KR101283678B1 - 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈 - Google Patents

파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파장분할소자(WDM 커플러(WDM coupler), Wavelength Division Multiplexing Coupler)와 양방향 광송수신모듈(BOSA, Bi-directional Optical Sub-Assembly)을 결합한 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈에 관한 것으로, 특히 듀얼 코어 파이버(dual core fiber)와 GRIN rod lens 앞단에 WDM 필터(WDM filter)를 설치한 구조물을 기존의 BOSA 광모듈에 내장하여 구조를 단순화 하고 외부크기도 기존에 사용되는 SFP(Small Form Factor Pluggable) 기구물에 장착할 수 있으며 광수신부와 광송신부의 광고립도(Optical isolation)와 레이져다이오드 출력 및 WDM 커플러(WDM coupler) 특성의 저하 없이 저가격화를 이루는 것을 특징으로 하는 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈은, 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈에 있어서, 입력부인 광섬유에 입사된 광신호가 GRIN 렌즈를 거쳐서 평행광으로 변환되고, WDM 필터를 만나서 반사되는 광신호는 다시 GRIN 렌즈를 거쳐서 출력부인 광섬유에 입사되어 출력되며, WDM 필터를 투과한 광신호는 포커싱(focusing) 렌즈를 거쳐서 포커싱 빙(focusing beam) 형태를 유지하며, 스플리팅 필터(Splitting filter)를 거치면서 반사되는 광신호는 수신부인 포토다이오드에 입사되고, 광송신부인 레이져다이오드에서 출력된 광신호는 광분리기(Optical isolator)와 스플리팅 필터(Splitting filter)와 평행광렌즈를 거친 후 GRIN 렌즈에 집속되어 최종적으로 입력부 광섬유로 출력되는 것을 특징으로 한다.

Description

파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈{Optical transceiver Module Integrated WDM coupler and Bi-directional Optical Sub-Assembly}
본 발명은 파장분할소자(WDM 커플러(WDM coupler), Wavelength Division Multiplexing Coupler)와 양방향 광송수신모듈(BOSA, Bi-directional Optical Sub-Assembly)을 결합한 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈에 관한 것으로, 특히 듀얼 코어 파이버(dual core fiber)와 GRIN rod lens 앞단에 WDM 필터(WDM filter)를 설치한 구조물을 기존의 BOSA 광모듈에 내장하여 구조를 단순화 하고 외부크기도 기존에 사용되는 SFP(Small Form Factor Pluggable) 기구물에 장착할 수 있으며 광수신부와 광송신부의 광고립도(Optical isolation)와 레이져다이오드 출력 및 WDM 커플러(WDM coupler) 특성의 저하 없이 저가격화를 이루는 것을 특징으로 하는 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈은 하나의 광섬유를 통하여 유선광통신인 FTTH, CATV 등과 무선광통신인 WiBro, WiFi 등 디지털 및 아나로그 광송수신을 수용하는 ITU-R G.983.3 규격에 따르는 WDM 커플러(WDM coupler)와 결합된 광송수신모듈을 제공할 수 있게 된다.
종래의 파장분리형 양방향 광송수신모듈은 도 2와 같이 WDM 커플러(WDM coupler)와 BOSA가 분리된 형태로 두 소자의 광황이버(광섬유(Optical fiber))를 융착접합(퓨전 스플라이싱(Fusion splicing))하여 결합하는 형태로 이용되었고 두 소자가 분리됨에 따라 모듈장착 시 광화이버와 융착접합부의 여장처리를 위한 추가적인 공간이 필요하고 이에 따른 비용이 발생한다. WDM 커플러(WDM coupler)의 내부는 입력부의 듀얼 코어 파이버(dual core fiber), GRIN 렌즈, WDM 필터(WDM filter)와 출력부의 듀얼 코어 파이버(dual core fiber)와 GRIN 렌즈로 구성된다.
기존 WDM 커플러(WDM coupler)와 BOSA를 결합한 형태로 한국공개특허 제10-0029088호에 개시되어 있다. 이 문헌에서는 WDM 커플러(WDM coupler)를 BOSA와 결합하기 위해서 통상적인 듀얼 코어 파이버(dual core fiber) 앞 부분에 GRIN 렌즈(GRIN lens)를 사용하는 대신에 평행광 렌즈 (콜리메이팅 렌즈(Collimating lens))를 사용하였고 레이져다이오드 부분의 평행광 렌즈와 결합하는 광학계를 구성한다. 그러나 WDM 커플러(WDM coupler)의 기본적인 특성을 만족하기 위해서 듀얼 코어 파이버(dual core fiber) 앞 부분에 평행광 렌즈를 정렬하기 위해서 추가적인 공정비용이 발생하고 또한 평행광의 유효직경(effective beam diameter, 1/e2)을 줄이는데 한계가 있기 때문에 광분리기(Optical isolator)와 스플리팅 필터(Splitting filter)의 크기(clear aperture)가 증가해야 하고 또한 포토다이오드(PD, Photo diode) 부분의 렌즈의 크기도 증가해야 한다. 또한, 상기 문헌에 개시된 기술은 평행광의 유효경이 커짐에 따라서 소요되는 광부품들의 크기가 증가하므로 통상적인 광통신모듈에 사용되는 표준부품을 사용하지 못하고 또한 레이져다이오드와 포토다이오드 모두 평행광렌즈를 채용해야 하는 단점이 있다.
또한, 한국등록특허 제10-0418204호, 제10-0559935호에는 WDM 커플러(WDM coupler)와 포토다이오드를 결합한 형태의 기술이 개시되어 있다. 이들 문헌에 개시된 기술에서는 WDM 커플러(WDM coupler)와 포토다이오드를 일체형으로 결합하는 구조를 사용하여 집적화에 따른 재료비의 절감과 생산성증대 및 전체 시스템구성 시 공정의 간소화를 이루는 이점이 있다. 또한 추가적인 굴절렌즈를 사용해서 광수신부로 입사되는 입사각을 가변시켜 포토다이오드의 수광효율을 증가시키는 특징을 가지고 있다.
그러나 상기 기술은 양방향 광송수신모듈 (BOSA) 특히 레이져다이오드와 WDM 커플러(WDM coupler)를 결합할 경우에 있어서는 이 특허에서 제시한 방식은 적용할 수 없으며 본 발명과 같은 별도의 정밀한 광학계가 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 인식하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 기존 WDM 커플러(WDM coupler)를 BOSA 내부에 집적화하여 소요되는 부품수를 감소하고 조립공정을 단순화하여 모듈의 저가격화를 이루고 전체 시스템구축 시 공정의 간소화를 이룰 수 있는 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 기존의 분리된 WDM 커플러(WDM coupler)와 BOSA에 사용되는 원재료인 LD, PD, isolator, filter, GRIN 렌즈(GRIN lens), 에스퍼릭 렌즈(aspheric lens) 등 표준 부품들을 수정하지 않고 그대로 사용할 수 있는 광학계를 채용함으로써 제조원가를 절감할 수 있으며, 집속화로 출력부의 듀얼 코어 파이버(dual core fiber), GRIN 렌즈, WDM 커플러(WDM coupler) 외장부 및 융착접합부 (퓨전 스플라이싱(Fusion splicing))가 없어지고, 집속형렌즈를 사용함으로써 제조비용을 절감하고 제조공정을 간편하게 할 수 있는 처리할 수 있는 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈은, 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈에 있어서, 입력부인 광섬유에 입사된 광신호가 GRIN 렌즈를 거쳐서 평행광으로 변환되고, WDM 필터를 만나서 반사되는 광신호는 다시 GRIN 렌즈를 거쳐서 출력부인 광섬유에 입사되어 출력되며, WDM 필터를 투과한 광신호는 포커싱(focusing) 렌즈를 거쳐서 포커싱 빙(focusing beam) 형태를 유지하며, 스플리팅 필터(Splitting filter)를 거치면서 반사되는 광신호는 수신부인 포토다이오드에 입사되고, 광송신부인 레이져다이오드에서 출력된 광신호는 광분리기(Optical isolator)와 스플리팅 필터(Splitting filter)와 평행광렌즈를 거친 후 GRIN 렌즈에 집속되어 최종적으로 입력부 광섬유로 출력되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈은, 입력 광신호로서 1270nm ~ 1610nm 파장대역을 사용하고, 출력광신호로서 1270nm ~ 1610nm 파장 중 적어도 하나 이상의 파장을 사용하며, 양방향 광송수신 파장으로서 출력광신호를 제외한 파장을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈은, 포커싱(focusing) 렌즈가 부착된 레이져다이오드와 평행광 GRIN 렌즈간 광결합되고, 광결합효율을 증가시키기 위해서 중간에 평행광 렌즈를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈은, 양방향 송수신 모듈의 광수신부와 광송신부의 파장을 10 ~ 90% 투과 필터를 사용하여 같은 파장을 사용하거나 또는 스플리팅 필터(Splitting filter)를 사용하여 광송신부와 광수신부에 다른 파장을 사용하는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈은, 기존 WDM 커플러(WDM coupler)를 BOSA 내부에 집적화하여 소요되는 부품수를 감소하고 조립공정을 단순화하여 모듈의 저가격화를 이루고 전체 시스템구축 시 공정의 간소화를 이룰 수 있는 장점을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈은 기존의 분리된 WDM 커플러(WDM coupler)와 BOSA에 사용되는 원재료인 LD, PD, isolator, filter, GRIN 렌즈(GRIN lens), 에스퍼릭 렌즈(aspheric lens) 등 표준 부품들을 수정하지 않고 그대로 사용할 수 있는 광학계를 채용함으로써 제조원가를 절감할 수 있으며, 집속화로 출력부의 듀얼 코어 파이버(dual core fiber), GRIN 렌즈, WDM 커플러(WDM coupler) 외장부 및 융착접합부 (퓨전 스플라이싱(Fusion splicing))가 없어지고, 집속형렌즈를 사용함으로써 제조비용을 절감하고 제조공정을 간편하게 할 수 있는 처리할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈은, WDM 커플러(WDM coupler)가 내장된 양방향 광송수신 모듈에 의하면 기존의 WDM 커플러(WDM coupler)와 BOSA 가 분리된 구조와 비교하여 WDM 특성, 광출력 (opitcal output power), 수신감도 (PD sensitivity), optical cross-talk 등 모든 특성의 저하 없이 집적형 광학소자를 제조할 수 있으며, 집적화에 따른 모듈의 저가격과 생산성 향상 및 모듈의 단일화를 이룰 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈을 개략적으로 도시한 도면
도 2는 종래의 WDM 커플러(WDM coupler)와 BOSA가 융착접합(퓨전 스플라이싱(Fusion splicing))으로 연결된 구조를 도시한 개략도
도 3-a는 평행광 렌즈 갭(콜리메이팅 렌즈드 캡(Collimating lensed cap))이 장착된 LD TO Can(Laser diode Transistor Outlook Can)과 dual fiber collimator와 광결합할 경우의 광학계 구조도
도 3-b는 flat window cap이 장착된 LD TO Can에 외장형 평행광 렌즈(외부 콜리메이팅 렌즈(External Collimating lens))를 장착하여 듀얼 파이버 콜리메이터(dual fiber collimator)와 광결합할 경우의 광학계 구조도
도 3-c는 본 발명의 일실시예에 따른 본 발명의 일실시예에 따른 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈에서 집속형 렌즈 캡 (focusing lensed cap)이 장착된 LD TO Can과 듀얼 파이버 콜리메이터(dual fiber collimator) 사이에 별도의 평행광 렌즈를 사용한 광학계 구조도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈로서 도 3-c의 광학계에 광분리기(Optical isolator), 스플리팅 필터(Splitting filter), 포토다이오드(PD, Photo Diode)를 장착한 WDM 커플러(WDM coupler) 내장형 BOSA 광학계 구조도
도 5-a는 광송신부와 광수신부의 파장이 같은 BOSA(Same wavelength BOSA)의 경우 각부품의 개략도
도 5-b는 Same wavelength BOSA의 경우 WDM 필터의 사양
도 5-c는 Same wavelength BOSA의 경우 Splitting 필터의 사양
도 6-a는 광송신부와 광수신부의 파장이 서로 다른 BOSA(Different wavelength BOSA)의 경우 각부품의 개략도
도 6-b는 Different wavelength BOSA의 경우 WDM 필터의 사양
도 6-c는 Different wavelength BOSA 의 경우 Splitting 필터의 사양
도 6-d는 광수신부의 다른 파장을 걸러주는 blocking 필터의 사양
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈로서 완성된 WDM 커플러(WDM coupler) 내장된 BOSA의 실물사진
이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈은 레이저다이오드와 상기 레이져다이오드에서 방출된 빛을 집속광(포커싱 빙(focusing beam))으로 변환하는 비구면 렌즈(에스퍼릭 렌즈(aspheric lens))와 광분리기(Optical isolator)와 스플리팅 필터(Splitting filter)를 거치고난 후 GRIN 렌즈에 광결합하여 이루어진다.
도 1은 본 발명의 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈의 구성을 나타낸 것으로, 도 1을 참조하면, 입력 광섬유(Input fiber)(2)는 듀얼 코어 캐필러리(Dual core capillary)(3)를 거쳐서 GRIN 렌즈(GRIN lens)(4)를 통해 평행광으로 변환되며 WDM 필터(WDM filter)(6)를 거치면서 통과하는 빛은 광수신부와 광송신부로 전달되지만 반사되는 광은 GRIN 렌즈(GRIN lens)(4)를 거쳐서 출력 광섬유(Output fiber)(1)로 되돌아 나가게 된다. WDM 필터(WDM filter)(6)을 통해서 나온 평행광은 추가적인 평행광 렌즈(7)을 거치면서 집속광(포커싱 빙(focusing beam))으로 변환되고 다시 스플리팅 필터(Splitting filter)(8)을 통해서 반사되는 광은 광수신부인 포토다이오드 (5)로 들어가서 광신호를 받게된다. 집속형렌즈가 장착된 LD TO Can(10)에서 나오는 광은 광분리기(Optical isolator)(9)를 거치고 평행광 렌즈(7)를 지나면서 평행광을 이루게 되고 최종적으로 GRIN 렌즈(GRIN lens)(4)와 결합하여 입력 광섬유(Input fiber)(2)로 광신호를 송신할 수 있게 된다.
도 3-a는 WDM 커플러(WDM coupler)의 내부구조인 듀얼 코어 파이버(dual core fiber)와 GRIN 렌즈(GRIN lens)를 사용할 경우에 있어 외경 1.8mm의 GRIN 렌즈(GRIN lens)의 effective beam diameter(1/e2)는 약 0.5mm가 된다. LD와의 광결합효율(coupling efficiency)을 최대화 하기 위해서는 LD에서 방출되는 평행광의 effective beam diameter가 0.5mm 정도로 GRIN 렌즈(GRIN lens)의 effective beam diameter와 같은 값을 가지는 것이 필요한데, 기존의 콜리메이팅 렌즈(Collimating lens)(17)가 장착된 cap 구조에서는 레이져다이오드와 렌즈간의 거리를 최소 0.2mm로 할 경우 effective beam diameter는 약 1.3mm 정도가 되고, 이 경우 LD 칩(LD chip)(16)의 조립정밀도와 lensed cap의 조립정밀도에 한계가 있기 때문에 평행광 렌즈를 거쳐 나오는 빛의 방사각(beam divergence angle)을 GRIN 렌즈에서 방사되는 광과 동일하게 정밀하게 제어하기 어렵다. 이러한 이유 때문에 콜리메이팅 렌즈드 캡(Collimating lensed cap)을 사용한 LD TO Can을 GRIN 렌즈(GRIN lens)에 바로 결합하는 광학계는 사용이 어렵다.
도 3-b는 flat window cap을 가지는 LD TO Can의 외부에 평행광 렌즈(18)를 사용하는 광학계를 나타내고 있는데, 이 경우 LD 칩(LD chip)과 외부 평행광 렌즈(18) 사이의 거리가 1.1mm 정도 떨어져 있어 effective beam diameter는 1.6mm 정도로 되고 GRIN 렌즈(GRIN lens)의 effective beam diameter인 0.5mm 와 차이가 있어서 광결합효율은 매우 낮게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 본 발명에서는 도 3-c와 같이 focusing lensed cap(10)을 장착한 LD TO Can과 GRIN 렌즈(GRIN lens) 사이에 추가로 콜리메이팅 렌즈(Collimating lens)(7)를 사용하는 광학계를 고안하였다. LD 에서 focusing lens를 거쳐서 집광된 빛은 초점(focal point)을 지나서 다시 퍼지게 되는데 이 퍼지는 특정한 지점에 평행광렌즈(7)를 놓음으로서 최종적으로 생성된 평행광의 effective beam diameter를 0.5mm 로 조절할 수 있고 결국 LD와 GRIN 렌즈(GRIN lens)간에 30 ~ 50%정도 높은 광결합효율을 얻을 수 있다.
도 4는 도 3c에서 고안된 광학계를 기본으로 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈을 도시한 것이다. Focusing lensed cap이 장착된 LD TO Can(10)과 GRIN 렌즈(4) 사이에 평행광 렌즈(7)를 구성함으로서 광결합효율을 높이고 또한 LD로 되돌아 입사되는 광을 방지하기 위한 광분리기(Optical isolator)(9)를 장착하고, 스플리팅 필터(Splitting filter)(8)을 장착해서 수신부로 들어가는 광을 분리하는 구조이다.
도 4의 광학계와 구조도를 기본으로 도 1에는 각 부품들을 결합하는 전체적인 광송수신모듈을 나타내었다. 입력 광섬유(Input fiber)(2)는 듀얼 코어 캐필러리(Dual core capillary)(3)를 거쳐서 GRIN 렌즈(GRIN lens)(4)를 통해 평행광으로 변환되며 WDM 필터(WDM filter)(6)를 거치면서 통과하는 빛은 광수신부와 광송신부로 전달되지만 반사되는 광은 GRIN 렌즈(GRIN lens)(4)를 거쳐서 출력 광섬유(Output fiber)(1)로 나가게 된다. WDM 필터(WDM filter)(6)을 통해서 나온 평행광은 추가적인 평행광 렌즈(7)을 거치면서 집속광(포커싱 빙(focusing beam))으로 변환되고 다시 스플리팅 필터(Splitting filter)(8)을 통해서 반사되는 광은 광수신부인 포토다이오드(5)로 들어가게 된다. Focusing lens가 장착된 LD TO Can(10)에서 나오는 광은 광분리기(Optical isolator)(9)를 거치고 콜리메이팅 렌즈(Collimating lens)(7)를 지나면서 평행광을 이루고 최종적으로 GRIN 렌즈(GRIN lens)(4)와 결합하여 입력 광섬유(Input fiber)(2)로 광을 송신할 수 있게 된다.
도 1과 같은 구조의 광모듈을 제작하기 위해서 도 4의 스플리팅 필터(Splitting filter)(8)을 제외하고 모든 기구물을 stainless steel 304 제품을 사용하여 laser welding 장비를 사용하여 각 부분을 용접하여 결합하였다. 광모듈 제조공정 중 가장 중요한 광정렬(optical alignment)은 먼저 GIRN lens(4)와 콜리메이팅 렌즈(Collimating lens)(7)을 기구물에 용접하여 고정한 후 포커싱 렌즈드 LD(Focusing lensed LD) TO Can(10 을 3축정렬장치를 사용하여 최대 결합효율이 되는 위치를 찾아 정렬한 후에 레이져웰딩(laser welding)하여 용접하는 공정을 거친다. LD 공정 후 포토다이오드부도 동일한 방법으로 최대 수신감도가 출력되는 위치를 찾아서 광정렬한 후 용접한다.
도 5-a는 광수신부와 광송신부에 동일한 파장을 사용할 경우 WDM 필터(WDM filter)(6)와 스플리팅 필터(Splitting filter)(8)의 특성을 나타내었다. 도 5-b는 WDM 필터(WDM filter)의 예로서 입력 광섬유(Input fiber)(2)로 1310 ~ 1610nm의 파장이 들어올 경우 1310 ~ 1490nm 대역의 파장은 모두 반사시켜서 fiber output(1)로 출력시키고 통과된 1550 ~ 1610nm 대역의 파장은 다시 50% 투과하고 50%는 반사하는 스플리팅 필터(Splitting filter)(8)을 거쳐서 50% 광은 광수광부(5)로 들어가고 또한 광송신부(10)에서 나오는 광은 입력 광섬유(Input fiber)(2)를 통해서 방출되는 구조를 나타내고 있다.
도 6-a, 도 6-b, 도 6-c는 광송신과 광수신 파장을 각각 다른 대역을 사용할 경우의 WDM 필터(WDM filter)(6)와 스플리팅 필터(Splitting filter)(8)의 특성을 나타내었다. 광수신부의 cross-talk을 감소시키기 위해서 도 6-d와 같이 광수신부에 입사되는 광을 제외한 나머지 파장대역의 광은 모두 반사시키는 blocking filter(16)을 사용하였다.
이하는 본 발명에 따른 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈에 대한 구체적인 실시예로서, WDM-filter(6)는 1590nm 파장이 투과되고 1310nm ~ 1550nm 파장대역은 반사되는 특성을 가지는 듀얼 코어 파이버(dual core fiber) collimator(3)로서 통상적으로 판매되는 제품을 사용하였다. GRIN 렌즈(GRIN lens)의 외경은 1.8mm이며 effective beam diameter는 beam profiler로 측정한 결과 0.5mm 정도였다. 듀얼 코어 캐필러리(Dual core capillary)와 GRIN 렌즈를 결합하는 외부구조물은 stainless steel 304 으로 외경은 3.8mm였고 끝단에 평행광 렌즈(7)를 접합할 수 있는 구조를 가지고 있으며 외부구조물과 렌즈는 레이져웰더를 사용하여 용접하였다. 입력단 화이버(2)에 1310nm ~ 1590nm의 광을 입사시킬 경우 출력단 화이버(1)에서는 1310nm ~ 1550nm 대역의 광은 모두 반사시키고 단지 1590nm 대역의 광출력만을 나타내었으며 이때 optical isolation은 31dB, total insertion loss는 1dB 미만이었다.
평행광 렌즈(7)의 focal length는 1.65mm, 평행광의 effective beam diameter는 GRIN 렌즈(GRIN lens)의 유효경과 같이 0.5mm로 설계하고 제작하였다.
스플리팅 필터(Splitting filter)(8)은 1590nm 파장대역과 AOI(Angle Of Incident beam) 45도 상태에서 1590nm로 입사된 광을 50%만 투과시키고 나머지 50%는 수광부로 반사시키는 성능의 필터를 사용하였다.
포토다이오드는 통상적인 BOSA에 사용되는 focal length 2.3mm, 수신감도 -36dBm의 155Mbps급 상용품을 사용하였고, 입력광 1590nm에 대해서 BERT system 으로 측정한 결과 수신감도는 -32dBm 을 나타내었다.
Isolator(9)는 clear aperture 0.8mm 제품을 사용하였고, 레이져다이오드(10)는 focal length 7.5mm인 비구면렌즈가 장착된 1590nm DFB LD를 사용하였다.
본 실시예를 통해서 상온에서 LIV text system으로 광출력을 측정한 결과 레이져다이오드의 구동전류를 문턱전류 7.0mA + 10mA로 할 경우 opitcal isolator(9), 스플리팅 필터(Splitting filter)(8), 평행광 렌즈(7), GRIN 렌즈(5)를 통해서 최종적으로 입력단 화이버(2)로 0.35mW의 광출력을 보였다. 레이져다이오드의 비구면렌즈 앞단에서 측정한 광출력 값을 1mW 정도임을 감안할 때 총 광결합효율은 약 27%로 계산된다.
이 결합효율은 통상적인 포커싱 렌즈드 LD(Focusing lensed LD) TO Can과 광화이버를 광경합할 경우의 50% 정도 결합효율보다는 낮은 값을 보이고 있으나 GRIN 렌즈(GRIN lens)과 광결합하고 중간 광경로에 50% 스플리팅 필터(Splitting filter)가 있을 경우를 감안하면 아주 좋은 결과를 보이고 있으며 양산성에도 문제가 없는 결과를 보이고 있다.
도면 7에 본 발명과 같이 제작된 WDM 커플러(WDM coupler) 내장형 BOSA 를 나타내었다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
1 출력 광섬유(Output fiber)
2 입력 광섬유(Input fiber)
3 듀얼 코어 캐필러리(Dual core capillary)
4 GRIN 렌즈(GRIN lens)
5 포토다이오우드(Photodiode)
6 WDM 필터(WDM filter)
7 콜리메이팅 렌즈(Collimating lens)
8 스플리팅 필터(Splitting filter)
9 광분리기(Optical isolator)
10 포커싱 렌즈드 LD(Focusing lensed LD)
11 BOSA
12 광섬유(Optical fiber)
13 퓨전 스플라이싱(Fusion splicing)
14 출력 광섬유(Output fiber)
15 WDM 커플러(WDM coupler)
16 LD 칩(LD chip)
17 콜리메이팅 렌즈드 캡(Collimating lensed cap)
18 외부 콜리메이팅 렌즈(External Collimating lens)

Claims (4)

  1. 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈에 있어서,
    입력부인 광섬유에 입사된 광신호가 GRIN 렌즈를 거쳐서 평행광으로 변환되고,
    WDM 필터를 만나서 반사되는 광신호는 다시 GRIN 렌즈를 거쳐서 출력부인 광섬유에 입사되어 출력되며,
    WDM 필터를 투과한 광신호는 포커싱(focusing) 렌즈를 거쳐서 포커싱 빙(focusing beam) 형태를 유지하며,
    스플리팅 필터(Splitting filter)를 거치면서 반사되는 광신호는 수신부인 포토다이오드에 입사되고,
    광송신부인 레이져다이오드에서 출력된 광신호는 광분리기(Optical isolator)와 스플리팅 필터(Splitting filter)와 평행광렌즈를 거친 후 GRIN 렌즈에 집속되어 최종적으로 입력부 광섬유로 출력되며,
    입력 광신호로서 1270nm ~ 1610nm 파장대역을 사용하고,
    출력광신호로서 1270nm ~ 1610nm 파장 중 적어도 하나 이상의 파장을 사용하며,
    양방향 광송수신 파장으로서 출력광신호를 제외한 파장을 사용하고,
    포커싱(focusing) 렌즈가 부착된 레이져다이오드와 평행광 GRIN 렌즈간 광결합되며,
    광결합효율을 증가시키기 위해서 중간에 평행광 렌즈를 사용하고,
    양방향 송수신 모듈의 광수신부와 광송신부의 파장을 10 ~ 90% 투과 필터를 사용하여 같은 파장을 사용하거나 또는 스플리팅 필터(Splitting filter)를 사용하여 광송신부와 광수신부에 다른 파장을 사용하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 파장분할소자와 양방향 광송수신 소자가 집적화된 광송수신 모듈.
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