KR100783753B1 - 양방향 전송 광송수신 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 C밴드와 L 밴드와 같이 두 파장 밴드간의 간격이 좁은 경우의 광송수신에 적합한 양방향전송 광송수신 모듈에 관한 것으로서, 광송신부, 광수신부, 및 광학필터가 하나의 하우징에 포함되며, 상기 광학필터는 상기 하우징 내로 상기 광학필터에 A대역 파장의 광과 B대역 파장의 광이 입사될 때에 상기 A대역 파장의 광은 통과시켜 상기 광송신부로 보내고 상기 광송신부로부터 나온 A대역 파장의 광은 다시 상기 광학필터를 거쳐 입사된 경로로 다시 진행되며 상기 B대역 파장의 광은 상기 입사경로와 다른 방향으로 반사시켜 상기 광수신부로 보내도록 상기 광학필터의 수직축과 상기 입사광의 각도가 0도 보다는 크고 20도 보다는 작게 설치되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 주입 잠금형 FP LD를 기반으로 안정적인 광통신용 광원을 제작함으로서 기존 고품위 DFB 레이저를 대치하는 새로운 특성의 광원을 구현할 수 있고, 궁극적으로 WDM-PON 시스템용 광원을 제작하는 것이 가능하도록 만들며, 결국 두 파장 밴드간의 간격이 좁은 광을 이용한 경우에도 양방향 광송수신모듈이 제작 가능하게 하여 광원의 가격, 크기, 소모 전력 및 전송 시스템 가격등을 크게 낮추는 효과를 갖게 한다.

C 밴드, L 밴드, 필터, PON, WDM, FP LD, 양방향, 광송수신모듈

Description

양방향 전송 광송수신 모듈{Optical bi-directional transceiver module}

도 1 내지 도 3은 종래의 양방향 전송 광송수신 모듈을 설명하기 위한 도면들;

도 4내지 도 6은 본 발명의 일 예에 따른 파장 다중화 방식의 광가입자망용 양방향 전송 광송수신 모듈을 설명하기 위한 도면들;

도 7은 본 발명의 다른 예에 따른 양방향 전송 광송수신 모듈을 설명하기 위한 도면;

도 8 및 도 9는 주입잠금 효과를 설명하기 위한 도면들이다.

<도면의 주요부분에 대한 참조번호의 설명>

10, 210: 광송신부 20, 220: 광수신부

30, 130: C/L 밴드필터 40: 페룰(ferrule)

50, 150: 하우징 100: 슬리브 하우징

101: 슬리브 102: 스터브 하우징

103: 스터브 105: 광섬유 렌즈

106: 반사경 110: 비구면 렌즈

111: LD 하우징 112: LD TO 캔

113: FP LD 311: 콜리메이터

본 발명은 양방향전송 광송수신 모듈에 관한 것으로서, 특히 C밴드와 L 밴드 와 같이 두 파장 밴드간 간격이 좁은 경우의 광송수신에 적합한 양방향전송 광송수신 모듈에 관한 것이다.

21세기 정보사회에서 국가의 경쟁력 향상은 광통신인프라의 확충과 일반대중에 의한 쉬운 접근 및 활용이 가능할 때 비로소 가능하다. 지금까지 광통신 기술의 발전은 통신네트워크 확장성과 수요변화 대처에 대한 서비스를 예비하는 능력을 폭넓게 수용할 수 있도록 변화하였고, 이러한 추세에 맞추어 광통신 시스템은 고속화, 파장다중화 (Wavelength Division Multiplex: WDM), 집적화되고 있으며 다양한 분야에서의 기술발전이 요구되고 있다.

광가입자망의 기본구조로는 1995년에 결성된 FSAN에서 제시한 ATM Passive Optical Network (A-PON) 을 이용한 FTTx 가 가장 유망한 방법으로 도출되었고, 이것은 Gigabit Ethernet PON (GE-PON) 으로 발전하여 현재 상용화되고 있으며 더불어 대량의 서비스와 궁극적인 가입자망 서비스 형태인 WDM-PON 구성은 파장재설정 등으로 최고품질의 가입자망 서비스를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 유연한 망의 구성을 가능하게 하므로 이에 대한 연구가 절실한 실정이다.

WDM-PON은 OLT(Optical Line Terminal)에 ONU(Optical Network Unit) 와 같은 N개의 광송수신기를 배열하고 OLT 와 원격노드에 광라우터를 사용하여 하향신호와 상향신호를 파장분할하여 다중화하여 전송한다. WDM-PON 망구성은 저가형 단일파장 광원기술을 요구하며, 이는 메트로 및 가입자망에서 WDM 광통신망의 실현을 가능하게 하는 핵심기술이다. 전체 시스템 구성요소 중 광모듈부는 기술적으로 가장 어려워 개발의 병목점(bottle-neck)이 되고 있으며, 시스템하드웨어 가격에 가장 큰 영향을 미친다.

기존의 페브리-페롯(Fabry-Perot) 레이저는 제조공정이 단순하고 생산수율이 높아 저속 가입자망에서 주로 사용된다. 그러나 전송속도가 높아지고 WDM-PON 시스템이 일반화됨에 따라 32채널 나아가 64채널 단일파장레이저가 요구된다. 현재까지는 일반적으로 공진기내에 회절격자를 포함하는 DFB 레이저가 사용되고 있으나 DFB 레이저는 복잡한 제조공정과 낮은 생산수율에 따른 저가격화에 문제를 가지고 있다. 따라서 제조공정이 간단하고 고품위의 광특성을 갖는 여러가지 반도체레이저를 광가입자망에 이용하고자 다양한 연구가 이루어져 왔다.

비냉각형(Uncooled type) DFB LD 의 경우 전술한 바와 같이 비교적 저비용으로 대량생산에 적합하고 제작공정 및 패키지가 상용화단계에 돌입하여 사용이 용이하나 온도에 대한 파장 및 광출력변화가 심하고 동작특성의 온도의존성이 크며 상대적으로 GE-PON 에 비교해서 소자의 가격이 높은 실정이다. 냉각형(Cooled type) DFB LD의 경우 공정의 용이성으로 인하여 대량생산에 적합하고 좁은 채널간격의 파장조절이 우수하지만 패키지공정이 복잡하고 고비용으로 가입자망 적용에는 어려움 이 따른다.

VCSEL의 경우 광화이버와의 미세정렬공정이 불필요하고 저전력소모, 웨이퍼수준의 소자특성평가가 가능하나 낮은 광출력과 단일파장의 특성유지에 어려움이 따르고 있어 WDM-PON 용 광원으로는 부적합하다.

DBR LD 의 경우 우수한 파장가변성과 단일파장특성을 지니고 있으나 공정 및 구동회로가 복잡하고 매우 고가이므로 마찬가지로 WDM-PON 용 광원으로는 부적합하다.

ECL(External Cavity Laser) 은 모드천이현상 및 외부공진기 구조상 광출력이 낮으나 TEC를 사용하지 않고도 온도의존성이 낮고 파장조절이 용이하며 부품레벨의 테스트가 가능하고 광가입자망과 같은 시스템에 적합한 저가형으로 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 ONU 단의 파장이 고정됨에 따르는 유지보수 및 다양한 파장의 광송수신모듈을 확보하는 차원에서 WDM-PON 망에 쉽게 적용되지 못하고 있는 실정이다.

위에 열거한 여러가지 광원의 장단점을 종합적으로 분석해 볼 때 아직도 광가입자망에 사용될 수 있는 저가형 광송수신모듈에 대한 최적의 솔루션은 찾기 어렵지만 최근 주입형 잠금(Injection mode locked) FP LD 를 이용한 WDM-PON 기술에 대해 노베라에서 특허를 출원하여 국내에서 활발히 연구 및 상용화가 진행되고 있다(대한민국 특허공개 특2003-63085호, 2003.07.28 공개).

그러나, 종래의 WDM-PON용 광송수신모듈은 광송신부와 광수신부가 각각 독립된 형태로 구성되고, 광송신부와 광수신부는 서로 광화이버를 융착하는 방식으로 결합되고 또한 최종적으로 구동회로 및 수신회로에 장착되어 사용된다. 따라서 복잡한 구조로 인한 가격상승이 필연적으로 발생하게 되고, 모듈의 소형화에도 어려움이 발생한다. 그래서 도1과 같은 양방향 모듈(bi-directional module)이 WDM PON 시스템에서도 제안되었다. 이는 하나의 하우징(50)에 광송신부(10)와 광수신부(20)가 포함된 구성을 취하며, 구체적으로 A 파장의 광과 B 파장의 광이 페룰(ferrule, 40)을 거쳐 45도 경사의 A/B 밴드필터(30)를 거쳐 투과 및 반사되고, 투과된 광은 광송신부(10)로 입사되고 반사된 광은 광수신부(20)로 입사되는 구성을 갖는다.

그러나 입사광이 C밴드(파장 1530~1560nm)와 L 밴드(파장 1570~1600nm)인 경우에는 C 밴드와 L 밴드의 밴드 간의 차이가 10nm 정도 밖에 안 되기 때문에 도 2와 같이 일반적인 45도 경사의 C/L 밴드필터(30)를 사용할 경우에는 도 3과 같이 s-편광(s-polarization)과 p-편광(p-polarization)의 반사특성 차이가 사용되는 밴드내에서 크게 발생하게 되어 C/L 밴드의 투과와 반사를 제어할 수 없게 되어 양방향 광송수신모듈을 제작할 경우에 편광에 따른 문제점이 나타나게 된다. 도3에서와 같이 1530 ~ 1560nm 파장 영역(혹은 1570 ~ 1600nm)에서 s 편광과 p 편광의 반사 특성이 서로 다르게 되면, 이는 결국 해당하는 밴드내에서의 광학적인 반사특성이 편광에 따라 왜곡되어 정상적인 필터로서의 기능을 상실하게 되는 것이다. 따라서 도1, 2와 같은 구조로 양방향 광송수신모듈을 제작하는 경우는 1310nm/1550nm나 C band/S band 혹은 C band/E band와 같이 두 밴드간의 간격이 수십 nm 이상 되는 경우에만 정상적인 필터 특성을 얻을 수가 있게 된다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광수신부와 광송신부를 하나의 하우징에 포함시켜 일체화하되, 좁은 밴드간의 간격을 지닌 광을 이용하여도 정상적인 양방향 송수신이 가능하도록 두 밴드의 정상적인 분리가 가능한 양방향 전송 광송수신 모듈을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 양방향 전송 광송수신 모듈은 광송신부, 광수신부, 및 광학필터가 하나의 하우징에 포함되며, 상기 광학필터는 상기 하우징 내로 상기 광학필터에 A대역 파장의 광과 B대역 파장의 광이 입사될 때에 상기 A대역 파장의 광은 통과시켜 상기 광송신부로 보내고 상기 광송신부로부터 나온 A대역 파장의 광은 다시 상기 광학필터를 거쳐 입사된 경로로 다시 진행되며 상기 B대역 파장의 광은 상기 입사경로와 다른 방향으로 반사시켜 상기 광수신부로 보내도록 상기 광학필터의 수직축과 상기 입사광의 각도가 0도 보다는 크고 20도 보다는 작게 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징에는 반사경이 더 포함될 수 있고, 이 경우 상기 반사경은 상기 광학필터에 의해 반사된 B대역 파장의 광을 상기 광학필터에 광이 입사되는 경로와 수직한 방향으로 반사시키도록 설치되며, 상기 광수신부와 상기 반사경의 반사면 사이의 거리가 상기 광수신부와 상기 광학필터에 광이 입사되는 경로 사이의 최단 거리보다 작아서 상기 반사면에서 반사된 상기 B대역 파장의 광이 상기 광학필터에 입사되는 광을 방해하지 않게 되는 것이 바람직하며, 이 때 상기 광송신부와 광수신부는 서로 수직한 방향에 위치한다.

상기 반사경은 상기 하우징 내측의 소정부위에 금이 코팅되어 이루어질 수 있다.

상기 A대역 파장의 광과 B대역 파장의 광은 서로 평행하게 상기 광학필터로 입사되는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 하우징에는 콜리메이터가 설치되어 상기 광학필터로 입사되는 상기 A대역 파장의 광과 B대역 파장의 광이 상기 콜리메이터에 의해 서로 평행하게 될 수 있으며, 또는 상기 하우징에 탈착형 광커넥터가 설치되어 상기 광학필터로 입사되는 상기 A대역 파장의 광과 B대역 파장의 광이 상기 탈착형 광커넥터에 의해 서로 평행하게 될 수 있다.

상기 광송신부에는 주입형 잠금 FP LD가 포함될 수 있으며, 이 경우 상기 광학필터를 통과하여 상기 광송신부로 보내진 A대역 파장의 광에 의해 상기 FP LD에 인젝션이 이루어져 증폭되어 단일파장의 광이 상기 FP LD에서 출력된다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 예에 따른 파장 다중화 방식의 광가입자망용 양방향 전송 광송수신모듈을 설명하기 위한 도면들이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 C/L 밴드 광통신 파장 대역을 이용하여 송신 및 수신 할 수 있는 일체형 모듈 패키지에 관한 것으로서, 하우징(150)에는 광송신부(210), 광수신부(220), 반사경(106), 및 C/L 밴드필터(130)가 포함된다. SC 타입의 광 커넥터 뭉치(100, 101, 102, 103, 105)가 하우징(150)에 탈착가능하게 설치되며, 외부에서 입사되는 C밴드와 L밴드광은 상기 광 커넥터 뭉치를 통과하면서 평행광으로 되어 C/L 밴드필터(130)에 입사된다.

광 커넥터 뭉치는 하우징(150)에 삽입되는 스터브 하우징(stub housing, 102)과, 스터브 하우징(102) 내에 설치되는 스터브(103)와, 스터브 하우징(102)에 삽입되는 슬리브 하우징(100)과, 슬리브 하우징(100) 내에 설치되는 슬리브(101)와, 스터브 하우징의 삽입 부분에 설치되는 광섬유 렌즈(105)를 포함하여 이루어진다. 따라서 C/L 밴드광은 궁극적으로는 광섬유 렌즈(105)를 통하여 C/L 밴드 필터(130)에 입사된다.

C/L 밴드 필터(130)에 입사된 광 중에 C 밴드 광은 투과되어 광송신부(210)로 입사되고, L 밴드 광은 반사경(106) 쪽으로 반사된 후 광수신부(210)로 입사된다. C/L 밴드 필터(130)는 수직축이 입사광과 0도 보다는 크고 20도 보다는 작은 각도로 설치된다. 가장 바람직한 것은 8도이다. 이렇게 각도에 제한을 가하는 이유는 종래와 같이 45도 각도의 경우에는 편광에 의한 반사특성 때문에 C밴드와 L밴드광의 투과와 반사를 제어할 수 없기 때문이다. C/L 밴드 필터(130)를 0도로 설치하면 모든 반사광이 다시 입사광의 경로로 되돌아가므로 L밴드 광만을 따로 수광하기가 어려워서 바람직하지 않다.

광송신기(210)와 광수신기(220)는 서로 수직한 위치에 놓이는게 바람직한데, 이는 SFF 광송수신기(small form factor transceiver) 와 같은 국제규격과 호환되도록 하기 위한 구조상의 문제 때문이다. 따라서 C/L 밴드 필터(130)에 의해 반사 된 광이 다시 반사경(106)에 의해 입사광과 수직이 되는 방향으로 진행하도록 반사경(106)의 각도를 C/L 밴드 필터(130)의 각도와 연관지어 잘 설정해야 한다.

반사경(106)은 터브 하우징(102)의 밑단에 금으로 코팅하여 설치하면 좋다. ONU 단에서 위와 같이 광수신기(220)에는 L 밴드의 광이 입사되고 광송신기(210)에는 C 밴드 광이 입사되도록 한다면 OLT 단에서는 이와 반대로 광수신기(220)에는 C 밴드 광이 입사되고 광송신기(210)에는 L 밴드 광이 입사되도록 할 것이다. 도 4에서 반사경(106)의 반사면과 광수신기(220) 사이의 거리는 광수신기(220)와 C/L 밴드 필터(130)에 광이 입사되는 경로 사이의 최단 거리보다 작도록 반사경(106)의 반사면이 설치된다. 즉, C/L 밴드 필터(130)에 광이 입사되는 경로를 기준으로 볼 때, 반사경(106)의 반사면과 광수신기(220)가 같은 쪽에 위치하도록 만들어지는데, 이렇게 하면 반사경(106)의 반사면에서 반사되어 광수신기(220)로 들어가는 L밴드 광이 C/L 밴드 필터(130)에 입사되는 광을 방해하지 않는다는 장점을 가진다.

광송신기(210)에는 주입형 잠금 FP LD(injection mode locked FP LD, 113)가 설치되어 C/L밴드필터(130)를 통과한 C밴드 광은 비구면 렌즈(110)를 통과하여 주입잠금(injection locking) 작용에 의해 단일 파장광원으로 작용하여 다시 입사광 경로를 거쳐 입사된 광섬유로 출력된다. FP LD(113)는 LD TO 캔(112)에 의해 덮여지며 전체적으로는 LD 하우징(111)에 설치된다.

도 4 및 도 5와 같이 0 ~ 20도 (예에서는 8도) 경사의 C/L 밴드필터(130)를 사용하면, 두 밴드간의 간격이 도3과 같이 좁더라도 도 6과 같이 s-편광(s-polarization)과 p-편광(p-polarization)의 반사 특성차이가 C 밴드 혹은 L 밴드 내에서 크게 발생하지 않아 C/L 밴드의 투과와 반사를 제어할 수 있게 되어, 이와 같이 두 파장 밴드간의 간격이 좁은 경우에도 편광에 따른 문제점이 나타나지 않고 정상적인 양방향 광송수신모듈이 제작 가능하다.

도 7은 SC 타입의 상기 광 커넥터 뭉치 대신에 콜리메이터(collimator, 311)가 설치된 경우이다. 이 경우에는 광섬유 렌즈(105)를 별도로 설치할 필요가 없으며 전체적으로 구조가 간단하다.

도8은 도 4의 FP LD(113)의 광학 스펙트럼(optical spectrum)으로서 1520nm ~ 1560nm 대역에서 다중 모드가 나타남을 알 수 있다. 그러나 1545nm의 단일 모드의 광이 FP LD(113)에 주입될 경우에는 도 9와 같이 단일 파장으로 증폭되어 출력되는 광학 스펙트럼을 얻을 수 있었다. 따라서 주입잠금 효과가 제대로 작용하고 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 주입 잠금형 FP LD를 기반으로 안정적인 광통신용 광원을 제작함으로서 기존 고품위 DFB 레이저를 대치하는 새로운 특성의 광원을 구현할 수 있고, 궁극적으로WDM-PON 시스템용 광원을 제작하는 것이 가능하도록 만들며, 결국 두 파장 밴드간의 간격이 좁은 광을 이용한 경우에도 양방향 광송수신모듈이 제작 가능하게 하여 광원의 가격, 크기, 소모 전력 등을 크게 낮추는 효과를 갖게 한다.

Claims (9)

1. 광송신부, 광수신부, 및 광학필터가 하나의 하우징에 포함되며,

   상기 광학필터는 상기 하우징 내로 상기 광학필터에 A대역 파장의 광과 B대역 파장의 광이 입사될 때에 상기 A대역 파장의 광은 통과시켜 상기 광송신부로 보내고 광송신부로부터 나온 A대역 파장의 광은 다시 상기 광학필터를 거쳐 입사된 경로로 다시 진행되며 상기 B대역 파장의 광은 상기 입사경로와 다른 방향으로 반사시켜 상기 광수신부로 보내도록 상기 광학필터의 수직축과 상기 입사광의 각도가 0도 보다는 크고 20도 보다는 작게 설치되며,

   상기 하우징에는 반사경이 더 포함되며, 상기 반사경은 상기 광학필터에 의해 반사된 B대역 파장의 광을 상기 광학필터에 광이 입사되는 경로와 수직한 방향으로 반사시키도록 설치되며, 상기 광송신부와 광수신부는 서로 수직한 방향에 위치하되, 상기 광수신부와 상기 반사경의 반사면 사이의 거리가 상기 광수신부와 상기 광학필터에 광이 입사되는 경로 사이의 최단 거리보다 작아서 상기 반사면에서 반사된 상기 B대역 파장의 광이 상기 광학필터에 입사되는 광을 방해하지 않는 것을 특징으로 하는 양방향전송 광송수신 모듈.
2. 제1항에 있어서, 상기 A대역 파장의 광은 C밴드 광이고, 상기 B대역 파장의 광은 L밴드 광인 것을 특징으로 하는 양방향전송 광송수신 모듈.
3. 제1항에 있어서, 상기 A대역 파장의 광은 L밴드 광이고, 상기 B대역 파장의 광은 C밴드 광인 것을 특징으로 하는 양방향전송 광송수신 모듈.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 반사경은 상기 하우징 내측의 소정부위에 금이 코팅되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향전송 광송수신 모듈.
6. 제1항에 있어서, 상기 A대역 파장의 광과 B대역 파장의 광은 서로 평행하게 상기 광학필터로 입사되는 것을 특징으로 하는 양방향전송 광송수신 모듈.
7. 제6항에 있어서, 상기 하우징에는 콜리메이터가 설치되며, 상기 광학필터로 입사되는 상기 A대역 파장의 광과 B대역 파장의 광이 상기 콜리메이터에 의해 서로 평행하게 되는 것을 특징으로 하는 양방향전송 광송수신 모듈.
8. 제6항에 있어서, 상기 하우징에는 탈착형 광커넥터가 설치되고, 상기 광학필터로 입사되는 상기 A대역 파장의 광과 B대역 파장의 광이 상기 탈착형 광커넥터에 의해 서로 평행하게 되는 것을 특징으로 하는 양방향전송 광송수신 모듈.
9. 제1항에 있어서, 상기 광송신부에는 주입형 잠금 FP LD가 포함되며, 상기 광학필터를 통과하여 상기 광송신부로 보내진 A대역 파장의 광에 의해 상기 FP LD에 인젝션이 이루어져 증폭되어 단일파장의 광이 상기 FP LD에서 출력되는 것을 특징으로 하는 양방향전송 광송수신 모듈.

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