KR100793296B1 - 렌즈 일체형 반사경과 그 제조방법 및 렌즈 일체형반사경을 이용하는 광접속 모듈 - Google Patents

렌즈 일체형 반사경과 그 제조방법 및 렌즈 일체형반사경을 이용하는 광접속 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광로 변경을 위한 반사경 구조와 광결합을 용이하게 하기 위한 반구형 렌즈 어레이 구조를 단일 몸체로 만든 렌즈 일체형 반사경과 그 제조 방법 및 렌즈 일체형 반사경을 이용하는 광접속 모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따른 렌즈 일체형 반사경은 광결합면, 반사면, 및 트랜치를 갖는 하부면을 구비하며 폴리머로 이루어지는 반사경과, 트랜치 내에 위치하며 폴리머로 이루어지는 렌즈를 포함하며, 핫엠보싱 공정기술에 의해서 제작된다. 본 발명에 의하면, 광신호의 결합 손실 최소화와 생산성 향상이 뛰어나 저렴한 가격으로 광접속 모듈을 제공할 수 있다.
광접속 모듈, 광송수신 모듈, 반사경, 45도 미러, 렌즈, 페룰, 광섬유, 광 커넥터, 광어댑터, 광연결, 광접속

Description

렌즈 일체형 반사경과 그 제조방법 및 렌즈 일체형 반사경을 이용하는 광접속 모듈{Spherical lens-type reflective mirror and method for manufacturing the same and optical interconnection module having the spherical lens-type reflective mirror}
도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광접속용 렌즈 일체형 반사경을 도시한 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 렌즈 일체형 반사경의 변형예를 도시한 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 광접속용 렌즈 일체형 반사경의 설계변수와 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 도 2a의 렌즈 일체형 반사경의 렌즈 어레이의 곡률반경을 파라미터로 하면서 광원의 방사각에 따른 광섬유 입력단의 FFP 모드크기를 시뮬레이션한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 일체형 반사경을 핫엠보싱 공정 기술로 제작하기 위한 금형을 나타내는 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 금형에 형성된 렌즈 어레이 몰드를 나타내는 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 일체형 반사경의 주요 제작공정을 설명하기 위한 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 일체형 반사경을 이용하는 24채널 광접속 모듈을 도시한 사시도와 분해 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 일체형 반사경을 이용하는 광 PCB에서의 보드간 광접속 구조를 도시한 사시도와 횡단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 일체형 반사경을 이용하는 칩간 광접속 구조를 도시한 사시도와 횡단면도이다.
<도면의 주요 부분에 부호의 설명>
10: 렌즈 일체형 반사경 11: 렌즈 어레이
12: 반사면 13: 광결합면
14: 트랜치 20: 광원
30: 광섬유 40: 금형의 제1 플레이트
50: 금형의 제2 플레이트 60: 금형의 제3 플레이트
70: 폴리머 110: 페룰(ferrule)
120: 리본 광섬유 130: MPO 어댑터
140: 기판 150: 실리콘 광학벤치
152: VCSEL 어레이칩 160: 송신회로 어레이칩
170: 멕어레이 커넥터 180: 힛스프레더(heat spreader)
190: MPO 광커넥터 210: 광 백플레인
212: 광섬유 또는 광도파로 220: 송신용 시스템 보드
230: 수신용 시스템 보드 247: Uni 페룰
310: 기판 322: VCSEL 어레이칩
332: PD 어레이칩 342: 리본 광섬유
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본 발명은 어레이 광원으로부터 방출된 다채널의 광신호를 광로 변경하여 광섬유 어레이 또는 광도파로 어레이를 따라 전송시키거나 전송된 다채널 광신호를 광로 변경하여 어레이 광검출기로 보내는 광접속용 렌즈 일체형 반사경과 이 렌즈 일체형 반사경을 제조하는 방법 및 상기 렌즈 일체형 반사경을 이용하는 광접속 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 저속의 정보통신 시스템 등에서 회로기판과 회로기판, 칩(chip)과 칩 또는 시스템과 시스템 간의 연결은 전기적인 금속 케이블을 통해 이루어진다. 그러나, 대용량 병렬 컴퓨터로 구성되는 차세대 정보통신 시스템이나 테라비트(Tb/s)급 이상의 광 네트워크 장비 등에서와 같이 정보가 대용량화되고 전송 속도가 향상된 시스템에서는, 금속 케이블을 이용할 경우, 스큐(skew), EMI(electromagnetic interference), 소비전력 증가, 채널간 누화(crosstalk) 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 광송신 소자 또는 광수신 소자를 직접 결합시키는 방식, 45°의 경사각으로 위치된 반사경을 구비하는 폴리머(polymer) 광도파로에 광송신 소자 또는 광수신 소자를 결합시키고 폴리머 광도파로를 다채널 광 커넥터에 연결시키는 방식, 플라스틱 팩키지에 고정된 광송신 소자 또는 광수신 소자를 다채널 광 커넥터에 수직으로 결합시키는 방식 등이 있다. 광송신 소자 즉, 광원으로는 대개 표면방출 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL) 어레이칩(Array Chip)이 사용되며, 광수신 소자 즉, 광검출기로는 포토 다이오드(Photo Diode; PD) 어레이칩이 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) 2000에 발표된 "병렬 광 접속 모듈(ParaBIT-1: 60-Gb/s-Throughput Parallel Optical Interconnect Module, 발표자: N. Usui)"에서는 평면의 반사경이 45°의 경사각으로 위치한 24채널 고분자 도파로막과 24-광섬유 BF 커넥터가 접속된 구조를 제안하였다.
앞서 소개된 기술 중 45°의 경사각으로 위치한 반사경을 가지는 폴리머 광도파로에 광송신 소자 또는 광수신 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 고밀도의 병렬 광접속용 광 송신/수신 모듈에 대해 전술한 광결합 구조를 갖는 모듈을 이용하는 경우에는 광섬유와 광원 또는 광검출기 간의 거리 차에 의한 높은 결합손실이 발생하여 만족스러운 효율을 얻지 못하기 때문에 결합 손실을 최소화시킬 수 있는 광접속 장치의 구조적인 개선이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 90° 광로 변경을 위한 45° 반사경 구조와 광 결합을 용이하게 하기 위한 반구형 렌즈 어레이 구조를 하나의 몸체로 제작함으로써, 병렬 광접속에서 광원과 광섬유 사이 또는 광섬유와 광검출기 사이의 정렬시 발생되는 결합 손실을 최소화시킬 수 있는 렌즈 일체형 반사경과 이 렌즈 일체형 반사경을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 렌즈 일체형 반사경을 이용하는 광접속 모듈을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 측면에 의하면, 광결합면, 반사면, 및 트랜치를 갖는 하부면을 구비하며 폴리머로 이루어지는 반사경; 및 트랜치 내에 위치하며 폴리머로 이루어지는 렌즈를 포함하는 광접속용 렌즈 일체형 반사경이 제공된다.
바람직하게, 상기 렌즈는 반구형 렌즈 어레이 형태를 구비한다. 상기 반구형 렌즈 어레이는 트랜치 내에서 하부면 안쪽으로 소정 깊이만큼 삽입된다. 렌즈 일체형 반사경은 반구형 렌즈 어레이를 덮는 투명한 재질의 덮개를 더 포함한다. 폴리머는 폴리 메틸 메타크릴, 폴리카보네이트, 폴리스티렌 중 어느 하나를 포함한다. 상기 렌즈 일체형 반사경은 반사면 상에 위치하는 반사층을 더 포함한다.
본 발명의 제2 측면에 의하면, 폴리머 재료를 제1 플레이트의 반사경 트랜치 속에 일정 양을 넣고 제2 플레이트로 1차 성형하는 단계; 및 제1 플레이트의 반사경 트랜치 속에 놓여 있는 1차 성형된 구조물을 렌즈 어레이 몰드를 구비한 제3 플레이트로 2차 성형하는 단계를 포함하는 광접속용 렌즈 일체형 반사경의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제3 측면에 의하면, 폴리머로 이루어지며, 광결합면, 반사면, 하부면, 및 하부면의 트랜치 내에 위치하는 렌즈 어레이를 구비하는 렌즈 일체형 반사경; 반사경의 광결합면과 광커넥터의 광섬유 사이의 광신호를 전달하는 페룰; 페룰을 고정시키며 광커넥터의 수동정렬 접속을 위한 어댑터; 렌즈 어레이에 대응하는 개구부, 개구부를 사이에 두고 렌즈 어레이가 위치한 면과 대향하는 면에 위치하는 힛스프레더, 전극 패드 및 전기 회로 패턴을 구비하는 기판; 기판의 개구부에 대응하여 힛스프레더 상에 위치하며, 렌즈 어레이 측으로 광을 출사하는 광원을 구비하는 광학벤치; 및 전극 패드를 통해 공급되는 전기적 신호에 따라 광원을 구동시키는 구동기를 포함하는 광접속 모듈이 제공된다.
본 발명의 제4 측면에 의하면, 폴리머로 이루어지며, 광결합면, 반사면, 하부면, 및 하부면의 트랜치 내에 위치하는 렌즈 어레이를 각각 구비하는 제1, 제2, 제3 및 제4 렌즈 일체형 반사경; 제1 및 제4 렌즈 일체형 반사경이 각각 장착되는 송신용 시스템 보드 및 수신용 시스템 보드; 및 제2 및 제3 렌즈 일체형 반사경이 장착되며 제2 및 제3 렌즈 일체형 반사경 간의 광신호 전달을 위한 광도파로를 구 비하는 광백플레인을 포함하는 광접속 모듈이 제공된다.
바람직하게, 상기 제4 측면에 의한 광접속 모듈은 제1 및 제2 렌즈 일체형 반사경 간의 광신호와 제3 및 4 렌즈 일체형 반사경 간의 광신호를 전달하기 위한 제1 및 제2 페룰을 더 포함한다.
본 발명의 제5 측면에 의하면, 광신호를 방출하는 광원을 구비한 송신회로 칩; 상기 광신호를 수신하는 광검출기를 구비한 수신회로 칩; 폴리머로 이루어지며, 광결합면, 반사면, 하부면, 및 하부면의 트랜치 내에 위치하는 렌즈 어레이를 각각 구비하고, 송신회로 칩 및 수신회로 칩에 각각 결합되는 제1 및 제2 렌즈 일체형 반사경; 및 제1 및 제2 렌즈 일체형 반사경 간의 광신호를 전달하는 페룰을 포함하는 광접속 모듈이 제공된다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 도면상에서 동일 부호는 동일하거나 유사한 요소를 지칭하며, 각 요소의 두께나 크기는 설명의 편의성 및 명확성을 위하여 과장될 수 있다. 그리고 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.
도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광접속용 렌즈 일체형 반사경을 도시한 사시도이다. 도 1b는 도 1a의 렌즈 일체형 반사경의 변형예를 도시한 사시도이다. 도 1a 및 도 1b의 렌즈 일체형 반사경에서 보이지 않는 모서리는 점선으로 표시되어 있다.
도 1a를 참조하면, 본 실시예에 따른 렌즈 일체형 반사경(10)은 렌즈 어레이(11), 반사면(12) 및 광결합면(13)을 구비한 대략 프리즘 모양 또는 대략 직각 삼각형 단면을 갖는 짧은 막대 모양으로 폴리머(polymer) 재료에 의해 제작된다.
렌즈 어레이(11)는 렌즈 일체형 반사경(10)의 하부면(도 1에서 볼 때 아래쪽 면)에 형성된 트랜치(14) 속에 위치하며, 각 렌즈 간의 간격이 수평 및 수직 방향으로 소정 간격, 예컨대, 250㎛가 되도록 제작된다.
특히, 본 실시예에서 렌즈 어레이(11)는 렌즈 어레이(11)의 보호 및 밀봉(hermetic sealing)을 위해 렌즈 어레이(11)의 폭 보다 큰 치수를 갖고 소정 깊이로 어느 정도 오목하게 들어간 트랜치(14)의 안쪽에 위치하는 것을 특징으로 한다.
반사면(12)은 90° 광로 변경을 위한 면이며, 하부면과 45°각도를 이루도록 제작된다. 반사면(12)은 거울의 역할을 하므로, 이하의 설명에서는 45°반사경이라고도 한다.
광결합면(13)은 광섬유 또는 광도파로와 결합되는 면이며, 하부면과 직각을 이루도록 제작된다. 다시 말해서, 각 면이 연장될 때, 광결합면(13)은 반사면(12)과 45°각도로 만나고, 트랜치(17)가 위치하는 하부면과 90°각도로 만나도록 제작된다.
또한, 렌즈 일체형 반사경(10)은 전술한 구성에 더하여, 도 1b에 도시한 바와 같이, 렌즈 어레이(11) 상에 설치되는 투명한 재질의 덮개(15)와 반사면(12) 상에 코팅되는 반사층(16)을 더 구비할 수 있다. 덮개(15)는 렌즈 어레이(11)의 보호 및 밀봉(hermetic sealing)을 강화시키기 위한 것이며, 렌즈 일체형 반사경(10) 재료와 동일한 것으로 구현되는 것이 바람직하다. 그리고 반사층(16)은 반사율 향상과 외부 영향 감소를 위한 것이며 금(gold)으로 구현되는 것이 바람직하다.
전술한 렌즈 일체형 반사경(10)이 송신용으로 사용될 경우에는, VCSEL 어레이칩 등의 광원에서 방출되는 광신호가 렌즈 어레이(11)에서 집속되고, 45° 반사경(12)에서 90°광로 변경된 다음, 광결합면(13) 상에서 MT 페룰(multi-ferrule) 또는 Uni 페룰에 접속된 광섬유 또는 광도파로로 결합되어 전송된다. 전술한 렌즈 일체형 반사경(10)이 수신용으로 사용될 경우에는, MT 페룰 또는 Uni 페룰에 접속된 광섬유 또는 광도파로를 따라 전송된 광신호가 렌즈 어레이(11)에서 집속되고, 45° 반사경(12)에서 90°광로 변경된 다음, 광결합면(13)을 통하여 PD 어레이칩 등의 광검출기로 전달된다. 이때, 광원 또는 광검출기와 전술한 렌즈 일체형 반사경을 진행하는 광신호, 및 전술한 렌즈 일체형 반사경과 광섬유 또는 광도파로를 진행하는 광신호는 최소화된 결합 손실을 갖고 진행할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 광접속용 렌즈 일체형 반사경의 설계변수를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 본 실시예에 따른 렌즈 일체형 반사경(10)은 광원(20)-렌즈 일체형 반사경(10)-광섬유(30) 또는 광도파로의 구조로 결합된다. 이때, 렌즈 일체형 반사경(10)의 설계변수를 설명하면 다음과 같다.
VCSEL과 같은 광원(20)에서 입사된 원형의 가우시안(Gaussian) 광빔은 반구형 렌즈를 만난 후 수평 및 깊이 방향의 방사각이 조정되어 평행각에 가까운 빔으로 전환된다. 이때, 광빔의 FFP(Far-Field Pattern)의 모드크기는 진행되는 거리의 함수가 된다. 또한, 모드크기는 광원의 방사각(θVL), 렌즈 어레이 내의 반구형 렌즈(11a)의 곡률반경(r), 렌즈 어레이와 광원(20)과의 높이차(h), 렌즈 일체형 반사 경의 굴절률, 반구형 렌즈(11a)의 끝부분에서 45° 반사경(12)까지의 거리(L1), 45° 반사경(12)에서 광섬유(30)의 말단부까지의 거리(L2)와 관계가 있다. 여기서, DCO는 광섬유(30) 코어의 직경을 나타낸다.
도 2b는 도 2a의 렌즈 일체형 반사경의 렌즈 어레이의 곡률반경을 파라미터로 하면서 광원의 방사각에 따른 광섬유 입력단의 FFP 모드크기를 시뮬레이션한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 2b에서 알 수 있듯이, 폴리카보네이트 재료로 제작한 렌즈 일체형 반사경에 있어서, 렌즈 어레이의 곡률반경(r)은 180㎛, 45°반사경의 굴절률은 1.57, 반구형 렌즈의 끝부분에서 45° 반사경까지의 거리(L1)는 1200㎛, 45° 반사경에서 광섬유 말단부까지의 거리(L2)는 1300㎛, 코어 크기가 50㎛ 및 62.5㎛인 다중모드 광섬유가 장착된 조건하에서, VCSEL의 방사각(θVL)이 8~10°인 경우에는 렌즈 어레이와 광원과의 높이차(h)의 범위가 318~360㎛이고, VCSEL 방사각(θVL)이 11~13°인 경우 렌즈 어레이와 광원과의 높이차(h)의 범위가 303~321㎛일 때, 광원에서 방출된 빛이 렌즈 일체형 반사경을 통해 광섬유로 모두 결합되는 것을 알 수 있다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 광접속용 렌즈 일체형 반사경을 핫엠보싱 공정 기술로 제작하기 위한 전체 금형을 나타내는 사시도이다. 그리고 도 3b는 도 3a의 금형에 형성된 렌즈 어레이 몰드를 나타내는 사시도이다.
도 3a를 참조하면, 전체 금형은 제1 플레이트(40), 제2 플레이트(50) 및 제3 플레이트(60)를 포함한다. 제1 플레이트(40)는 상부면(도 3a에서 볼 때 위쪽 면) 중앙 부분에 렌즈 일체형 반사경을 성형하기 위한 트랜치(41)를 구비하며, 그 가장자리 부분에는 제2 플레이트(50) 또는 제3 플레이트(60)와의 정렬을 위한 4개의 가이드 봉(42)을 구비한다. 제2 플레이트(50)는 하부면(도 3a에서 볼 때 위쪽 면) 중앙 부분에 평탄한 성형부(51)를 구비하며, 그 가장자리 부분에 제1 플레이트(40)와의 정렬을 위한 4개의 가이드 홀(52)을 구비한다. 제3 플레이트(60)는 하부면(도 3a에서 볼 때 위쪽 면) 중앙 부분에 렌즈 어레이를 성형하기 위한 렌즈 어레이 몰드(61)를 구비하며, 그 가장자리 부분에 제1 플레이트(40)와의 정렬을 위한 4개의 가이드 홀(62)을 구비한다.
도 3b를 참조하면, 제3 플레이트에 장착되는 렌즈 어레이 몰드(61)는 복수의 반구형 렌즈를 구비한 렌즈 어레이를 성형하기 위해 각 렌즈에 해당되는 부분이 오목한 반구 형태를 갖도록 설치된다. 일례로, 오목한 반구의 직경(D)은 226㎛, 곡률반경(R)은 180㎛, 두께(T)는 40㎛, 전체 몰드(61)의 두께(H)는 500㎛이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 일체형 반사경의 제작공정을 설명하기 위한 사시도이다.
먼저 도 4a에 도시한 바와 같이 열 가소성 폴리머 재료(70)를 제1 플레이트(40)의 반사경 트랜치(41) 상에 일정 양을 올려놓는다. 그리고, 도 4b에 도시한 바와 같이 제1 및 제2 플레이트(40, 50)로 적당한 압력과 적당한 온도, 예컨대, 유리전이온도(Tg)보다 70℃ 높은 온도에서 1차적으로 성형한다. 본 공정을 통해, 반사면과 광결합면을 구비하는 렌즈 일체형 반사경의 구조물(70a)가 1차적으로 성형된다.
다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 1차 성형된 구조물(70a)이 제1 플레이트(40)의 반사경 트랜치(41) 속에 놓여 있는 상태에서 제3 플레이트(60)로 적당한 압력과 적당한 온도, 예컨대, 유리전이온도보다 30℃ 높은 온도에서 2차적으로 성형한다. 본 공정을 통해, 1차 구조물(70a)의 일면에 트랜치(14)와 렌즈 어레이(11)가 성형된다. 만일, 2차 성형된 구조물(70b) 가장자리에 불필요한 성형 부분이 붙어 있는 경우, 불필요한 성형 부분은 칼 등의 도구를 통해 간단히 제거될 수 있다.
전술한 핫엠보싱 공정을 이용하여 본 실시예에 따른 렌즈 일체형 반사경을 용이하게 제작할 수 있다. 본 제조방법을 이용하면 광접속 장치 또는 광접속 모듈의 생산성 향상에 크게 기여할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 광접속용 렌즈 일체형 반사경을 이용하는 송신용 24채널 광접속 모듈을 도시한 사시도와 분해 사시도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 실시예의 24채널 병렬 광송신 모듈은 렌즈 일체형 반사경(10), 2D MT 페룰(110), 리본 광섬유(120), MPO(multipath push-on) 어댑터(130), 기판(140), VCSEL 어레이칩(152), 실리콘 광학벤치(150), 구동기(160), 멕어레이(Meg-Array; 170) 및 힛스프레더(heat spreader; 180)를 구비한다.
렌즈 일체형 반사경(10)은 본 발명의 렌즈 일체형 반사경으로 구현되며, 반사면 상에 반사층(16)을 구비하여 반사율 향상과 외부 영향을 최소화시키는 것이 바람직하다. 반사층(16)은 금 코팅된 면으로 구현될 수 있다. 또한, 렌즈 일체형 반사경(10)은 렌즈 어레이의 보호 및 밀봉을 위해 렌즈 어레이 또는 트랜치를 덮는 투명한 덮개(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다.
MT 페룰(110)은 렌즈 일체형 반사경(10)을 통해 전달되는 광신호를 리본 광섬유(120)을 거쳐 또 다른 MT 페룰(110)을 통해 MPO(multipath push-on) 광커넥터(190)에 결합된 광섬유 케이블(192)로 전달한다. MT 페룰(110)은 광신호를 전달하는 리본 광섬유(120)를 구비하며 렌즈 일체형 반사경(10)의 일측면 즉 광결합면에 고정된다. 또한, MT 페룰(110)은 광커넥터(190)의 결합 봉(194)과의 결합을 위한 결합 홀(112)을 구비한다.
어댑터(130)는 대략 사각 단면의 관통홀(132)이 구비된 직육면체 모양으로 형성되며 기판(140)에 부착되어 MT 페룰(110)을 고정시킨다. 이로써, 어댑터(130)는 MPO 광커넥터(190)가 병렬 광송신 모듈에 수동정렬 접속 방식으로 착탈되도록 기능한다.
기판(140)은 전극 패드(미도시)와 소정의 전기 회로 패턴(미도시)을 구비한다. 또한, 기판(140)은 대략 중심부에 형성된 "ㅁ"자 모양의 개구부(142)와 소정 부분에 형성된 복수의 비아홀(144)을 구비한다. 이러한 기판(140)으로는 임피던스(impedance) 정합 뿐만 아니라 누화(crosstalk) 또는 스큐(skew)가 충분히 낮은 물질 예를 들어, FR-4, 테프론 등으로 이루어진 인쇄회로기판(Printed Circuits Board; PCB)을 이용할 수 있다.
또한, 기판(140)은 개구부(142)에 대응되는 부분의 바닥면에 부착되는 힛스프레더(180)를 구비한다. 힛스프레더(180) 위에는 수동정렬용 실리콘 광학벤치 (150)가 구비된다. 실리콘 광학벤치(150) 내의 트랜치에는 광원(152)이 구비된다. 또한, 힛스프레더(180) 위에는 광원을 구동시키기 위한 구동기(160)가 솔더 등의 접착 수단에 의해 접착(bonding)된다. 기판(140)의 일부인 힛스프레더(180)는 광원(152) 및 구동기(160)에서 발생되는 열을 1차적으로 방출시키는 기능을 한다.
광원(152)은 표면방출 레이저(VCSEL) 어레이칩으로 구현되며, 본딩 와이어(미도시)에 의해 구동기(160)에 연결된다. 구동기(160)는 구동회로 어레이칩으로 구현되며, 본딩 와이어에 의해 전극 패드에 연결된다. 구동기(160)는 전극 패드(미도시)를 통해 공급되는 전기적 신호에 따라 광원(152)을 구동시키는 역할을 한다.
또한, 기판(140)은 비아홀(144)에 대응되는 부분의 바닥면에 부착되는 멕어레이 커넥터(170)를 구비한다. 멕어레이 커넥터(170)는 전기적인 통로인 비아홀(144)을 통해 외부 전기신호와 구동기(160)를 BGA(ball grid array) 방식으로 연결하는 전기 커넥터이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 광접속용 렌즈 일체형 반사경을 이용하는 광 PCB에서 보드간 광접속 구조를 도시한 사시도와 횡단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 실시예의 광접속 구조는 본 발명의 렌즈 일체형 반사경 복수개를 이용하여 광 PCB(210)와 송신용 시스템 보드(220) 간의 광접속 구조, 및 광 PCB(210)와 수신용 시스템 보드(230) 간의 광접속 구조 중 적어도 하나의 광접속 구조를 구현하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 광 PCB(210)는 효율적인 광전송을 위해 광신호의 전송경로인 광섬유, 광도파로 등을 PCB 기판에 심은 광 백플레인(backplane)을 나타낸다.
본 실시예에서 복수의 렌즈 일체형 반사경은 송신용 시스템 보드(220)에 결합되며 송신용 시스템 보드(220)에 구비된 광원(미도시)으로부터 출사되는 광빔의 광 경로를 90° 변경하는 제1 렌즈 일체형 반사경(10a)과, 광 PCB(210)에 심겨지며 제1 렌즈 일체형 반사경(10a)을 통해 전달되는 광빔의 광 경로를 다시 90° 변경하는 제2 렌즈 일체형 반사경(10b)과, 제2 렌즈 일체형 반사경(10c)을 통과하고 광섬유 또는 광도파로(212)를 통해 전달되는 광빔의 광 경로를 다시 90°변경하는 제3 렌즈 일체형 반사경(10c), 및 수신용 시스템 보드(230)에 결합되며 제3 렌즈 일체형 반사경(10d)을 통해 전달되는 광빔의 광 경로를 다시 90°변경하여 수신용 시스템 보드(230)에 구비된 광검출기(미도시)로 전달하는 제4 렌즈 일체형 반사경(10d)을 구비한다.
렌즈 일체형 반사경(10a, 10b, 10c, 10d)은 반사면에 코팅된 금 반사층을 구비하여 반사율 향상과 외부 영향을 최소화시키는 것이 바람직하다. 그리고, 렌즈 일체형 반사경(10)은 렌즈 어레이의 보호 및 밀봉(hermetic sealing)을 위해 렌즈 일체형 반사경(10)의 트랜치 위에 덮이는 투명한 덮개를 구비하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 실시예의 광접속 구조에서는 송신용 시스템 보드(220)와 수신용 시스템 보드(230)에는 더욱 효율적인 광신호 전달을 위해 제1 및 제2 렌즈 일체형 반사경(10a, 10b) 사이와 제3 및 제4 렌즈 일체형 반사경(10c, 10d) 사이에 결합되는 제1 내지 제4 유니 페룰(Uni Ferrule; 242, 244, 245, 247)을 더 구비한다. 제1 유니 페룰(242)은 송신용 시스템 보드(220)에 결합되며, 제2 유니 페룰(244)은 광 PCB(210)에 결합된다. 제1 및 제2 유니 페룰(242, 244)에는 광섬유(243)가 내장된다. 그리고 제3 유니 페룰(245)은 수신용 시스템 보드(230)에 결합되며, 제4 유니 페룰(247)은 광 PCB(210)에 장착된다. 제3 및 제4 유니 페룰(245, 247)에는 또 다른 광섬유(246)가 내장된다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 광접속용 렌즈 일체형 반사경을 이용하는 칩간 광접속 구조를 도시한 사시도와 횡단면도이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 실시예의 광접속 구조는 본 발명의 렌즈 일체형 반사경(10)을 이용하여 기판(310)의 송신회로 칩(320)에서 방출된 광신호를 최소화된 결합 손실을 갖으면서 기판(310)의 수신회로 칩(330)으로 전달하는 것을 특징으로 한다. 송신회로 칩(320)은 VCSEL 어레이칩으로 구현된 광원(322)을 구비하며, 수신회로 칩(330)은 PD 어레이칩으로 구현된 광검출기(332)를 구비한다.
렌즈 일체형 반사경(10)은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 일체형 반사경으로 구현된 것이며, 그 반사면에 코팅된 금 반사층(16)을 구비하여 반사율 향상과 외부 영향을 최소화시키는 것이 바람직하다. 그리고, 렌즈 일체형 반사경(10)은 렌즈 어레이의 보호 및 밀봉을 위해 렌즈 일체형 반사경(10)의 트랜치 위에 덮이는 투명한 덮개를 구비하는 것이 더욱 바람직하다.
전술한 구성에 의하면, 송신회로 칩(320)에 장착된 광원(322)으로부터 방출된 광신호는 첫번째 렌즈 일체형 반사경(10)에 의해 최소화된 결합 손실로 집속된 후 MT 페룰(340)에 장착된 리본 광섬유(342)를 거쳐 전송되고, 다시 리본 광섬유가 장착된 또 다른 MT 페룰(340)을 통해 두번째 렌즈 일체형 반사경(10)에 전달된 후, 두번째 렌즈 일체형 반사경(10)에 의해 최소화된 결합 손실로 집속되어 광검출기(332)에 도달된다. 그리고, 도달된 광신호는 광검출기(332)에 의해 전기신호로 재생된 후 수신회로 칩(330)으로 보내진다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 일체형 반사경을 이용하는 광접속 장치는 반사경 형성이 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. 아울러, 광섬유와 광원 또는 광검출기 간의 거리 차에 의한 결합손실을 최소화함으로써, 고밀도의 병렬 광접속 장치의 기능 확장을 자유롭고 편리하게 할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 결합 손실을 최소화하여 어레이 광원으로부터 방출된 다채널의 광신호를 90° 광로 변경하여 광섬유 어레이 또는 광도파로 어레이를 따라 전송시키거나 전송되어 오는 다채널 광신호를 90° 광로 변경하여 광검출기로 보낼 수 있다. 아울러, 본 발명에 의하면 핫엠보싱 공정 기술을 이용하여 90° 광로 변경을 위한 45° 반사경 구조과 광결합을 용이하게 하 기 위한 반구형 렌즈 어레이 구조를 단일 몸체로 제작함으로써, 광접속 모듈의 광신호의 결합손실을 최소화하고 생산성을 향상시키며 그것에 의해 저가의 광접속 모듈을 제공하는데 기여할 수 있다.

Claims (12)

  1. 트랜치 및 상기 트랜치 내에 위치한 렌즈를 구비하고 상기 렌즈를 통하여 광신호를 수신하는 하부면;
    상기 광신호의 광로를 변경하는 반사면; 및
    상기 반사면으로부터 수신한 상기 광신호를 광섬유 또는 광도파로에 전달하는 광결합면
    을 포함하는 광접속용 렌즈 일체형 반사경.
  2. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는 반구형 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 광접속용 렌즈 일체형 반사경.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반구형 렌즈 어레이는 상기 트랜치 내에서 상기 하부면 안쪽으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 광접속용 렌즈 일체형 반사경.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반구형 렌즈 어레이를 덮는 투명한 재질의 덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광접속용 렌즈 일체형 반사경.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하부면, 상기 반사면, 상기 광결합면 및 상기 렌즈는 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광접속용 렌즈 일체형 반사경.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반사면 상에 위치하는 반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광접속용 렌즈 일체형 반사경.
  7. 폴리머 재료를 제1 플레이트의 반사경 트랜치 속에 일정 양을 넣고 제2 플레이트로 1차 성형하는 단계; 및
    상기 제1 플레이트의 반사경 트랜치 속에 놓여 있는 상기 1차 성형된 구조물을 렌즈 어레이 몰드를 구비한 제3 플레이트로 2차 성형하는 단계를 포함하는 광접속용 렌즈 일체형 반사경의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 폴리머는 폴리 메틸 메타크릴, 폴리카보네이트, 폴리스티렌 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광접속용 렌즈 일체형 반사경의 제조방법.
  9. 트랜치 및 상기 트랜치 내에 위치한 렌즈를 구비하고 상기 렌즈를 통하여 광신호를 수신하는 하부면,
    상기 광신호의 광로를 변경하는 반사면, 및
    상기 반사면으로부터 수신한 상기 광신호를 광섬유에 전달하는 광결합면을 포함하는 광접속용 렌즈 일체형 반사경;
    상기 광결합면과 광커넥터의 광섬유 사이의 광신호를 전달하는 페룰;
    상기 페룰을 고정시키며 상기 광커넥터의 수동정렬 접속을 위한 어댑터;
    상기 렌즈에 대응하는 개구부, 상기 개구부를 사이에 두고 상기 렌즈가 위치한 면과 대향하는 면에 위치하는 힛스프레더, 전극 패드 및 전기 회로 패턴을 구비하는 기판;
    상기 개구부에 대응하여 상기 힛스프레더 상에 위치하며, 상기 렌즈 측으로 광을 출사하는 광원을 구비하는 광학벤치; 및
    상기 전극 패드를 통해 공급되는 전기적 신호에 따라 상기 광원을 구동시키는 구동기
    를 포함하는 광접속 모듈.
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