KR102127700B1 - 광역다중화기를 포함하는 광 수신기 - Google Patents

광역다중화기를 포함하는 광 수신기 Download PDF

Info

Publication number
KR102127700B1
KR102127700B1 KR1020180002972A KR20180002972A KR102127700B1 KR 102127700 B1 KR102127700 B1 KR 102127700B1 KR 1020180002972 A KR1020180002972 A KR 1020180002972A KR 20180002972 A KR20180002972 A KR 20180002972A KR 102127700 B1 KR102127700 B1 KR 102127700B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
optical
light
coupling lens
signals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020180002972A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190038238A (ko
Inventor
강세경
허준영
이준기
이지현
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to US16/023,145 priority Critical patent/US10447405B2/en
Publication of KR20190038238A publication Critical patent/KR20190038238A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102127700B1 publication Critical patent/KR102127700B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
    • H04J14/0201—Add-and-drop multiplexing
    • H04J14/0202—Arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

광역다중화기를 포함하는 광 수신기가 개시된다. 광 수신기는 복수의 파장이 다중화된 광 신호를 역다중화하여 상기 복수의 파장 각각에 대응하는 광 신호들로 분리하는 광역다중화기; 상기 광역다중화기로부터 전달되는 상기 분리된 광 신호들의 진행 방향을 변경하는 반사기; 상기 반사기를 통해 반사된 상기 분리된 광 신호들이 각각 투과되는 광 투과 렌즈들이 어레이 형태로 형성된 광 결합 렌즈; 상기 광 결합 렌즈 상에 배치되는 PD(Photo Diode) 기판에 실장되고, 상기 광 결합 렌즈의 광 투과 렌즈들을 통해 각각 투과되는 상기 분리된 광 신호들을 수신하여 전기 신호들로 변환하는 복수의 광 검출기; 및 상기 복수의 광 검출기와 일정 간격을 두고 배치되고 와이어 본딩을 통해 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 광 검출기를 통해 수신된 복수의 전기 신호들을 일정 크기만큼 증폭하는 복수의 트랜스 임피던스 증폭기를 포함하고, 상기 복수의 광 검출기와 상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기는 서로 다른 열전도도를 가지는 기판 상에 실장되어 열적으로 분리될 수 있다.

Description

광역다중화기를 포함하는 광 수신기{OPTICAL RECEIVER WITH AN OPTICAL DEMULTIPLEXER}
본 발명은 광역다중화기를 포함하는 광 수신기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수광소자와 트랜스 임피던스 증폭기(Trans Impedance Amplifier, 이하 TIA)를 열적으로 분리하여 열 잡음 특성을 개선함으로써 수신 성능을 향상시키는 장치에 관한 것이다.
광통신 시스템에서 주요 핵심 기능 블록으로는 전기 신호를 광신호로 변환하는 광송신부와 광신호를 전기 신호로 변환하는 광수신부가 있다. 이러한 광송수신부는 전송해야 할 데이터의 용량이 늘어남에 따라 복수의 파장 신호를 하나의 광섬유에 다중화하여 전송하는 파장분할 다중(Wavelength Division Multiplexing, 이하 WDM) 전송방식을 적용하고 있다. 이러한 WDM 전송방식은 기간 전송 망뿐만 아니라 단거리 이더넷 전송분야에서도 도입되어, 현재 100G 이더넷 신호를 단일 모드 및 다중 모드 광섬유를 통해 전송하고 있다.
광송신부의 경우, 복수의 파장을 가지는 광원을 통해 전기신호가 광신호로 변환되고 광다중화기를 통해 하나의 광섬유로 파장분할 다중화되어 전송된다. 광수신부의 경우, 복수의 파장을 갖는 광신호가 입력되면 광역다중화기에서 파장별로 분리되어 각 채널별 PD(Photodiode)로 인가되어 광신호가 전기신호로 변환되고, 변환된 전기신호는 TIA에서 증폭되어 출력된다.
파장분할 다중 방식의 광전송 시스템에서 광수신부는 복수의 파장 신호를 역다중화하기 위해 평판형 광도파로(Planar Lightwave Circuit, 이하 PLC)를 이용하는 방식과 박막 필터(Thin Film Filter)를 이용하는 방식이 주로 사용되고 있다. 기존의 광수신부는 PLC 기반의 광역다중화기(Array Waveguide Grating, AWG)과 APD (Avalanche photodiode)가 적용된 광수신 구조를 가진다. AWG에 의해 역다중화된 광신호는 어레이 형태의 광결합 렌즈를 통해 각각의 수광소자인 APD에 광결합되는 구조가 적용되었다. 상기 PLC에서 출력되는 광신호가 수직으로 APD에 광결합 되는 구조이며 이를 위해서는 측면 패턴을 가지는 기판(APD subcarrier)이 필요하다. 측면 패턴을 가지는 기판은 제조 공정이 복잡하여 모듈 단가가 높아지는 단점이 있으며, 또한 TIA 칩에서 발생되는 열 영향으로 인해 수광소자(APD)의 열적 잡음 증가로 인해 수신 성능을 저하되는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 수광소자와 트랜스 임피던스 증폭기(Trans Impedance Amplifier, 이하 TIA)를 열적으로 분리하여 열 잡음 특성을 개선함으로써 수신 성능을 향상시키는 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 광 수신기는 복수의 파장이 다중화된 광 신호를 역다중화하여 상기 복수의 파장 각각에 대응하는 광 신호들로 분리하는 광역다중화기; 상기 광역다중화기로부터 전달되는 상기 분리된 광 신호들의 진행 방향을 변경하는 반사기; 상기 반사기를 통해 반사된 상기 분리된 광 신호들이 각각 투과되는 광 투과 렌즈들이 어레이 형태로 형성된 광 결합 렌즈; 상기 광 결합 렌즈 상에 배치되는 PD(Photo Diode) 기판에 실장되고, 상기 광 결합 렌즈의 광 투과 렌즈들을 통해 각각 투과되는 상기 분리된 광 신호들을 수신하여 전기 신호들로 변환하는 복수의 광 검출기; 및 상기 복수의 광 검출기와 일정 간격을 두고 배치되고 와이어 본딩을 통해 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 광 검출기를 통해 수신된 복수의 전기 신호들을 일정 크기만큼 증폭하는 복수의 트랜스 임피던스 증폭기를 포함하고, 상기 복수의 광 검출기와 상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기는 서로 다른 열전도도를 가지는 기판 상에 실장되어 열적으로 분리될 수 있다.
상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기는 발생하는 열을 상기 광 수신기의 패키지로 방출하기 위한 열전도도를 가지는 별도의 기판 상에 실장되고, 상기 복수의 광 검출기는 상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기가 실장되는 별도의 기판과 일정 간격을 두고 배치되고, 상기 광 수신기의 패키지로부터 전달되는 열을 차단하기 위한 열전도도를 가지는 열적 분리 기판 상에 실장될 수 있다.
상기 PD 기판은 상기 광 투과 렌즈들을 통해 투과된 광 신호들 각각이 통과되기 위한 복수의 관통홀이 형성되고, 상기 복수의 관통홀을 통해 통과된 광 신호들은 상기 복수의 광 검출기 각각에 수신될 수 있다.
상기 PD 기판은 상기 광 결합 렌즈와의 정렬을 위한 관통홀을 더 포함하고, 상기 PD 기판과 상기 광 결합 렌즈는, 상기 광 결합 렌즈와의 정렬을 위한 관통홀과 상기 광 결합 렌즈에 형성되는 정렬 렌즈를 통해 정렬될 수 있다.
상기 PD 기판은 상기 광 투과 렌즈들을 통해 투과된 광 신호들 각각이 통과되는 영역이 무반사 코팅 처리된 투명 기판으로 형성되고, 상기 투명 기판을 통해 통과된 광 신호들은 상기 복수의 광 검출기 각각에 수신될 수 있다.
상기 PD 기판은 상기 광 결합 렌즈와의 정렬을 위한 정렬 마크를 더 포함하고, 상기 PD 기판과 상기 광 결합 렌즈는 상기 광 결합 렌즈와의 정렬을 위한 정렬 마크와 상기 광 결합 렌즈에 형성되는 정렬 렌즈를 통해 정렬될 수 있다.
상기 PD 기판은 상기 무반사 코팅 처리된 영역 위에 전극 패턴이 형성되거나, 상기 전극 패턴이 형성될 영역에 위치한 무반사 코팅을 제거하고, 상기 무반사 코팅이 제거된 영역의 PD 기판 위에 전극 패턴이 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 광 수신기는 복수의 파장이 다중화된 광 신호를 역다중화하여 상기 복수의 파장 각각에 대응하는 광 신호들로 분리하는 광역다중화기; 상기 분리된 광 신호들을 각각 수신하여 전기 신호들로 변환하는 복수의 광 검출기; 및 상기 복수의 광 검출기를 통해 수신된 복수의 전기 신호들을 일정 크기만큼 증폭하는 복수의 트랜스 임피던스 증폭기를 포함하고, 상기 복수의 광 검출기와 상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기는 서로 일정 간격을 두고 배치되어 와이어 본딩을 통해 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 광 검출기가 실장되는 기판과 상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기가 실장되는 기판을 구분하여 일정 거리만큼 이격되게 배치함으로써 열적으로 분리될 수 있다.
상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기가 실장되는 기판은 발생하는 열을 상기 광 수신기의 패키지로 방출하기 위한 열전도도를 가지고, 상기 복수의 광 검출기가 실장되는 기판은 상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기가 실장되는 기판과 일정 간격을 두고 배치되고, 상기 광 수신기의 패키지로부터 전달되는 열을 차단하기 위한 열전도도를 가질 수 있다.
상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기를 통해 증폭된 복수의 전기 신호들을 외부로 출력하기 위한 피드쓰루(Feedthru)를 더 포함하고, 상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기와 상기 피드쓰루는 일정 간격을 두고 배치되고 와이어 본딩을 통해 전기적으로 연결됨으로써 열적으로 분리될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 광 수신기는 복수의 파장이 다중화된 광 신호를 역다중화하여 상기 복수의 파장 각각에 대응하는 광 신호들로 분리하는 광역다중화기; 상기 광역다중화기로부터 전달되는 상기 분리된 광 신호들의 진행 방향을 변경하는 반사기; 상기 반사기를 통해 반사된 상기 분리된 광 신호들이 각각 투과되는 광 투과 렌즈들이 어레이 형태로 형성된 광 결합 렌즈; 상기 광 결합 렌즈 상에 배치되는 PD(Photo Diode) 기판에 실장되고, 상기 광 결합 렌즈의 광 투과 렌즈들을 통해 각각 투과되는 상기 분리된 광 신호들을 수신하여 전기 신호들로 변환하는 복수의 광 검출기; 및 상기 복수의 광 검출기를 통해 수신된 복수의 전기 신호들을 일정 크기만큼 증폭하는 복수의 트랜스 임피던스 증폭기를 포함하고, 상기 광 결합 렌즈 상에 배치되는 PD 기판은 상기 광 투과 렌즈들을 통해 투과된 광 신호들 각각이 통과되기 위한 복수의 관통홀이 형성되거나, 상기 광 투과 렌즈들을 통해 투과된 광 신호들 각각이 통과되는 영역이 무반사 코팅 처리된 투명 기판으로 형성될 수 있다.
상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기는 발생하는 열을 상기 광 수신기의 패키지로 방출하기 위한 열전도도를 가지는 별도의 기판 상에 실장되고, 상기 복수의 광 검출기는 상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기가 실장되는 별도의 기판과 일정 간격을 두고 배치되고, 상기 광 수신기의 패키지로부터 전달되는 열을 차단하기 위한 열전도도를 가지는 열적 분리 기판 상에 실장될 수 있다.
상기 PD 기판은 상기 광 결합 렌즈와의 정렬을 위한 관통홀을 더 포함하고, 상기 PD 기판과 상기 광 결합 렌즈는 상기 광 결합 렌즈와의 정렬을 위한 관통홀과 상기 광 결합 렌즈에 형성되는 정렬 렌즈를 통해 정렬될 수 있다.
상기 PD 기판은 상기 광 결합 렌즈와의 정렬을 위한 정렬 마크를 더 포함하고, 상기 PD 기판과 상기 광 결합 렌즈는 상기 광 결합 렌즈와의 정렬을 위한 정렬 마크와 상기 광 결합 렌즈에 형성되는 정렬 렌즈를 통해 정렬될 수 있다.
상기 PD 기판은 상기 무반사 코팅 처리된 영역 위에 전극 패턴이 형성되거나, 상기 전극 패턴이 형성될 영역에 위치한 무반사 코팅을 제거하고, 상기 무반사 코팅이 제거된 영역의 PD 기판 위에 전극 패턴이 형성될 수 있다.
상기 광역다중화기를 통해 분리되어 상기 광 투과 렌즈들 각각에 투과되는 광 신호들은 평행빔 형태를 가지거나 상기 광역다중화기의 출사부 경계면과 외부 매질의 굴절율에 따라 발산하는 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 수광소자와 트랜스 임피던스 증폭기(Trans Impedance Amplifier, 이하 TIA)를 열적으로 분리하여 열 잡음 특성을 개선함으로써 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 광 수신기 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전면 방향에서 바라본 광 수신기에서 광 신호가 광결합되는 제1 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 관통홀을 가지는 PD 기판의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전면 방향에서 바라본 광 수신기에서 광 신호가 광결합되는 제2 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 기판으로 형성된 PD 기판의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 투명 기판으로 형성된 PD 기판 상에 전극 패턴을 형성하는 방법을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 광 수신기 구조를 도시한 도면이다.
도 1a은 본 발명의 일실시예에 따른 광 수신기의 입체도를 보여준다. 도 1a를 참고하면, 광 수신기(100)는 복수의 파장이 광학적으로 다중화된 광 신호가 광 수신기(100)의 입력부(미도시)에 수신될 수 있다. 이때, 광 수신기(100)의 입력부는 외부 광접속을 위해 광섬유 연결 형태이거나 리셉터클(Receptacle) 형태로 광섬유 페룰 (Ferrule)이 접속되도록 구현 될 수 있다. 입력부를 통해 수신된 복수의 파장으로 구성된 광신호는 광역다중화기(102)를 통해 복수의 파장 각각에 대응하는 광 신호들로 역다중화되고, 역다중화된 광 신호들은 각 채널에 대응되는 수광소자 즉, 광 검출기(PD, Photodiode)(110)에 광결합하게 된다. 본 발명은 광역다중화기(102)로부터 출력되는 광신호들의 경로를 90도 변경하여 광결합 렌즈(106)를 통해 광 검출기(PD)(110)에 광결합 시키는 구조에 관한 것이다.
도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 광 수신기의 단면도를 보여준다. 도 1b를 참고하면, 광 수신기(100)의 광역다중화기(102)에 의해 역다중화되어 출력된 복수의 광 신호들은 반사기(104)를 통해 광경로가 90도 변경되어 반사기(104) 상단에 위치한 어레이(array) 형태의 광결합 렌즈(106)에 입사될 수 있다. 이때, 반사기(104)는 광 신호의 진행 경로를 변경하기 위하여 반사면이 형성될 수 있으며, 실정의 용이성을 제공하기 위해 하단 및 양측에 실리콘, 유리, 금속과 같은 지지대가 부착 될 수 있다.
광결합 렌즈(106)에 입사되는 복수의 광 신호들은 평행빔의 형태이거나 광역다중화기(102)의 출사부 경계면과 외부 매질의 굴절율에 따라 발산되는 빔의 형태를 가질 수 있다. 본 발명에서는 상기 복수의 광 신호들을 평행빔의 형태로 도시하여 설명한다. 광결합 렌즈(106)를 통해 수렴된 복수의 광 신호들 각각은 대응하는 광 검출기(PD, photodiode)(110)에 수신될 수 있다. 광 검출기(110)는 PD 기판(108) 위의 정해진 위치에 실장될 수 있으며, 이때 광 검출기(110)는 PD 기판(108) 상의 본딩 패드에 형성된 AuSn과 같은 솔더(solder)를 이용하여 실장될 수 있다. 그리고, 광 검출기(110)가 실장되는 PD 기판(108)은 광 결합 렌즈(106)와 조립될 수 있다. 이때, PD 기판(108)은 광 결합 렌즈(106) 상에 형성된 정렬용 렌즈를 이용하여 정렬될 수 있는데 PD 기판(108)의 종류에 따라 정렬 방법이 달라질 수 있다. 구체적으로 PD 기판(108)은 관통홀이 형성된 기판이거나 광학적으로 투명한 기판일 수 있으며, 각각의 PD 기판(108)과 광 결합 렌즈(106) 사이의 조립을 위한 정렬 방법은 이후 도 3 및 도 5를 통해 자세히 설명하도록 한다.
광 검출기(110)에 수신된 복수의 광신호들은 각각 전류 신호로 변환되어 제1 본드와이어를 통해 트랜스 임피던스 증폭기(Trans Impedance Amplifier, 이하 TIA)(112)에 인가되어 전압 신호로 변환되고 크기가 증폭될 수 있다. 그리고 TIA(112) 로부터 출력된 전기 신호는 제2 본드와이어를 통해 광 수신기(100)의 피드쓰루 (Feedthru)(114)에 연결되어 외부로 전송될 수 있다.
이때, 본 발명에서 제안하는 광 수신기(100)는 주요 발열원인 전자소자인 TIA(112)와 수광소자인 광 검출기(110)를 동일 평면 또는 동일 부품상에 실장하지 않고 일정 간격을 두고 공간적으로 분리하여 실장함으로써 광 수신기(100)의 열 잡음 특성을 개선하여 수신 성능을 향상시킬 수 있다. 추가적으로 광 수신기(100)는 열적 분리 기판(116)을 적용하여 인접한 TIA(112) 또는 광 수신기(100)의 패키지를 통해 광 검출기(110) 측으로 유입되는 열을 차단하는 구조를 제공한다. 구체적으로 열적 분리 기판(116) 상에는 광 검출기(110)가 실장될 수 있고, 열적 분리 기판(116)과 일정 간격을 두고 배치된 별도의 제1 기판 상에는 TIA(112)가 실장될 수 있다. 이때, 열적 분리 기판(116)은 열전도성이 낮은 소재로 구현되어 높은 열차단 성능을 가질 수 있다. 또한, 반사기(104), 광 결합 렌즈(106), PD 기판(108) 등 역시도 열 저항이 큰 물질, 즉 열전도성이 낮은 소재를 사용하여 구현됨으로써 TIA(112)와 광 검출기(110) 사이의 열경로가 차단되는 구조를 가질 수 있다.
제1 기판(118)은 광 수신기(100)의 구조에 따라 전기적으로 절연성을 가지면서 열전도성이 높은 소재를 사용할 수 있다. 전기적으로 광 수신기(100)의 케이스와 TIA(112)에 사용되는 그라운드가 동일할 경우 금속과 같은 재질로 구성될 수 있다. 그리고 제2 기판(120)은 TIA(112) 및 기타 주변 수동소자 실장을 위해 금도금된 금속 재질로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전면 방향에서 바라본 광 수신기에서 광 신호가 광결합되는 제1 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 광 수신기(100)의 PD 기판(108)은 관통홀이 형성된 기판의 구조일 수 있다. 도2는 도 1B의 전면 방향(광신호가 입사되는 방향)에서 바라보았을 때 반사기(104)의 반사면에 입사되는 파장별 광신호가 90도 방향으로 수직 반사되어 광결합 렌즈(106) 및 PD 기판(108)을 통해 광 검출기(110)에 광결합되는 양상을 보여주고 있다.
광 결합 렌즈(106)의 광 투과 렌즈를 통해 투과되는 복수의 광 신호들 각각은 PD 기판(108)의 대응되는 관통홀을 통해 광 검출기(110)에 인가될 수 있다. 이와 같은 PD 기판(108)의 관통홀은 기판으로 사용되는 소재에 따라 물리적 또는 화학적인 방법에 의해 생성될 수 있다. 예를 들면, PD 기판(108)으로 실리콘 웨이퍼를 사용하는 경우, 화학적으로 습식 식각(wet etching) 또는 건식 식각(dry etching)을 통해 PD 기판(108)의 상하면을 관통하는 홀이 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 관통홀을 가지는 PD 기판의 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참고하면, 관통홀은 PD 기판(108)의 상하면을 관통하여 형성될 수 있다. 이때, 형성되는 관통홀은 복수의 광신호들 각각을 통과시키기 위한 관통홀과 PD 기판(108)과 광 결합 렌즈(106) 간의 정렬을 위한 정렬용 관통홀로 구성될 수 있다.
한편, 도 2를 참고하면, 광 결합 렌즈(106)는 복수의 광신호들의 광결합을 위한 어레이 형태의 광 투과 렌즈들과 PD 기판(108)과의 정렬을 위한 정렬 렌즈로 구성될 수 있다. 이때, 광 결합 렌즈(106)에서 렌즈의 형성 방향은 광신호가 입력되는 면 또는 출력되는 면 중 어느 한면에 형성되거나 또는 양면에 모두 형성 될 수 있다.
광 결합 렌즈(106)와 PD 기판(108)은 광 결합 렌즈(106) 상에 형성된 정렬 렌즈를 이용하여 PD 기판(108) 상에 형성된 정렬용 관통홀을 통해 수동 정렬에 의해 조립될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전면 방향에서 바라본 광 수신기에서 광 신호가 광결합되는 제2 구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 광 수신기(100)의 PD 기판(108)은 광학적으로 투명한 기판의 구조일 수 있다. 도 4는 도 1B의 전면 방향(광신호가 입사되는 방향)에서 바라보았을 때 반사기(104)의 반사면에 입사되는 파장별 광신호가 90도 방향으로 수직 반사되어 광결합 렌즈(106) 및 PD 기판(108)을 통해 광 검출기(110)에 광결합되는 양상을 보여주고 있다.
광 결합 렌즈(106)의 광 투과 렌즈를 통해 투과되는 복수의 광신호들 각각은 투명한 PD 기판(108)을 반사 및 손실 없이 통과하여 광 검출기(110)에 인가될 수 있다. 이를 위해 투명한 PD 기판(108)은 무반사 코팅(AR coating)이 처리됨으로써 광신호가 반사 및 손실 없이 통과될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 투명 기판으로 형성된 PD 기판의 구조를 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 투명한 PD 기판(108)은 상하면 전체에 무반사 코팅이 처리되거나 광신호가 통과되는 영역만이 무반사 코팅 처리될 수 있다. 또한, 투명한 PD 기판(108)에는 PD 기판(108)과 광 결합 렌즈(106) 사이의 정렬을 위한 정렬 마크가 형성될 수 있다. 광 결합 렌즈(106)와 PD 기판(108)은 광 결합 렌즈(106) 상에 형성된 정렬 렌즈를 이용하여 PD 기판(108) 상에 형성된 정렬 마크를 통해 수동 정렬에 의해 조립될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 투명 기판으로 형성된 PD 기판 상에 전극 패턴을 형성하는 방법을 도시한 도면이다.
본 발명의 광 수신기(100)를 구성하는 투명한 PD 기판(108)은 도 6과 같이 기판 상에 전극 패턴(광 검출 소자 본딩 패드 및 전기 신호용 전극 패드등을 포함)이 형성될 수 있다. 이때, 전극 패턴의 형성 방법은 두 가지 방법이 존재할 수 있는데 첫번째 방법은 도 6의 (a)와 같이 투명한 PD 기판(108)의 상하면에 무반사 코팅 처리 후 전극 패턴을 무반사 코팅면 위에 직접 형성하는 방법이다.
두번째 방법은 도 6의 (b)와 같이 투명한 PD 기판(108)의 상하면에 무반사 코팅 처리 후 전극 패턴이 형성될 영역의 무반사 코팅을 제거하고, 무반사 코팅이 제거된 PD 기판(108)면 위에 전극 패턴을 형성하는 방법이다.
이와 같이 본 발명은 고가의 측면 패턴이 형성된 기판 기술을 적용하지 않고 저비용으로 구현이 가능한 광신호의 진행 경로를 변경하는 기술을 적용하여 저가의 광 수신기(100)를 제공한다. 이때, 본 발명의 광 수신기(100)는 주요 발열원인 TIA(112)와 광 검출기(110)와의 열적 분리(thermal separation)를 통해 광 검출기(110)의 열 잡음 특성을 개선함으로써 수신 성능을 높일 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성되어 마그네틱 저장매체, 광학적 판독매체, 디지털 저장매체 등 다양한 기록 매체로도 구현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 각종 기술들의 구현들은 디지털 전자 회로조직으로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 구현들은 데이터 처리 장치, 예를 들어 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 컴퓨터들의 동작에 의한 처리를 위해, 또는 이 동작을 제어하기 위해, 컴퓨터 프로그램 제품, 즉 정보 캐리어, 예를 들어 기계 판독가능 저장 장치(컴퓨터 판독가능 매체) 또는 전파 신호에서 유형적으로 구체화된 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다. 상술한 컴퓨터 프로그램(들)과 같은 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 인터프리트된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 구성요소, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적절한 다른 유닛으로서 포함하는 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에서 하나의 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터들 상에서 처리되도록 또는 다수의 사이트들에 걸쳐 분배되고 통신 네트워크에 의해 상호 연결되도록 전개될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 처리에 적절한 프로세서들은 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 둘 다, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다로부터 명령어들 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 요소들은 명령어들을 실행하는 적어도 하나의 프로세서 및 명령어들 및 데이터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하는 하나 이상의 대량 저장 장치들, 예를 들어 자기, 자기-광 디스크들, 또는 광 디스크들을 포함할 수 있거나, 이것들로부터 데이터를 수신하거나 이것들에 데이터를 송신하거나 또는 양쪽으로 되도록 결합될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 구체화하는데 적절한 정보 캐리어들은 예로서 반도체 메모리 장치들, 예를 들어, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 등을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로조직에 의해 보충되거나, 이에 포함될 수 있다.
또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 컴퓨터 저장매체 및 전송매체를 모두 포함할 수 있다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 광 수신기
102 : 광역다중화기
104 : 반사기
106 : 광 결합 렌즈
108 : PD 기판
110 : 광 검출기
112 : 트랜스 임피던스 증폭기
114 : 피드쓰루
116 : 열적 분리 기판
118 : 제1 기판
120 : 제2 기판

Claims (16)

  1. 복수의 파장이 다중화된 광 신호를 역다중화하여 상기 복수의 파장 각각에 대응하는 광 신호들로 분리하는 광역다중화기;
    상기 광역다중화기로부터 전달되는 상기 분리된 광 신호들의 진행 방향을 변경하는 반사기;
    상기 반사기를 통해 반사된 상기 분리된 광 신호들이 각각 투과되는 광 투과 렌즈들이 어레이 형태로 형성된 광 결합 렌즈;
    상기 광 결합 렌즈 상에 배치되는 PD(Photo Diode) 기판에 실장되고, 상기 광 결합 렌즈의 광 투과 렌즈들을 통해 각각 투과되는 상기 분리된 광 신호들을 수신하여 전기 신호들로 변환하는 복수의 광 검출기; 및
    상기 복수의 광 검출기와 일정 간격을 두고 배치되고 와이어 본딩을 통해 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 광 검출기를 통해 수신된 복수의 전기 신호들을 일정 크기만큼 증폭하는 복수의 트랜스 임피던스 증폭기
    를 포함하고,
    상기 복수의 광 검출기와 상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기는 서로 다른 열전도도를 가지는 기판 상에 실장되어 열적으로 분리되는 광 수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기는,
    발생하는 열을 상기 광 수신기의 패키지로 방출하기 위한 열전도도를 가지는 별도의 기판 상에 실장되고,
    상기 복수의 광 검출기는,
    상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기가 실장되는 별도의 기판과 일정 간격을 두고 배치되고, 상기 광 수신기의 패키지로부터 전달되는 열을 차단하기 위한 열전도도를 가지는 열적 분리 기판 상에 실장되는 광 수신기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 PD 기판은,
    상기 광 투과 렌즈들을 통해 투과된 광 신호들 각각이 통과되기 위한 복수의 관통홀이 형성되고, 상기 복수의 관통홀을 통해 통과된 광 신호들은 상기 복수의 광 검출기 각각에 수신되는 광 수신기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 PD 기판은,
    상기 광 결합 렌즈와의 정렬을 위한 관통홀
    을 더 포함하고,
    상기 PD 기판과 상기 광 결합 렌즈는,
    상기 광 결합 렌즈와의 정렬을 위한 관통홀과 상기 광 결합 렌즈에 형성되는 정렬 렌즈를 통해 정렬되는 광 수신기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 PD 기판은,
    상기 광 투과 렌즈들을 통해 투과된 광 신호들 각각이 통과되는 영역이 무반사 코팅 처리된 투명 기판으로 형성되고, 상기 투명 기판을 통해 통과된 광 신호들은 상기 복수의 광 검출기 각각에 수신되는 광 수신기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 PD 기판은,
    상기 광 결합 렌즈와의 정렬을 위한 정렬 마크
    를 더 포함하고,
    상기 PD 기판과 상기 광 결합 렌즈는,
    상기 광 결합 렌즈와의 정렬을 위한 정렬 마크와 상기 광 결합 렌즈에 형성되는 정렬 렌즈를 통해 정렬되는 광 수신기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 PD 기판은,
    상기 무반사 코팅 처리된 영역 위에 전극 패턴이 형성되거나,
    상기 전극 패턴이 형성될 영역에 위치한 무반사 코팅을 제거하고, 상기 무반사 코팅이 제거된 영역의 PD 기판 위에 전극 패턴이 형성되는 광 수신기.
  8. 복수의 파장이 다중화된 광 신호를 역다중화하여 상기 복수의 파장 각각에 대응하는 광 신호들로 분리하는 광역다중화기;
    상기 분리된 광 신호들을 각각 수신하여 전기 신호들로 변환하는 복수의 광 검출기; 및
    상기 복수의 광 검출기를 통해 수신된 복수의 전기 신호들을 일정 크기만큼 증폭하는 복수의 트랜스 임피던스 증폭기
    를 포함하고,
    상기 복수의 광 검출기와 상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기는,
    서로 일정 간격을 두고 배치되어 와이어 본딩을 통해 전기적으로 연결되고,
    상기 복수의 광 검출기가 실장되는 기판과 상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기가 실장되는 기판은,
    서로 다른 열전도도를 가지면서 일정 거리만큼 이격되게 배치됨으로써 열적으로 분리되는 광 수신기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기가 실장되는 기판은,
    발생하는 열을 상기 광 수신기의 패키지로 방출하기 위한 열전도도를 가지고,
    상기 복수의 광 검출기가 실장되는 기판은,
    상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기가 실장되는 기판과 일정 간격을 두고 배치되고, 상기 광 수신기의 패키지로부터 전달되는 열을 차단하기 위한 열전도도를 가지는 광 수신기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기를 통해 증폭된 복수의 전기 신호들을 외부로 출력하기 위한 피드쓰루(Feedthru)
    를 더 포함하고,
    상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기와 상기 피드쓰루는 일정 간격을 두고 배치되고 와이어 본딩을 통해 전기적으로 연결됨으로써 열적으로 분리되는 광 수신기.
  11. 복수의 파장이 다중화된 광 신호를 역다중화하여 상기 복수의 파장 각각에 대응하는 광 신호들로 분리하는 광역다중화기;
    상기 광역다중화기로부터 전달되는 상기 분리된 광 신호들의 진행 방향을 변경하는 반사기;
    상기 반사기를 통해 반사된 상기 분리된 광 신호들이 각각 투과되는 광 투과 렌즈들이 어레이 형태로 형성된 광 결합 렌즈;
    상기 광 결합 렌즈 상에 배치되는 PD(Photo Diode) 기판에 실장되고, 상기 광 결합 렌즈의 광 투과 렌즈들을 통해 각각 투과되는 상기 분리된 광 신호들을 수신하여 전기 신호들로 변환하는 복수의 광 검출기; 및
    상기 복수의 광 검출기를 통해 수신된 복수의 전기 신호들을 일정 크기만큼 증폭하는 복수의 트랜스 임피던스 증폭기
    를 포함하고,
    상기 광 결합 렌즈 상에 배치되는 PD 기판은,
    상기 광 투과 렌즈들을 통해 투과된 광 신호들 각각이 통과되기 위한 복수의 관통홀이 형성되거나, 상기 광 투과 렌즈들을 통해 투과된 광 신호들 각각이 통과되는 영역이 무반사 코팅 처리된 투명 기판으로 형성되며,
    상기 복수의 광 검출기와 상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기는 서로 다른 열전도도를 가지는 기판 상에 실정되어 열적으로 분리되는 광 수신기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기는,
    발생하는 열을 상기 광 수신기의 패키지로 방출하기 위한 열전도도를 가지는 별도의 기판 상에 실장되고,
    상기 복수의 광 검출기는,
    상기 복수의 트랜스 임피던스 증폭기가 실장되는 별도의 기판과 일정 간격을 두고 배치되고, 상기 광 수신기의 패키지로부터 전달되는 열을 차단하기 위한 열전도도를 가지는 열적 분리 기판 상에 실장되는 광 수신기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 PD 기판은,
    상기 광 결합 렌즈와의 정렬을 위한 관통홀
    을 더 포함하고,
    상기 PD 기판과 상기 광 결합 렌즈는,
    상기 광 결합 렌즈와의 정렬을 위한 관통홀과 상기 광 결합 렌즈에 형성되는 정렬 렌즈를 통해 정렬되는 광 수신기.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 PD 기판은,
    상기 광 결합 렌즈와의 정렬을 위한 정렬 마크
    를 더 포함하고,
    상기 PD 기판과 상기 광 결합 렌즈는,
    상기 광 결합 렌즈와의 정렬을 위한 정렬 마크와 상기 광 결합 렌즈에 형성되는 정렬 렌즈를 통해 정렬되는 광 수신기.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 PD 기판은,
    상기 무반사 코팅 처리된 영역 위에 전극 패턴이 형성되거나,
    상기 전극 패턴이 형성될 영역에 위치한 무반사 코팅을 제거하고, 상기 무반사 코팅이 제거된 영역의 PD 기판 위에 전극 패턴이 형성되는 광 수신기.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 광역다중화기를 통해 분리되어 상기 광 투과 렌즈들 각각에 투과되는 광 신호들은 평행빔 형태를 가지거나 상기 광역다중화기의 출사부 경계면과 외부 매질의 굴절율에 따라 발산하는 형태를 가지는 광 수신기.
KR1020180002972A 2017-09-29 2018-01-09 광역다중화기를 포함하는 광 수신기 Active KR102127700B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/023,145 US10447405B2 (en) 2017-09-29 2018-06-29 Optical receiver with optical demultiplexer

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170127966 2017-09-29
KR20170127966 2017-09-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190038238A KR20190038238A (ko) 2019-04-08
KR102127700B1 true KR102127700B1 (ko) 2020-06-29

Family

ID=66164901

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180002972A Active KR102127700B1 (ko) 2017-09-29 2018-01-09 광역다중화기를 포함하는 광 수신기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102127700B1 (ko)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101864460B1 (ko) * 2013-11-19 2018-06-05 한국전자통신연구원 다파장 광 수신장치 및 그 방법
KR101741223B1 (ko) * 2015-06-11 2017-05-29 주식회사 지피 다채널 광수신 모듈 및 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법
KR20160145956A (ko) * 2015-06-11 2016-12-21 주식회사 지피 파장 다중화 광수신 모듈
KR101978913B1 (ko) * 2015-11-16 2019-05-16 한국전자통신연구원 다채널 광 수신기 및 그의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190038238A (ko) 2019-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10447405B2 (en) Optical receiver with optical demultiplexer
US8923664B2 (en) Method and system for multi-mode integrated receivers
US9110260B2 (en) Hybrid optical coupling module having an alignment mark formed on an optical transmission means and an array lens and manufacturing method thereof
CN109791315B (zh) 用于垂直结高速相位调制器的方法和系统
US7532783B2 (en) Method and system for integrated DWDM receivers
US10439727B2 (en) Method and system for selectable parallel optical fiber and wavelength division multiplexed operation
US20170082801A1 (en) Method And System For Partial Integration Of Wavelength Division Multiplexing And Bi-Directional Solutions
KR102011337B1 (ko) 다채널 광수신 모듈
KR20140079540A (ko) 파장 분할 다중화 방식을 이용한 광수신 모듈
CN105866904A (zh) 多通道并行的光接收器件
WO2019173998A1 (zh) 光接收、组合收发组件、组合光模块、olt及pon系统
KR20180043125A (ko) 파장 다중화 광수신 모듈
US10359572B2 (en) Device and method for detecting optical signal
CN108476066A (zh) 光收发组件
KR102394442B1 (ko) 광트랜시버용 awg 디바이스 모듈 및 제조방법
Doi et al. Compact high-responsivity receiver optical subassembly with a multimode-output-arrayed waveguide grating for 100-Gb/s Ethernet
CN111505775B (zh) 光模块
KR102127700B1 (ko) 광역다중화기를 포함하는 광 수신기
JP2009093131A (ja) アレイ型タップフォトダイオードモジュールおよびその製造方法
CN112821954A (zh) 光模块装置
KR101931602B1 (ko) 결합형 다채널 광파장 모듈
KR101901342B1 (ko) 광수신 모듈
KR20170052423A (ko) 다채널 광수신모듈의 패키징 방법 및 그 패키지
KR102702422B1 (ko) 광 신호 검출 장치 및 광 신호 검출 방법
EP3075082B1 (en) Photodetectors aligning and coupling optical demultiplexer outputs

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20180109

A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20181115

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20180109

Comment text: Patent Application

PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20200219

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20200610

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20200623

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20200624

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20230523

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20231127

Start annual number: 5

End annual number: 5