KR101149914B1 - 파장분할소자 및 이를 이용한 광모듈 - Google Patents

파장분할소자 및 이를 이용한 광모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 광통신용 파장분할소자 및 이를 이용한 광모듈에 관한 것으로, 상세하게, 본 발명에 따른 파장분할소자는 광학필터, Y-분기형 광도파로 및 광섬유를 포함하여 구성되어, 상기 Y-분기형 광도파로의 분기된 두 광도파로인 제1도파로 및 제2도파로가 서로 분기하는 분기점(junction)에 상기 광학필터가 위치하고, 상기 제1도파로 및 상기 제2도파로가 각각 상기 광섬유와 결합하고, 상기 제1도파로가 외부광의 입력측이며, 상기 제2도파로가 상기 광학필터에서 반사된 광의 출력측이며, 상기 제1도파로의 상기 분기점에서의 분기 각도에 의해 상기 광학필터에 입사되는 상기 외부광의 입사 각도가 제어되는 특징이 있다.
파장분할, Y-분기형 도파로, 광학필터, 광송신기, 광수신기

Description

파장분할소자 및 이를 이용한 광모듈{Wavelength Division Device and Optical Module Using Thereof}
본 발명은 신뢰성 및 내구성이 높으며, 고도의 광정렬이 불필요하고, 그 구성이 간단하여 제조가 용이하고, 원가가 낮으며, 특성이 균일하고, 높은 생산성을 갖는 파장분할소자 및 상기 파장분할소자가 구비된 광송신기 또는 광수신기에 관한 것이다.
21세기의 정보 사회에서 국가의 경쟁력 향상은 광통신인프라의 확충과 일반 대중에 의한 쉬운 접근 및 활용이 가능할 때 비로소 가능하다. 지금까지 광통신 기술의 발전은 통신네트워크 확정성과 수요변화 대처에 대한 서비스를 예비하는 능력을 폭넓게 수용할 수 있도록 변화하였고, 이러한 추세에 맞추어 광통신 시스템은 고속화, 파장다중화, 집적화되고 있으며, 다양한 분야에서의 기술발전이 요구되고 있다.
광가입자망의 기본 구조로 1995년에 결성된 FSAN에서 제시한 A-PON(ATM Passive Optical Network)을 이용한 FTTx가 가장 유망한 방법으로 도출되었고, 이 것은 GE-PON(Gigabit Ethernet PON)으로 발전하여 현재 상용화되고 있다. 더불어 대량의 서비스와 궁극적인 서비스 형태인 WDM-PON(Wavelength Division Multiplexing PON), 종래에 설치되어 있는 A,B-PON의 종래파장을 벗어나는 대역의 파장을 요구하는 CATV, wibro(Wireless Broadband Internet) 등에서 점차적으로 파장 간격이 좁은 파장 설정을 필요로 하고 있다.
종래의 파장 분할 소자는 3 포트를 가지며 메트로망이나 가입자 망에서 송수신에 할당된 파장을 분할하여 통신을 가능하게 하는 소자이다. WDM용 커플러는 도 1(a)에 도시한 일 예와 유사하게 3포트로 구성되며, 광입력단, 제1광출력단, 평행광 렌즈(131) 및 광학 필터(132)를 포함한 제1유니트(130)와 평행광 렌즈(133) 및 제2광출력단을 포함한 제2유니트가 자유공간(free space)상에서 정렬된 구조를 갖는다. 이때, 제조원가를 낮추고 공정을 줄이기 위해, 도 1(b)에 도시한 바와 같이 파장이 분할되는 3포트 파트(130)와 레이저 다이오드나 포토 다이오드를 결합한 광모듈 형태로 발전하고 있다.
통상의 파장 분할 소자가 구비된 광모듈은 컬리메이션되는 광원을 사용하며, 듀얼파이버팁, 그린 렌즈나 C-렌즈, 필터를 정렬 해서 고정한 형태의 파장 분할 소자를 사용한다(대한민국 공개특허 제10-2008-0020075호).
이러한 광모듈은 세가지 정도의 문제를 가지고 있는데, 컬리메이션 되는 광원을 사용하고 있기 때문에 레이저 다이오드를 파이버에 집광하거나, 포토 다이오드에 광을 집광하기 위해서는 고가의 비구면 렌즈가 필요한 단점이 있으며, 이러한 구조의 광모듈은 출사나 입사되는 광이 소자의 중심축에서 일정하지 않은 각도를 가지고 있기 때문에 모듈의 제작시 특성의 균일함을 얻기 쉽지 않다. 또한 외부 환경에 바로 노출되어 외부환경에 취약한 문제점이 있으며, 광모듈의 제작시 많은 패키징 비용이 소요되며 수율이 낮으며, 크기가 작은 소형의 일체형 광모듈의 제조가 어려운 단점이 있다.
상술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 파장 분할시 입사각 및 출사각의 편차를 없애 광모듈 제작시 균일한 특성을 얻을 수 있으며, 고가의 광부품, 고도의 광정렬이 필요치 않는 단순하고 용이한 구조를 가져 제작 원가가 낮으며 제조 공정이 간단하고, 높은 수율로 대량생산 가능하며, 높은 안정성 및 신뢰성을 가지며, 제조, 조립 편차 및 사용 환경에 민감하게 특성이 변화하지 않고, 소형화 가능한 파장분할소자 및 본 발명에 따른 파장분할소자가 구비된 광모듈을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 파장분할소자는 광학필터, Y-분기형 광도파로 및 광섬유를 포함하여 구성되어, 상기 Y-분기형 광도파로의 분기된 두 광도파로인 제1도파로 및 제2도파로가 서로 분기하는 분기점(junction)에 상기 광학필터가 위치하고, 상기 제1도파로 및 상기 제2도파로가 각각 상기 광섬유와 결합하고, 상기 제1도파로가 외부광의 입력측이며, 상기 제2도파로가 상기 광학필터에서 반사된 광의 출력측이며, 상기 제1도파로의 상기 분기점에서의 분기 각도에 의해 상기 광학필터에 입사되는 상기 외부광의 입사 각도가 제어되는 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 광통신용 파장분할소자.광학필터, Y-분기형 광도파로 및 광섬유를 포함하여 구성되어, 상기 Y-분기형 광도파로의 분기된 두 광도파로인 제1도파로 및 제2도파로가 서 로 분기하는 분기점(junction)에 상기 광학필터가 위치하고, 상기 제1도파로 및 상기 제2도파로가 각각 상기 광섬유와 결합하고, 상기 제1도파로가 외부광의 입력측이며, 상기 제2도파로가 상기 광학필터에서 반사된 광의 출력측이며, 상기 제1도파로의 상기 분기점에서의 분기 각도에 의해 상기 광학필터에 입사되는 상기 외부광의 입사 각도가 제어되는 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 광통신용 파장분할소자인 특징이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 파장분할소자는 상기 제1도파로와 결합한 광섬유의 입력측, 상기 제2도파로와 결합한 광섬유의 출력측, 및 상기 제1도파로와 제2도파로의 분기점에 위치한 광학필터의 출력측의 3포트 구성을 가진다.
상기 광섬유는 V-그루브(V-groove)를 포함한 광섬유 지지체에 의해 상기 제1도파로 또는 제2도파로와 결합한 것이 바람직하다.
특징적으로, 상기 Y-분기형 도파로는 상기 분기점에서 상기 제1도파로의 중심선과 상기 광학필터의 수직축과의 각도가 5˚ 내지 12˚인 특징이 있으며, 상기 Y-분기형 광도파로의 상기 분기점에 위치한 상기 광학필터의 수직축을 기준으로 상기 광학필터의 수직축과 상기 Y-분기형 광도파로의 분기된 두 광도파로 사이의 각도는 각각 (서로 독립적으로) 5˚ 내지 12˚인 특징이 있다.
상기 Y-분기형 광도파로는 상기 분기점에 위치한 상기 광학필터의 수직축을 기준으로 대칭으로 분기되어 있는 것이 바람직하다.
상기 파장분할소자의 상기 Y-분기형 광도파로의 분기된 두 광도파로(제1도파로 및 제2도파로)는 각각 단일모드 영역 및 다중모드 영역으로 구성되어 상기 다중 모드 영역에 분기점이 형성된 특징이 있으며, 상세하게 상기 Y-분기형 광도파로는 분기된 두 광도파로는 0.4˚ 내지 0.8˚각도로 점점 넓어지는(분기점 방향으로 넓어지는) 테이퍼링(tapering)영역을 가지며, 상기 테이퍼링 영역에 분기점이 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 광모듈은 본 발명에 따른 파장분할소자;가 티오-캔 패키지(TO-CAN package)된 레이저 다이오드를 포함하는 광원; 또는 티오-캔 패키지(TO-CAN package)된 포토 다이오드를 포함하는 수광부;와 렌즈에 의해 광결합한 특징을 갖는다.
상세하게, 본 발명에 따른 광모듈의 제1형태는 티오-캔 패키지(TO-CAN package)된 레이저 다이오드를 포함하는 광원; 상술한 본 발명에 따른 파장분할소자; 및 상기 파장분할소자의 Y-분기형 도파로의 분기점에 구비된 광학필터와 상기 광원 사이에 구비되어 광을 집광하는 렌즈;를 포함하여 구성되며, 상기 파장분할소자는 상기 렌즈를 통해 상기 광원과 광결합하며, 상기 파장분할소자의 상기 Y-분기형 도파로의 분기된 한 도파로이며 외부광의 입력측인 제1도파로에 의해 상기 광학필터에 입력된 광 중 상기 광학필터에서 투과된 광은 상기 렌즈를 통해 상기 광원으로 입력되며, 상기 광학필터에서 반사된 광은 상기 Y-분기형 도파로의 분기된 다른 한 도파로인 제2도파로로 출력되며, 상기 광원에서 출력된 광은 상기 렌즈에 의해 상기 파장분할소자의 상기 광학필터에 입사되어 상기 제1도파로로 출력되는 특징이 있다.
상세하게, 본 발명에 따른 광모듈의 제2형태는 티오-캔 패키지(TO-CAN package)된 포토 다이오드를 포함하는 수광부; 상술한 본 발명에 따른 파장분할소자; 및 상기 파장분할소자의 Y-분기형 도파로의 분기점에 구비된 광학필터와 상기 수광부 사이에 구비되어 광을 집광하는 렌즈;를 포함하여 구성되며, 상기 파장분할소자는 상기 렌즈를 통해 상기 수광부와 광결합하며, 상기 파장분할소자의 상기 Y-분기형 도파로의 분기된 한 도파로이며 외부광의 입력측인 제1도파로에 의해 상기 광학필터에 입력된 광 중 상기 광학필터에서 투과된 광은 상기 렌즈를 통해 상기 수광부로로 입력되며, 상기 광학필터에서 반사된 광은 상기 Y-분기형 도파로의 분기된 다른 한 도파로인 제2도파로로 출력되는 특징이 있다.
상기 광모듈은 단일한 하우징에 일체형으로 구비된 특징이 있으며, 상세하게, 상기 광원, 상기 파장분할소자 및 상기 렌즈가 단일한 하우징에 일체형으로 구비되거나, 상기 수광부, 상기 파장분할소자 및 상기 렌즈가 단일한 하우징에 일체형으로 구비되는 특징이 있다.
상기 광원 또는 수광부와 상기 파장분할소자를 광결합하는 상기 렌즈는 상기 렌즈는 볼렌즈 또는 비구면 렌즈인 특징이 있으며, 상기 렌즈는 상기 티오-캔 패키지에 일체형으로 구비된 특징이 있다.
바람직하게, 상기 파장분할소자는 상기 광학필터에서 투과된 광의 진행방향이 상기 티오-캔 패지지와 렌즈의 중심의 연장선에 있도록 스넬의 법칙에 따라 틸트(tilt)되어 있는 특징이 있다.
상세하게, 상기 광학필터에서 투과된 광의 진행방향이 상기 티오-캔 패키지의 포토 다이오드(광수신기의 경우) 또는 레이저 다이오드(광송신기의 경우)와 상 기 렌즈의 중심의 연장선과 평행하도록 틸트(tilt)되며, 상기 틸트는 파장분할소자 자체의 틸트; 파장분할소자의 Y-분기형 광도파로 및 광학필터의 틸트; 및 광학필터에 인접한 Y-분기형 광도파로의 일부 영역 및 광학필터의 틸트;를 포함한다.
본 발명에 따른 파장분할소자는 Y-분기형 광도파로의 분기점에 광학필터를 부착하고, 광학필터에 입사되는 외부광의 입사각을 Y-분기형 광도파로의 분기각으로 제어하여, 파장 분할시 입사각 및 출사각의 편차를 억제하여 광모듈 제작시 균일한 특성을 얻을 수 있으며, 소형화 및 경량화가 가능하고, Y-분기형 도파로가 광섬유와 결합한 단순한 구조를 가지며, 고도의 광정렬이 필요치 않는 용이한 구조를 가져 제작 원가가 낮으며 제조 공정이 간단하고, 높은 수율로 대량생산 가능하며, 높은 안정성 및 신뢰성을 갖는 장점이 있다.
본 발명에 따른 광모듈(광송신기 또는 광수신기)는 티오-캔 패키지형 광원 또는 수광부, 광학필터가 부착된 광도파로의 파장분할소자, 및 티오-캔 패키지 내에 구비된 렌즈로 구성되어 고가의 광부품, 고도의 광정렬이 필요치 않으며, 높은 수율로 대량생산 가능하며, 단일한 하우징에 렌즈가 구비된 티오 캔 패키지형 광원 또는 수광부와 파장분할소자가 구비되어, 제조, 조립 편차 및 사용 환경에 민감하게 특성이 변화하지 않고, 높은 안정성 및 신뢰성을 갖는 장점이 있다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 파장분할소자 및 광모듈을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 파장분할소자의 일 예를 도시한 도면으로, 상기 파장분할소자(200)는 광섬유로부터 외부광(λi)을 입력받아 광학필터(220)에서 투과되는 특정 파장(대역)의 광(λt)을 출력하고, 상기 광학필터(220)에서 반사된 광(λr)을 출력하며, 이와 더불어, 광송신기에 구비된 경우, 상기 광학필터(220)로 입력된 송신파장의 광(광원의 광, λm)을 상기 외부광이 입력된 측으로 출력한다.
상세하게 본 발명에 따른 파장분할소자(200)는 특정 대역의 파장은 투과시키고, 이외의 파장은 반사시키는 역할을 하는 광학 필터(220), Y-분기형 광도파로(210) 및 광섬유(241, 242)를 포함하여 구성된다.
상기 광학필터(220)는 Y-분기형 광도파로(210)의 분기된 두 광도파로(211, 212)가 분기되는 점인 분기점(J)에 위치(부착)하는 특징이 있으며, 상기 Y-분기형 광도파로의 분기된 두 광도파로의 끝단(211, 212)과 상기 광섬유(241, 242)가 각각 결합한다.
상기 파장분할소자(200)는 V-그루브(V-groove, 231)포함한 광섬유 지지체(230)에 의해 상기 분기된 광도파로의 끝단(211, 212)과 상기 광섬유(241, 242)가 결합된 것이 바람직하다.
특징적으로, 상기 파장분할소자(200)의 광학필터(220)에 입사되는 외부광(λi)의 입사각도는 상기 분기된 일 광도파로(211)와 상기 광학필터(220)가 이루는 각도에 의해 결정된다.
보다 상세하게는 상기 분기점(J)에 위치한 광학필터(220)의 수직축과 상기 광학필터와 인접한 영역에서의 분기된 광도파로(외부광이 입사되는 분기 광도파로, 211)의 중심선이 이루는 각도(분기각)에 의해, 상기 광학필터(220)에 외부광(λi)이 입사되는 각도가 제어되며, 상기 광학필터(220)의 수직축과 상기 분기된 광도파로(211)의 중심선의 각도가 외부광(λi)의 입사각(=분기각과 동일)이 된다.
따라서, 별도의 광학 부품을 이용한 광의 정렬 및 제어를 하지 않고도 광학필터(220)에 입사되는 외부광(λi)의 입사각을 손쉽게 제어가능하고, 광도파로의 설계에 의해 입사각이 결정되므로, 입사각의 편차가 적고, 입사각이 안정적으로 고정됨에 따라 상기 광학필터(220)를 투과하는 투과광의 출사각 또한 안정적으로 고정되게 된다. 또한 상기 입사각의 각도를 조절하여 분리되어야 하는 파장간 간격이 좁은 경우에도 효과적으로 파장 분할을 수행할 수 있다.
또한, Y-분기형 도파로 및 분기점에 위치, 부착된 광학필터의 단순 구조를 가져 제조 및 조립에 의한 광특성 편차가 효과적으로 억제되며, 소형화 및 경량화가 가능한 특징이 있다.
상기 외부광(λi)은 분할하고자하는 특정 수신파장 또는 송신파장을 포함할 수 있으며, 상기 수신파장 또는 송신파장 이외의 파장을 더 포함할 수 있다.
도 3을 기반으로 본 발명에 따른 파장분할소자(200)를 보다 상세히 기술한다.
도 3에 도시된 바와 같이 외부광(λi)은 광섬유(241) 및 분기된 일 광도파로(211)를 따라 도파되어 상기 광학필터(220)에 입사되는데, 상기 광학필터(220)의 수직축(VL)과 상기 분기점(J)에 접한 광도파로(211)의 중심선(CL1)이 이루는 각도(분기각도, θ1)가 5˚ 내지 12˚인 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 광학필터(220)의 수직축(VL)과 상기 분기점(J)에 접한 분기된 두 광도파로(211, 212)의 중심선(CL1, CL2)이 이루는 각도(분기 각도, θ1, θ1')가 5˚ 내지 12˚인 것이 바람직하다.
상기 Y-분기형 광도파로의 분기된 두 광도파로(211, 212)는 서로 동일한 각도로 대칭 분기되어 있는 것이 바람직하다. 상세하게, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 Y-분기형 광도파로는 상기 분기점(J)에 위치한 상기 광학필터(F)의 수직축(VL)을 기준으로 대칭으로 분기되어 있는 것이 바람직하다.
상기의 분기각도(=광의 입사각도)는 반사되는 파장의 손실 및 광이 입사되는 쪽으로 반사되는 광(back reflection)을 줄여 광손실을 억제할 수 있는 각도이다.
상술한 바와 같이 분기된 두 광도파로의 분기각도(θ1, θ1')가 각각 5˚ 내지 12˚로 제어되어, 상기 외부광(λi)은 상기 광학필터(220)에 5˚ 내지 12˚의 각도로 입사하게 되며, 상기 광학필터(220)를 투과하여 출사되는 투과광은 광도파로의 굴절률 및 자유공간의 굴절률 차에 기인한 스넬의 법칙에 의해 특정한 출사각(θ3)으로 출사된다. 따라서, 광도파로에 의해 입사각이 안정적이고 균일하게 유지되므로, 출사각 또한 특정 각으로 유지되어 입사각 및 출사각의 편차를 제거할 수 있으며, 광학 필터의 입사각을 쉽고 용이하게 안정적으로 재현성 있게 제어 가능하다.
도 3에 도시된 바와 같이 Y-분기형 도파로의 두 분기 도파로(211, 212)는 단일모드 영역 및 다중모드 영역으로 구성되며, 상기 다중모드 영역에 분기점(J)이 형성되는 특징을 갖는다. 이는 파장을 분할하는 광학필터(220)가 광도파로가 분기되는 위치(분기점)에 결합해야 반사손실을 낮출 수 있는데, 분기된 광 도파로 각각에 다중모드 영역을 형성시키고, 상기 다중모드 영역에서 두 분기 광도파로가 결합함으로써, 광학 필터의 위치 공차를 늘이는 효과를 얻기 위함이다.
상세하게는 상기 Y-분기형 광도파로의 분기된 두 광도파로의 상기 다중모드 영역은 광도파로를 점점 넓히는 테이퍼링(tapering)에 의해 형성되며, 테이퍼링 각 도(θ2, θ2')가 0.4˚ 내지 0.8˚인 것이 바람직하다. 이때, 상기 Y-분기형 광도파로의 분기된 두 광도파로는 서로 독립적으로 테이퍼링 각도(θ2, θ2')를 가질 수 있다.
상술한 Y-분기형 광도파로는 실리카 도파로 또는 폴리머 도파로인 것이 바람직하다. 상세하게 상기 실리카 광도파로는 SOI(silicon on insulator) 기반 실리카 광도파로를 포함하며, 실리콘 코어 및 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 공기(air) 클래드로 구성될 수 있으며, 상기 폴리머 광도파로는 폴리머 코어 및 상기 콜리머 코어보다 높은 굴절률을 갖는 폴리머 클래드로 구성될 수 있으며, 상기 폴리머 광도파로의 폴리머 물질은 저손실 광학 폴리머를 포함한다. 상기 저손실 광학 폴리머는 일반적인 폴리머에 불소등의 할로겐 원소 또는 중수소를 포함하며, 열 또는 자외선 경화 가능한 관능기를 포함하는 것이 바람직하다. 일 예로, 수소가 불소로 치환된 UV 경화 가능한 아크릴레이트(acrylate) 계열의 폴리머, 불소계 폴리이미드, 불소 치환 폴리아크릴레이트, 불소 치환 메타아크릴레이트, 폴리실록산, 불소계 폴리아릴렌 에테르, 퍼풀루오르 시크로부탄 계열 폴리머 등을 사용할 수 있으며, 또한 대한민국 등록 특허 10-0350412, 10-0536439, 10-0511100 또는 미국 특허 US6,946,534 B2, US7,202,324에 제시된 폴리머를 사용하여 구현할 수 있다.
본 발명의 광모듈은 광송신기 또는 광수신기이며, 광송신기의 경우, 본 발명에 따른 파장분할소자, 티오-캔 패키지(TO-CAN package)된 레이저 다이오드를 포함하는 광원 및 렌즈를 포함하여 구성되며, 광수신기의 경우, 본 발명에 따른 파장분 할소자, 티오-캔 패키지(TO-CAN package)된 포토 다이오드를 포함하는 수광부 및 렌즈를 포함하여 구성된다.
상세하게, 도 4(a)와 같이 본 발명에 따른 광수신기는 티오-캔(TO-CAN) 패키지(package)된 포토 다이오드를 포함하는 수광부(400), 상기 파장분할소자(200)의 광학필터(220)를 투과하여 출사되는 투과광을 집광하여 상기 포토 다이오드에 입력하는 렌즈(300)를 포함하여 구성된다.
상세하게, 도 4(b)와 같이 본 발명에 따른 광송신기는 티오-캔(TO-CAN) 패키지(package)된 레이저 다이오드를 포함하는 광원(500), 상기 광원에서 출력된 광을 집광하여 상기 파장분할소자(200)의 광학필터(220)에 입력하는 렌즈(300)를 포함하여 구성된다.
상세하게 상기 광원(500)은 티오-캔(TO-CAN) 패키지(package)된 레이저 다이오드를 포함하며, 상기 수광부(400)는 티오-캔(TO-CAN) 패키지(package)된 포토 다이오드를 포함한다. 광원(500)은 티오-캔 패키지된 FP LD(Fabry Perot Laser Diode), DFB LD(Distributed FeedBack Laser Diode), VCSEL(Vatical Cavity Surface Emitting Laser) 일 수 있으며, 상기 수광부(400)는 티오-캔 패키지된 PD(Photo Diode), APD(Avalanche Photo Diode)일 수 있다.
이때, 도 4(a) 내지 도 4(b)에 도시한 바와 같이, 상기 광학필터(220)를 투과한 투과광이 수광부(400)에 입력되는 입력효율을 높이고, 상기 광원(500)에서 출력된 송신파장이 상기 광학필터(220)로 입력되는 입력효율을 높이기 위해, 상기 파 장분할소자는 상기 광학필터(220)에서 투과된 투과광의 출사각(θ3) 각도로 틸트(tilt)되어 위치한 것이 바람직하다.
이때, 상기 틸트는 상기 광학필터(220)에서 투과된 광의 진행방향이 상기 티오-캔 패키지(400, 500)와 렌즈(300)의 중심의 연장선, 즉, 포토다이오드와 렌즈(300)의 중심의 연장선 또는 레이저다이오드와 렌즈(300)의 중심의 연장선에 있도록 하여 광결합 효율을 증가시키기 위함이므로, 파장분할소자(200) 자체가 출사각(θ3)만큼 틸트될 수 있으며, 파장분할소자(200)의 Y-분기형 광도파로(211, 212, J) 및 광학필터(220)가 출사각(θ3)만큼 틸트될 수 있으며, 광학필터(220)에 인접한 Y-분기형 광도파로의 특정 영역 및 광학필터(220)가 출사각(θ3)만큼 틸트될 수 있음은 물론이다.
상세하게는 상기 외부광이 특정 각도로 상기 광학필터(220)에 입사하는 경우, 상기 광학필터(220)를 투과한 광은 도파로의 굴절률, 자유공간(공기)의 굴절률의 차이에 의한 스넬의 법칙에 따라 특정 각도(θ3)로 굴절되어 자유공간을 진행한다. 통상의 실리카 광도파로 또는 폴리머 광도파로의 굴절률을 고려하고, 상술한 5˚ 내지 12˚의 입사각을 고려할 때, 상기 각도(θ3)는 8˚ 내지 15˚이다.
이에 따라 상기 자유공간을 진행하는 투과광(광학 필터를 투과한 광)이 티오-캔 패키지 및 렌즈와 거시적 수평방향으로 진행하기 위해 상기 파장분할소자(200)가 틸트되는 틸트 각도는 8˚ 내지 15˚인 것이 바람직하다.
도 5는 티오-캔형 광원(500) 또는 티오-캔형 수광부(400), 렌즈, 및 파장분할소자로 구성된 본 발명의 광모듈이 단일한 하우징에 일체형으로 구비된 일 예를 도시한 것이다.
상기 렌즈는 볼렌즈 또는 비구면 렌즈이며, 상기 티오-캔 패키지 내부, 상기 티오-캔 패키지에 부착된 일체형 또는 상기 티오캔 패키지의 외부에 구비될 수 있으며, 효과적이고 안정적인 광결합을 위해 상기 티오-캔 패키지 내부 또는 상기 티오-캔 패키지에 렌즈가 부착 구비된 일체형인 것이 바람직하다.
도 5(a) 내지 도 5(b)는 티오-캔 패키지에 일체형 렌즈가 구비된 경우를 도시한 일 예이며, 도 5(c)는 티오-캔 패키지 외부에 외부결합식 비구면 렌즈(300)가 구비된 경우를 도시한 일 예이다.
도 5(b)는 Y-분기형 광도파로 및 광학필터가 출사각(θ3)만큼 틸트된 파장분할소자(200)가 구비된 광수신기의 일 예이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적이고 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있 는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 종래의 파장 분할 광송신기를 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명에 따른 광모듈에 구비되는 파장분할소자의 일 예를 도시한 것이며,
도 3은 본 발명에 따른 광모듈에 구비되는 파장분할소자의 Y-분기형 광도파로를 상세히 도시한 것이며,
도 4는 본 발명에 따른 광모듈의 일 구성예를 도시한 것이며,
도 5는 본 발명에 따른 광모듈의 하우징을 도시한 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
200: 파장분할소자 210:광도파로
220: 광학필터 230: 광섬유지지체
211, 212: 분기된 광도파로 241, 242: 광섬유
300: 렌즈 400: 수광부
500: 광원

Claims (11)

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  7. 티오-캔 패키지(TO-CAN package)된 레이저 다이오드를 포함하는 광원;
    Y-분기형 광도파로, 상기 Y-분기형 광도파로의 분기된 두 광도파로인 제1도파로 및 제2도파로가 서로 분기하는 분기점(junction)이 위치하는 일 단에 광학필터가 부착되고, 타단에서 상기 제1도파로 및 상기 제2도파로가 각각 광섬유와 결합되고, 상기 제1도파로 및 제2도파로는 각각 단일모드 영역 및 다중모드 영역을 포함하며, 상기 제1도파로 및 제2도파로는 각각 0.4˚ 내지 0.8˚각도로 점점 넓어지는 테이퍼링(tapering)영역을 가지며, 상기 테이퍼링 영역에 의한 다중모드 영역에 분기점이 형성되고, 상기 제1도파로가 외부광의 입력측이며, 상기 제2도파로가 상기 광학필터에서 반사된 광의 출력측이며, 상기 제1도파로의 상기 분기점에서의 분기 각도에 의해 상기 광학필터에 입사되는 상기 외부광의 입사 각도가 제어되는 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 광통신용 파장분할소자; 및
    상기 파장분할소자의 Y-분기형 도파로의 분기점이 위치하는 일 단에 부착된 광학필터와 상기 광원 사이에 구비되고 상기 티오-캔 패키지에 일체형으로 구비되며 광을 집광하는 렌즈;를 포함하여 구성되며,
    상기 파장분할소자는 상기 렌즈를 통해 상기 광원과 광결합하며,
    상기 파장분할소자의 상기 Y-분기형 도파로의 분기된 한 도파로이며 외부광의 입력측인 제1도파로에 의해 상기 광학필터에 입력된 광 중 상기 광학필터에서 투과된 광은 상기 렌즈를 통해 상기 광원으로 입력되며, 상기 광학필터에서 반사된 광은 상기 Y-분기형 도파로의 분기된 다른 한 도파로인 제2도파로로 출력되며,상기 광원에서 출력된 광은 상기 렌즈에 의해 상기 파장분할소자의 상기 광학필터에 입사되어 상기 제1도파로로 출력되고,
    상기 파장분할소자의 Y-분기형 도파로 및 광학필터는 상기 광학필터에서 투과된 광의 진행방향이 상기 티오-캔 패키지의 광원과 렌즈의 중심의 연장선에 있도록 스넬의 법칙에 따라 틸트(tilt)되어 형성된 광모듈.
  8. 티오-캔 패키지(TO-CAN package)된 포토 다이오드를 포함하는 수광부;
    Y-분기형 광도파로, 상기 Y-분기형 광도파로의 분기된 두 광도파로인 제1도파로 및 제2도파로가 서로 분기하는 분기점(junction)이 위치하는 일 단에 광학필터가 부착되고, 타단에서 상기 제1도파로 및 상기 제2도파로가 각각 광섬유와 결합되고, 상기 제1도파로 및 제2도파로는 각각 단일모드 영역 및 다중모드 영역을 포함하며, 상기 제1도파로 및 제2도파로는 각각 0.4˚ 내지 0.8˚각도로 점점 넓어지는 테이퍼링(tapering)영역을 가지며, 상기 테이퍼링 영역에 의한 다중모드 영역에 분기점이 형성되고, 상기 제1도파로가 외부광의 입력측이며, 상기 제2도파로가 상기 광학필터에서 반사된 광의 출력측이며, 상기 제1도파로의 상기 분기점에서의 분기 각도에 의해 상기 광학필터에 입사되는 상기 외부광의 입사 각도가 제어되는 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 광통신용 파장분할소자; 및
    상기 파장분할소자의 Y-분기형 도파로의 분기점이 위치하는 일 단에 부착된 광학필터와 상기 수광부 사이에 구비되고 상기 티오-캔 패키지에 일체형으로 구비되며 광을 집광하는 렌즈;를 포함하여 구성되며,
    상기 파장분할소자는 상기 렌즈를 통해 상기 수광부와 광결합하며,
    상기 파장분할소자의 상기 Y-분기형 도파로의 분기된 한 도파로이며 외부광의 입력측인 제1도파로에 의해 상기 광학필터에 입력된 광 중 상기 광학필터에서 투과된 광은 상기 렌즈를 통해 상기 수광부로 입력되며, 상기 광학필터에서 반사된 광은 상기 Y-분기형 도파로의 분기된 다른 한 도파로인 제2도파로로 출력되며,
    상기 파장분할소자의 Y-분기형 도파로 및 광학필터는 상기 광학필터에서 투과된 광의 진행방향이 상기 티오-캔 패키지의 광원과 렌즈의 중심의 연장선에 있도록 스넬의 법칙에 따라 틸트(tilt)되어 형성된 광모듈.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 광모듈은 단일한 하우징에 일체형으로 구비된 것을 특징으로 하는 광모듈.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 렌즈는 볼렌즈 또는 비구면 렌즈인 것을 특징으로 하는 광모듈.
  11. 삭제
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