 부착할 수 있도록 형성된다. 그리고 도 6c에 도시된 세번째 유형의 45°벌크 반사경(20)은 송수신용으로 좌측 밑바닥의 홈파진 부분(D)에 1열의 렌즈 어레이를 부착하고 우측 홈파진 두 부분(E, B)에 1열의 렌즈 어레이 및 2D 유니페룰을 각각 부착할 수 있도록 형성된다. 이러한 45°벌크 반사경(20)은 X-ray 리소그래피 기술, 엠보싱(Embossing) 기술, 사출성형 기술, 이송성형 기술 등에 의해서 제작이 가능하다. 이처럼, 본 발명의 45°벌크 반사경의 구조는 송신, 수신, 송수신용에 따라 다른 구조를 가진다.
한편, 본 실시예에서 45°벌크 반사경(20)은 제 1 측면과, 이 제 1 측면에서 연장되고 제 1 측면에 직교하는 제 2 측면, 및 제 1 측면에서 연장되어 제 2 측면과 만나는 경사면(반사면)을 가진 프리즘 모양으로 형성된다. 이것은 45°벌크 반사경(20)의 제 1 측면 및 제 2 측면 중 적어도 어느 한쪽 측면에 구비되는 렌즈 어레이와 제 2 측면에 접하여 배치되는 2D 유니페룰을 광신호의 진행선 상에 용이하게 정렬하기 위한 것이다. 이처럼, 본 발명의 45°벌크 반사경(20)에는 제 1 측면과 이 제 1 측면에 직교하는 제 2 측면이 구비되는 것이 바람직하지만, 광원/광검출기와 2D 유니페룰 사이에서 45°벌크 반사경(20)에 의해 90°경로 변경되는 광신호의 진행선상에 렌즈 어레이가 구비될 수 있다면, 45°벌크 반사경(20)의 제 1 측면 및 제 2 측면은 직교하지 않도록 형성될 수도 있다.
도 7a 및 도 7b는 도 1 내지 도 3에 도시된 병렬 광접속 모듈 내에 장착되는 2D 유니페룰의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 발명의 2D 유니페룰(30)은 중앙부에 광섬유가 삽입될 수 있도록 복수의 광섬유홀(31)이 형성되며, 광섬유홀(31)의 양측부에는 두 개의 가이드홀(guide hole, 32)이 형성된다. 가이드 홀(32)은 다채널 광 커넥터와의 접속을 위해 사용하는 가이드 핀이 삽입되는 구멍으로 국제전기표준회의(International Electrotechnical Commission; 이하 'IEC'라 함) 국제규격에 맞도록 형성한다.
또한, 2D 유니페룰(30)은 온도 안정성 및 정밀 성형을 이룰 수 있는 물질 예를 들어, 실리카(Silica)와 폴리머(Polymer)가 혼합된 물질을 이송성형(Transfer molding) 방법으로 성형하여 형성한다. 2D 유니페룰(30)의 외부 치수는 IEC 국제규격에 따라 호환성을 갖도록 하며, 내부 치수는 광섬유가 삽입될 수 있는 크기를 갖도록 한다.
또한, 2D 유니페룰(30)은 크게 2가지 유형을 가진다. 도 7a에 도시된 첫번째 유형의 2D 유니페룰(30)은 광섬유의 채널간 간격이 수평 및 수직 방향에서 모두 250㎛인 경우이다. 그리고, 도 7b에 도시된 두번째 유형의 2D 유니페룰(30)은 광섬유의 채널간 간격이 수평 방향은 250㎛이고 수직 방향은 125㎛인 경우이다. 도 5a 및 도 5b의 렌즈 어레이의 경우와 유사하게, 도 7b의 2D 유니페룰은 도 7a의 2D 유니페룰보다 채널간 누화가 적은 구조이다. 이처럼, 본 발명은 본 실시예에 도시된 2D 유니페룰의 구조 이외에 채널간 간섭 방지할 수 있는 다른 구조의 2D 유니페룰를 포함할 수 있다.
도 8은 2열의 표면방출 레이저 및/또는 포토 다이오드 어레이 칩의 수동 정렬 및 접착을 설명하기 위한 2D 실리콘 광학벤치의 평면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 2D 실리콘 광학벤치는 실리콘 기판(130)에 형성된 제 1 트랜치(134) 및 제 2 트랜치(135)를 구비하며, 이들 제 1 및 제 2 트랜치(134, 135)에 실장되는 표면방출 레이저(60) 및/또는 포토 다이오드(61) 어레이칩을 구비한다. 그리고, 제 1 및 제 2 트랜치(134, 135)의 형성시 표면방출 레이저(60) 및/또는 포토 다이오드(61) 어레이칩이 수평 방향으로 원하는 위치에 놓일 수 있도록 트렌치(134, 135) 형성 전의 식각창의 가로폭 및 세로폭의 설계치를 적절하게 맞추고, 표면방출 레이저(60) 및/또는 포토 다이오드(61) 어레이칩이 깊이 방향으로 원하는 위치에 놓일 수 있도록 트렌치 깊이를 형성한다. 따라서, 표면방출 레이저(60) 및/또는 포토 다이오드(61) 어레이칩은 수평 방향과 깊이 방향으로의 정렬이 수동적으로 자기정렬(self alignment)되어 별도의 정렬을 필요로 하지 않는다. 이러한 2D 실리콘 광학벤치의 제작 과정을 아래에서 설명한다.
도 9는 도 8에 도시된 2D 실리콘 광학벤치를 제작하기 위한 공정 순서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 먼저 LPCVD 방법에 의해서 실리콘 기판(130) 위에 실리콘 질화막(131)을 증착한 후 포토레지스트로 패터닝하고 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching; RIE)에 의해 실리콘 질화막을 패터닝하여 식각창(134a, 135a)을 만든 다.
이어서, 수산화칼륨(KOH)에 의해서 실리콘 기판(130)을 습식 식각하여 2열의 U-홈 트렌치(134, 135)를 형성한 후, 인산 또는 BOE(Buffered Oxide Etch)에 의해서 실리콘 질화막 패턴(131)을 제거한다.
다음, 트랜치(134, 135)가 형성된 실리콘 기판(130) 상에 PECVD 등의 방법으로 적정량의 실리콘 질화막(136)을 증착한다.
다음, AZ9260 또는 AZ4903 등과 같은 초후막 포토레지스트를 도포한 후, 포토레지스트 패턴(138)을 형성한다.
이어서, 전자-빔(E-beam) 증착기를 이용하여 기저 금속층인 Ti/Ni/Au(141, 142)를 순차적으로 증착한 후, 포토레지스트 패턴(138)을 제거하고, 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing)에 의해서 어닐링을 수행한다.
다음, 실리콘 광학벤치(130)의 트렌치(134, 135) 내에 솔더(139, 140)를 삽입한다. 그리고 표면방출 레이저(60) 또는 포토 다이오드(61) 어레이칩을 실리콘 광학벤치(130)의 트렌치(134, 135) 내에 삽입한 후 적당한 압력으로 어레이칩에 하중을 주면서 2D 실리콘 광학벤치(130)에 열을 가하면 어레이칩이 자기정렬이 되면서 2D 실리콘 광학벤치의 트렌치(134, 135) 바닥에 있는 솔더에 접착된다.
도 10은 도 1 내지 도 3에 도시된 병렬 광접속 모듈 내에 장착되는 힛스프레더의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 힛스프레더(13)는 광원/광검출기 및 구동기/수신기의 작 동시 발생되는 열을 퍼뜨리는 역할을 하는 것으로 일반적으로 구리와 같은 열전도성이 높은 금속을 사용한다. 도 10에 도시된 바와 같이 힛스프레더(13)의 상부면 일부가 돌출형으로 된 것은 열을 방출하고자 하는 광원/광검출기 및 구동기/수신기와 인쇄회로 기판과의 높이를 맞추기 위함이다. 이것은 본딩 와이어(Bonding Wire)의 길이 축소의 효과를 주기 때문에 고속의 데이터를 전기적으로 송신 또는 수신하는 데 유리하다.
이와 같이, 본 발명은 수동 정렬용 광학벤치를 실리콘 습식식각으로 단순공정에 의한 2열 U-홈 트렌치를 형성하고, 엠보싱 기술에 의하여 인근 채널간 간격이 250㎛인 2열 렌즈 어레이 블록을 정밀 제작하며 X-ray 리소그래피, 엠보싱, 사출성형, 또는 이송성형 기술에 의한 정밀한 45°벌크 반사경을 제작하고, 이송성형 기술에 의한 2D 유니페룰을 제작 구비하여 광 출력이 증대되며 수동정렬에 의한 광결합이 용이하여 생산성이 뛰어나 저렴한 비용으로 광 접속을 이룰 수 있는 병렬 광접속 모듈을 제공한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 2개의 리본 광섬유를 통해 병렬로 광신호를 송 신하거나, 2개의 리본 광섬유로부터 병렬의 광신호를 수신하거나, 또는 2개의 리본 광섬유를 통해 병렬로 광신호를 송수신하기 위한 고밀도의 대용량 병렬 광접속 모듈를 제공한다.
본 발명은 상용 모듈인 30Gb/s급 12채널 광접속 모듈과 비교하여, 전송용량 60Gb/s의 대용량화, 다층 구조에 의한 24채널의 고밀도화, 모듈 부피의 80% 감소로 인한 소형화, 25%의 저가격화 효과가 있다. 또한, 본 발명의 모듈 구조는 모듈 내 장착되는 부품 중에 광도파로 소자가 포함되지 않아 삽입손실, 반사손실, 환경손실 등의 측면에서 유리하다.

Claims (17)

  1. 전극 패드와 소정의 전기 회로 패턴이 형성되며, 소정의 개구부가 형성된 부분에 힛스프레더가 구비되는 기판;
    상기 힛스프레더 상에 구비되며, 2열의 트랜치가 형성된 2D 광학벤치;
    상기 2열의 트랜치 내에 구비되며, 광신호를 발생시켜 방출하는 광원;
    상기 힛스프레더 상에 구비되며, 상기 광학벤치에 전기적으로 접속되고, 상기 전극 패드를 통해 공급되는 전기적 신호에 따라 상기 광원을 구동시키는 구동기;
    상기 기판 상에 구비되며, 상기 광원으로부터 방출되는 상기 광신호를 집속하는 렌즈 어레이를 구비하고, 상기 렌즈 어레이를 통과한 상기 광신호를 경로 변경하는 벌크 반사경; 및
    상기 벌크 반사경을 통과한 상기 광신호를 전달하는 광섬유를 구비한 2D 유니페룰을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈.
  2. 전극 패드와 소정의 전기 회로 패턴이 형성되며, 소정의 개구부가 형성된 부분에 힛스프레더가 구비되는 기판;
    상기 힛스프레더 상에 구비되며, 2열의 트랜치가 형성된 2D 광학벤치;
    복수의 광섬유가 구비되는 2D 유니페룰;
    상기 기판 상에 구비되며, 상기 2D 유니페룰을 통해 전달되는 광신호를 집속 하는 렌즈 어레이를 구비하고, 상기 렌즈 어레이를 통과한 상기 광신호를 경로 변경하는 벌크 반사경; 및
    상기 2D 광학벤치의 상기 2열의 트랜치 내에 구비되며, 상기 벌크 반사경을 통과한 상기 광신호를 받아 전기적 신호로 변환하는 광검출기;
    상기 힛스프레더 상에 구비되고, 상기 광학벤치를 통해 상기 광검출기로부터 받은 전기적 신호를 증폭시켜 상기 전극 패드를 통해 출력하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈.
  3. 전극 패드와 소정의 전기 회로 패턴이 형성되며, 소정의 개구부가 형성된 부분에 힛스프레더가 구비되는 기판;
    상기 힛스프레더 상에 구비되며, 2열의 트랜치가 형성된 2D 광학벤치;
    상기 2D 광학벤치의 2열의 트랜치 내에 각각 구비되며, 제 1 광신호를 발생시켜 방출하는 광원과 제 2 광신호를 받아 전기적 신호로 변환하는 광검출기;
    상기 힛스프레더 상에 구비되며, 상기 광학벤치에 각각 전기적으로 접속되고, 상기 전극 패드를 통해 공급되는 전기적 신호에 따라 상기 광원을 구동시키는 구동기와 상기 광검출기로부터 받은 전기적 신호를 증폭시켜 상기 전극 패드를 통해 출력하는 수신기;
    상기 기판 상에 구비되며, 상기 광원으로부터 방출되는 상기 제 1 광신호를 집속하는 제 1 렌즈 어레이 및 상기 제 2 광신호를 집속하는 제 2 렌즈 어레이를 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 렌즈 어레이를 통과한 제 1 및 제 2 광신호를 경로 변경하는 벌크 반사경; 및
    상기 벌크 반사경을 지지하며, 상기 제 1 및 제 2 광신호를 전달하는 광섬유를 구비하는 2D 유니페룰을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 광원은 표면방출 레이저인 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 광검출기는 포토 다이오드인 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 2열의 구형 렌즈들을 포함하며, 상기 벌크 반사경 및 상기 렌즈 어레이를 통과하여 상기 광섬유로 진행하는 상기 광신호의 FFP 모드크기가 상기 광섬유의 코어 직경보다 작아지도록 상기 렌즈 어레이의 최적 설계가 수학식 2의 수식에 의해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈:
    Figure 112006049568002-pat00004
    여기서,
    Figure 112006049568002-pat00005
    이고,
    Figure 112006049568002-pat00006
    이며,
    그리고 DFFP는 상기 구형 렌즈를 통과하고 상기 벌크 반사경의 45°반사면에서 반사된 후 상기 2D 유니페룰 방향으로 향하는 광의 FFP 모드크기, θVL은 상기 광원의 방사각, θRM은 상기 광이 상기 구형 렌즈를 통과한 후의 각도, h는 광원 개구면에서 상기 구형 렌즈 끝부분까지의 거리, r은 상기 구형 렌즈의 곡률 반경, nRM은 상기 구형 렌즈 및 상기 벌크 반사경의 굴절률, L1은 상기 구형 렌즈 끝부분에서 상기 45°반사면까지의 거리, L2는 상기 45°반사면에서 광섬유와 만나는 상기 벌크 반사경의 끝부분까지의 거리이다.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 렌즈 간의 수평 및 수직 방향의 간격이 다른 2열의 렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벌크 반사경 및 상기 렌즈 어레이를 통과하여 상기 광섬유로 진행하는 상기 광신호의 FFP 모드크기가 상기 광섬유의 코어 직경보다 작아지도록 상기 벌크 반사경의 최적 설계가 수학식 3의 수식에 의해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈:
    Figure 112006049568002-pat00028
    여기서,
    Figure 112006049568002-pat00029
    이고,
    Figure 112006049568002-pat00030
    이며,
    그리고 DFFP는 상기 구형 렌즈를 통과하고 상기 벌크 반사경의 45°반사면에서 반사된 후 상기 2D 유니페룰 방향으로 향하는 광의 FFP 모드크기, θVL은 상기 광원의 방사각, θRM은 상기 광이 상기 구형 렌즈를 통과한 후의 각도, h는 광원 개구면에서 상기 구형 렌즈 끝부분까지의 거리, r은 상기 구형 렌즈의 곡률 반경, nRM은 상기 구형 렌즈 및 상기 벌크 반사경의 굴절률, L1은 상기 구형 렌즈 끝부분에서 상기 45°반사면까지의 거리, L2는 상기 45°반사면에서 광섬유와 만나는 상기 벌크 반사경의 끝부분까지의 거리이다.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벌크 반사경은 상기 기판측으로 향하는 제 1 측면 및 상기 2D 유니페룰과 마주하는 제 2 측면 중 적어도 어느 하나의 측면에 상기 렌즈 어레이를 수납하기 위한 적어도 하나의 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벌크 반사경은 일측면에 상기 2D 유니페룰을 수납하기 위한 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벌크 반사경은 상기 기판 상에 부착될 때 반사경 받침대와 결합하는 홈 또는 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2D 유니페룰은 어뎁터에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2D 유니페룰은 상기 광섬유가 삽입고정되는 2열의 광섬유홀, 및 상기 2열의 광섬유홀의 양측부에 형성되는 가이드 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 2열의 광섬유홀에 각각 삽입고정되는 상기 광섬유 간의 간격이 수평 및 수직 방향에서 다른 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 힛스프레더는 상기 기판으로 향한 상부면의 일부가 돌출되는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈.
  16. 광학벤치에 수동정렬된 2열의 광원/광검출기 어레이를 이용하는 병렬 광접속 모듈에 있어서,
    상기 광원/광검출기 어레이에서 방출/검출되는 다채널 광신호를 경로 변경하는 벌크 반사경;
    상기 벌크 반사경의 제 1 측면 및 상기 제 1 측면과 직교하는 제 2 측면 중 적어도 하나의 측면에 형성된 제 1 홈에 삽입고정되며 상기 벌크 반사경측으로 진행하는 상기 광신호를 집속하는 적어도 하나의 렌즈 어레이; 및
    상기 벌크 반사경의 상기 제 2 측면에 형성된 제 2 홈에 삽입고정되며 상기 광신호를 전달하는 광섬유를 구비한 2D 유니페룰을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 벌크 반사경 및 상기 렌즈 어레이를 통과하여 상기 광섬유로 진행하는 상기 광신호의 FFP 모드크기가 상기 광섬유의 코어 직경보다 작아지도록 상기 벌크 반사경 및 상기 렌즈 어레이의 최적 설계는 수학식 4의 수식에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 병렬 광접속 모듈:
    여기서,
    Figure 112006049568002-pat00032
    이고,
    Figure 112006049568002-pat00033
    이며,
    그리고 DFFP는 상기 구형 렌즈를 통과하고 상기 벌크 반사경의 45°반사면에서 반사된 후 상기 2D 유니페룰 방향으로 향하는 광의 FFP 모드크기, θVL은 상기 광원의 방사각, θRM은 상기 광이 상기 구형 렌즈를 통과한 후의 각도, h는 광원 개구면에서 상기 구형 렌즈 끝부분까지의 거리, r은 상기 구형 렌즈의 곡률 반경, nRM은 상기 구형 렌즈 및 상기 벌크 반사경의 굴절률, L1은 상기 구형 렌즈 끝부분에서 상기 45°반사면까지의 거리, L2는 상기 45°반사면에서 광섬유와 만나는 상기 벌크 반사경의 끝부분까지의 거리이다.
KR1020040093775A 2004-11-17 2004-11-17 병렬 광접속 모듈 KR100627701B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040093775A KR100627701B1 (ko) 2004-11-17 2004-11-17 병렬 광접속 모듈

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040093775A KR100627701B1 (ko) 2004-11-17 2004-11-17 병렬 광접속 모듈

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060054914A KR20060054914A (ko) 2006-05-23
KR100627701B1 true KR100627701B1 (ko) 2006-09-26

Family

ID=37151161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040093775A KR100627701B1 (ko) 2004-11-17 2004-11-17 병렬 광접속 모듈

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100627701B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9250404B2 (en) 2012-11-23 2016-02-02 Electronics And Telecommunications Research Institute Multi-channel optical module and manufacturing method of the same
CN114397734A (zh) * 2022-01-21 2022-04-26 中航光电科技股份有限公司 一种高集成度垂直无线出光模块

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8398314B2 (en) 2007-03-30 2013-03-19 Intel Corporation Optical universal serial bus (USB)
US20100080519A1 (en) * 2008-09-30 2010-04-01 Jamyuen Ko Connector alignment using alignment bumps and notches
JP5238651B2 (ja) * 2009-09-11 2013-07-17 株式会社フジクラ 光路変更部材、光接続方法
EP2816677B1 (en) 2009-09-18 2020-04-01 Intel Corporation Combined optical and electrical interface
US8565562B2 (en) 2010-09-21 2013-10-22 Intel Corporation Connector optical lens with alignment features
US9011022B2 (en) 2012-05-29 2015-04-21 Intel Corporation Combined optical and electrical interface
CN103869430A (zh) * 2012-12-14 2014-06-18 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 光纤连接器
TWI565989B (zh) * 2012-12-14 2017-01-11 鴻海精密工業股份有限公司 光纖連接器
TWI561879B (en) * 2012-12-26 2016-12-11 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Optical to electrical coverter
CN103901557A (zh) * 2012-12-28 2014-07-02 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 光电转换模组
KR101443562B1 (ko) 2013-03-27 2014-11-03 옵티시스 주식회사 광 커넥터
KR101916496B1 (ko) * 2014-08-07 2018-11-08 엘에스엠트론 주식회사 광학적미러부를 구비한 플러그타입광정렬소자와 그 제조방법 및 광정렬소자어셈블리.
KR101924939B1 (ko) 2017-02-24 2018-12-04 주식회사 지파랑 슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블 조립체 및 그의 제조방법
KR101918197B1 (ko) * 2017-02-24 2018-11-13 주식회사 지파랑 슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블 조립체 및 그의 제조방법
CN110989103A (zh) * 2019-12-20 2020-04-10 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 一种光模块

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9250404B2 (en) 2012-11-23 2016-02-02 Electronics And Telecommunications Research Institute Multi-channel optical module and manufacturing method of the same
CN114397734A (zh) * 2022-01-21 2022-04-26 中航光电科技股份有限公司 一种高集成度垂直无线出光模块

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060054914A (ko) 2006-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100583646B1 (ko) 병렬 광접속 모듈용 광접속 장치 및 이를 이용한 병렬광접속 모듈
KR100461157B1 (ko) 병렬 광접속 모듈 및 그 제조방법
KR100627701B1 (ko) 병렬 광접속 모듈
US7066657B2 (en) Optical subassembly
JP4036008B2 (ja) パラレル送受信モジュール
JP4066665B2 (ja) パラレル送受信モジュール
KR100528972B1 (ko) 테이퍼진 광도파로가 내장된 광 인쇄회로기판 시스템
JP2010122312A (ja) 送受信レンズブロック及びそれを用いた光モジュール
US7254301B2 (en) Optical module
CN110954999B (zh) 一种光收发器件
JP2014531622A (ja) マルチチャンネルトランシーバ
TW202239297A (zh) 超密度低輪廓的邊緣卡連接器
US7876984B2 (en) Planar optical waveguide array module and method of fabricating the same
US20040136099A1 (en) Printed circuit board assembly with multi-channel block-type optical devices packaged therein
JP2010122311A (ja) レンズブロック及びそれを用いた光モジュール
US10418777B2 (en) Coaxial transmitter optical subassembly (TOSA) including side-by-side laser diode and monitor photodiode arrangement
KR20050072736A (ko) 연성 광 ｐｃｂ를 이용한 광연결 장치
KR100793296B1 (ko) 렌즈 일체형 반사경과 그 제조방법 및 렌즈 일체형반사경을 이용하는 광접속 모듈
US8636426B2 (en) Photoelectric conversion system with optical transceive module
US6312167B1 (en) Light transmission module
WO2022083040A1 (zh) 一种光模块
CN112925072A (zh) 一种光模块
US6733188B2 (en) Optical alignment in a fiber optic transceiver
KR100398045B1 (ko) 광 송수신 모듈
TWI766444B (zh) 光通訊模組

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100901

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee