KR101769034B1

KR101769034B1 - 광학 엔진

Info

Publication number: KR101769034B1
Application number: KR1020150165548A
Authority: KR
Inventors: 이은구; 이상수; 이정찬
Original assignee: 주식회사 옵텔라
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2017-09-19
Also published as: KR20170060839A

Abstract

마운트, 마운트 상면에 설치되며 복수의 광소자 열, 광소자를 구동하기 위한 구동 드라이버나 광소자가 받은 빛에 의한 신호를 처리하는 처리장치 가운데 적어도 하나를 구비하여 이루어지는 광소자 관련 회로장치, 마운트에서 광소자의 주변에 광소자 위쪽으로 광학적 인터페이스를 위한 공간을 확보하기 위해 광소자보다 높게 설치되는 스페이서를 구비하여 이루어지며, 외부 회로와의 전기적 인터페이스를 이루는 스템(stem)과, 스페이서에 놓여 하면으로 스템과 접속면을 이루며, 광원의 빛을 하면으로 입력받아 측면으로 출력하거나 측면에서 빛을 입력받아 하면으로 출력하는 커버블럭을 구비하며, 커버블럭에는 광소자 열의 숫자에 대응되는 개수의 광가이드층이 서로 높이를 달리하며 복층으로 설치되고, 광소자 열과 대응되는 광가이드층은 단부는 광소자 열을 이루는 광소자의 상부에 경사면을 이루는 미러를 가져 광소자의 빛을 반사시켜 광가이드층을 따라 측방으로 전달하거나, 광가이드층을 따라 측방으로 전달된 빛을 반사시켜 광소자로 전달하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 엔진이 개시된다.
본 발명에 따르면, 하나의 스템에 다수 열의 광소자가 설치될 수 있고, 다수 광소자가 설치되는 경우에도 광소자와 광가이드 사이의 결합을 정확하면서도 용이하게 할 수 있는 구성을 가지는 광학 엔진을 제공할 수 있다.

Description

광학 엔진{optical engine}

본 발명은 광통신 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광통신에 사용될 수 있는 광소자의 집적도를 높여 통신 트래픽 용량을 높일 수 있고, 광소자와 광가이드 사이의 결합을 단순 능률적으로 할 수 있는 광학 엔진에 관한 것이다.

대용량 콘텐츠 기반의 서비스 확대 및 스마트폰의 보급률의 급속한 증가 그리고 데이터 센터의 급증 등으로 데이터 트래픽에 대한 용량 증가 방안이 꾸준히 연구되고 있다. 이를 해결하기 위해 통신관련 국제 표준화 기구는 동일 파장 멀티채널 기술 및 파장분할 다중화 기술을 사용하는 표준안을 발표하고 많은 기관 및 연구자들은 이러한 기술들의 구현 방법을 연구하고 있다. 이러한 표준들과 기술들은 저가화, 고속화, 소형화 및 저전력 이슈를 해결해야 하며 네트워크를 구성하는 구성품인 광트랜시버 측면에서의 극복방안으로 레이저 어레이 기반 광송신기가 개발되고 실제 응용 분야에 사용되고 있다.

광송신기에서 레이저와 광도파로 사이의 광결합 효율을 높이기 위해서 일반적으로 렌즈를 사용한다. 렌즈를 사용하여 광결합을 구현하면 시스템의 특성에 따라 광결합 효율을 높이거나 허용범위(tolerance)를 늘리고 또는 둘 사이에 적정한 수준에서 최적회된 패키지 구조를 설계할 수 있다. 하지만 기존의 광섬유 어레이 및 광도파로 어레이와의 광결합을 위해 레이저와 레이저 사이의 간격을 250 um로 만들 경우 광결합에 사용하는 렌즈를 어레이 형태로 만들어야 하고 이로 인해 비용이 높아지는 단점이 발생한다. 렌즈 어레이의 제작 비용을 감소하기 위해 레이저 설치 간격(pitch)을 늘릴 경우 하나의 웨이퍼에서 제작 할수 있는 레이저의 개수가 감소하므로 레이저의 가격 상승을 초래한다.

기존 광학 엔진(optical engine)은 기본적으로 45도 미러(mirror)를 사용하기 때문에 광원(혹은 광검출기)과 광도파로(광섬유)와의 거리가 멀어 2개의 렌즈 혹은 1개의 렌즈를 사용한다. 이 경우 광결합을 위해 가이드 포스트(guide post), 래치(latch) 등 많은 기구물들이 삽입되므로 구조가 복잡하고 패키징 공정이 어렵게 되는 단점이 생긴다. 또한 기존의 광학 엔진은 대부분은 광다중화기(광역다중화기)를 사용하지 않는 광도파로 어레이를 사용하므로 다중 파장(multi wavelength)을 사용하는 시스템에 사용하기 부적합하다.

하나의 칩(chip)에 다수의 레이저가 형성된 경우 40G BASE-LR4나 100G BASE-LR4와 같이 파장 간격이 넓은 4개 파장을 사용하는 규격에는 사용하기 어려워 진다. 다수의 레이저를 하나의 칩에 구성하면 서로 다른 파장을 만들기 어려운 이유는 다음과 같다. 첫째 다수의 레이저가 동일한 활성층(active layer)을 사용하므로 넓은 이득 곡선을 얻어야 하는데 성장시 이러한 조건을 만족하기 어렵다. 둘째로 레이저는 공진기의 길이에 따라 발진 파장이 달라지는데 다수의 레이저가 하나의 칩에 구성되면 공진기의 길이를 다르게 만들기가 어렵다. 하나의 칩에서 비교적 넓은 범위로 레이저가 동작하도록 만들 수는 있으나 결국 제작 비용이 상승하는 단점이 발생하므로 현재 늘어나는 트래픽을 감당하기에는 어려운 점이 있다.

서로 다른 파장을 출력하기 위해서는 서로 독립적인 단일 레이저들을 하나의 마운트 위에 실장하여 레이저 어레이를 구현하는 방법을 사용할 수 있다. 이 경우 웨이퍼당 레이저 개수의 감소 없이 레이저 사이의 간격을 넓힐 수 있고, 렌즈 어레이의 간격도 넓힐 수 있어 렌즈 사이의 거리가 비교적 긴 저가의 렌즈 어레이를 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 저가의 렌즈 어레이 사용에도 불구하고 기존의 패키지 방식을 사용하게 되면 패키지에 사용하는 부품, 패키징 소요 시간 및 패키징 비용 측면에서 여전히 단점을 갖는다.

일 예로 고속으로 동작하는 광 송신기의 경우 고속의 전기적 인터페이스와 높은 신뢰성을 보장하기 위해서 세라믹 피드스루(ceramic-feedthrough)를 사용하는 미니(Mini) DIL 형태의 패키지를 사용하는데 부품으로 사용하는 케이스의 가격이 고가이고 케이스 내부의 좁은 공간에서 작업을 하기 때문에 패키징 시간이 길어져 광서브어셈블리(OSA:optic sub assembly) 가격 자체가 상승하는 단점이 발생한다.

이런 문제점이 발생하는 근본적인 이유는 급격히 증가하는 데이터 트래픽으로 인해 물리계층을 연결하는 광트랜시버는 동작 측면에서는 고성능이 요구되는 반면 관리 측면으로는 네트워크를 구성하는 부품의 크기는 작아져야 하고 설비 비용의 문제로 가격은 낮아져야 한다는 모순적인 상황에서 기인한다.

이런 기존 기술 상황의 문제점 및 모순을 해결하기 위해서는 고성능이면서 저가에 저전력임과 동시에 크기가 작은 형태의 광학 모듈이 필요하다.

특히, 하나의 광학 엔진 내에 광원과 광검출기와 같은 다른 종류의 광소자 다수개가 높은 집적도로 형성되는 경우, 이런 구조를 나누어 형성하고 이들을 서로 결합시켜 전체적 광통신용 장치 구성을 시키는 경우에 비해 전체적인 광통신 장비의 구조를 단순하게 하고, 페키징 효율 및 광결합 효율을 높일 수 있으므로 유리한 점이 많이 있으나, 기존의 광학 엔진의 스템과 광 결합부와 같은 내부적 구조, 결합형태를 고려하면 그러한 광학 엔진을 형성하는 것은 매우 어려운 작업이 될 것이며, 비용도 매우 높게 될 수 있다.

미국특허공개 2004/0264884호: compact package design for vertical cavity surface emitting laser array to optical fiber cable connection. 미국특허공개 2006/0162104호: High speed optical sub-assembly with ceramic carrier.

본 발명은 상술한 종래의 광학 엔진의 구성상의 어려움을 해결하기 위한 것으로, 하나의 스템에 다수 열의 광소자가 설치될 수 있고, 이렇게 다수 광소자가 설치되는 경우에도 광소자와 광가이드 사이의 결합을 정확하면서도 용이하게 할 수 있는 구성을 가지는 광학 엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 하나의 스템에 서로 다른 종류의 다수의 광소자 열을 형성할 수 있고, 이렇게 다수 이종 광소자 열이 설치된 경우에도 광소자와 광가이드 사이의 결합을 정확하면서 용이하게 할 수 있는 구성을 가지는 광학 엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 광원 및 수광소자를 함께 가지고, 이들을 인접 거리에서 연관시켜 장치 구성의 공간적 효율이나 광 결합상의 효율을 높일 수 있으며, 제작 및 패키징의 비용을 줄여 저가 고성능의 광트랜시버 등 광통신 장치를 제작하는 것을 가능하게 하는 광학 엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학 엔진은,

마운트, 상기 마운트 상면에 설치되며 복수의 광소자 열, 상기 광소자를 구동하기 위한 구동 드라이버나 상기 광소자가 받은 빛에 의한 신호를 처리하는 처리장치 가운데 적어도 하나를 구비하여 이루어지는 광소자 관련 회로장치, 상기 마운트에서 상기 광소자의 주변에 상기 광소자 위쪽으로 광학적 인터페이스를 위한 공간을 확보하기 위해 광소자보다 높게 설치되는 스페이서를 구비하여 이루어지며, 외부 회로와의 전기적 인터페이스를 이루는 스템(stem)과,

상기 스페이서에 놓여 하면으로 상기 스템과 접속면을 이루며, 상기 광원의 빛을 하면으로 입력받아 측면으로 출력하거나 상기 측면에서 빛을 입력받아 하면으로 출력하는 커버블럭을 구비하며,

상기 커버블럭에는 상기 광소자 열의 숫자에 대응되는 개수의 광가이드층이 서로 높이를 달리하며 복층으로 설치되고, 상기 광소자 열과 대응되는 상기 광가이드층은 단부는 상기 광소자 열을 이루는 광소자의 상부에 경사면을 이루는 미러를 가져 광소자의 빛을 반사시켜 광가이드층을 따라 측방으로 전달하거나, 광가이드층을 따라 측방으로 전달된 빛을 반사시켜 광소자로 전달하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 커버블럭은 광 결합부 역할을 할 수 있도록 커버블럭의 외부와 광학적 인터페이스를 이루는 측면에 광 결합용 포트 기타 장치가 구비되는 것일 수 있다.

본 발명에서 광가이드층은 광소자 열을 이루는 개별 광소자 각각에 대응하는 광섬유가 같은 평면에 서로 나란히 설치되고, 상기 경사면을 이루는 미러는 개별 광섬유의 끝단마다 이루어지는 것일 수 있다.

본 발명에서 광가이드층은 하나의 도광판층으로 이루어지고, 상기 경사면을 이루는 미러는 도광판의 일 측단면 전체를 통해 이루어져 상기 광소자 열을 이루는 개별 광소자 모두에 공통된 것일 수 있다. 이때, 커버블럭의 외부와 광학적 인터페이스를 이루는 측면쪽에는 도광판층 측단에 광을 수수하면서 파장을 다중화하기 위한 광 다중화 장치를 더 구비하여 이루어질 수 있고, 이때 광 다중화 장치는 AWG(arrayed waveguide grating), TFF(Thin film filter) 가운데 적어도 하나의 요소를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고, 이런 상태로 커버블럭의 광학적 인터페이스를 이루는 측단은 외부와의 광 결합용 포트 기타 장치를 형성할 수도 있다.

본 발명에서 광소자 열 사이의 거리는 광가이드층 사이의 높이 차이와 같고 상기 경사면의 경사각은 45도를 이루는 것일 수 있다. 이때 상부의 광가이드층의 단부의 미러를 이루는 경사면과 하부의 광가이드층의 단부의 미러를 이루는 경사면은 하나의 경사평면 내에 존재하여 커버블럭 전체의 측단면이 단일 경사평면으로 가공된 것일 수 있다.

본 발명에서 광소자 열 사이의 거리는 광가이드층 사이의 높이 차이와 서로 다르고, 상부의 광가이드층의 단부의 미러를 이루는 경사면과 하부의 광가이드층의 단부의 미러를 이루는 경사면은 하나의 경사평면 내에 존재하지 못하고 커버블럭 전체의 측단면 관점에서 단차를 이루도록 형성되는 것일 수 있다.

본 발명에서 스템의 외부와의 전기적 인터페이스를 위한 전기 패드는 마운트 측면에 형성되는 것일 수 있고, 마운트를 관통하는 비아에 의해 마운트 하면에 형성되는 것일 수도 있다.

본 발명에서 스페이서는 광소자 주변의 사방 측면에 폐곡선을 이루도록 형성되고, 광가이드층을 포함하는 커버블럭은 이 폐곡선으로 둘러싸인 평면 일부를 밀봉하도록 스페이서와 결합되고, 둘러싸인 평면의 나머지 일부는 보조 커버를 통해 밀봉되도록 스페이서와 결합되는 보조 커버가 구비될 수 있다.

이때, 커버블럭 및 보조 커버의 하면은 스페이서와 적어도 부분적으로 크기와 형태가 정합되어 광소자와 광가이드의 경사진 미러면이 가장 가깝게 정위치에서 대향되도록 이루어지는 것일 수 있으며, 커버블럭과 보조 커버부가 먼저 일체로 ㄱ결합되고, 그 상태에서 스페이서와 외각이 정합되도록 밀봉결합되는 것일 수 있다.

본 발명의 광학 엔진에서, 광원은 레이저 다이오드(LD)일 수 있고, 수광소자는 광 검출기(PD)일 수 있으며, 광소자 각각을 구동하기 위한 드라이버는 레이저 다이오드 구동 드라이버, 처리장치는 전치증폭기(TIA: trans impedance amplifier)일 수 있으며, 광소자 관련 회로장치는 레이저 다이오드 구동 드라이버와 ATI를 함께 포함하여 일체로 이루어질 수도 있고, 구동 드라이버 칩과 AIT 칩을 별개로 형성하여 별개로 마운트에 설치되는 것일 수도 있다.

본 발명의 광학 엔진에서, 마운트는 연질인쇄회로기판(FPCB)일 수 있고, 스페이서와 일체로 형성되어 육면체의 오면이 폐쇄된 형태의 박스일 수 있다.

본 발명에서 광가이드층 단부의 경사진 미러면에는 반사효율을 높이기 위한 고반사층(HR coating)이 설치될 수 있고, 경사진 미러면의 하부의 커버블럭 하면 부분에는 광소자와의 빛의 유통이 잘 될 수 있도록 반사방지막(AR coating)이 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 커버블럭을 이루는 광가이드층 사이의 물질은 빛을 잘 통과시키는 투명물질이면서 광가이드를 이루는 도광판이나 광섬유(코어)와의 경계에서 전반사가 잘 이루어지도록 도광판이나 광섬유에 비해 굴절율이 낮은 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 하나의 스템에 다수 열의 광소자가 설치될 수 있고, 다수 광소자가 설치되는 경우에도 광소자와 광가이드 사이의 결합을 정확하면서도 용이하게 할 수 있는 구성을 가지는 광학 엔진을 제공할 수 있다.

본 발명은 하나의 스템에 이종 다수의 광소자를 설치하고, 이들 소자와 광가이드 사이의 결합을 정확하고 용이하게 할 수 있는 광학 엔진을 제공할 수 있고, 특히, 다수의 이종 소자로 이루어진 광소자 열이 복수개 있는 경우, 광소자 열마다 광가이드 열을 간단하고 정확하게 대응시킬 수 있는 구성을 가진 광학 엔진을 제공할 수 있다.

따라서, 본 발명은 광원 및 수광소자를 함께 가지고, 이들을 인접 거리에서 연관시켜 장치 구성의 공간적 효율이나 광 결합상의 효율을 높일 수 있으며, 제작 및 패키징의 비용을 줄여 저가 고성능의 광트랜시버 등 광통신 장치를 제작하는 것을 가능하게 하는 광학 엔진을 제공할 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 엔진을 나타내는 사시도,
도2는 본 발명의 일 실시예에서 광소자와 광가이드를 이루는 광섬유의 광 결합 부분을 나타내는 투시적 사시도,
도3은 도2의 부분에 대해 광섬유를 수직으로 절단하는 한 단면을 나타내는 단면도,
도4는 도3과 다른 실시예에 대한 단면을 나타내는 단면도,
도5는 보조 커버를 추가하여 스템의 광소자 설치 공간을 밀봉한 상태를 나타내는 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도1 내지 도3을 참조하면 광학 엔진은 크게 스템(10)과 커버 블럭(cover1: 20)을 구비하여 이루어진다.

여기서 스템(10)에는 사각형 평판을 이루는 마운트(11)의 상면 주변부에 측벽 형태의 4각 스페이서(15)가 위로 돌출되듯이 형성되어 대략 액자형태를 이루고, 스페이서(15)로 둘러싸인 평면에 해당하는 레이저 다이오드가 일렬을 이루면서 설치된 광소자 열(12a)과, 개별 광검출기가 일렬을 이루면서 설치된 광소자 열(12b)이 서로 나란히 평행을 이루도록 설치되고, 그 옆에는 각각 레이저 다이오드를 구동하기 위한 구동 드라이버 칩(13a)과 광검출기의 신호를 처리하기 위한 전치증폭기(TIA: trans impedance amplifier) 칩(13b)이 설치된다.

여기서는 광소자 관련 회로장치가 레이저 다이오드 구동 드라이버 칩과 ATI 칩으로 별개로 설치되지만 이들이 일체로 이루어질 수도 있으며, 광소자도 광원이나 광검출기 하나의 종류로만 형성될 수도 있다.

칩 주변에는 외부 신호를 받기 위한 전기 패드가 설치되고, 이 전기 패드는 마운트(11) 측벽에 형성된 전기 패드(17)들과 마운트의 내장 도선을 통해 연결된다. 마운트 측벽에 형성된 전기 패드(17)는 외부 회로(회로 보드)와 전기적 인터페이스를 형성하게 된다.

커버 블럭(20)은 스페이서(15)에 놓여 하면이 상기 스템과 접속면을 이루며, 광원으로 이루어진 광소자 열(12a)의 개별 광원에서 빛을 하면으로 입력받아 측면으로 출력하거나 측면에서 빛을 입력받아 광검출기로 이루어진 광소자 열(12b)을 향하여 하면으로 출력하게 된다.

커버블럭에는 광원 열과 광검출기 열로 이루어진 두 광소자 열(12a, 12b)에 대응되는 두 개의 광가이드층(21, 23)이 서로 높이를 달리하며 복층으로 설치되고, 각 광소자 열과 대응되는 각 광가이드층은 단부는 광소자 열을 이루는 개별 광소자의 상부에 경사면을 이루는 미러(mirror)를 가져 개별 광소자의 빛을 반사시켜 광가이드층(21)을 따라 측방으로 전달하거나, 광가이드층(23)을 따라 측방으로 전달된 빛을 반사시켜 광소자로 전달하도록 이루어진다.

본 실시예에서 광가이드층(21, 23)은 광소자 열(12a, 12b)을 이루는 개별 광소자 각각에 대응하는 광섬유(optic fiber)가 같은 평면에 서로 나란히 설치되고, 경사면을 이루는 미러는 이들 개별 광섬유의 끝단마다 설치되어 있다.

여기서는 광가이드층이 서로 나란한 광섬유 어레이로 이루어지지만 실시예에 따라 광가이드층은 하나의 평판인 도광판층으로 이루어지고, 경사면을 이루는 미러는 도광판의 일 측단면을 경사면으로 형성하고, 경사면 전체를 통해 이루어져 광소자 열을 이루는 개별 광소자 모두에서 나온 빛을 반사시키는 공통된 미러일 수 있다.

이런 도광판을 사용하면 외부와 광학적 인터페이스를 이루는 측면쪽에서 각 도광판층 측단에 광을 수수하면서 파장을 다중화하기 위한 광 다중화 장치(미도시)를 더 구비하여 광통신에서 트래픽 용량을 늘이는 데 사용될 수 있다. 광 다중화 장치는 서브 블럭 형태로 제작될 수도 있으며, 기능적인 측면에서 서로 다른 파장의 광신호를 다중화하거나 다중화된 광신호를 역다중화하거나 혹은 다른 경로의 멀티채널을 광검출기(PD) 전달하는 역할을 하는 광 다중화 장치로서 AWG 혹은 TFF(thin film filter)의 조합 등과 같은 수동광소자(MUX/DEMUX)가 될 수 있다. 그리고, 이런 상태로 커버블럭의 광학적 인터페이스를 이루는 측단은 도시되지 않지만 외부와의 광 결합용 포트 기타 장치를 형성할 수도 있다.

광 다중화 장치의 결합 여부에 따라 커버 블럭과 광학적 인터페이스를 형성하는 광 입출력부의 형상이 달라질 수 있다. 광 입출력부는 광섬유(optic fiber) 블록 및 광섬유 피그테일(optic fiber pigtail)을 구비하여 이루어질 수 있고, 외부와의 광학적 인터페이스가 광 리셉터클(receptacle) 또는 광 패치 코드(patch cord) 형태로 이루어질 수 있다. 이때 도광판 블럭과 접합하는 면은 경사면(angled facet)을 사용하거나 반사방지막(AR coating)을 사용하거나 혹은 이들 모두를 사용하여 반사의 영향을 줄여 광학적 성능을 향상시킬 수 있다.

접속 포트(Port)의 개수는 도광판 블럭이 다중화 및 역다중화 요소를 포함할 경우 단일 포트로 구성이 가능하며 단순 광가이드일 경우 복수 개가 어레이 형태를 이루게 되므로 광 입출력부에도 도광판 블럭과 동일한 포트 개수를 갖는다. 가령, 도광판 블럭이 4채널의 서로 다른 파장을 다중화하여 하나의 포트로 출력하면 광 입출력부도 하나의 포트를 갖고 도광판 블럭이 4채널을(이 경우 서로 다른 파장일 필요는 없음)을 서로 다른 포트로 출력하면 광 입출력부도 4개의 접속 포트를 갖는다.

광 입출력부는 사용 목적에 따라 기존에 알려진 다양한 형태, 가령, 파이버 페룰(fiber ferrule), 파이버 블럭(fiber block)을 포함한 파이버 페룰(fiber ferrule), 파이버 블럭(fiber block)과 패치 코드(patch cord) 또는 리셉터클(receptacle)이 혼합된 형태 및 리셉터클(receptacle) 형태가 될 수 있다.

도3의 단면도에서 나타나듯이 여기서 두 광소자 열(12a, 12b) 사이의 거리는 두 광가이드층(21, 23) 사이의 높이 차이와 서로 다르고, 상부의 광가이드층(23)의 단부의 미러(23a)를 이루는 경사면과 하부의 광가이드층의 단부의 미러(21a)를 이루는 경사면은 하나의 경사평면 내에 존재하지 못하고 커버 블럭(20) 전체의 측단면 관점에서 단차(미러면 1, 2 간격)를 이루도록 형성된다.

그러나, 바람직하게는 두 광소자 열(12a, 12b') 사이의 거리는 광가이드층 사이의 높이 차이와 같고 커버블럭 전체의 측단을 이루는 경사면의 경사각은 45도를 이루는 것일 수 있다. 이때 상부의 광가이드층(23)의 단부의 미러(23a)를 이루는 경사면과 하부의 광가이드층(21)의 단부의 미러(21a)를 이루는 경사면은 하나의 경사평면 내에 존재하여 커버블럭 전체의 측단면이 단일 경사평면으로 가공된 것일 수 있다.

이런 실시예는 도4의 단면도에서도 볼 수 있다.

이 실시예에서 이때 상부의 광가이드층의 단부의 미러를 이루는 경사면과 하부의 광가이드층의 단부의 미러를 이루는 경사면은 하나의 경사평면 내에 존재한다. 이는 커버블럭 전체의 측단면을 단일 경사평면으로 가공하고, 가공된 경사면 표면에 반사율이 높은 고반사막(HR coating:25)을 형성하여 제작할 수 있다.

한편, 광소자와 미러 사이에서 빛을 전달하거나 전달받는 경로를 이루는 광가이드층 하부의 보조물질층, 광가이드층 사이의 보조물질층은 빛을 잘 통과시키는 투명물질이면서 광가이드를 이루는 도광판이나 광섬유(코어)와의 경계에서 전반사가 잘 이루어지도록 도광판이나 광섬유에 비해 굴절율이 낮은 물질로 이루어지도록 한다.

광섬유 열로 광가이드층을 형성하기 위해 보조 물질층에 서로 나란한 광섬유 설치홈을 형성하고, 이 홈을 이용하여 각 광섬유를 고정할 수 있다.

커버블럭으로 빛이 입사하는 커버블럭 하면에는 광손실을 줄이기 위해 전반적으로 반사방지막을 형성할 수 있고, 적어도 경사진 미러면의 하부의 커버블럭 하면 부분에는 광소자와의 빛의 유통이 잘 될 수 있도록 반사방지막(AR coating:27)이 설치되는 것이 바람직하다.

도5는 도1의 실시예에 비해 보조 커버를 추가하여 스템의 광소자 설치 공간을 밀봉한 상태를 나타내는 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.

본 실시예에서 스템의 상단을 이루는 4각형 스페이서는 평면적으로 위에서 볼 때 광소자 주변의 사방 측면에 폐곡선을 이루도록 형성되며, 복수의 광가이드층을 포함하는 커버블럭은 이 폐곡선으로 둘러싸인 평면 일부를 밀봉하도록 스페이서와 결합된다.

이때, 커버블럭(20)의 하면은 스페이서와 크기와 형태가 정합되어 광소자와 광가이드의 경사진 미러면이 가장 가깝게 정위치에서 대향되도록 이루어지는 것이 스템과 커버블럭을 결합하여 광학 엔진을 조립하는 패키징을 용이하고 저렴하게 할 수 있으므로 바람직하다.

이상의 사항은 다른 실시예에서도 이루어질 수 있지만 본 실시예에서는 커버 블럭(20)에 더하여 보조커버(30)가 구비되고, 보조커버(30)는 스페이서로 둘러싸인 평면의 나머지 일부를 덮어 밀봉하는 역할을 한다. 보조커버도 스페이서와 닿는 부분 및 커버 블럭과 닿는 부분이 서로 정합되어 광소자와 광가이드의 경사진 미러면이 가장 가깝게 정위치에서 대향되도록 보조하는 역할을 할 수도 있다.

보조커버는 커버블럭과 먼저 일체로 결합되고, 그 상태에서 스페이서와 외각이 정합되도록 밀봉결합되는 것일 수 있다. 밀봉이 잘 이루어지면 광소자를 둘러싸는 공간에 외부 공기 및 습기가 유입되는 것이 억제, 방지되어 광소자의 수명을 상대적으로 늘릴 수 있어 바람직하다. 이를 위해 커버블럭, 보조 커버, 스페이서는 정합을 이룬 상태에서 밀봉력이 좋은 실링재, 접착제로 밀착되도록 한다. 강한 결합 및 밀봉처리(hermetic sealing)를 위해서는 금속(metal), 세라믹(ceramic), 글래스(glass) 및 실리콘 계열 등의 물질이 사용될 수 있다.

본 발명에서 스템의 외부와의 전기적 인터페이스를 위한 전기 패드는 도1 등에 도시되듯이 마운트 측면에 형성되는 것일 수 있고, 마운트를 관통하는 비아에 의해 마운트 하면에 형성되는 것일 수도 있다.

전기적 인터페이스는 신호를 전달하는 고속신호라인(high speed signal lines)과 레이저 다이오드나 광검출기의 제어 및 성능을 모니터링하는 조절라인(control lines)으로 구성될 수 있다. 이때 전기적 인터페이스는 도선 패턴이나 비아를 사용해 구성할 수도 있으며 리드 핀(lead pin)을 사용할 수도 있다.이러한 구성 역시 마운트를 제작하는데 사용하는 물질이나 마운트의 기능에 따라 달라질 수 있다.

드라이버 칩이나 ATI 칩을 장착하기 위한 탑패드와 광소자 장착을 위한 탑패드가 설치되고, 탑패드가 비아(via)를 통해서 스템의 바닥과 연결될 수도 있다. 이는 내부에서 발생한 열을 비아 및 바닥을 이용하여 외부로 방출하기 위한 것이다.

마운트의 제작 물질이 주로 합성수지인 경우에는 비아가 바람직하지만 마운트의 제작 물질이 메탈, 세라믹 또는 실리콘 계열의 물질이라면 자체열전도도가 좋기 때문에 굳이 비아를 사용하지 않는 것이 제작의 용이성 및 제작 비용 측면에서 바람직할 수 있다.

마운트는 가령, 연질인쇄회로기판(FPCB)일 수 있고, 스페이서와 일체로 형성되어 육면체의 오면이 폐쇄된 형태의 박스일 수 있다. 마운트에 전기 소자가 함께 부착되는 경우 마운트에 전기적 회로가 구성될 수 있다. 예를 들어 전기 소자에 주입되는 전력 신호의 노이즈를 제거하기 위해 전기 필터를 설치할 수 있다. 또는 신호 레벨을 조절하기 위해 임피던스 매칭 회로와 같은 회로를 구성할 수 있다.

광원을 이루는 광소자로는 광전달 효율을 높이기 위해 레이저 다이오드로는 진행에 따른 발산 정도가 낮은 VCSEL(vertical cavity surface emitting laser) 타입의 레이저 다이오드가 사용되는 것이 바람직하다.

스페이서의 높이는, 광소자의 발광면에서 나온 빛이 빈 공간을 지나 커버블럭으로 입사하기까지의 거리가 작도록 디자인되는 것이 빛의 손실을 줄이는 데 효율적이다. 스페이서와 마운트를 일체형으로 제작하는 것도 가능하며, 일체형이라 함은 하나의 부품으로 만들어 패키지 공정중에는 구성품의 접합 등의 작업을 수행하지 않는 것을 의미하며 반대로 분리형은 각기 다른 부품으로 만들어 패키지 공정 중에 접합 등의 작업을 수행하는 것이라고 할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체적 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한　것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10: 스템 11: 마운트
12a, 12b: 광소자 열 13a: 구동 드라이버 칩
13b: ATI 칩 15: 스페이서
17: 전기 패드 20: 커버블럭
21, 23: 광가이드층 21a, 23a: 미러
25: 고반사막 27: 반사방지막
30: 보조 커버

Claims

마운트, 상기 마운트 상면에 설치되는 광소자 열, 상기 광소자를 구동하기 위한 구동 드라이버나 상기 광소자가 받은 빛에 의한 신호를 처리하는 처리장치 가운데 적어도 하나를 구비하여 이루어지는 광소자 관련 회로장치, 상기 마운트에서 상기 광소자의 주변에 상기 광소자 위쪽으로 광학적 인터페이스를 위한 공간을 확보하기 위해 광소자보다 높게 설치되는 스페이서를 구비하여 이루어지며, 외부 회로와의 전기적 인터페이스를 이루는 스템(stem)과,
상기 스페이서에 놓여 하면으로 상기 스템과 접속면을 이루며, 상기 광소자의 빛을 하면으로 입력받아 측면으로 출력하거나 상기 측면에서 빛을 입력받아 하면을 통해 상기 광소자로 출력하는 커버블럭을 구비하며,
상기 커버블럭에는 상기 광소자 열에 대응되는 광가이드층이 설치되고, 상기 광소자 열과 대응되는 상기 광가이드층의 단부는 상기 광소자 열을 이루는 광소자의 상부에 경사면을 이루는 미러를 가져 광소자의 빛을 반사시켜 광가이드층을 따라 측방으로 전달하거나, 상기 광가이드층을 따라 측방으로 전달된 빛을 반사시켜 광소자로 전달하도록 이루어지며,
상기 스페이서는 상기 광소자 주변의 사방 측면에 폐곡선을 이루도록 상기 마운트와 일체로 형성되어 상부만 개방된 상태를 이루도록 하고
상기 스페이서의 개방된 상부는 상기 커버블럭을 포함하는 커버에 의해 덮여 상기 마운트, 상기 스페이서, 상기 커버로 둘러싸인 내부공간이 밀봉된 상태를 이루고,
상기 내부공간 외부와 내부 사이의 전기적 신호 전달은 상기 마운트의 내장 도선, 상기 마운트를 관통하거나 상기 마운트 측면에 형성되는 비아 가운데 적어도 하나를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 엔진.
제 1 항에 있어서,
상기 광가이드층은 상기 광소자 열을 이루는 개별 광소자 각각에 대응하는 광섬유가 같은 평면에 서로 나란히 설치되고, 상기 경사면을 이루는 미러는 개별 광섬유의 끝단마다 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 엔진.
제 1 항에 있어서,
상기 광가이드층은 각각 하나의 도광판으로 이루어지고,
상기 경사면을 이루는 미러는 상기 도광판의 일 측단면 전체를 통해 이루어져 상기 광소자 열을 이루는 개별 광소자 모두에 공통된 미러를 이루는 것을 특징으로 하는 광학 엔진.
제 3 항에 있어서,
상기 커버블럭의 외부와 광학적 인터페이스를 이루는 측면 쪽에는 상기 도광판 측단에 광을 수수하면서 파장을 다중화하기 위한 광 다중화 장치를 더 구비하고,
상기 광 다중화 장치는 AWG(arrayed waveguide grating), TFF(Thin film filter) 가운데 적어도 하나의 요소를 포함하여 이루어지는 광학 엔진.
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 커버블럭의 외부와 광학적 인터페이스를 이루는 측면 쪽 단부에는 상기 커버블럭과 외부와 광학적 인터페이스를 이루도록 광 결합용 포트가 형성된 광학 엔진.
제 1 항에 있어서,
상기 스템에서 상기 광소자 열은 복수로 설치되고, 상기 커버블럭에는 상기 광소자 열의 숫자에 대응되는 개수의 광가이드층이 서로 높이를 달리하며 복층으로 설치되고,
상기 광소자 열 사이의 거리는 상기 광가이드층 사이의 높이 차이와 서로 다르고, 상부의 광가이드층의 단부의 미러를 이루는 경사면과 하부의 광가이드층의 단부의 미러를 이루는 경사면은 하나의 경사평면 내에 존재하지 못하고 커버블럭 전체의 측단면에서 단차를 이루도록 형성되고, 상기 경사면은 45도 경사를 가지는 광학 엔진.
제 1 항에 있어서,
상기 커버는 상기 커버블럭에 보조 커버가 더 구비되어 이루어지고,
상기 커버블럭은 상기 폐곡선으로 둘러싸인 평면 일부를 밀봉하도록 상기 스페이서와 결합되고,
상기 둘러싸인 평면의 나머지 일부는 상기 보조 커버로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 광학 엔진.
제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 커버블럭의 하면은 상기 스페이서와 적어도 부분적으로 크기와 형태가 정합되어 상기 광소자와 상기 광가이드의 경사진 미러면이 가장 가깝게 정위치에서 대향되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 엔진.
제 1 항에 있어서,
상기 광가이드층 단부의 경사진 미러면에는 반사효율을 높이기 위한 고반사층(HR coating)이 설치되고,
상기 경사진 미러면의 아래쪽의 상기 커버블럭 하면 부분에는 상기 광소자와의 빛의 유통이 잘 될 수 있도록 반사방지막(AR coating)이 설치되는 것을 특징으로 하는 광학 엔진.
제 1 항에 있어서,
상기 커버블럭을 이루는 광가이드층 사이 혹은 광가이드층 상 하부에 위치하는 물질은 빛을 잘 통과시키고, 광가이드를 이루는 재질층과의 경계에서 전반사가 잘 이루어지도록 상기 광가이드를 이루는 재질층에 비해 굴절율이 낮은 물질로 이루어지는 광학 엔진.