KR101322756B1

KR101322756B1 - 파장 선택형 광 모듈

Info

Publication number: KR101322756B1
Application number: KR1020130036951A
Authority: KR
Inventors: 윤의식; 박충규; 박현; 박경현
Original assignee: (주)에이알텍
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2013-10-29

Abstract

본 발명의 파장 선택형 광 모듈은 광을 생성하는 레이저 다이오드, 상기 광을 집속하는 렌즈, 상기 집속된 광 경로 상에 배치되고, 소정의 투과율을 가지는 45°반사 필터 및 상기 반사 필터에 의하여 변경된 광 경로 상에 배치되고, 전면에는 BPF 특성을 가지는 박막 코팅이 형성되며, 배면에는 전 파장 영역에서 반사 특성을 가지는 반사면이 형성되는 BPF 미러를 포함한다. 이와 같은 구성에 의하면, 광 파워를 제어하는 요소와 광 스펙트럼을 제어하는 요소를 분리하여 광 결합 효율을 최대로 한 후에, 광 소스의 파장을 독립적으로 제어할 수 있다.

Description

파장 선택형 광 모듈 {Device for optical wavelength selectable module}

본 발명은 WDM-PON에 있어서, 광 소스의 동작 중심 파장을 원하는 파장으로 고정하는 파장 선택형 광 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광 모듈의 기본 부품인 TO(transistor outline) 패키지를 이용하여 조립되는 OSA(optical sub-assembly)의 광 경로에 협(narrow) 대역통과필터(BPF: band pass filter) 특성을 갖는 BPF 필터와, 전 파장에 대하여 전반사 특성을 갖는 미러를 동시에 설치함으로써, BPF의 투과 특성과 동일한 파장 특성을 갖는 광 파워가 직접 광 소스로 피드백(feedback) 되게 하여 여기광원으로 작용하게 함으로써, 구조상 외부공진기(external cavity) 구조를 형성하여 광 대역의 파장 특성을 갖는 레이저 다이오드(LD: Laser Diode)의 동작 파장을 BPF와 동일한 중심 파장에서 35dB 이상의 SMSR(side-mode suppression ratio)특성을 갖고, 수 Gbps 급의 데이터를 수십 km이상의 전송이 가능한 광 소스를 제공하는 광 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 인터넷(internet)의 급속한 확산으로 영상 및 화상 중심의 서비스가 급증하면서 광 가입자 망의 고속화에 대한 요구 또한 커지고 있다. 현재 영상 서비스는 인터넷 트래픽(traffic)의 약 40%를 차지하고 있고, 2014년에는 전체의 90% 이상을 차지할 것으로 예상된다.

특히 높은 대역폭을 요구하는 고화질 텔레비전(HDTV), 3D 텔레비전(3D TV), 주문형 비디오(VOD: Video On Demand), 실시간 비디오(Real-time video) 등을 수용하기 위해서는 가까운 미래에 각 가입자에게 1 Gb/s 이상의 대역폭을 제공하면서 높은 서비스 품질(Qos: Quality of Service)을 보장할 수 있어야 한다.

이러한 기술로서 파장 분할 다중화 수동형 광 가입자 망(Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network: 이하, "WDM-PON"이라 함.)이 주목을 받고 있다.

도 1을 참조하면, 종래 WDM-PON 시스템(100)은 다수 개 채널(가령, 16채널)의 신호(즉, 파장)를 각각 발진하는 광 송신기들(Source ＃1(λ₁), Source ＃2(λ₂) ... Source ＃N(λn))로 이루어진 광 송신단(110), 광 송신단(110)의 각 채널 신호를 멀티플렉싱 하는 멀티플렉서(MUX: Multi-plexer)(120), 광 신호를 전달하는 광 파이버(130), 채널별 신호로 분리하기 위한 디멀티플렉서(DEMUX: DEMulti-plexer)(140), 각 채널 신호를 검출하는 광 수신기들(User ＃1(λ₁), User ＃2(λ₂) ... User ＃N(λn))로 이루어진 광 수신단(150)을 포함한다.

도면에는 도시되어 있지 않지만, 광 송신단(110)과 멀티플렉서(120) 사이 혹은 디멀티플렉서(140)와 광 수신단(150) 사이에는 서로 다른 파장 출력을 하나의 광 파이버(130)로 싣기 전에 파워를 균등히 맞추기 위한 가변 감쇄기/VOA(Variable Optical Attenuator)/Polarization Controller(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 종래 WDM-PON 시스템(100)에 의하면, 중앙 기지국(OLT : Optical Line Terminal)내 광 송신단(110)에서 다채널 광 가입자용 하향 채널 신호(λ₁, λ₂… λn)가 원격지에 위치한 광 가입자(ONU)의 통과 파장에 맞게 발진된 후에 각 가변 감쇄기/VOA(도시되지 않음)를 통과하여 각 채널 신호가 멀티플렉서(MUX)(120)에 전달된다. 멀티플렉서(MUX)(120)는 각 채널 신호를 하나의 신호로 멀티플렉싱 한 후에 광 파이버(130)에 전달하는데, 이때 광 증폭기(OA)(도시되지 않음)와 색 분산 보상기(DCF)(도시되지 않음)를 통해서 광 손실 및 색 분산을 보상할 수도 있다. 그리고 하향 위치에 있는 지역 기지국내 디멀티플렉서(DEMUX)(140)는 광 파이버(130)를 통해 전달된 멀티플렉싱 된 신호를 각 채널별로 디멀티플렉싱 하고, 분리된 각 채널 신호(λ₁, λ₂… λn)를 각 개별 광 가입자(ONU)쪽으로 전달한다. 각 광 가입자(ONU)에서는 가변 감쇄기/VOA와 밴드 통과 필터(BPF)(도시되지 않음)를 거쳐 각 채널 신호가 전달되고 광 수신단(150)의 광 수신기들(User ＃1(λ₁), User ＃2(λ₂) … User ＃N(λn))을 통해서 각 채널 신호를 검출한다.

중앙 기지국(OLT)에서 L-대역 비간섭성 광 소스(L-band BLS)(170)로부터 방출되는 L-대역 자연 방출 광이 제1서큘레이터(Circulator: CIR1)(172)와 제1WDM 필터(WDM1)(174)로 구성된 제1광 분할기와 멀티플렉서(120)를 거쳐 중앙 기지국(OLT)의 광 송신기들(Source ＃1(λ₁), Source ＃2(λ₂) … Source ＃N(λn))로 주입되어 광 신호가 만들어진다. 이러한 광 신호가 중앙 기지국(OLT)에서 복수의 광 수신기들(User ＃1(λ₁), User ＃2(λ₂) … User ＃N(λn))로 전송되는 하향 신호가 된다. 한편, 중앙 기지국(OLT)에서 C-대역 비간섭성 광 소스(C-band BLS)(180)로부터 방출되는 C-대역 자연 방출 광이 제2서큘레이터(CIR2)(182)와 제2WDM 필터(WDM2)(184)로 구성된 제2광 분할기, 광 파이버(130) 및 디멀티플렉서(140)를 거쳐 광 가입자(ONU)의 광 수신기들(User ＃1(λ₁), User ＃2(λ₂) … User ＃N(λn))로 주입되어 광 소스가 만들어진다. 이러한 광 신호가 복수의 광 수신기들(User ＃1(λ₁), User ＃2(λ₂) … User ＃N(λn)) 측에서 중앙 기지국(OLT)으로 전송되는 상향 신호가 된다.

위와 같은 BLS(Broadband Light Source) 주입 파장 고정(injection wavelength locking) 방식의 WDM-PON 시스템(100)에서는, 각 광 가입자(ONU) 단말기에서 사용되는 광 소스의 파장 특성은 보통 도 2a에 나타낸 것처럼 특정 발진 모드가 없이 스펙트럼이 매우 넓게 나타나도록 동작시킨다.

이와 같은 이유는 전술한 WDM-PON 시스템(100)에서 알 수 있듯이 BLS에서 제1 및 제2서큘레이터(172, 182)와 제1 및 제2WDM 필터(174, 184)를 통하여 주입된 넓은 스펙트럼의 BLS 광 파워가 광 가입자(ONU) 단말기 또는 중앙 기지국(OLT) 단말기의 멀티플렉싱 또는 디멀티플렉싱으로 작용하는 AWG(arrayed waveguide grating)을 통과할 때 수행되는 스펙트럼 분할(spectrum sliced) 특성에 의하여 스펙트럼 분할된 광 파워가 각 단말기의 여기광원으로 작용함으로써, 각 단말기는 도 2b에 도시된 바와 같은 신호 광 스펙트럼을 갖도록 동작시킨다.

그래서 각 단말기들이 어느 채널, 즉 어느 파장으로 동작하여야 할지 모르는 색무의존 특성을 만족하여야 하기 때문에, 비교적 넓은 파장 대역에서 고른 스펙트럼이 요구된다. 만약 32 채널의 광 가입자(ONU)와 서비스가 지원되는 광 전송 망의 경우라면, 0.8nm간격의 경우에는 26nm 정도의 평평한 스펙트럼 특성을 갖는 광대역의 광 소스가 필요하며, 이득 곡선의 특성상 매우 넓은 대역에서 스펙트럼을 볼 수 있다.

만약 WDM-PON 시스템(100)에서, 광 모듈이 채널 1에 연결되었다면, 채널 1에 해당하는 파장으로 동작하여야 하고, 또한 임의의 채널에 연결된다면 그에 해당하는 파장에서 동작하여야 한다. 이런 구동을 하기 위해서는 광 소스의 파장의 적응성을 위한 파장의 가변성은 WDM-PON 시스템(100)에서 사용되는 광 소스로는 매우 중요한 특성이다.

가장 일반적으로 사용되는 BLS 주입 파장 고정 방식에서 광 소스는 상대적으로 RIN(relative intensity noise) 값이 높은 BLS 광 파워를 스펙트럼 분할하여 여기광원으로 사용하기 때문에 각 단말기의 광 소스에서 출력되는 광 신호의 RIN 특성이 매우 나쁘다. 일반적으로 2.5Gbps 전송의 경우에 8정도의 Q 값을 목표로, 10^-16 BER(bit error ratio) 정도의 전송 특성을 얻을 수 있는 RIN 특성치는 최대로 -116dB/Hz 이하의 RIN 특성을 유지하여야 한다. 그러나 BLS 주입 파장 고정 방식으로 얻을 수 있는 광 소스의 RIN 값은 BLS 주입 광 파워에 따라 다르지만, 이 값을 만족하게 하기 위해서는 채널당 약 0dBm/0.2nm 정도의 매우 높은 BLS 광 파워가 필요하기 때문에 고가의 BLS 광 소스가 필요하다. 그리고 단말기 쪽의 레이저 다이오드(LD) 칩에 이와 같은 높은 파워의 광이 연속 조건으로 주입되기 때문에 레이저 다이오드(LD)를 모니터링하고 있는 mPD와 높은 광 파워의 경로가 되는 레이저 다이오드(LD) 칩이 상대적으로 높은 스트레스를 받아서 광 소스의 신뢰성이 취약하게 된다.

그래서 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 종래에는 도 3에 도시된 바와 같이, 폴리머 광 도파로를 장착한 파장 가변 광 모듈을 제안한 바 있다.

도 3을 참조하면, 광 파워가 입사되는 광 파이버 앞 단에 격자(grating)를 갖는 광 도파로(201)를 형성하여 필터링 특성을 갖는 외부공진기를 형성한다. 격자 부분에 히터(207)를 설치하여 열적으로 격자의 간격을 제어함으로써 격자 영역에서 피드백 되는 광 파장을 가변시킬 수 있다.

이와 같은 구조에서는 격자가 형성된 폴리머(polymer) 광 도파로(201)를 광 파이버 끝단에서 설치하도록 하는 구조이기 때문에, 추가적인 광 도파로(201)의 제작과 광 파이버와 광 도파로(201)를 미세 정렬 조립하는 공정이 필요하다. 전체 광 도파로 부품이 폴리머이기 때문에 전 공정이 에폭시(epoxy)를 사용하여 조립되어야 한다. 그래서 전체적으로 동작 범위가 에폭시의 동작 온도 범위로 한정된다.

또한 폴리머 광 도파로가 렌즈 뒷단에 정렬되는 구조이므로 BOSA(bidirectional optical sub-assembly) 구조를 형성하기 어렵기 때문에 트랜스미터(transmitter)와 리시버(receiver)가 동시에 구성된 양방향 통신이 가능한 소형의 광 모듈을 제작하기 어렵다. 그리고 비교적 크기가 큰 폴리머 광 격자를 TEC(Thermal electrical cooler)를 이용하여 열적으로 제어하기 때문에 파장무의존 특성은 얻을 수 있으나 열적으로 손실이 높은 구조가 된다.

또한, 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 종래에는 도 4에 도시된 바와 같이, 파이버 격자를 사용한 파장 선택형 광모듈을 제안한 바 있다.

도 4를 참조하면, 또 다른 방식으로는 파장 선택단을 이용하여 색무의존성을 얻을 수 있는 방식으로써, 좁은 대역의 파장 특성을 얻기 위해서 광 격자가 형성된 광 파이버를 이용하여 협대역 스펙트럼의 반사 특성을 갖는 외부공진기를 구현한다.

광 모듈(401) 뒷 단에 연결된 광 파이버에 광 파이버 형태의 2x2 광 분기기(402)를 이용하여 광 파워를 분기하고, 광 분기기(402)의 한 출력 포트에 원하는 파장의 출력 광 소스를 만들 수 있는 격자가 형성된 광 파이버를 연결하여 특정 스펙트럼만의 광을 반사시켜 다시 2x2 광 분기기(402)를 통하여 광 모듈(401)로 재입사되는 방식으로 외부 공진기를 형성하는 구조로 좁은 대역의 스펙트럼을 갖는 광 소스를 제작할 수 있다. 이 경우에 광 소스 뒷단의 2x2 광 분기기(402), 광 격자가 형성된 광 파이버 광 격자(403) 및 반사를 없애기 위해 도입된 여분의 광 파이버 등은 별도의 파장 제어단(404)으로 조립 가능하므로 광 소스의 색무의존 특성을 보장할 수 있다.

그러나 이 방식에서도 전체 광 출력단에 패키징 되는 전체 광 파이버의 길이가 너무 길고, 광 부품 간의 접속이 융착 접속(Fusion splicing) 방식에 의해 조립되기 때문에 조립 후에 광 파이버의 곡률 반경 유지, 곡률에 의한 스트레스 등 광 파이버 광 격자(403)의 변형에 의하여 스펙트럼의 특성이 완전하지 않는 문제점이 있다. 이와 더불어 파장 제어단(404)이 추가로 설치되어야 하는 문제 때문에 소형의 광 모듈을 구성하기가 쉽지 않다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 WDM-PON 시스템에서 사용되는 광 소스의 문제점을 해결하기 위하여, BPF 미러를 이용하여 외부공진기를 형성하고, BPF 미러의 반사면에서 반사된 광 파워를 이용하여 파장을 고정하는 방식을 사용하되, 이때 BPF 미러의 기울기를 조절하여 입사각을 조절하면 BPF 투과대역의 중심 파장이 변경되기 때문에, 각 WDM-PON의 채널에서 사용할 수 있는 광 모듈을 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 이와 같은 외부공진기의 구조를 제공함으로써, 기존의 개별 광 부품을 이용한 외부공진기 형성보다 제작이 용이하고, 소형의 광 모듈을 제공하는 것이다.

특히, 소정의 각도로 기울어진 반사 필터를 이용할 경우에는 기존의 OSA의 구조에 직접 적용할 수 있는 구조로써 기존의 능동 광 정렬 방식을 이용한 레이저 용접기를 이용하여 조립이 가능할 수 있어, 기존의 WDM-PON 시스템에서 사용되는 고가의 광 모듈의 가격을 낮추고 수 Gbps 급의 고속 신호를 장거리 전송에 사용할 수 있는 광 모듈을 제공하는 것이다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 파장 선택형 광 모듈은 광을 생성하는 레이저 다이오드, 상기 광 경로 상에 배치되는 전반사 미러, 및 상기 레이저 다이오드와, 상기 전반사 미러 사이에 배치되는 BPF 필터를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명의 파장 선택형 광 모듈은 광을 생성하는 레이저 다이오드, 상기 광을 집속하는 렌즈, 및 상기 집속된 광 경로 상에 배치되고, 전면에는 BPF 특성을 가지는 박막 코팅이 형성되고, 배면에는 전 파장 영역에서 반사 특성을 가지는 반사면이 형성되는 BPF 미러를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 본 발명의 파장 선택형 광 모듈은 광을 생성하는 레이저 다이오드, 상기 광을 집속하는 렌즈, 상기 집속된 광 경로 상에 배치되고, 소정의 투과율을 가지는 45°반사 필터 및 상기 반사 필터에 의하여 변경된 광 경로 상에 배치되고, 전면에는 BPF 특성을 가지는 박막 코팅이 형성되며, 배면에는 전 파장 영역에서 반사 특성을 가지는 반사면이 형성되는 BPF 미러를 포함한다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 BPF 미러와 45°반사 필터를 포함하는 광 결합계를 이용한 파장 선택적 광 모듈은 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 광 경로 상에서 BPF 미러를 분리함으로써, 실질적으로 광 경로 상에서 문제가 되는 광 결합 효율의 변동 요소를 제거할 수 있고, 광 파워를 제어하는 요소와 광 스펙트럼을 제어하는 요소를 분리하여 광 결합 효율을 극대화한 다음, 광 소스의 파장을 독립적으로 제어할 수 있다. 이와 같은 방식을 사용한 경우에는 광 파장의 제어계를 별도의 형태로 구성하여 독립적인 부품으로 제작하여 조립할 수 있다.

둘째, 전체 광 경로의 길이가 짧아져서 렌즈 등 광 부품의 추가 없이도 광 OSA의 구현이 가능하므로 소형 광학계로 OSA를 제작할 수 있다. 이 경우에 렌즈는 레이저 다이오드(LD) 칩이 조립된 TO can 패키지의 렌즈를 사용하여 전체 외부공진기를 구현할 수 있다. 동시에 수신단을 한 개의 45° 반사 필터를 사용하여 구현할 수 있기 때문에 소형의 양 방향 통신이 가능한 광 OSA를 제작할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 BLS 주입 파장 고정 방식을 이용한 WDM-PON 시스템의 블록도.
도 2a는 WDM-PON 시스템의 레이저 다이오드 칩의 스펙트럼 특성을 나타내는 그래프.
도 2b는 BLS 주입 파장 고정 후의 레이저 다이오드 칩의 스펙트럼 특성을 나타내는 그래프.
도 3은 종래 기술에 의한 폴리머 광 도파로를 장착한 파장 가변 광 모듈의 구성을 나타내는 사시도.
도 4는 종래 기술에 의한 파이버 격자를 사용한 파장 선택형 광 모듈의 구성을 나타내는 블록도.
도 5a는 본 발명에 의한 레이저 다이오드, 전반사 미러, BPF 필터가 외부공진기를 구성하는 제1실시예의 개념도.
도 5b는 본 발명에 의한 전면의 BPF 특성 박막 코팅과 배면의 반사면을 가지는 BPF 미러가 외부공진기를 형성하는 제2실시예의 개념도.
도 5c는 본 발명에 의한 레이저 다이오드, 반사 필터, BPF 미러가 외부공진기를 구성하는 제3실시예의 개념도.
도 6은 본 발명에 의한 광 모듈 구조가 적용된 양방향 통신용 광 디바이스의 사용례.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 파장 선택형 광 모듈의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 기본 원리를 다시 한 번 설명하고, 여러 가지 실시예를 소개하기로 한다.

WDM-PON 시스템의 광 송신단에 사용되는 광 발생기는 망(Network)의 특성상 요구하는 색무의존 특성을 만족하기 위해서 매우 넓은 대역의 스펙트럼을 갖는다. 이와 같은 특성의 광 발생기를 이용하여 기간 망의 단말기와 광 가입자 단말기가 일대일로 한 개의 파장을 할당하는 방식으로 BLS 주입 파장 고정방식을 이용한 망의 구성이 제안되어 155Mbps 급의 광 전송망에 사용되고 있다.

그러나 이와 같은 BLS 주입 파장 고정 방식의 경우에는 RIN 특성이 매우 열악한 BLS의 스펙트럼을 분할하여 각 단말기의 광 소스를 여기 시키기 때문에 1Gbps 급 이상의 정보를 전송하기에는 전송 특성이 매우 열악하다. 이와 같은 RIN 특성의 개선을 위하여 고안된 방식이 광 발생기 외부에 외부공진기를 구현하고, 외부공진기 내부에 파장을 설정하는 광도파로 격자를 도입하는 방식이 사용되고 있다.

그러나 이러한 방식 또한 전체 광 모듈의 길이가 길고, 큰 광도파로 격자를 히터(heater)나 TEC 방식을 이용하여 파장을 제어하기 때문에 파장 변경을 위해서는 많은 전력의 손실이 필요한 실정이다. 그래서 이 방식을 이용하는 경우에 전체 OSA의 크기가 커지기 때문에 소형의 OSA의 구현이 어렵다. 따라서 전체 광 모듈의 크기를 대형화하는 현상을 초래하였고, 광 소스의 조립에 의한 공수 등의 문제로 광 모듈의 가격이 매우 높다.

따라서 본 발명의 광 모듈(500)에서는 전술한 광 도파로 격자를 이용한 외부공진기를 구현하는 방식을 개선하고자, BPF 특성을 가지는 미러를 도입하여 외부공진기를 구현하여 광 경로를 단순하게 개선하고, 또한 45°반사 필터를 이용하여 광 파워 결합계, 및 광 발진에 의한 파장 제어계로 분할하여 전체 광 OSA를 소형화할 수 있다.

<제1실시예>

도 5a를 참조하면, 본 발명의 광 모듈(500a)은, 광을 생성하는 레이저 다이오드(510), 광 경로 상에 배치되는 전반사 미러(520), 및 레이저 다이오드(510)와 전반사 미러(520) 사이에 배치되는 BPF 필터(530)를 포함할 수 있다.

본 발명은, 레이저 다이오드(510)에서 출사되는 광 경로 상에 전반사 미러(520)를 두어 외부공진기를 형성하고, 그 사이에 협대역의 투과 특성을 갖는 BPF 필터(530)를 외부공진기 내에 장착하는 광 모듈(500a)에 관한 것이다. 이와 같은 구성에 의하면, 전반사 미러(520)에서 반사되어 레이저 다이오드(510)로 피드백(feedback) 되는 광이 BPF 대역을 통과하는 파장 성분만 피드백 되기 때문에, 광 모듈(500a)에서 출력되는 광 신호는 BPF의 스펙트럼 특성을 갖게 된다.

이때, BPF 필터(530)에 약간의 기울기를 가하여 광 신호의 입사각을 변형시키면, 파장의 투과 특성이 변한다. 가령, 입사각에 대하여 약 6nm/degree 정도 전달 특성이 변하기 때문에 광 결합 효율에 따라 다르지만 약 4°정도 입사각을 기울일 수 있다면, 중심 파장은 24nm 범위에서 변경될 수 있다. 또 다른 방식으로는 BPF 필터(530)를 TEC(Thermal electrical cooler) 혹은 히터(heater)상에 조립하여 박막의 두께를 직접 열적으로 제어될 수 있다.

<제2실시예>

도 5b를 참조하면, 본 발명의 광 모듈(500b)은, 광을 생성하는 레이저 다이오드(510), 광을 집속하는 렌즈(512), 집속된 광 경로 상에 배치되고, 전면에는 BPF 특성을 가지는 박막 코팅(C)이 형성되고, 배면에는 전 파장 영역에서 반사 특성을 가지는 반사면(R)이 형성되는 BPF 미러(540)를 포함한다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 전술한 일 실시예의 광 모듈(500a)과 같이 레이저 구조인 미러를 이용한 외부공진기를 구성하고, 외부공진기 내에 협대역 필터를 두는 방식이었다면, 도 5b에 도시된 바와 같이, 다른 실시예의 광 모듈(500b)은 외부공진기를 구성하는 미러의 두께를 두껍게 변경하고, 미러 전면에 협대역 BPF 박막 코팅(C)이 형성된 BPF 미러(550)를 사용하여 외부공진기를 구현할 수 있다.

즉, 미러(540)에 BPF 특성을 갖는 박막 코팅을 하면, BPF 미러(BPFoM: BPF on mirror)(550)를 이용한 특정한 대역폭을 갖는 BPF를 삽입한 형태의 협대역 스펙트럼을 갖는 광 소스를 만들 수 있다.

한편, BPF 미러(550)의 기울기를 기구적으로 변경하여 BPF의 파장의 투과 특성을 변동시키면 원하는 출력 파장을 갖는 여러 가지의 광 소스를 만들 수 있다. 가령, BPF 미러(550)의 기울기 변경을 통하여 BPF 파장의 투과 특성을 변동시키고, 이로써 광 신호는 다양한 출력 파장을 갖을 수 있다.

<제3실시예>

도 5c를 참조하면, 본 발명의 광 모듈(500c)은, 광을 생성하는 레이저 다이오드(510), 상기 광을 집속하는 렌즈(512), 집속된 광 경로 상에 배치되고, 소정의 투과율을 가지는 45°반사 필터(540), 및 반사 필터(540)에 의하여 변경된 광 경로 상에 배치되고, 전면에는 BPF 특성을 가지는 박막 코팅(C)이 형성되며, 배면에는 전 파장 영역에서 반사 특성을 가지는 반사면(R)이 형성되는 BPF 미러(550)를 포함한다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 BPF 필터(530) 혹은 BPF 미러(550)가 모두 광 경로 상에 있기 때문에, 파장 변경 등의 기능을 구현하기 위하여 BPF의 입사각에 변동을 줄 경우에 광 경로가 변하여 광 파이버와의 결합 효율 등이 변할 수 있다. 또한, 미러 표면이 광 경로 상에 있기 때문에 직접 광 파이버로 결합하기 위해서는 추가 렌즈 등이 필요하여 전체 광 모듈(500a, 500b)의 사이즈가 길어질 수 있다.

이러한 점을 개선하고자, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 광 경로 상에 일정 반사율을 갖는 45°반사 필터(540)를 두어 BPF 미러(550)를 광 파워 결합계(570)와 분리하여 전체 광의 결합 효율이나 광 파워에는 영향을 주지 않게 하고, 파장에 관련된 부분은 광 파장 제어계(580)로 변경하는 외부공진기를 구현한다.

이 경우에 외부공진기를 구성하는 BPF 미러(550)가 광 경로와 다른 광 경로를 가지고 있기 때문에 BPF 미러(550)의 기울기를 조절함으로써, 광 결합 효율 등의 광 파워에 관련된 특성에 무관하게 광 소스의 파장을 변경할 수 있다.

따라서 광 파장 제어계(580)는 BPF 미러(550)의 기울기 변경을 통하여 광 스펙트럼을 제어하고, 광 파워 결합계(570)는 광 파장 제어계(580)와 독립적으로 광 파워를 제어한다.

이하, 본 발명의 광 모듈 작동을 설명한다.

레이저 다이오드(510)에서 방출된 광은 렌즈(512)를 통하여 집속된다. 이때 적당한 투과율을 갖는 45°반사 필터(540)를 이용하여 광 경로를 변경하여 BPF 미러(550)의 반사면(R)으로 집속한다. 이 집속된 광은 반사면(C)에서 반사되어 다시 반사 필터(540)를 통하여 진행되어 초기에 방출된 레이저 다이오드(510)로 재입사된다.

이때 반사 필터(540)는 광학계에서 원하는 출력 광 파워를 얻기 위해서 적당량의 투과율을 가지도록 제작하여 사용한다. 일반적으로 50% 정도의 투과율을 갖도록 제작하지만 경우에 따라서는 투과율을 50% 이하로 만들 수도 있다. 이 광 경로 상에서 파장을 선택할 수 있는 협대역 BPF 특성을 BPF 미러(550)의 전면에 형성하여 전체 광 공진기 내의 광 파워를 BPF의 스펙트럼 형태로 파장을 선택할 수 있도록 구성한다.

스펙트럼 특성을 변경하기 위해서는 이 전체 BPF 미러(550)을 기울여 BPF 미러(550)의 광 입사각의 변동을 주게 되면 BPF의 스펙트럼 특성을 변경하여 전체 출력되는 광 파워의 스펙트럼 특성이 달라질 수 있다. 대략적으로 6nm/degree 정도의 특성을 얻을 수 있다. 또한 중심 투과 파장이 다른 여러 개의 BPF 특성을 이용할 수도 있다.

이하, 본 발명의 광 모듈이 적용 가능한 구조를 설명한다.

도 6을 참조하면, 양방향 광 모듈의 구조를 하고 있는 형태에서 BPF 미러(550)가 마운트 된 TO 패키지를 이용하여 파장을 변경할 수 있도록 구성한다. 이때, 파장을 변경하는 방식으로는 BPF 미러(550)를 히터 혹은 TEC 상에 장착하여 열적으로 BPF의 파장을 변경하거나, 기계적으로 BPF 미러(550)의 기울기를 유도하는 방식을 이용할 수 있다. 이때 BPF 미러(550)는 칩 형태로 사용가능하여 크기가 작아서 충분히 TEC로도 동작이 가능할 것이다. 또한 이 경우에 BPF를 형성하는 방식으로 BPF 미러(550)의 전면에 격자를 형성하여 파장 특성을 얻을 수 있다. 또한 파장이 다른 여러 종류의 BPF를 구비하여 사용할 수도 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 광 모듈의 출력 광 파장을 선택하는 방법 중에서, 외부공진기를 형성하는 방식에서 두께가 두꺼운 미러를 이용하여 그 전면에 협대역 광 BPF를 형성하고 그 배면에 전 파장 영역에서 반사 특성을 갖는 반사면을 형성함으로써, BPF와 동일한 스펙트럼을 갖는 광 신호가 발진되도록 구성한 형태와, 두꺼운 미러를 이용한 BPF를 형성하는 방식에서 미러 전면에 박막을 이용한 협대역 광 BPF를 형성하는 방식을 더 포함함으로써, 표면에 광 격자를 이용하여 BPF를 형성하며, 더 나아가 45°반사 필터를 이용하여 광 파워 결합계와 광 파장 제어계로 분리하는 구성의 외부 공진기를 구성하여 소형의 양방향 광 모듈을 구성하는 것을 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

500a, 500b, 500c: 광 모듈
510: 레이어 다이오드 512: 렌즈
520: 전반사 미러 530: BPF 필터
540: 반사 필터 550: BPF 미러
570: 광 파워 결합계 580: 광 파장 제어계

Claims

삭제
삭제
광을 생성하는 레이저 다이오드;
상기 광을 집속하는 렌즈; 및
상기 집속된 광 경로 상에 배치되고, 전면에는 BPF 특성을 가지는 박막 코팅이 형성되고, 배면에는 전 파장 영역에서 반사 특성을 가지는 반사면이 형성되는 BPF 미러;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 선택형 광 모듈.
제 3 항에 있어서,
상기 BPF 미러의 기울기 변경을 통하여 상기 BPF 파장의 투과 특성을 변동시키고, 이로써 광 신호는 다양한 출력 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 파장 선택형 광 모듈.
광을 생성하는 레이저 다이오드;
상기 광을 집속하는 렌즈;
상기 집속된 광 경로 상에 배치되고, 소정의 투과율을 가지는 45°반사 필터; 및
상기 반사 필터에 의하여 변경된 광 경로 상에 배치되고, 전면에는 BPF 특성을 가지는 박막 코팅이 형성되며, 배면에는 전 파장 영역에서 반사 특성을 가지는 반사면이 형성되는 BPF 미러;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 선택형 광 모듈.
제 5 항에 있어서,
상기 반사 필터를 사이에 두고, 상기 반사 필터에 의하여 반사되는 광 파장 제어계와, 상기 반사 필터에 의하여 투과되는 광 파워 결합계가 분리되고, 상기 광 파장 제어계는 외부공진기를 구성하고,
상기 광 파워 결합계는, 상기 광 파장 제어계와 독립적으로 광 파워를 제어하는 것을 특징으로 하는 파장 선택형 광 모듈.
제 6 항에 있어서,
상기 광 파장 제어계는, 상기 BPF 미러의 기울기 변경을 통하여 광 스펙트럼을 제어하는 것을 특징으로 하는 파장 선택형 광 모듈.