KR101721851B1 - 양방향 광모듈 - Google Patents

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Abstract

단일 광섬유를 통해 양방향으로 광 신호를 송수신할 수 있는 양방향 광모듈에 관한 것이다. 양방향 광모듈은 광섬유와, 스템과, 발광소자와, 수광소자와, 필터 블록부, 및 캡을 포함한다. 스템은 일면에 캐비티(cavity)가 형성되며, 캐비티의 입구 주변에 제1 정렬마크들이 형성된다. 발광소자는 캐비티 내에 실장된다. 수광소자는 발광소자로부터 이격되어 캐비티 내에 실장된다. 필터 블록부는 캐비티의 입구 주변에 고정되고, 발광소자로부터 출력된 광을 광섬유로 전달하고 광섬유를 통해 입력된 광을 수광소자로 전달하는 것으로, 캐비티의 입구 주변에 정렬될 수 있게 제1 정렬마크들과 각각 대응되는 제2 정렬마크들을 구비한다. 캡은 스템과의 사이에 발광소자, 수광소자, 및 필터 블록부를 수용한다.

Description

양방향 광모듈{Bi-directional optical module}
본 발명은 단일 광섬유를 통해 양방향으로 광 신호를 송수신할 수 있는 양방향 광모듈에 관한 것이다.
최근 Full-HD(High-Definition)급 3D 영상을 지원하는 블루-레이(blue-ray) 플레이어 및 가정용 비디오 게임기의 보급 확대와 디지털 방송지원으로, 디스플레이어의 크기가 점차 대형화되고 있으며, 멀티미디어 기기간 대용량 고품질 A/V(audio/video) 신호 전송 및 기기 연동을 위한 HDMI(High-Definition Multimedia Interface) 케이블이 각광받고 있다.
기존 동축 케이블을 이용하는 멀티미디어 기기들은 5Gbps 신호를 5m 이상 전송하지 못하는 전송능력한계와 EMI(Electro-magnetic Interference) 문제로 인해, 경기장의 전광판, 대형 공연장의 프로젝터, 각종 전시장의 디지털 디스플레이와 같은 원거리 영상전송에 적용하기 힘든 단점이 있다.
기존의 동축 케이블을 극복하기 위한 AOC(Active Optical Cable)에 대한 수요 및 관심이 증대되고 있으며, 광 송신/수신모듈을 적용하는 다양한 형태의 양방향 광모듈에 대한 기술이 제안되고 있다.
일반적으로, 양방향 광모듈은 레이저 다이오드로부터 출력된 광을 광필터를 투과시켜 광섬유와 광결합시키고, 광섬유를 통해 입력된 광을 광필터에 의해 반사시켜 포토 다이오드와 광결합시킨다. 이러한 양방향 광모듈의 제조시, 양방향 광모듈이 최대 광결합 효율을 갖도록 광섬유, 레이저 다이오드, 포토 다이오드, 광필터를 정렬하는 작업이 수행된다. 이때, 양방향 광모듈의 대량생산이 가능하기 위해서는 정렬 작업, 특히 광필터의 정렬 작업이 용이하게 이루어질 필요가 있다.
미국공개특허 2010/0183268(2010.07.22)
본 발명의 과제는 생산성을 향상시킬 수 있는 양방향 광모듈을 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 양방향 광모듈은, 광섬유; 일면에 캐비티(cavity)가 형성되며, 상기 캐비티의 입구 주변에 제1 정렬마크들이 형성된 스템; 상기 캐비티 내에 실장되는 발광소자; 상기 발광소자로부터 이격되어 상기 캐비티 내에 실장되는 수광소자; 상기 캐비티의 입구 주변에 고정되고, 상기 발광소자로부터 출력된 광을 상기 광섬유로 전달하고 상기 광섬유를 통해 입력된 광을 상기 수광소자로 전달하는 것으로, 상기 캐비티의 입구 주변에 정렬될 수 있게 상기 제1 정렬마크들과 각각 대응되는 제2 정렬마크들을 구비하는 필터 블록부; 및 상기 스템과의 사이에 상기 발광소자, 수광소자, 및 필터 블록부를 수용하는 캡;을 포함한다.
본 발명에 따르면, 발광소자와 수광소자가 나란히 실장된 스템에 필터 블록부를 수동 정렬할 수 있으므로, 양방향 광모듈의 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 필터 블록부는 직각삼각기둥 형태의 사출물로 이루어진 제1,2 지지블록에 박막 필터를 각각 장착한 구조로 이루어지므로, 대량생산이 가능하고 저렴한 비용으로 제조 가능하다.
따라서, 멀티모드 파이버 및 POF(Plastic Optical Fiber)와 같은 대구경 광섬유를 이용한 저가형 양방향 광모듈의 제조에 효과적이고 용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 광모듈에 대한 측단면도.
도 2는 도 1에 대한 분해 사시도.
도 3은 도 2에 있어서, 제1,2 지지블록에 대한 사시도.
도 4는 도 2에 있어서, 스템에 필터 블록부가 정렬된 상태를 도시한 사시도.
도 5는 도 2에 있어서, 스템에 캡이 정렬된 상태를 도시한 사시도.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 광모듈에 대한 측단면도이다. 도 2는 도 1에 대한 분해 사시도이다. 도 3은 도 2에 있어서, 제1,2 지지블록에 대한 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 양방향 광모듈(100)은 광섬유(110), 캡(120), 스템(130), 발광소자(140), 수광소자(150), 및 필터 블록부(160)를 포함한다.
광섬유(110)는 외부로부터 입력광(λ1)을 전달받아서 수광소자(150)로 전송하고, 발광소자(140)로부터 출력된 출력광(λ2)을 전달받아서 외부로 전송한다. 광섬유(110)는 홀더(111) 내에 지지될 수 있다. 그리고, 홀더(111)는 캡(120)에 형성된 홀에 끼워져 결합될 수 있다.
홀더(111) 내에는 집속렌즈(112)가 지지될 수 있다. 집속렌즈(112)는 광섬유(110)와 필터 블록부(160) 사이에 위치된다. 집속렌즈(112)는 발광소자(140)로부터 출력되어 필터 블록부(160)를 거친 광을 집속해서 광섬유(110)로 전달할 수 있다. 집속렌즈(112)는 볼(ball) 렌즈 등으로 이루어질 수 있다.
캡(120)은 내부공간을 갖는다. 캡(120)은 상측 부위에 홀더(111)가 결합될 수 있는 홀이 형성되며, 하측 부위가 개구된 구조로 이루어질 수 있다. 캡(120)의 하측 개구된 부위는 스템(130)의 상면 가장자리를 따라 고정됨으로써, 캡(120)의 내부공간이 밀폐될 수 있다. 캡(120)의 밀폐된 공간에는 발광소자(140), 수광소자(150), 및 필터 블록부(160)가 수용되어 보호될 수 있다.
스템(130)은 상면에 캐비티(cavity, 131)가 형성된 구조로 이루어진다. 캐비티(131) 내에 발광소자(140)와 수광소자(150)가 실장된다. 캐비티(131)는 도 2에 도시된 바와 같이, 스템(130)의 상면 중앙에 폭 방향으로 길게 일정 깊이로 함몰 형성된 형태로 이루어질 수 있다. 그리고, 스템(130)의 상면 가장자리는 캐비티(131)의 깊이만큼 함몰될 수 있다. 스템(130)의 함몰된 상면 가장자리에 캡(120)의 하측 개구된 부위가 고정될 수 있다.
캐비티(131) 내에는 발광소자(140)와 수광소자(150) 사이를 구획하는 격벽(132)이 형성될 수 있다. 격벽(132)은 캐비티(131)의 깊이에 상응하는 길이의 높이로 형성될 수 있다. 격벽(131)은 발광소자(140)로부터 방사되는 광(λ2)과 수광소자로 입사되는 광(λ1) 간에 간섭을 최소화할 수 있다. 캐비티(131)의 입구 주변에 제1 정렬마크(133)들이 형성된다. 스템(130)은 티오 스템(TO stem; Transistor Outline stem)일 수 있다.
발광소자(140)는 캐비티(131) 내에 실장된다. 발광소자(140)는 레이저 다이오드(Laser Diode) 등으로 이루어질 수 있다. 수광소자(150)는 발광소자(140)로부터 이격되어 캐비티(131) 내에 실장된다. 수광소자(150)는 포토 다이오드(Photo Diode) 등으로 이루어질 수 있다. 수광소자(150)의 일측에는 수광소자(150)로부터 출력되는 전류 신호를 전압 신호로 증폭하기 위한 TIA(Trans-Impedance amplifier, 151) 등이 실장될 수 있다.
발광소자(140) 및 수광소자(150)는 캐비티(131) 내에서 스템(130) 상에 다이 본딩 및 와이어 본딩되어 실장될 수 있다. 이때, 발광소자(140) 및 수광소자(150)를 정렬마크(미도시)를 이용하여 실장함으로써, 정렬오차를 최소화할 수 있다.
필터 블록부(160)는 캐비티(131)의 입구 주변에 고정된다. 필터 블록부(160)는 발광소자(140)로부터 출력된 출력광(λ2)을 광섬유(110)로 전달하고 광섬유(110)를 통해 입력된 입력광(λ1)을 수광소자(150)로 전달한다. 즉, 필터 블록부(160)는 발광소자(140)와 광섬유(110) 간에 광결합시키고, 광섬유(110)와 수광소자(150) 간에 광결합시킨다.
예컨대, 광섬유(110)와 발광소자(140)는 서로 대응되어 배치되며, 필터 블록부(160)는 발광소자(140)로부터 출력된 출력광(λ2)을 투과시켜 광섬유(110)로 전달하고, 광섬유(110)를 통해 입력된 입력광(λ1)을 반사시켜 수광소자(150)로 전달할 수 있다.
이를 위해, 필터 블록부(160)는 제1,2 지지블록(161)(162) 및 제1,2 광필터(163)(164)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1,2 지지블록(161)(162)은 45도 경사면을 갖는 직각삼각기둥 형상으로 각각 이루어진다.
제1 광필터(163)는 제1 지지블록(161)의 45도 경사면에 장착된다. 제1 광필터(163)는 발광소자(140)로부터 출력된 파장 대역의 광(λ2)만을 투과시키고, 나머지 파장 대역의 광을 반사시키도록 구성된다. 제2 광필터(164)는 제2 지지블록(162)의 45도 경사면에 장착된다. 제2 광필터(164)는 광섬유(110)를 통해 입력된 파장 대역의 광(λ1)을 반사시키도록 구성된다. 제1,2 광필터(163)(164)는 WDM(Wavelength-division multiplexing) 박막 필터로 각각 구성될 수 있다. 제2 광필터(164)는 반사 거울로 구성되는 것도 가능하다. 제1,2 광필터(163)(164)는 제1,2 지지블록(161)(162)에 자외선 에폭시 등을 사용하여 고정될 수 있다.
그리고, 제1,2 지지블록(161)(162)은 발광소자(140)로부터 출력된 출력광(λ2)을 제1 광필터(163)를 통해 투과시켜 광섬유(110)로 전달하고, 광섬유(110)를 통해 입력된 입력광(λ1)을 제1 광필터(163)와 제2 광필터(164)를 차례로 반사시켜 수광소자(150)로 전달하도록 캐비티(131)의 입구 주변에 고정될 수 있다.
즉, 제1 지지블록(161)은 발광소자(140)의 상측에 배치되고, 제2 지지블록(162)은 수광소자(150)의 상측에 배치된다. 여기서, 제1 광필터(163)는 광섬유(110)로부터 입력된 입력광(λ1)을 45도 반사시켜 제2 광필터(164)로 진행하도록 배치되고, 제2 광필터(164)는 제1 광필터(163)에 의해 반사된 입력광(λ1)을 90도 반사시켜 수광소자(150)로 입사시키도록 배치된다.
제1 지지블록(161)은 발광소자(140)로부터 출력된 출력광(λ2)이 통과하는 부위에 제1 관통 홀(161a)이 형성된다. 제1 관통 홀(161a)은 발광소자(140)로부터 출력된 출력광(λ2)이 광섬유(110)로 직진하는 경로에 상응하는 경로를 갖는다.
제2 지지블록(162)은 광섬유(110)를 통해 입력된 입력광(λ1)이 제1 광필터(163)와 제2 광필터(164)를 차례로 거치면서 통과하는 부위에 제2 관통 홀(162a)이 형성된다. 제2 관통 홀(162a)은 제1 광필터(163)에 의해 45도 반사된 입력광(λ1)이 제2 광필터(164)로 진행한 후 제2 광필터(164)에 의해 90도 반사되어 수광소자(150)로 입사되는 경로에 상응하는 경로를 갖는다. 이러한 제1,2 지지블록(161)(162)은 금형을 이용하여 플라스틱 등으로 사출된 사출물로 각각 이루어질 수 있다. 따라서, 제1,2 지지블록(161)(162)은 대량생산이 가능하고 저렴한 비용으로 제조 가능하다.
제1 지지블록(161)의 밑면에 위치한 제1 관통 홀(161a)의 입구에는 제1 렌즈(171)가 장착될 수 있다. 제1 렌즈(171)는 발광소자(140)로부터 출력된 광(λ2)의 방사각을 줄여주기 위한 것이다. 제1 렌즈(171)는 반구 렌즈로 이루어지며, 볼록한 부위가 발광소자(140)를 향하게 배치될 수 있다.
제2 지지블록(162)의 밑면에 위치한 제2 관통 홀(162a)의 출구에는 제2 렌즈(172)가 장착될 수 있다. 제2 렌즈(172)는 제2 광필터(164)에 의해 반사된 입력광(λ1)을 집속하기 위한 것이다. 제2 렌즈(172)는 반구 렌즈로 이루어지며, 볼록한 부위가 수광소자(150)를 향하게 배치될 수 있다. 제1 관통 홀(161a)의 입구와 제1 렌즈(171) 사이에 제1 파장차단 필터(173)가 삽입되고, 제2 관통 홀(162a)의 출구와 제2 렌즈(172) 사이에 제2 파장차단 필터(174)가 삽입될 수 있다. 제1,2 파장차단 필터(173)(174)는 광학적 누화를 줄이기 위해 특정 파장 대역을 차단한다. 제1,2 파장차단 필터(173)(174)는 제1,2 지지블록(161)(162)에 자외선 에폭시 등을 사용하여 고정될 수 있다. 또한, 제1,2 렌즈(171)(172)는 제1,2 파장차단 필터(173)(174)에 자외선 에폭시 등을 사용하여 고정될 수 있다.
한편, 예시된 바에 한정되지 않고, 광섬유(110)와 수광소자(150)가 서로 대응되게 배치되며, 필터 블록부(160)는 광섬유(110)를 통해 입력되는 광(λ1)을 투과시켜 수광소자(150)로 전달하고, 발광소자(140)로부터 출력된 광(λ2)을 반사시켜 광섬유(110)로 전달하도록 구성되는 것도 물론 가능하다.
필터 블록부(160)는 제2 정렬마크(165)들을 구비한다. 필터 블록부(160)가 제1,2 지지블록(161)(162)을 포함하여 구성되는 경우, 제1,2 지지블록(161)(162)은 제2 정렬마크(165)들을 각각 구비한다. 제2 정렬마크(165)들은 제1,2 지지블록(161)(163)이 캐비티(131)의 입구 주변에 정렬될 수 있게 제1 정렬마크(133)들과 각각 대응된다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 정렬마크(165)들이 제1 정렬마크(133)들과 맞춰짐에 따라 제1,2 지지블록(161)(162)은 캐비티(131)의 입구 주변에 수동 정렬될 수 있다. 이때, 제1,2 지지블록(161)(162)을 캐비티(131)의 입구 주변에 정렬하기 위해 정렬 지그가 사용될 수 있다. 제1,2 지지블록(161)(162)을 캐비티(131)의 입구 주변에 정렬된 후, 자외선 에폭시 등을 사용하여 제1,2 지지블록(161)(162)을 캐비티(131)의 입구 주변에 고정할 수 있다. 이와 같이, 제1,2 지지블록(161)(162)은 스템(130)에 대해 수동 정렬이 가능하므로, 양방향 광모듈(100)의 생산성을 향상시키는 이점이 있을 수 있다.
스템(130)의 상면 가장자리에는 제3 정렬마크(134)들이 형성되며, 캡(120)은 스템(130)에 정렬될 수 있게 제3 정렬마크(134)들과 대응되는 제4 정렬마크(121)들을 구비할 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제4 정렬마크(121)들이 제3 정렬마크(134)들과 맞춰짐에 따라 캡(120)은 스템(130)에 수동 정렬될 수 있다. 캡(120)이 스템(130)에 정렬되기 이전에, 스템(130)에는 캡(120)과의 실링을 위한 실링 처리가 될 수 있다. 그리고, 캡(120)이 제3 정렬마크들(134)과 제4 정렬마크(121)들에 의해 스템(130)에 정렬된 후, 레이저 용접 등에 의해 고정될 수 있다. 다른 예로, 캡(120)과 스템(130) 사이는 광섬유(110)로부터 출력되는 광의 출력을 측정하는 등의 방식을 이용해서 능동 정렬되는 것도 가능하다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
110..광섬유 120..캡
121..제4 정렬마크 130..스템
131..캐비티 132..격벽
133..제1 정렬마크 134..제3 정렬마크
140..발광소자 150..수광소자
160..필터 블록부 161..제1 지지블록
162..제2 지지블록 163..제1 광필터
164..제2 광필터 165..제2 정렬마크

Claims (10)

  1. 광섬유;
    일면에 캐비티(cavity)가 형성되며, 상기 캐비티의 입구 주변에 제1 정렬마크들이 형성되며, 일면 가장자리에 제3 정렬마크들이 형성된 스템;
    상기 캐비티 내에 실장되는 발광소자;
    상기 발광소자로부터 이격되어 상기 캐비티 내에 실장되는 수광소자;
    상기 캐비티의 입구 주변에 고정되고, 상기 발광소자로부터 출력된 광을 상기 광섬유로 전달하고 상기 광섬유를 통해 입력된 광을 상기 수광소자로 전달하는 것으로, 상기 캐비티의 입구 주변에 정렬될 수 있게 상기 제1 정렬마크들과 각각 대응되는 제2 정렬마크들을 구비하는 필터 블록부; 및
    상기 스템과의 사이에 상기 발광소자, 수광소자, 및 필터 블록부를 수용하며, 상기 스템에 정렬될 수 있게 상기 제3 정렬마크들과 대응되는 제4 정렬마크들을 구비하는 캡을 포함하며,
    상기 필터 블록부는,
    상기 제2 정렬마크를 구비하며, 45도 경사면을 갖는 직각삼각기둥 형상으로 사출물로 이루어진 제1 지지블록;
    상기 제2 정렬마크를 구비하며, 45도 경사면을 갖는 직각삼각기둥 형상으로 사출물로 이루어진 제2 지지블록;
    상기 제1 지지블록의 45도 경사면에 장착되는 제1 광필터; 및
    상기 제2 지지블록의 45도 경사면에 장착되는 제2 광필터를 포함하며,
    상기 제1,2 지지블록은 상기 제2 정렬마크들이 상기 제1 정렬마크들에 각각 대응되어 상기 캐비티의 입구 주변에 정렬된 상태로 고정되는 것을 특징으로 하는 양방향 광모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유와 발광소자는 서로 대응되게 배치되며;
    상기 제1 광필터는 상기 발광소자로부터 출력된 파장 대역의 광만을 투과시키며,
    상기 제2 광필터는 상기 광섬유를 통해 입력된 파장 대역의 광을 반사시키며,
    상기 제1 지지블록은 상기 발광소자로부터 출력된 광을 상기 제1 광필터를 통해 투과시켜 상기 광섬유로 전달하도록 상기 캐비티의 입구 주변에 정렬되어 고정되며,
    상기 제2 지지블록은 상기 광섬유를 통해 입력된 광을 상기 제1 광필터와 제2 광필터를 차례로 반사시켜 상기 수광소자로 전달하도록 상기 캐비티의 입구 주변에 정렬되어 고정된 것을 특징으로 하는 양방향 광모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 지지블록은 상기 발광소자로부터 출력된 광이 통과하는 부위에 제1 관통 홀이 형성되며;
    상기 제2 지지블록은 상기 광섬유를 통해 입력된 광이 상기 제1 광필터와 제2 광필터를 차례로 거치면서 통과하는 부위에 제2 관통 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 양방향 광모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 관통 홀의 입구에는 상기 발광소자로부터 출력된 광의 방사각을 줄여주는 제1 렌즈가 장착되며,
    상기 제2 관통 홀의 출구에는 상기 제2 광필터에 의해 반사된 광을 집속하는 제2 렌즈가 장착된 것을 특징으로 하는 양방향 광모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 관통 홀의 입구와 제1 렌즈 사이에 제1 파장차단 필터가 삽입되며,
    상기 제2 관통 홀의 출구와 제2 렌즈 사이에 제2 파장차단 필터가 삽입된 것을 특징으로 하는 양방향 광모듈.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1,2 광필터는 WDM(Wavelength-division multiplexing) 박막 필터인 것을 특징으로 하는 양방향 광모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유와 필터 블록부 사이에는 상기 발광소자로부터 출력되어 상기 필터 블록부를 거친 광을 집속해서 상기 광섬유로 전달하는 집속렌즈가 구비된 것을 특징으로 하는 양방향 광모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티 내에는 상기 발광소자와 수광소자 사이를 구획하는 격벽이 형성된 것을 특징으로 하는 양방향 광모듈.
  10. 삭제
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