KR101307249B1

KR101307249B1 - 양방향 광모듈

Info

Publication number: KR101307249B1
Application number: KR1020110143249A
Authority: KR
Inventors: 최재식; 김도훈; 김중택; 주관종; 김효겸
Original assignee: 주식회사 한택
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-09-11
Also published as: EP2610658A2; KR20130075053A; US20130279855A1

Abstract

본 발명은 양방향으로 광신호 전달이 가능하도록 구조가 개선된 양방향 광모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따른 양방향 광모듈은 일방향으로 길게 형성되며, 광신호가 전달되는 제1광전달부재와, 일방향으로 길게 형성되며어 광신호가 전달되며, 제1광전달부재에 광결합되는 제2광전달부재와, 제1광전달부재와 제2광전달부재 사이에 배치되며, 제2광전달부재로부터 입사되며 제1영역 대의 파장을 가지는 제1광신호는 통과시키고, 제2광전달부재로부터 입사되며 제2영역 대의 파장을 가지는 제2광신호는 반사시키는 파장 필터와, 제1광전달부재에 광결합되어 제1광신호를 수신하는 광전변환소자와, 제2광전달부재에 광결합되어, 제2광신호가 제2광전달부재를 지나 파장 필터에 반사되도록 제2광신호를 발신하는 전광변환소자를 포함한다.

Description

양방향 광모듈{Bi-directional optical module}

본 발명은 광통신 기술에 관한 것으로, 특히 양방향 광모듈에 관한 것이다.

지난 십 여년간 통신 분야에 있어서 광선로의 장점과 이를 이용한 광모듈 제작 기술은 비약적으로 발전하여 왔다. 기존에는 주로 송신과 수신에 각각의 광선로를 이용하는 단방향 광모듈이 주를 이루고 있으며, 이와 관련된 특허출원으로는 공개특허 특2003-0071425 등이 있다.

도 1은 종래의 단방향 광모듈을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 경우 단방향 방식으로 광결합이 이루어져 있다. 즉, 센서 어레이(포토 다이어드 및 VCSEL 칩 등)(1)와 광섬유 어레이가 결합된 상태에서, 일부의 광섬유(2)를 통해서는 외부로부터 센서 어레이(특히, 포토 다이오드)(1)로 전달되는 광신호만 전달되고, 나머지 일부의 광섬유(3)를 통해서는 센서 어레이( VCSEL 칩)에서 발신된 광신호만이 전달되었다.

그리고, 이와 같이 단방향 방식으로 광결합이 이루어져 있으므로, 예를 들어 4개의 채널을 가동하기 위해서는 총 8개의 광섬유가 센서 어레이와 광결합되어야 한다. 따라서, 광결합 모듈의 크기가 커지고, 경제적 효용성이 저하되는 문제점이 있다.

이러한 단방향 광모듈의 문제를 해결하고자, 최근에는 기 포설되어 있는 광선로를 경제적으로 이용할 수 있는 양방향(Bi-directional) 광모듈에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이러한 광모듈의 개발은 신기술의 도입 단계를 넘어 경제적인 효과를 위해 반드시 필요한 부분이다.

도 2는 종래의 양방향 광모듈을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 종래의 경우 광섬유(4)와 레이저 다이오드(5) 사이에 파장 필터(7)를 45도로 배치하여 레이저 다이오드(5)에서 출력되는 제1의 파장을 가지는 신호(S1)는 통과시켜 광섬유(4)에 광결합 시키고, 광섬유(4)를 통해 수신되는 제2의 파장 신호(S2)는 90도로 반사시켜 포토다이오드(6)로 입사되도록 구성되어 있다. 하지만, 이러한 구조에서는 광모듈의 크기가 커질 뿐만 아니라, 레이저 다이오드(5) - 광섬유(4) - 포토다이오드(6) 간의 광결합 손실을 최소화하기 위해서는 중간에 설치되는 파장필터(7)의 정렬 시 고가의 광정렬 설비를 이용한 능동정렬 (Active alignment) 공정 및 Laser welding 설비를 이용한 공정 등이 필요하며, 이는 제조원가 상승의 요인으로 작용하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 양방향 신호전달이 가능하며, 광모듈의 크기가 축소되며, 제조원가가 감소될 수 있도록 구조가 개선된 양방향 광모듈을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 양방향 광모듈은 일방향으로 길게 형성되며, 광신호가 전달되는 제1광전달부재와, 일방향으로 길게 형성되어 광신호가 전달되며, 상기 제1광전달부재에 광결합되는 제2광전달부재와, 상기 제1광전달부재와 상기 제2광전달부재 사이에 배치되며, 상기 제2광전달부재로부터 입사되며 제1영역 대의 파장을 가지는 제1광신호는 통과시키고, 상기 제2광전달부재로부터 입사되며 제2영역 대의 파장을 가지는 제2광신호는 반사시키는 파장 필터부와, 상기 제1광전달부재에 광결합되어 상기 제1광신호를 수신하는 광전변환소자와, 상기 제2광전달부재에 광결합되어, 상기 제2광신호를 발신하는 전광변환소자와, 상기 광전변환소자 및 전광변환소자와 전기적으로 연결되며, 상기 광전변환소자에서 변환된 전기적 신호를 분석하며, 상기 전광변환소자에서 상기 제2광신호가 발신되도록 상기 전광변환소자로 전기적 신호를 인가하는 제어부를 포함하며, 상기 제2광전달부재를 통해 전달된 상기 제1광신호는 상기 파장 필터부를 통과하여 상기 제1광전달부재를 따라 전달된 후 상기 광전변환소자로 수신되며, 상기 전광변환소자에서 발신된 상기 제2광신호는 상기 파장 필터부에서 반사된 후 상기 제2광전달부재를 따라 전달되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 파장 필터부는, 상호 대면하며 광결합 되는 상기 제1광전달부재의 단부 및 상기 제2광전달부재의 단부 중 어느 하나의 단부에 코팅되어 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 제1광전달부재의 단부에는 상기 제1광신호를 반사하는 반사막이 일체로 형성되어 있으며, 상기 제1광신호는 상기 반사막에서 반사된 후 상기 광전변환소자로 수신되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 하나의 광경로를 통하여 양방향 광신호 전달이 가능해지므로, 양방향 광모듈의 크기를 축소할 수 있으며, 제조원가를 절감할 수 있다.

도 1은 종래의 단방향 광모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2은 종래의 양방향 광모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 광모듈의 개략적인 구성도이다.
도 4는 광신호가 전달되는 과정을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광결합 모듈에 관하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 광모듈의 개략적인 구성도이며, 도 4는 광신호가 전달되는 과정을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 양방향 광모듈(100)은 정렬기판(10)과, 제1광전달부재(20)와, 제2광전달부재(30)와, 파장 필터부(40)와, 광전변환소자(50)와, 전광변환소자(60)와, 제어부(70)를 포함한다.

정렬기판(10)은 후술할 제1광전달부재(20), 제2광전달부재(30), 광전변환소자(50) 및 전광변환소자(60)가 결합되는 곳이다. 정렬기판(10)은 상기한 구성의 수동정렬이 용이하도록 설계되는데, 예를 들어 제1광전달부재 및 제2광전달부재가 배치되는 삽입홈(도면 미도시)이나, 정렬을 위한 돌출턱 등이 정렬기판에 마련되어 있다. 그리고, 이 정렬기판은 반도체 에칭 공정 등을 통해 정밀하게 제작된다.

제1광전달부재(20)는 광신호를 전달하는 것으로, 일방향(광신호 전달 방향)으로 길게 형성된다. 제1광전달부재로(20)는 광섬유가 이용될 수 있다. 본 실시예의 경우에는, 4개의 제1광전달부재(20)가 정렬기판(10)의 상측에 어레이를 형성하며 결합된다. 각 제1광전달부재(20)의 양측 단부(즉, 좌측 단부 및 우측 단부)는 그 길이방향(즉, 광신호 전달 방향)에 대하여 경사지게 형성되는데, 본 실시예의 경우에는 45° 각도로 경사지게 형성된다.

그리고, 제1광전달부재(20)의 좌측 단부에는 반사막(반사 미러)(21)이 형성된다. 이 반사막(21)은 증착 공정 등을 통해 형성될 수 있으며, 제1광전달부재(20)를 통해 전달된 광신호를 반사시킨다. 이때, 반사막이 후술할 제1광신호(a) 만을 선택적으로 반사시키도록 구성할 수도 있으나, 모든 파장 영역의 광신호를 반사시키도록 구성할 수도 있다.

제2광전달부재(30)는 광신호를 전달하는 것으로, 일방향으로(광신호 전달 방향)으로 길게 형성된다. 제2광전달부재(30)로는 광섬유가 이용될 수 있다. 본 실시예의 경우에는, 4개의 제2광전달부재(30)가 정렬기판(10)의 상측에 어레이를 형성하며 결합된다. 각 제2광전달부재(30)는 제1광전달부재(20)와 광결합된다. 제2광전달부재(30)의 좌측 단부는 그 길이방향(즉, 광신호 전달 방향)에 대하여 경사지게 형성되는데, 본 실시예의 경우에는 45° 각도로 경사지게 형성되어 제1광전달부재(20)의 우측 단부와 대면하게 배치된다.

파장 필터부(40)는 광신호의 파장 영역 대에 따라 선택적으로 투과하거나 반사시킬 수 있는 것이다. 이 파장 필터부(40)는 제1광전달부재(20)의 우측 단부와 제2광전달부재(30)의 좌측 단부사이에 배치되어, 제1광전달부재(20)와 제2광전달부재(30)를 광결합시킨다. 도 4에 도시된 바와 같이, 파장 필터부(40)는 제2광전달부재로부터 입사되며 제1영역 대의 파장을 가지는 제1광신호(a)는 통과시키고, 제2광전달부재로부터 입사되며 제2영역 대의 파장을 가지는 제2광신호(b)는 반사시킨다.

한편, 이 파장 필터부(40)는 서로 대면하며 광결합되는 제1광전달부재(20)의 우측 단부와 제2광전달부재(30)의 좌측 단부 중 어느 하나의 단부에 코팅되어 일체로 형성되는 것이 바람직한데, 본 실시예의 경우 파장 필터부(40)는 제1광전달부재(20)의 우측 단부에 코팅되어 제1광전달부재(20)와 일체로 형성된다. 다만, 파장 필터부(40)는 제2광전달부재의 좌측 단부에 일체로 형성될 수도 있으며, 파장 필터부를 제1광전달부의 단부에 일체로 형성하는 방식은 코팅 방식에 국한되지 않고, 증착 공정 등 다양한 방식으로 변경될 수도 있다.

광전변환소자(50)는 광신호를 전기적으로 변환하는 것으로, 예를 들어 포토 다이오드(photodiode) 등이 이용된다. 본 실시예의 경우, 광전변환소자(50)는 4개 구비되어 제1광전달부재(20)의 일측(상측)에 어레이를 형성하며 설치되며, 각 광전변환소자는 제1광전달부재(20)와 광결합된다. 그리고, 광전변환소자(50)는 제1광전달부재의 반사막(21)에서 반사된 제1광신호(a)를 수신하고, 이를 전기적 신호로 변환한다.

전광변환소자(60)는 전기적 신호를 광신호로 변환하는 것으로, VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 소자 등이 이용된다. 본 실시예의 경우, 전광변환소자(60)는 4개 구비되어 제1광전달부재와 제2광전달부재의 경계면의 상측, 즉 파장 필터부(40)의 상측에 어레이를 형성하며 설치되며, 제2광전달부재(30)와 광결합된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전광변환소자(60)는 제2광신호(b)를 발신하며, 이 제2광신호(b)는 제2광전달부재를 지나 파장 필터(40)로 전달되며, 파장 필터에서 반사된 후 제2광전달부재(30)를 따라 진행된다.

제어부(70)는 광전변환소자(50) 및 전광변환소자(60)와 전기적으로 연결된다. 제어부는 광전변환소자(50)에서 변환된 전기적 신호를 분석한다. 그리고, 전광변환소자(60)에서 제2광신호가 발신되도록, 전광변환소자로 전기적 신호를 인가한다. 특히, 본 실시예의 경우에는 4개의 광전달 경로, 즉 제1광전달부재(20)와 제2광전달부재(30)에 의해 형성되는 경로를 통해 광신호가 전달되는바, 제어부는 4개의 채널을 가지도록 구성된다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2광전달부재에 탭핑(Tapping) 영역(31)을 형성하고, 탭핑 영역의 상측에 보조 광전변환소자(80)를 광결합시킴으로써, 전광변환소자(60)에서 발신된 후 제2광전달부재(30)를 따라 전송되는 제2광신호(b)를 모니터링 할 수 있도록 발명을 구성할 수 있다. 즉, 제2광신호의 일부를 탭핑 영역을 통해 추출하고, 이를 보조 광전변환소자에서 수신하여 분석함으로써, 제2광신호를 모니터링 한다. 이러한 방식(탭핑)에 관해서는 이미 공지되어 있는바, 탭핑 방식 등에 관해서는 설명을 생략한다.

상술한 바와 같이 구성된 광결합 모듈에 있어서, 외부(즉, 반대측 광결합 모듈)로부터 전달되는 제1광신호(a)는 제2광전달부재(30) 및 제1광전달부재(20)를 통해 전달되고, 반사막(21)에서 반사된 후 광전변환소자(50)에 수신된다. 그리고, 전광변환소자(60)에서 발신된 제2광신호(b)는 파장 필터부(40)에서 반사된 후 제2광전달부재(30)를 따라 외부의 기기로 전달된다. 즉, 하나의 광전달 경로를 통해 광신호를 수신 및 발신할 수 있으며, 따라서 종래에 비하여 광전달 경로(예를 들어, 광섬유)의 수를 절반으로 감소시킬 수 있으며, 그 결과 광결합 모듈의 크기를 줄이고 경제성을 향상시킬 수 있다.

게다가, 제1광전달부재의 단부를 45° 각도로 경사지게 형성하고, 여기에 반사막(21)을 형성하고 광전변환소자(50)를 제1광전달부재(20)의 상측에 배치하였다. 그리고, 파장 필터부(40) 역시 45° 각도로 경사지게 형성하고, 전광변환소자(60)를 파장 필터부(40)의 상측에 배치하였다. 그리고, 이와 같이 광전달 경로를 기준으로 하여 광전변환소자(50) 및 전광변환소자(60)를 모두 동일한 방향, 즉 광전달 경로의 상측에 배치함으로써 양방향 광모듈의 구조가 간단해진다.

보다 구체적으로 설명하면, 광전변환소자 어레이 및 전광변환소자 어레이를 정렬시키기 위해서는 정렬기판(10)에 각 어레이를 설치할 수 있는 공간을 형성하여야 하는데, 이와 같이 광전변환소자 및 전광변환소자 어레이를 모두 광전달 경로의 상측에 배치하면, 정렬기판을 설계하기도 용이해지고, 조립과정도 용이해지는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100...양방향 광모듈 10...정렬기판
20...제1광전달부재 21...반사막
30...제2광전달부재 31...탭핑 영역
40...파장 필터부 50...광전변환소자
60...전광변환소자 70...제어부
80...보조 광전변환소자

Claims

일방향으로 길게 형성되며, 광신호가 전달되는 제1광전달부재;
일방향으로 길게 형성되어 광신호가 전달되며, 상기 제1광전달부재에 광결합되는 제2광전달부재;
상기 제1광전달부재와 상기 제2광전달부재 사이에 배치되며, 상기 제2광전달부재로부터 입사되며 제1영역 대의 파장을 가지는 제1광신호는 통과시키고, 상기 제2광전달부재로부터 입사되며 제2영역 대의 파장을 가지는 제2광신호는 반사시키는 파장 필터부;
상기 제1광전달부재에 광결합되어 상기 제1광신호를 수신하는 광전변환소자;
상기 제2광전달부재에 광결합되어, 상기 제2광신호를 발신하는 전광변환소자; 및
상기 광전변환소자 및 전광변환소자와 전기적으로 연결되며, 상기 광전변환소자에서 변환된 전기적 신호를 분석하며, 상기 전광변환소자에서 상기 제2광신호가 발신되도록 상기 전광변환소자로 전기적 신호를 인가하는 제어부;를 포함하며,
상기 제2광전달부재를 통해 전달된 상기 제1광신호는 상기 파장 필터부를 통과하여 상기 제1광전달부재를 따라 전달된 후 상기 광전변환소자로 수신되며, 상기 전광변환소자에서 발신된 상기 제2광신호는 상기 파장 필터부에서 반사된 후 상기 제2광전달부재를 따라 전달되며,
상기 파장 필터부는, 상호 대면하며 광결합 되는 상기 제1광전달부재의 단부 및 상기 제2광전달부재의 단부 중 어느 하나의 단부에 코팅되어 일체로 형성되며,
상기 제1광전달부재의 단부에는 상기 제1광신호를 반사하는 반사막이 일체로 형성되어 있고, 상기 제1광신호는 상기 반사막에서 반사된 후 상기 광전변환소자로 수신되는 것을 특징으로 하는 양방향 광모듈.
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