KR101950733B1 - 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수 개의 투과 파장 특성을 갖는 파장 가변 필터를 이용하여 선택되는 파장을 가변시킬 수 있도록 하는 광 수신기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광 수신기는 광섬유로부터 발산되는 레이저 빛이 투과하는 파장 가변 필터(100)와; 상기 파장 가변 필터(100)를 투과하는 레이저 빛을 수신하는 포토 다이오드(300);가 구비된 파장 가변 광 수신기로서, 상기 파장 가변 필터(100)는 복수 개의 투과 파장을 가지는 Fabry-Perot 형의 에탈론 필터로 이루어져, 특정 파장의 채널에서 다른 파장의 채널로 이동시킬 경우 전 채널을 선정한 FP 에탈론 필터의 투과 피크와 다른 피크가 광 채널을 선정하게 함으로써 파장 가변 필터의 온도 변화를 줄여줄 수 있도록 제공된다.

Description

파장 가변 필터를 이용한 광 수신기 {OPTICAL RECEIVER WITH WAVELENGTH TUNABLE FILTER}
본 발명은 광 수신기에 관한 것으로, 특히 복수 개의 투과 파장 특성을 갖는 파장 가변 필터를 이용하여 선택되는 파장을 가변시킬 수 있도록 하는 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기에 관한 것이다.
근래에 들어 스마트폰 등의 동영상 서비스를 비롯하여 통신 용량이 매우 큰 통신 서비스들이 출시되고 있다. 이에 따라 종래의 통신 용량을 대폭적으로 증가시킬 필요가 대두 되고 있는데, 이러한 통신 용량 증가 방법의 하나로 이미 종래에 포설되어 있는 광섬유를 이용하는 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 방식의 통신 방식이 채택되고 있다. 상기 DWDM은, 파장이 서로 다른 레이저 빛들이 서로 간섭하지 않아 하나의 광섬유를 통하여 동시에 여러 가지 파장의 빛 신호를 전송하여도 신호 간에 간섭이 없는 현상을 이용한 것으로, 하나의 광섬유로 여러 파장의 빛을 동시에 전송하는 방식을 말한다.
현재 세계적으로 NG-PON2(Next Generation - Passive Optical Network version 2)라는 규격이 합의되고 있으며, 이러한 NG-PON2 규격에는 전화국에서 가입자로의 하향 광신호로 4 채널의 파장을 설정하고 있다. 이러한 4채널의 파장 간격은 100GHz 또는 200GHz의 파장 간격을 설정하고 있다.
이러한 NG-PON2 규격에서 하나의 가입자는 하나의 파장을 선택하여 광수신을 하여야 하며, 이러한 파장의 분리는 파장을 분리하는 고정 장치로 특정한 파장의 채널 광신호를 광 수신기에 입력시킴으로써 하향 광신호를 수신하는 방법이 가능하다. 그러나 이러한 고정된 파장을 특정한 광섬유로 분리하고, 특정 광섬유에 결합된 파장의 종류에 관계없이 광수신을 하는 형태의 광 수신기는 광선로 할당이 동적으로 이루어지지 않아 광선로의 관리에 어려움이 있어 왔다.
이러한 문제를 해결하기 위해 광 수신기에서 동적으로 수신 파장을 결정할 수 있는 파장 가변 광 수신기가 개발되어 왔다. 이러한 파장 가변 광 수신기에 사용되는 파장 가변 필터는 일반적으로 유리 재질의 기판에 비정질 실리콘과 SiO2 등을 교대로 증착하여 특정한 파장만을 투과시키는 필터가 사용되고 있다.
도 1은 미국특허 US6985281호에 적용된 파장 가변 필터를 나타낸 것으로, 상기 미국특허의 파장 가변 필터는 기존에 사용되고 있는 유리 재질의 기판에 비정질 실리콘과 SiO2 등을 교대로 증착하여 특정한 파장만을 투과시킬 수 있도록 하고 있다. 이러한 미국특허에서 스페이서(spacer)로 사용되는 비정질 실리콘은 온도에 따른 굴절률 변화가 10-4 정도의 값을 가져, 파장 선택성 필터의 온도를 1℃ 정도 바꾸어주면 파장 선택성 필터를 투과하는 빛의 주파수가 약 10GHz 정도 바뀌게 되는 특성을 가지게 된다. 이러한 파장 가변 필터는 수십 nm의 파장 대역에서 단지 하나의 투과 피크를 가지고 있는데, 이러한 필터를 미리 정해진 4 파장의 채널에 대응시키기 위해서는 도 1의 스페이서(spacer) 층으로 사용되는 비정질 실리콘의 두께가 매우 정밀하게 제작되어야 한다. 그러나 이러한 비정질 실리콘의 두께 조절은 매우 어려우며, 이에 따라 파장 가변 필터가 원하는 파장에서 수 nm 떨어지게 제작되는 경우가 빈번하게 발생하는 등 파장 가변 필터의 제작에 어려움이 있어 왔다.
미국특허 US 6,985,281호 (2006.01.10)
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 에탈론 필터를 이용하여 복수 개의 투과 피크 특성을 갖도록 하는 파장 가변 광 수신기를 제공하는 데 있다.
특히, 본 발명은 저가의 TO형 패키지를 사용하되 종래 규격화된 SFP 트랜시버 케이스에 장착이 가능한 크기로 제작 가능한 파장 가변 광 수신기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 수신기는 광섬유로부터 발산되는 레이저 빛이 투과하는 파장 가변 필터와; 상기 파장 가변 필터를 투과하는 레이저 빛을 수신하는 포토 다이오드;가 구비된 파장 가변 광 수신기로서, 상기 파장 가변 필터는 복수 개의 투과 파장을 가지는 Fabry-Perot 형의 에탈론 필터로 이루어진다.
상기 파장 가변 필터의 단면 반사율은 80∼99％, 더 바람직하게는 85∼95％인 것이 적절하다.
또한, 상기 파장 가변 필터의 주파수 간격은 광 채널 수를 n이라 할 때, (n / (n+1) × 광채널 주파수 간격) 또는 ((n+2) / (n+1) × 광채널 주파수 간격)으로 결정되는게 바람직한데, 이 파장 가변 필터의 주파수 간격은 상기 결정되는 주파수 간격에서 ±10％ 오차가 발생할 수 있다. 또한, 상기 파장 가변 필터의 주파수 간격은 광 채널 수를 n이라 할 때, ( (n+1) × 광채널 주파수 간격 / 2 )에 의해 결정될 수 있는데, 이러한 광 채널 수 n은 4 또는 8인 것이 바람직하다.
한편, 상기 파장 가변 필터는 히터 또는 열전소자에 의해 온도가 조절될 수 있다.
또한, 상기 파장 가변 필터를 투과하는 빛을 포토 다이오드의 수광부로 집중시키는 렌즈가 더 구비될 수 있다.
상기 파장 가변 필터는 실리콘, InP, GaAs 중 어느 하나의 재질을 포함하는 반도체 기판의 양면에 굴절률이 높고 낮은 유전체 박막이 적층되어 반사막이 형성된다.
한편, 상기 레이저 빛이 입사하는 파장 가변 필터 단면의 수선과 입사되는 레이저 빛은 0.2∼2°의 사이각을 형성하는데, 상기 사이각은 0.4∼1°로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 광섬유와 파장 가변 필터 사이에 한쪽 방향으로만 빛을 통과시키는 아이솔레이터가 더 구비될 수 있다.
한편, 상기 파장 가변 필터는 Bridge(교각) 모양 스탠드의 상부에 부착되며, 상기 Bridge(교각) 모양 스탠드의 하부에는 포토 다이오드가 배치될 수 있다. 또한, 상기 Bridge(교각) 모양 스탠드의 하부에, 상기 파장 가변 필터를 투과하는 빛을 포토 다이오드의 수광부로 집중시키는 렌즈가 부착될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 Bridge(교각) 모양 스탠드 상부에, 상기 파장 가변 필터의 온도를 조절하는 박막형 히터 필름이 부착될 수 있으며, 이 Bridge(교각) 모양 스탠드의 상부 일측에는 상기 파장 가변 필터의 온도를 측정하기 위한 써미스터가 더 부착될 수 있다.
본 발명에 따른 광 수신기에 적용되는 파장 가변 필터는 실리콘 등의 반도체 기판이 매우 정밀하게 두께 조절된 후 기판의 양면에 반사막이 코팅되어 제작됨으로써 파장 조절이 매우 용이한 효과가 있다. 즉, 도 1에 도시된 미국특허는 200GHz의 주파수 간격을 가지는 4 채널의 광통신에 적용할 경우, 최소 600GHz의 투과 주파수 조정이 필요하여 4 채널 중 어느 한 채널에 투과 주파수가 조정된 상태에서 최소 60℃의 온도 변화를 주어야 다른 전 채널에 동조 대응시킬 수 있게 된다. 이에 비해 본 발명에 따른 파장 가변 필터는 어느 한 채널에 동조되어 있을 때 150GHz의 투과 주파수 조정을 통하여 다른 3개의 광 채널 중 임의의 채널에 동조시킬 수 있어 단지 15℃의 온도 변화만으로도 상기 미국특허에서와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 미국특허의 경우 도 1의 스페이서(spacer) 층의 두께 조절이 매우 어려워 원하는 주파수와 1,000∼2,000GHz 정도 차이가 나는 경우가 매우 빈번한데 비해, 본 발명에서는 어떠한 경우에서도 100GHz 이상의 주파수 차이가 나는 경우가 없어 필터의 제작과 필터의 운용이 매우 용이한 장점이 있다.
도 1은 종래 광 수신기에 적용되는 파장 가변 필터의 일례,
도 2는 종래 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기에서 원하는 광 채널을 선정하는 과정을 나타낸 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기에서 원하는 광 채널을 선정하는 과정을 나타낸 개념도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기에서 원하는 광 채널을 선정하는 과정을 나타낸 개념도,
도 5는 본 발명에 따른 파장 가변 필터가 구비된 광 수신기에서 레이저 빛을 수신하는 과정을 나타낸 개념도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기 패키지의 입체 구조도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 한정하지 않는 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 종래 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기의 파장 가변 특성을 나타낸 개념도이다. 도 2에서, 본 발명을 이해를 돕기 위해, 4 채널의 파장을 가지는 광채널을 적용하고, 각각의 채널 주파수 간격을 200GHz로 예시하며, 4개의 광 채널을 각각 a, b, c, d로 명칭하여 설명하기로 한다.
도 2의 (a)는 4개의 광 채널 a, b, c, d가 200GHz의 주파수 간격으로 배치되어 있는 모습을 보여준다. 도 2의 (b)는 기존의 파장 가변 필터의 투과 특성을 예시한 것으로, 기존의 파장 가변 필터가 실선(좌측)으로 표시된 주파수의 투과 특성을 가지는 경우 선택되는 광 채널은 도 2 (c)의 a 채널이 된다. 이때, 파장 가변 필터의 온도를 바꾸어 도 2 (b)의 점선(우측)과 같은 투과 특성을 가지도록 할 경우 선택되는 광 채널은 도 2 (c)의 b 채널이 된다.
이때 광 채널 간의 간격이 200GHz이므로 이러한 기존의 파장 가변 필터의 주파수 변화가 10GHz/℃라고 할 때, 파장 가변 필터의 온도를 20℃ 바꾸어 주어야 채널 a에서 채널 b로 선택 광파장이 변경될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 복수 개의 투과 주파수 특성을 가지는 Fabry-Perot 형의 에탈론 필터를 이용한 광 수신기의 동작 원리를 나타낸 개념도이다.
도 3의 (a)는 200GHz의 주파수 간격을 가지는 4 채널의 광신호 주파수 분포를 보여준다.
한편, 본 발명에 따른 광 수신기에 적용된 Fabry-Perot 형의 에탈론 필터의 주파수 간격이 160GHz라고 하면, 도 3 (b)의 실선으로 표시된 바와 같이 에탈론 필터의 투과 주파수가 채널 a와 동조되고 있을 때, 에탈론 필터의 다른 투과 주파수는 광채널의 다른 채널과 주파수가 일치하지 않기 때문에 FP형의 에탈론 필터는 복수 개의 투과 주파수 대역이 존재함에도 불구하고 다른 광채널들이 FP형의 에탈론 필터를 투과하지 못하게 된다.
이러한 도 3 (b)의 실선과 같은 투과 특성을 가지는 FP형 에탈론 필터의 온도를 바꾸어 FP형의 파장 가변 필터의 투과 주파수를 40GHz 이동시켜 도 3 (b)의 점선과 같은 FP형의 투과 주파수 특성을 가지도록 하면 채널 b의 광채널이 선택되게 된다. 즉, 파장 가변 필터의 주파수 변화가 도 2에서와 같이 10GHz/℃라면, 본 발명에서는 인접 채널을 선택하기 위해 단지 4℃의 온도만 바꾸어주면 된다. 그러므로 기존의 파장 가변 필터로는 최소 60℃의 온도를 바꾸어야 전채널을 선택할 수 있었으나, 본 발명에서는 단지 최소 12℃만의 온도를 바꾸어주어도 전채널을 선정할 수 있게 되므로, 에너지 효율이 높아질 수 있다.
이를 보다 상세히 설명하기 위해, 본 발명의 실시예로 도 3의 (a)에서 설정된 광 채널 a, b, c, d의 주파수를 각각 0GHz, 200GHz, 400GHz, 600GHz로 가정하자. 또한, FP형 에탈론 필터로 이루어진 파장 가변 필터의 투과 주파수가 ... -160GHz, 0GHz, 160GHz, 320GHz, 480GHz, ...의 주파수로 구성된다고 가정하자.
이 경우 광 채널과 파장 가변 필터의 투과 주파수가 일치하는 a 채널(0GHz)이 선정된다. 이러한 파장 가변 필터의 온도를 4℃ 증가시키면 파장 가변 필터의 투과 주파수는 40GHz 변화되어, -120GHz, 40GHz, 200GHz, 360GHz, 520GHz으로 바뀌게 되고, 이에 따라 파장 가변 필터의 투과 주파수는 b 채널(200GHz)이 된다. 이때 선택되지 않는 다른 채널들은 인접한 파장 가변 필터의 투과 주파수와 최소 40GHz 차이가 나게 되어 빛의 투과가 차단된다.
이때, 또다시 파장 가변 필터의 온도를 4℃ 증가시키면 파장 가변 필터의 투과 주파수는 -80GHz, 80GHz, 240GHz, 400GHz, 560GHz로 바뀌게 되어, 파장 가변 필터의 투과 주파수는 c 채널(400GHz)가 된다. 이때에도 선택되지 않는 다른 채널들은 인접한 파장 가변 필터의 투과 주파수와 최소 40GHz 차이가 나게 되어 빛의 투과가 차단된다.
본 발명의 다른 실시예로, 설정된 광 채널의 주파수를 a, b, c, d 채널을 각각 0GHz, 200GHz, 400GHz, 600GHz라 가정하자. 또한, FP형 에탈론 필터로 이루어진 파장 가변 필터의 투과 주파수가 ... -240GHz, 0GHz, 240GHz, 480GHz, 720GHz, ...의 주파수로 구성된다고 가정하자.
이 경우 광채널과 파장 가변 필터의 투과 주파수가 일치하는 a 채널(0GHz)이 선정된다. 이러한 파장 가변 필터의 온도를 4℃ 감소시키면, 파장 가변 필터의 투과 주파수는 -280GHz, -40GHz, 200GHz, 440GHz, 680GHz로 바뀌게 되고, 이에 따라 파장 가변 필터의 투과 주파수는 b 채널(200GHz)이 된다. 이때 선택되지 않는 다른 채널들은 인접한 파장 가변 필터의 투과 주파수와 최소 40GHz 차이가 나게 되어 빛의 투과가 차단된다.
이때, 또다시 파장 가변 필터의 온도를 4℃ 감소시키면 파장 가변 필터의 투과 주파수는 -320GHz, -80GHz, 160GHz, 400GHz, 640GHz로 바뀌게 되어 파장 가변 필터의 투과 주파수는 c 채널(400GHz)이 된다. 이때에도 선택되지 않는 다른 채널들은 인접한 파장 가변 필터의 투과 주파수와 최소 40GHz 차이가 나게 되어 빛의 투과가 차단된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 FP형 에탈론 필터가 적용된 파장 가변 필터에서 고려하는 광 파장의 채널 수를 n이라 하고, 고려되는 광통신 채널의 주파수 간격을 dL GHz라 하면, 상기 파장 가변 필터의 주파수 간격은 다음의 수학식 1 또는 수학식 2로 설정할 경우, 투과되지 않아야 할 광 채널과 파장 가변 필터의 다른 투과 주파수와의 파장 간격을 극대화할 수 있게 된다.
Figure 112013072311507-pat00001
Figure 112013072311507-pat00002
하지만, 파장 가변 필터의 주파수 간격이 꼭 상기 식으로 제한될 필요는 없으며, 상기 식으로 얻어지는 주파수 간격의 10％ 정도 차이가 나더라도, 본 발명이 구하고자 하는 특성인 특정 채널 선정시 다른 채널은 차단되는 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 도 2에 적용된 종래의 파장 가변 필터는 도 1의 스페이서(spacer) 층의 두께에 따라 투과 주파수의 위치가 매우 넓은 범위에서 변화하게 되므로, 특정 주파수에 인접하게 투과 파장을 조절하기는 매우 어려운 문제가 있다. 그러나 본 발명에서는 무한히 연속되는 FP형 에탈론 필터의 투과 특성으로 인하여 제작되는 파장 가변 필터의 투과 주파수가 특정 광 채널과 최소 100GHz 이상 벌어지지 않게 된다. 그러므로 본 발명에 의한 파장 가변 필터를 이용하는 광 수신기의 제작이 용이해질 수 있다.
상기 도 3의 설명을 통하여, 파장 간격이 200GHz인 광신호 중 특정 파장을 선택하여 수신할 수 있는 파장 가변 필터의 채널 간격을 입사하는 광신호의 채널 간격과 채널수로 설정하는 방법에 대하여 설명하였다. 하지만, 상기 파장 가변 필터의 채널 간격은 도 3의 방법 이외에도 다른 방법으로 설정할 수도 있는데, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기에서 원하는 광 채널을 선정하는 과정을 나타낸 개념도이다.
본 발명에 따른 FP형 에탈론 필터가 적용된 파장 가변 필터에서 고려하는 광 파장의 채널 수를 n이라 하고, 고려되는 광통신 채널의 주파수 간격을 dL GHz라 하면, 상기 파장 가변 필터의 주파수 간격은 다음의 수학식 3으로 설정할 수 있다.
Figure 112013072311507-pat00003
도 4는 고려되는 광통신 채널수가 4개이며, 광통신 주파수 간격이 100GHz의 경우, 파장 가변 필터의 주파수 간격이 상기 수학식 3을 따를 때의 동작 특성을 보이고 있다. 즉, 광통신 채널수(n)가 4개이고, 광통신 주파수 간격(dL)이 100GHz 일때, 도 4의 파장 가변 필터의 주파수 간격은 다음의 수학식 4와 같이 계산된다.
Figure 112013072311507-pat00004
상기 수학식 4에 의해 결정된 파장 가변 필터의 주파수 간격 250GHz를 이용하여 100GHz 4채널의 광통신 주파수 중 특정 주파수를 선정하는 방법은 다음과 같다. 특정 온도(T = Tref)에서 파장 가변 필터가 채널 2(ch2)의 주파수를 선정할 때 파장 가변 필터의 인접 투과 주파수 대역은 광통신 주파수 대역과 50GHz의 주파수 차이가 발생하게 된다. 그러므로 채널 2 이외의 다른 광통신 채널은 파장 가변 필터를 투과하지 못하게 된다. 파장 가변 필터의 온도를 T = Tref - 5℃로 조정할 경우 파장 가변 필터의 투과 주파수는 50GHz 정도 이동되게 되어 채널 2는 투과하지 못하고 채널 4 주파수가 투과하게 된다. 파장 가변 필터의 온도를 T = Tref + 10℃로 조정할 경우 파장 가변 필터의 투과 주파수는 채널 3 주파수가 투과하게 된다. 파장 가변 필터의 온도를 T = Tref - 10℃로 조정할 경우 파장 가변 필터의 투과 주파수는 채널 1 주파수가 투과하게 된다. 그러므로 파장 가변 필터의 온도 20℃의 변화로 100GHz 간격 4채널의 주파수중 임의의 주파수 하나를 선택하여 투과시킬 수 있다. 이는 단일 투과 주파수 특징을 가지는 파장 가변 필터를 이용하여 100GHz 주파수 간격 4 채널을 동조 선택하기 위해서는 최소 30℃의 파장 가변 필터 온도 변화가 필요함에 비해 온도의 변화폭이 적어 에너지 소모량이 줄어드는 효과가 있다.
한편, 에탈론 필터는 투과 주파수 특성이 빛의 입사 각도에 따라 달라지게 되므로, 높은 신호-잡음 비율을 얻기 위해서는 에탈론 필터로 이루어지는 파장 가변 필터로 입사하는 레이저 빛이 시준화가 되어 있는 것이 바람직하다. 광섬유를 통하여 전달되는 광신호는 광섬유를 벗어나면서 발산하게 되는데, 이렇게 발산하는 레이저 빛을 시준화 시키기 위해 Graded Index lens를 광섬유 종단에 부착하여 사용하는 것이 바람직하다.
특히, 시준화 되어 파장 가변 필터를 통과하는 레이저 빛의 경우 통상적으로 직경이 수백 um 정도 되는데 비해, 고속 통신용 광 수신기에 있어 빛을 수신하는 포토 다이오드의 수광 영역은 수십 um에 불과하므로, 도 5에서와 같이 파장 가변 필터(100)를 투과하는 레이저 빛이 포토 다이오드(300)의 수광 영역으로 집중될 수 있도록 렌즈(200)를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 도 3과 도 4에서 어느 한 채널이 선정될 경우 다른 채널의 광신호는 차단되어야 하며, 이러한 차단율은 FP형 에탈론 필터의 투과 주파수 특성의 급준(sharpness)으로 결정되어 진다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 FP형 에탈론 필터는 실리콘, InP, GaAs 등의 반도체 기판 양면에 굴절률이 높고 낮은 유전체 박막이 적층되어 제작되는데, 이렇게 제작된 FP형 에탈론 필터는 레이저 빛이 입사하는 단면에 반사막이 형성되며, 이 FP형 에탈론 필터의 단면에 형성된 반사막은 그 반사율에 따라 투과 주파수 특성을 결정되게 된다. 본 발명의 실시예에서 상기 FP형 에탈론 필터의 단면 반사율은 80∼99％의 반사율을 가지는 것이 적절하며, 더 나아가 85∼95％의 반사율을 가지는 것이 바람직하다. 이는 반사율이 낮을 경우 파장 가변 필터의 투과 주파수 특성이 급격하게 변화하지 않아 투과하지 않아야 할 인접 채널에서 누화가 일어나고, 반대로 파장 가변 필터의 단면 반사율이 너무 높을 경우에는 파장 가변 필터의 삽입 손실이 커지기 때문이다. 이러한 FP형 에탈론 필터의 반사막은 실리콘, InP, GaAs 등의 반도체 기판 양면에 굴절률이 높고 낮은 유전체 박막이 적층되어 형성되게 된다.
또한, FP형의 에탈론 필터는 에탈론 필터로 입사하는 광축과 수직으로 배치되는 것이 바람직하다. 이는 빛의 입사각이 수직에 가까울 때 입사하는 레이저 빛의 발산각에 따른 투과 파장 오차가 줄어들어 신호 대 잡음 비율이 높아지기 때문이다. 하지만, 레이저 빛이 정확히 FP형 에탈론 필터에 수직으로 입사하게 되면, 입사하는 레이저 빛 중 반사하는 성분이 다시 광섬유로 돌아가는 문제가 발생하므로, FP형의 에탈론 필터 단면의 수선과 레이저 빛의 입사각을 0.2∼2°정도로 조절하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 에탈론 필터 단면의 수선과 레이저 빛의 입사각을 0.4∼1.0°정도로 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 레이저 빛과 종래의 파장 가변 필터는 투과 파장의 피크가 설계에서 수 nm 벗어나는 일이 발생할 수 있고, 이를 온도로 보상하기 위해서는 추가적으로 수십도의 온도 조절이 필요하다. 그러므로 이러한 큰 온도차이를 적용하지 않고 종래의 파장 가변 필터의 배치를 바꾸어 각도로 투과 파장을 조절하는 일이 발생하였다. 그러나 본 발명에서는 FP형 에탈론 필터의 주기를 160GHz로 하였을 경우 어떠한 경우에도 특정 파장의 ±80GHz 이내에 복수 개의 에탈론 투과 피크 중 어느 하나가 존재하게 되므로 ±8℃의 온도 조절로 에탈론 필터의 파장 조절이 가능해진다. 더 나아가, 추가로 16℃의 온도 조절로 모든 채널을 동조 투과시킬 수 있으므로 최대 24℃의 온도 조절만으로 FP형 에탈론 필터를 모든 채널에 동조시킬 수 있게 된다.
또한, 광섬유에서 출사된 레이저 빛이 FP형의 에탈론 필터에서 반사되어 다시 광섬유로 입사하는 것을 방지하기 위하여 광섬유와 FP형의 에탈론 필터 사이에 레이저 빛 아이솔레이터를 더 구비할 수 있다. 상기 아이솔레이터는 빛의 편광을 이용하여 한쪽 방향으로만 빛을 통과시키는 기기를 의미한다.
한편, 본 발명에 따른 파장 가변 필터의 온도를 바꾸어주기 방안으로 여러 가지 온도 조절 수단이 강구될 수 있는데, 예를 들면 파장 가변 필터에 히터를 장착하는 방법과 파장 가변 필터를 열전 소자 상부에 배치하는 방법이 있을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 파장 가변 필터를 포함하는 광 수신기는 TO can형의 패키지 외형을 가지는 패키지에 장착되는 것이 바람직한데, 이는 TO can형 패키지가 저가로서 제작 비용을 낮출 수 있기 때문이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유로부터 포토 다이오드로 수광되는 빛의 경로를 나타낸 개념도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광섬유로부터 발산되는 레이저 빛은 수직으로 파장 가변 필터(100)을 투과한다. 상기 파장 가변 필터(100)를 투과된 평행광은 렌즈(200)에서 포커싱(Focusing) 되어 포토 다이오드(300)에 수광되게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기의 기능을 갖는 티오(Transistor outline ; TO)형 패키지의 내부 입체 구조도를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 광 수신기의 기능을 갖는 티오형 패키지는 티오형 스템 바닥면(stem base)의 상부에 포토 다이오드(300)가 부착되고, 이 포토 다이오드(300) 위쪽으로 렌즈(200)와 파장 가변 필터(100)가 설치된다. 본 발명의 실시예에서 상기 렌즈(200) 및 파장 가변 필터(100)를 포토 다이오드(300) 상부에 일렬로 정렬시키기 위해 Bridge(교각) 모양의 스탠드(400)를 이용하게 되는데, 이 Bridge(교각) 모양 스탠드(400)는 교각 또는 책상 다리 등의 형태로 이루어지며, 유리(glass), 쎄라믹(ceramic) 등과 같이 열전도율이 낮은 어느 하나의 재질을 포함하여 이루어진다. 상기의 구성으로 이루어진 Bridge(교각) 모양 스탠드(400)의 상부면 상부에는 파장 가변 필터(100)가 배치되고, Bridge(교각) 모양 스탠드(400)의 상부면 저면에는 렌즈(200)가 배치된다.
상기 Bridge(교각) 모양의 스탠드(400)의 중심부에는 광섬유로부터 나오는 레이저 빛이 포토 다이오드(300) 수광부에 수광될 수 있도록 관통되는 홀(Hole)이 형성되고, 이 Bridge(교각) 모양의 스탠드(400)의 상부에는 박막형 히터 필름(600)이 부착되어 있어 파장 가변 필터(100)에 열을 가해줄 수 있는데, 이 박막형 히터 필름(600)은 써미스터(500)를 통하여 온도 조절이 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에서는 상기 Bridge(교각) 모양 스탠드(400)의 상부에 부착된 파장 가변 필터(100)와 하부에 부착된 렌즈(200)의 배치를 하나의 블록으로 형성하여, 광섬유로부터 나온 레이저 빛이 포토 다이오드(300)의 수광부에 안정적으로 수신될 수 있도록 설계하였다.
이러한 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100 : 파장 가변 필터
200 : 렌즈
300 : 포토 다이오드
400 : Bridge(교각) 모양 스탠드
500 : 써미스터
600 : 박막형 히터 필름

Claims (17)

  1. 광섬유로부터 발산되는 레이저 빛이 투과하는 파장 가변 필터와; 상기 파장 가변 필터를 투과하는 레이저 빛을 수신하는 포토 다이오드;가 구비된 파장 가변 광 수신기로서,
    상기 파장 가변 필터는 복수 개의 투과 파장을 가지는 Fabry-Perot 형의 에탈론 필터이며,
    광 채널 수를 n이라 할 때, 상기 파장 가변 필터의 주파수 간격은 (n / (n+1) × 광채널 주파수 간격) 또는 ((n+2) / (n+1) × 광채널 주파수 간격)의 ±10％ 이내에서 결정되거나 ((n+1) × 광채널 주파수 간격 / 2)으로 결정되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 수신기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 가변 필터의 단면 반사율은 80∼99％인 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 수신기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 가변 필터의 단면 반사율은 85∼95％인 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 수신기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 광 채널 수 n은 4 또는 8인 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 수신기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 가변 필터는 히터 또는 열전소자에 의해 온도가 조절되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 수신기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 가변 필터를 투과하는 빛을 포토 다이오드의 수광부로 집중시키는 렌즈가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 수신기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 가변 필터는 실리콘, InP, GaAs 중 어느 하나의 재질을 포함하는 반도체 기판의 양면에 굴절률이 높고 낮은 유전체 박막이 적층되어 반사막이 형성된 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 수신기.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 빛이 입사하는 파장 가변 필터 단면의 수선과 입사되는 레이저 빛은 0.2∼2°의 사이각을 형성하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 수신기.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 빛이 입사하는 파장 가변 필터 단면의 수선과 입사되는 레이저 빛은 0.4∼1°의 사이각을 형성하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 수신기.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유와 파장 가변 필터 사이에 한쪽 방향으로만 빛을 통과시키는 아이솔레이터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 수신기.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 가변 필터는 Bridge(교각) 모양 스탠드의 상부에 부착되며,
    상기 Bridge(교각) 모양 스탠드의 하부에는 포토 다이오드가 배치되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 수신기.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 Bridge(교각) 모양 스탠드의 하부에, 상기 파장 가변 필터를 투과하는 빛을 포토 다이오드의 수광부로 집중시키는 렌즈가 부착되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 수신기.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 Bridge(교각) 모양 스탠드 상부에, 상기 파장 가변 필터의 온도를 조절하는 박막형 히터 필름이 부착되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 수신기.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 Bridge(교각) 모양 스탠드의 상부 일측에는 상기 파장 가변 필터의 온도를 측정하기 위한 써미스터가 더 부착되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광 수신기.
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