KR101512402B1 - 광원 모듈의 광섬유 고정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판에 설치된 광원으로부터 출사된 광을 수광하는 광섬유를 정렬하여 고정하는 광원 모듈의 광섬유 고정 장치로서, 상기 광원의 전방에 설치되고, 상기 광섬유가 안착되도록 상기 광원의 출사방향과 나란한 방향으로 홈이 형성된 서브마운트를 포함하고, 상기 홈에 에폭시 수지를 주입한 후, 상기 에폭시 수지를 경화시켜 상기 광섬유를 상기 서브마운트에 고정하여, 광섬유를 쉽고 간단하게 정렬 및 고정함으로써, 광원 모듈의 제조 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있다.

Description

광원 모듈의 광섬유 고정 장치 및 방법{Apparatus and Method for aligning optical fiber of optical source}

본 발명은 광원 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광섬유를 쉽고 간단하게 정렬 및 고정하여, 광원 모듈의 제조 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있는 광원 모듈의 광섬유 고정 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 광원 모듈은 광을 송수신하는 모든 광 부품에 적용되며, 특히 높은 광결합을 요구하는 펌프 레이저 다이오드 모듈(Pump Laser Diode Module), 반도체 광 증폭기 모듈(Semiconductor Optical Amplifier Module), 2.5Gbit 송수신 모듈 및 155Mbit 송수신 모듈 등에 사용된다.

이러한 광원 모듈의 제조에 있어서, 광섬유들은 원통형 메탈 페룰(ferrule)을 이용하여 연결된다. 원통형 메탈 페룰은 각각의 광섬유 단부를 동축(同軸)으로 마주보게 하는 원통형 부재로서, 광섬유들의 맞은편 양단을 연결하는데 사용된다.

그리고, 광원 모듈에 광섬유를 정렬하여 고정하기 위해서 원통형 메탈 페룰을 새들(saddle)에 레이저 용접하게 된다.

도 1은 일반적인 광원 모듈의 패키징 방법을 도시한 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 광원 모듈(10)은 하우징(11), 기판(12), 레이저 다이오드(13), 포토 다이오드(14), 광섬유가 내장된 원통형 메탈 페룰(15), 새들(16), 온도 조절 수단인 열전 냉각기(Thermoelectric cooler, 17)를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 구성을 가진 광원 모듈(10)에 있어서, 레이저 다이오드(13)와 원통형 메탈 페룰(15) 간의 정렬은 다음과 같은 순서에 의해 이루어진다.

먼저, 레이저 다이오드(13)를 기판(12)에 장착하고, 원통형 메탈 페룰(15)을 새들(16) 내부에 위치시킨다.

이어서, 레이저 다이오드(13)에 전류를 공급하여 광이 출사되면, 원통형 메탈 페룰(15)의 위치를 조정해가며 최대 수광 위치를 결정한다.

상기 최대 수광 위치가 결정되면 새들(16)과 원통형 메탈 페룰(15)을 레이저 용접하여 광원 모듈(10)을 패키징한다.

여기서, 원통형 메탈 페룰(15) 내의 광섬유에 최상의 레이저 빔이 입사되도록 한 후에 원통형 메탈 페룰(15)과 새들(16)을 레이저 용접하여 단단하게 고정하는 것이 중요하다.

이는 레이저 광원 모듈(10)이 외부의 온도 변화에도 내부에서의 메탈 패키지 간의 온도 변화에 따른 팽창계수 차이에 의한 광 정렬 뒤틀림을 방지하고, 패키지의 장기 신뢰성 확보를 위한 것이다.

그러나, 이러한 광원 모듈의 패키징 방법은 원통형 메탈 페룰이 형성된 광섬유를 사용하기 때문에 패키지 공정 비용이 높다.

또한, 고출력 레이저 모듈의 경우 레이저 빔의 안정적 출력을 위하여 모듈의 외부 온도를 항상 25℃ 정도를 유지하기 위한 온도 조절 수단을 필요로 하기 때문에 패키지 공정 비용이 더욱 높아진다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 광원 모듈의 제조 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있는 광원 모듈의 광섬유 고정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 기판에 설치된 광원으로부터 출사된 광을 수광하는 광섬유를 정렬하여 고정하는 광원 모듈의 광섬유 고정 장치로서, 상기 광원의 전방에 설치되고, 스테인레스 스틸, Ni-Fe-Co 합금, Cu-W 합금, Ni 중 적어도 하나 이상을 포함하는 재질로 이루어지며, 상기 광섬유가 안착되도록 상기 광원의 출사방향과 나란한 방향으로 V자 홈과, 상기 V자 홈의 일부가 수용되도록 상기 V자 홈의 중간에 범람 방지홀을 형성한 서브마운트; 및 상기 서브마운트에 주입된 에폭시 수지를 순간 경화시켜 상기 홈에 안착된 광섬유가 고정되도록 UV 광을 조사하는 UV 레이저를 포함하고, 상기 V자 홈은 V자 홈의 형태가 변형되어 광섬유의 정렬 불량이 발생하는 것을 방지하기 위해 상기 범람 방지홀의 가공 후 서브마운트의 상면에서 길이방향 중심축을 따라 형성한 것을 특징으로 한다.

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한편, 본 발명광원 모듈의 광섬유 고정 장치를 이용하여 광원 모듈의 광섬유를 고정하는 방법으로서, a) 기판의 상부에 장착되고, 스테인레스 스틸, Ni-Fe-Co 합금, Cu-W 합금, Ni 중 적어도 하나 이상을 포함하는 재질로 이루어진 서브마운트의 V자 홈에 광섬유가 레이저 다이오드의 광 출사방향과 나란하게 정렬되도록 상기 광섬유를 안착시키는 단계; b) 상기 서브마운트의 V자 홈 중앙에 위치한 범람 방지홀과 V자 홈에 에폭시 수지를 주입하는 단계; 및 c) 상기 에폭시 수지에 UV 레이저가 UV 광을 조사하여 상기 서브마운트의 V자 홈에 주입된 에폭시 수지를 순간 경화시켜 상기 홈에 안착된 광섬유를 고정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 고가의 원통형 메탈 페룰을 이용하지 않고, 서브마운트의 V자 홈에 광섬유를 간단하게 정렬할 수 있다. 또한, 에폭시 수지를 경화시켜 광섬유를 고정함으로써 레이저 용접을 할 필요가 없다.

이에 따라, 광원 모듈의 제조 비용을 절감하고, 제조 시간을 단축할 수 있다.

도 1은 일반적인 광원 모듈을 도시한 측면 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 광원 모듈을 도시한 측면 구성도,
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 광원 모듈의 메탈 서브마운트를 제조하는 방법을 순차적으로 도시한 도면,
도 4a 및 4b는 서브마운트에 안착된 광섬유를 고정하는 방법을 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광원 모듈의 광섬유 고정 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 광원 모듈을 도시한 측면 구성도이고, 도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 광원 모듈의 메탈 서브마운트를 제조하는 방법을 순차적으로 도시한 도면이며, 도 4a 및 4b는 서브마운트에 안착된 광섬유를 고정하는 방법을 도시한 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 고출력 레이저 다이오드를 이용하여 광원 모듈(100)을 제조하는 공정 중에, 기판(110)에 설치된 광원으로부터 출사된 광을 수광하는 광섬유(120)를 정렬시켜 고정하는 장치이다.

구체적으로, 본 발명에 따른 광섬유 고정 장치는 광원 즉, 레이저 다이오드(130)에서 출사되는 광이 광섬유(120)에 최대한 수광되도록 광섬유(120)를 기판(110) 상부에 정렬시켜 고정하는 서브마운트(140)를 포함한다.

서브마운트(140)는 블록 형상의 부재로서, 광원으로부터 출사되는 광이나 경화 과정 중에 온도 상승에도 열팽창이나 열 변형이 쉽게 일어나지 않아야 한다.

이를 위해서, 서브마운트(140)는 에폭시 수지나 솔더를 이용하여 광원 모듈(100)의 외부 패키지 바디에 접합시키는 것이 바람직하다.

여기서, 서브마운트(140)는 광원 모듈(100)의 외부 패키지 바디와 동일한 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

더 바람직하게는, 서브마운트(140)는 열전도율이 좋은 스테인레스 스틸(SUS304, SUS303, SUS430), Kovar(Ni-Fe-Co 합금), CuW 합금, 및 Ni 등의 합금으로 이루어진다.

한편, 서브마운트(140)는 기판(110)의 상부에 위치된 레이저 다이오드(130)의 전방에 설치된다. 그리고, 서브마운트(140)는 광섬유(120)가 안착되는 홈(141)을 구비한다.

이 홈(141)은 레이저 다이오드(130)로부터 출사되는 광의 출사방향과 나란한 방향으로 형성된다.

즉, 홈(141)은 서브마운트(140)의 상면에서 서브마운트(140)의 길이방향 중심축을 가로지르도록 연장된다.

따라서, 서브마운트(140)의 상면은 홈(141)을 중심으로 양분된다.

바람직하게는, 홈(141)은 그 단면이 V자 형상으로 형성된다.

이러한 V자 홈(141)은 서브마운트(140)에 광섬유(120)가 안착될 때 광섬유(120)가 유동되는 것을 방지한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 광원 모듈의 광섬유 고정 장치는 광섬유(120)가 안착될 수 있는 V자 홈(141)을 구비한 서브마운트(140)를 포함한다.

그리고, 서브마운트(140)는 V자 홈(141)이 레이저 다이오드(130)의 광 출사방향과 나란하게 정렬되도록 레이저 다이오드(130)의 전방에 설치된다.

따라서, 광섬유(120)를 레이저 다이오드(130)의 광 출사방향과 나란하게 배열되도록 정렬하는 작업이 수월하다.

한편, 광원 모듈(100)을 패키징하기 위해 광섬유(120)를 서브마운트(140)의 V자 홈(141)에 안착시킨 상태에서 V자 홈(141)에 에폭시 수지를 주입한 후 에폭시 수지를 경화시키면, 광섬유(120)의 고정이 완료된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 광원 모듈의 광섬유 고정 장치는 서브마운트(140)의 V자 홈(141)에 광섬유(120)를 안착시켜 정렬한 후, 에폭시 수지를 이용하여 순간적으로 광섬유(120)를 고정시킬 수 있다.

이러한 광섬유 고정 장치는 종래의 원통형 메탈 페룰 및 레이저 용접을 이용하지 않고 광섬유를 고정시킬 수 있기 때문에, 제조 비용을 절감하고 제조 공정을 간소화할 수 있다.

바람직하게는, 서브마운트(140)는 그 중앙에 범람 방지홀(142)을 구비한다. 이 범람 방지홀(142)은 길이방향으로 연장된 V자 홈(141)의 일부를 수용하도록 V자 홈(141)보다 더 깊고 넓게 형성된다.

이러한 범람 방지홀(142)은 V자 홈(141)에 광섬유(120)를 안착시켜 정렬한 상태에서 V자 홈(141)에 에폭시 수지를 주입할 때, 에폭시 수지가 V자 홈(141)에서 범람하여 서브마운트(140) 상면으로 흐르지 않도록 하기 위한 것이다.

즉, 에폭시 수지가 넓게 퍼지는 것을 방지하기 위한 것이다.

도 3a 및 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 서브마운트(140)의 제조 방법이 도시된다.

먼저, 금속 재질의 서브마운트(140)를 블록 형상으로 가공하고, 서브마운트(140)의 상면 중앙에 소정깊이의 범람 방지홀(142)을 가공한다(도 3a 참조).

이어서, 서브마운트(140)의 상면에 길이방향의 중심축을 따라 홈(141)을 형성한다. 이때, 홈(141)은 V자 단면 형성을 위해 V자 단부를 구비한 소잉 머신(150)을 이용하여 소잉 가공한다(도 3b 참조).

이때, V자 홈(141)은 범람 방지홀(142)보다 깊지 않게, 그리고 넓지 않게 가공하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 서브 마운트(140)에 범람 방지홀(142)과 V자 홈(141)을 가공하면, 서브마운트(140)의 상면에 길이방향 중심축을 따라서 V자 홈(141)이 형성되고, V자 홈(141)의 중간 부분에는 범람 방지홀(142)이 위치된다.

여기서, 서브마운트(140)에 범람 방지홀(142)을 먼저 가공한 후에 V자 홈(141)을 가공해야 한다.

이는 범람 방지홀(142)의 가공에 따라 V자 홈(141)의 형태가 변형되어 광섬유(120)의 정렬 불량이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.

이하, 도 2 내지 및 4b를 참조하여, 서브마운트(140)를 이용하여 광섬유(120)를 고정하는 방법을 설명한다.

먼저, 광원 모듈(100)의 기판(110) 상부에 장착된 서브마운트(140)의 V자 홈(141)에 광섬유(120)를 안착시킨다.

그러면, 광섬유(120)가 서브마운트(140)에 안착되고, 레이저 다이오드(130)의 광 출사방향과 나란하게 정렬된다.

이어서, 서브마운트(140)의 V자 홈(141)에 에폭시 수지(160)를 주입한다. 이때, 에폭시 수지(160)는 서브마운트(140)의 중앙 부분, 즉 범람 방지홀(142)이 위치된 부분에 주입하여, 에폭시 수지(160)와 광섬유(120)의 결합 부위를 최소화하는 것이 바람직하다.

에폭시 수지(160)의 주입이 완료되면, 주입된 에폭시 수지(160)에 UV 레이저(170)를 조사하여 에폭시 수지(160)를 경화시킨다.

이때, 에폭시 수지(160)는 UV 레이저(170)에 의해 순간적으로 경화된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 고정 방법은 서브마운트(140)의 V자 홈(141)에 광섬유(120)가 안착되어 광섬유(120)가 레이저 다이오드(130)와 정렬되므로 광섬유(120)의 정렬 작업이 간단하고, 에폭시 수지(160)를 순간 경화시켜 광섬유(120)를 고정하므로 레이저 용접을 할 필요가 없다.

따라서, 광원 모듈(100)의 전체적인 제조 비용 및 제조 시간을 줄일 수 있다.

더욱이, 레이저 용접 대신에 UV 경화 공정을 수행하기 때문에, 온도 조절 수단을 구비하지 않아도 되므로, 제조 비용을 더욱 절감할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 광원 모듈
110: 기판
120: 광섬유
130: 레이저 다이오드
140: 서브마운트
141: V자 홈
142: 범람 방지홀
150: 소잉 머신
160: 에폭시 수지
170: UV 레이저

Claims (5)

1. 기판에 설치된 광원으로부터 출사된 광을 수광하는 광섬유를 정렬하여 고정하는 광원 모듈의 광섬유 고정 장치로서,
   상기 광원의 전방에 설치되고, 스테인레스 스틸, Ni-Fe-Co 합금, Cu-W 합금, Ni 중 적어도 하나 이상을 포함하는 재질로 이루어지며, 상기 광섬유가 안착되도록 상기 광원의 출사방향과 나란한 방향으로 V자 홈과, 상기 V자 홈의 일부가 수용되도록 상기 V자 홈의 중간에 범람 방지홀을 형성한 서브마운트; 및
   상기 서브마운트에 주입된 에폭시 수지를 순간 경화시켜 상기 홈에 안착된 광섬유가 고정되도록 UV 광을 조사하는 UV 레이저를 포함하고,
   상기 V자 홈은 V자 홈의 형태가 변형되어 광섬유의 정렬 불량이 발생하는 것을 방지하기 위해 상기 범람 방지홀의 가공 후 서브마운트의 상면에서 길이방향 중심축을 따라 형성한 것을 특징으로 하는 광원 모듈의 광섬유 고정 장치.
   
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5. 제1항에 따른 광원 모듈의 광섬유 고정 장치를 이용하여 광원 모듈의 광섬유를 고정하는 방법으로서,
   a) 기판의 상부에 장착되고, 스테인레스 스틸, Ni-Fe-Co 합금, Cu-W 합금, Ni 중 적어도 하나 이상을 포함하는 재질로 이루어진 서브마운트의 V자 홈에 광섬유가 레이저 다이오드의 광 출사방향과 나란하게 정렬되도록 상기 광섬유를 안착시키는 단계;
   b) 상기 서브마운트의 V자 홈 중앙에 위치한 범람 방지홀과 V자 홈에 에폭시 수지를 주입하는 단계; 및
   c) 상기 에폭시 수지에 UV 레이저가 UV 광을 조사하여 상기 서브마운트의 V자 홈에 주입된 에폭시 수지를 순간 경화시켜 상기 홈에 안착된 광섬유를 고정하는 단계를 포함하는 광원 모듈의 광섬유 고정 방법.

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