KR102301645B1 - 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈 - Google Patents

광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR102301645B1
KR102301645B1 KR1020190036287A KR20190036287A KR102301645B1 KR 102301645 B1 KR102301645 B1 KR 102301645B1 KR 1020190036287 A KR1020190036287 A KR 1020190036287A KR 20190036287 A KR20190036287 A KR 20190036287A KR 102301645 B1 KR102301645 B1 KR 102301645B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical
chip
channel
receiving module
light receiving
Prior art date
Application number
KR1020190036287A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200114468A (ko
Inventor
김현진
박형준
김성창
김계은
류지형
민기현
박시웅
손동훈
여찬일
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 KR1020190036287A priority Critical patent/KR102301645B1/ko
Priority to US16/741,151 priority patent/US10884186B2/en
Publication of KR20200114468A publication Critical patent/KR20200114468A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102301645B1 publication Critical patent/KR102301645B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4215Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical elements being wavelength selective optical elements, e.g. variable wavelength optical modules or wavelength lockers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G02B6/12009Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
    • G02B6/12019Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by the optical interconnection to or from the AWG devices, e.g. integration or coupling with lasers or photodiodes
    • G02B6/12021Comprising cascaded AWG devices; AWG multipass configuration; Plural AWG devices integrated on a single chip
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60Receivers
    • H04B10/66Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/67Optical arrangements in the receiver
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02057Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
    • G02B6/02076Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
    • G02B6/0208Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G02B6/12009Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
    • G02B6/12019Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by the optical interconnection to or from the AWG devices, e.g. integration or coupling with lasers or photodiodes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/80Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water
    • H04B10/801Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water using optical interconnects, e.g. light coupled isolators, circuit board interconnections
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083Constructional arrangements
    • G02B2006/121Channel; buried or the like
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083Constructional arrangements
    • G02B2006/12107Grating
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083Constructional arrangements
    • G02B2006/12111Fibre
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133Functions
    • G02B2006/12138Sensor
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G02B6/12009Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
    • G02B6/12026Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by means for reducing the temperature dependence
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4266Thermal aspects, temperature control or temperature monitoring
    • G02B6/4268Cooling
    • G02B6/4271Cooling with thermo electric cooling

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈은, 내부에 수용공간이 형성되고, 일측에 광원 입사부를 갖는 하우징과, 하우징의 광원 입사부에 연결되는 연결소켓과, 하우징의 내부 바닥에 배치되는 광학대와, 광학대의 상부에 배치되는 열전냉각소자와, 열전냉각소자의 상부에 배치되며, 복수의 광 채널을 갖는 배열 도파로 격자 칩과, 광학대의 상부에 배치되되, 배열 도파로 격자 칩의 광 채널과 연결되는 복수의 포토다이오드 칩을 구비하는 포토다이오드 어레이와, 하우징의 타측에 관통된 형태로 연결되되, 몸체 일부가 광학대의 상부에 배치되고, 포토다이오드 어레이와 연결되는 인쇄 회로 기판을 포함한다.

Description

광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈{MULTI-CHANNEL RECEIVER OPTICAL SUB ASSEMBLY MODULE FOR FIBER BRAGG GRATING SENSORS}
본 발명은 다채널 광수신 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PLC(Planar Lightwave Circuit) 기반의 AWG(Arrayed Waveguide Grating) 칩을 에지(edge) 파장 필터로 적용하여 센싱 측정값을 쉽게 검출할 수 있는 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈에 관한 것이다.
게르마늄(Ge)이 첨가된 광섬유 코어는 240nm 근처의 파장 광선에 노출될 때 굴절율이 증가하는데, 이 성질을 이용하여 광섬유에 주기적인 굴절률 변화를 형성시켜 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Gragting; FBG)를 얻게 된다.
최근 광섬유 격자는 광통신 및 광센서 분야 등에서 응용 범위가 넓어지고 있다. 이러한 광섬유 격자는 그 용도와 형태에 따라서, FBG(Fiber Bragg Grating), LPG(Long Period Grating), TFBG(Tilted FBG), CFBG(Chirped FBG), SFBG(Sampled FBG) 등으로 구분할 수 있다.
일반적으로 센서 응용에서는 광섬유 격자(FBG)가 주로 이용되고 있다. 이때, 광섬유 격자에 가해진 온도나 스트레인, 진동과 같은 외부 물리량의 변화는 광섬유 격자의 파장 변화로부터 읽어낼 수 있으며, 광섬유 격자의 파장을 읽어내는 방법에 대한 연구는 다양하게 진행되고 있다.
본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2007-0019298호(공개일자 2007년 02월 15일)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 다중 모드 간섭을 이용한 광 파장 분배/결합기에 관한 기술이 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로서, PLC(Planar Lightwave Circuit) 기반의 배열 도파로 격자(Arrayed Waveguide Grating, AWG) 칩을 에지(edge) 파장 필터로 적용하여 센싱 측정값을 쉽게 검출할 수 있는 다채널 광수신 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈은, 내부에 수용공간이 형성되고, 일측에 광원 입사부를 갖는 하우징; 상기 하우징의 광원 입사부에 연결되는 연결소켓; 상기 하우징의 내부 바닥에 배치되는 광학대;
상기 광학대의 상부에 배치되는 열전냉각소자; 상기 열전냉각소자의 상부에 배치되며, 복수의 광 채널을 갖는 배열 도파로 격자 칩; 상기 광학대의 상부에 배치되되, 상기 배열 도파로 격자 칩의 광 채널과 연결되는 복수의 포토다이오드 칩을 구비하는 포토다이오드 어레이; 및 상기 하우징의 타측에 관통된 형태로 연결되되, 몸체 일부가 상기 광학대의 상부에 배치되고, 상기 포토다이오드 어레이와 연결되는 인쇄 회로 기판;을 포함한다.
상기 포토다이오드 칩은 별도의 렌즈 없이 상기 배열 도파로 격자 칩의 광 채널을 통해 전달되는 광 신호를 수신하는 것이 바람직하다.
상기 광 채널과 상기 포토다이오드 칩 사이 및 상기 포토다이오드 칩과 상기 인쇄 회로 기판 사이에는 리드선이 와이어 본딩된다.
상기 광 채널과 상기 포토다이오드 칩은 일정 간격으로 배치되어 연결된다.
상기 배열 도파로 격자 칩은 4개의 광 채널을 구비하며, 상기 광 채널은 10nm 간격으로 배치된다.
상기 배열 도파로 격자 칩은 4개의 광 채널을 구비하며, 상기 광 채널별로 4개의 광섬유 격자 센서 파장 검출이 가능하다.
상기 배열 도파로 격자 칩은 복수의 광 채널별로 광섬유 격자 센서 파장 검출이 가능하다.
상기 배열 도파로 격차 칩의 상부에는 온도센서가 구비된다.
상기 인쇄 회로 기판은 연성 인쇄 회로 기판(F-PCB, Flexible Printed Circuit Board)으로 이루어진다.
상기 인쇄 회로 기판의 하부에는 보강패널이 구비될 수 있다.
상기 광학대는 금속 재질로 이루어진다.
상기 연결소켓은 상기 하우징의 광원 입사부로부터 탈착이 가능하다.
이때, 상기 연결소켓은 LC(Lucent Connector) 타입으로 이루어질 수 있다.
상기 하우징의 타측에는 상기 인쇄 회로 기판이 관통되는 슬릿이 구비된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈은, 내부에 수용공간이 형성되고, 일측에 광원 입사부를 갖는 하우징; 상기 하우징의 광원 입사부에 연결되는 연결소켓; 상기 하우징의 내부 바닥에 배치되는 금속 재질의 광학대; 상기 광학대의 상부에 배치되는 열전냉각소자; 상기 열전냉각소자의 상부에 배치되며, 복수의 광 채널을 갖는 배열 도파로 격자 칩; 상기 배열 도파로 격자 칩의 온도를 감지하는 온도센서; 상기 광학대의 상부에 배치되되, 상기 배열 도파로 격자 칩의 광 채널과 연결되는 복수의 포토다이오드 칩을 구비하는 포토다이오드 어레이; 및 상기 하우징의 타측에 관통된 형태로 연결되되, 몸체 일부가 상기 광학대의 상부에 배치되고, 상기 포토다이오드 어레이와 연결되는 인쇄 회로 기판;을 포함한다.
본 발명은 PLC(Planar Lightwave Circuit) 기반의 배열 도파로 격자(Arrayed Waveguide Grating, AWG) 칩을 에지(edge) 파장 필터로 적용하여 센싱 측정값을 쉽게 검출할 수 있다.
특히, 렌즈 없이 바로 광 수신이 가능하여 별도의 복잡한 필터 검출 장비나 모듈이 필요 없다.
또한, 저가로 형성되어 대량 생산이 가능한 배열 도파로 격자 칩을 이용함에 따라, 소형패키지 모듈 구조를 갖출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈을 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 A-A' 단면을 나타낸 도면.
도 3은 도 1에 도시된 B-B' 단면을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈에 있어서, 하우징의 내부 구조를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈에 있어서, 배열 도파로 격자 칩을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈에 있어서, 배열 도파로 격자 칩의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈에 있어서, 배열 도파로 격자 칩의 광학특성을 측정한 결과를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈의 광원 파장 검출 결과를 나타낸 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A' 단면을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 B-B' 단면을 나타낸 도면이다.
설명의 편의를 위해 도 1 내지 도 3을 병행 참조하며 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3을 병행 참조하면, 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈(100)은 크게, 하우징(110), 연결소켓(120), 광학대(130), 열전냉각소자(140), 배열 도파로 격자 칩(150), 온도센서(160), 포토다이오드 어레이(170) 및 인쇄 회로 기판(180)을 포함한다.
하우징(110)은 내부에 수용공간이 형성된 몸체로서, 하우징(110)의 일측은 광원 입사부를 갖고, 하우징(110)의 타측에는 수평 방향으로 장공 형태로 형성된 슬릿(111)이 구비된다. 여기서, 상기 광원 입사부는 광원이 입사되는 입측에 해당되는 곳으로, 일부가 관통 형성된 장착공을 갖는다.
연결소켓(120)은 상기 하우징(110)의 광원 입사부에 연결된다. 이때, 상기 연결소켓(120)은 LC(Lucent Connector) 타입의 리셉타클 형태로 이루어진다. 그리고 상기 연결소켓(120)은 별도의 수 단자와 연결되는 암 단자 형태로 이루어진다.
이러한 연결소켓(120)은 상기 하우징(110)의 광원 입사부로부터 탈착이 가능한 구조로 이루어진다. 이때, 상기 연결소켓(120)은 광섬유 기반 센서를 쉽게 장착하거나 탈거가 가능하다.
광학대(130)는 상기 하우징(110)의 내부 바닥에 배치된다. 이러한 광학대(130, Optical Bench)는 금속 재질로 이루어진MOB(Metal Optical Bench)인 것이 바람직하다.
열전냉각소자(140)는 상기 광학대(130)의 상부에 배치된다. 이러한 열전냉각소자(140, Thermoelectric Cooler; TEC)는 온도를 조절할 수 있다.
배열 도파로 격자 칩(150, Arrayed Waveguide Grating Chip; AWG 칩)은, 상기 열전냉각소자(140)의 상부에 배치되며, 복수의 광 채널을 갖는다. 이때, 상기 배열 도파로 격자 칩(150)은 4개의 광 채널을 구비한다. 상기 광 채널은 10nm 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.
상기 배열 도파로 격자 칩(150)은 상기 광 채널별로 4개의 광섬유 격자 센서 파장 검출이 가능하다.
온도센서(160, Thermistor)는 상기 배열 도파로 격자 칩(150)의 상부에 배치되어, 상기 배열 도파로 격자 칩(150)의 미세한 온도 변화를 감지한다. 이때, 별도의 제어부(미도시)를 통해 상기 배열 도파로 격자 칩(150)의 온도 변화와 광 파장 변화값을 측정할 수 있다.
즉, 상기 제어부는 기 설정된 배열 도파로 격자 칩(150)의 온도와 변화된 온도를 비교 연산한 후, 온도 변화에 따른 배열 도파로 격자 칩(150)의 파장 변화값을 측정할 수 있다.
포토다이오드 어레이(170)는 상기 광학대(130)의 상부에 배치된다. 이러한 포토다이오드 어레이(170)는 상기 배열 도파로 격자 칩(150)의 광 채널과 연결되는 복수의 포토다이오드 칩(171)을 구비한다.
여기서, 상기 포토다이오드 칩(171)은 상기 배열 도파로 격자 칩(150)의 광 채널을 통해 전달되는 광 신호를 바로 수신한다. 다시 말해, 상기 포토다이오드 칩(171)은 별도의 렌즈 없이 바로 광 신호를 수신할 수 있다.
상기 포토다이오드 칩(171)과 상기 광 채널 사이에는 리드선(101)이 와이어 본딩되어 그 사이를 잇는다.
이때, 상기 광 채널과 상기 포토다이오드 칩(171)은 일정 간격으로 배치되어 연결된다.
4채널 포토다이오드 어레이(170)는 동일한 에피 웨이퍼 상에 1회의 전체 소자 제작 공정 프로세서를 수행하여 제작될 수 있다. 따라서, 제작자는 에피 웨이퍼를 원하는 채널 개수로 다이싱하여 추가적인 공정이나 비용없이 2채널, 4채널, 6채널 및 8채널 등의 포토다이오드 어레이(170)를 제작할 수 있다.
인쇄 회로 기판(180)은 상기 하우징(110)의 타측에 관통된 형태로 연결되되, 몸체 일부가 상기 광학대(130)의 상부에 배치된다. 이때, 상기 인쇄 회로 기판(180)은 상기 포토다이오드 어레이(170)와 연결된다.
여기서, 상기 인쇄 회로 기판(180)과 상기 포토다이오드 칩(171) 사이에는 리드선이 와이어 본딩되어 그 사이를 잇는다.
상기 인쇄 회로 기판(180)은 연성 인쇄 회로 기판(F-PCB, Flexible Printed Circuit Board)인 것이 바람직하다. 이를 위하여, 상기 인쇄 회로 기판(180)의 하부에는 보강패널(181)이 구비된다. 상기 보강패널(181)은 상기 하우징(110)의 슬릿(111)에 안착될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈에 있어서, 하우징의 내부 구조를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈(100)의 내부 구조를 자세히 확인할 수 있다. 이때, 도 1 내지 도 3에서 설명된 중복되는 내용은 생략하기로 한다.
광학대(130)는 열전냉각소자(140)와 포토다이오드 어레이(170) 및 인쇄 회로 기판(180)을 고정시키고, 광축을 일정하게 유지하면서 광학계를 조정할 수 있다.
이러한 광학대(130)에는 상기 열전냉각소자(140), 포토다이오드 어레이(170) 및 인쇄 회로 기판(180)이 배치된 구간마다 높이가 다른 단차를 갖는다. 상기 광학대(130)의 구조는 구성 간 간격 조절을 통해, 배열 도파로 격자 칩(150)의 온도 변화를 효과적으로 감지할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈에 있어서, 배열 도파로 격자 칩을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 4개의 광섬유 격자 센서의 파장 검출을 위한 배열 도파로 격자 칩(150)의 설계 결과를 확인할 수 있다.
배열 도파로 격자 칩(150)은 10nm의 간격으로 1540, 1550, 1560, 1570nm의 중심 파장을 가지며, 입사한 광원이 상기 중심 파장에 따라 4개의 파장 필터가 선택된다. 이에 따라, 상기 배열 도파로 격자 칩(150)을 통해 광 파장을 검출할 수 있다.
배열 도파로 격자 칩(150)은 광원 입력부와 출력부의 단면을 8도 하여 반사 손실 및 간섭 노이즈 영향을 최소화할 수 있다.
상기 배열 도파로 격자 칩(150)의 설계 조건은, 광원 출력부 코어 피치(core pitch)를 250um 간격으로 두고, 웨이브 가이드 높이(height)와 넓이(width)는 3um이고, Focal length는 594.9um, Path length difference는 12.8um이다. 이러한 배열 도파로 격자 칩(150)의 설계 조건을 통해, 도 5에 도시된 설계 결과 값을 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈에 있어서, 배열 도파로 격자 칩의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 배열 도파로 격자 칩의 시뮬레이션 결과는 중심 파장 1550nm 채널의 결과이며, 설계한 설정 값은 채널 간격 10nm에 따라 삽입손실 1.5dB 이하, 1dB 대역폭(bandwidth)은 2.38nm, 3dB 대역폭은 4.01nm 임을 확인할 수 있다.
이러한 시뮬레이션 결과에 따라 1550nm 중심 파장의 필터에서, 양쪽으로 약 5nm 파장 범위에서 광섬유 격자 센서의 파장 변화를 15dB 범위로 검출할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈에 있어서, 배열 도파로 격자 칩의 광학특성을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 배열 도파로 격자 칩의 광학특성을 측정한 결과 값이다. 배열 도파로 격자 칩은 채널별로 1540, 1550, 1560, 1570nm의 중심 파장을 중심으로 4개의 광섬유 격자 센서의 파장을 검출할 수 있다.
이때, 배열 도파로 격자 칩은 파장 필터로 적용되는데, 파장 필터의 특성이 가우시안 형태의 파장 투과 특성을 가지므로, 파장 검출 시 선형화 알고리즘이 요구된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈의 광원 파장 검출 결과를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 광섬유 격자 센서 4종(FBG sensor1, 2, 3, 4)은 중심 파장 상온에서, 1542.5, 1552.5, 1562.5, 1572.5nm를 가지도록 제작되었다. 이때, 배열 도파로 격자 칩 필터의 특성에 따라, 상온에서 온도가 낮아질수록 비선형 특성이 있음을 확인할 수 있다.
온도 변화에 따른 파장 검출의 비선형 동작 특성은, 다항식 알고리즘이나 가우시안 함수를 통해 간단히 보상이 가능하다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 PLC(Planar Lightwave Circuit) 기반의 배열 도파로 격자(Arrayed Waveguide Grating, AWG) 칩을 에지(edge) 파장 필터로 적용하여 센싱 측정값을 쉽게 검출할 수 있다.
특히, 렌즈 없이 바로 광 수신이 가능하여 별도의 복잡한 필터 검출 장비나 모듈이 필요 없다.
또한, 저가로 형성되어 대량 생산이 가능한 배열 도파로 격자 칩을 이용함에 따라, 소형패키지 모듈 구조를 갖출 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
100 : 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈
101 : 리드선 110 : 하우징
111 : 슬릿 120 : 연결소켓
130 : 광학대 140 : 열전냉각소자
150 : 배열 도파로 격자 칩 160 : 온도센서
170 : 포토다이오드 어레이 171 : 포토다이오드 칩
180 : 인쇄 회로 기판 181 : 보강패널

Claims (20)

  1. 내부에 수용공간이 형성되고, 일측에 광원 입사부를 갖는 하우징;
    상기 하우징의 광원 입사부에 연결되는 연결소켓;
    상기 하우징의 내부 바닥에 배치되는 광학대;
    상기 광학대의 상부에 배치되는 열전냉각소자;
    상기 열전냉각소자의 상부에 배치되며, 복수의 광 채널을 갖는 배열 도파로 격자 칩;
    상기 광학대의 상부에 배치되되, 상기 배열 도파로 격자 칩의 광 채널과 연결되는 복수의 포토다이오드 칩을 구비하는 포토다이오드 어레이; 및
    상기 하우징의 타측에 관통된 형태로 연결되되, 몸체 일부가 상기 광학대의 상부에 배치되고, 상기 포토다이오드 어레이와 연결되는 인쇄 회로 기판을 포함하고,
    상기 배열 도파로 격자 칩은
    4개의 광 채널을 구비하며, 상기 광 채널별로 4개의 광섬유 격자 센서 파장 검출이 가능한 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토다이오드 칩은
    상기 배열 도파로 격자 칩의 광 채널을 통해 전달되는 광 신호를 수신하는 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광 채널과 상기 포토다이오드 칩 사이 및 상기 포토다이오드 칩과 상기 인쇄 회로 기판 사이에는
    리드선이 와이어 본딩되는 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광 채널과 상기 포토다이오드 칩은
    일정 간격으로 배치되어 연결되는 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배열 도파로 격자 칩은
    4개의 광 채널을 구비하며, 상기 광 채널은 10nm 간격으로 배치되는 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배열 도파로 격차 칩의 상부에는
    온도센서가 구비되는 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판은
    연성 인쇄 회로 기판(F-PCB, Flexible Printed Circuit Board)인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판의 하부에는
    보강패널이 구비되는 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광학대는
    금속 재질로 이루어지는 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 연결소켓은
    상기 하우징의 광원 입사부로부터 탈착이 가능한 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 연결소켓은
    LC(Lucent Connector) 타입인 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 타측에는
    상기 인쇄 회로 기판이 관통되는 슬릿이 구비되는 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  14. 내부에 수용공간이 형성되고, 일측에 광원 입사부를 갖는 하우징;
    상기 하우징의 광원 입사부에 연결되는 연결소켓;
    상기 하우징의 내부 바닥에 배치되는 금속 재질의 광학대;
    상기 광학대의 상부에 배치되는 열전냉각소자;
    상기 열전냉각소자의 상부에 배치되며, 복수의 광 채널을 갖는 배열 도파로 격자 칩;
    상기 배열 도파로 격자 칩의 온도를 감지하는 온도센서;
    상기 광학대의 상부에 배치되되, 상기 배열 도파로 격자 칩의 광 채널과 연결되는 복수의 포토다이오드 칩을 구비하는 포토다이오드 어레이; 및
    상기 하우징의 타측에 관통된 형태로 연결되되, 몸체 일부가 상기 광학대의 상부에 배치되고, 상기 포토다이오드 어레이와 연결되는 인쇄 회로 기판을 포함하고,
    상기 배열 도파로 격자 칩은
    4개의 광 채널을 구비하며, 상기 광 채널별로 4개의 광섬유 격자 센서 파장 검출이 가능한 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광 채널과 상기 포토다이오드 칩 사이 및 상기 포토다이오드 칩과 상기 인쇄 회로 기판 사이에는
    리드선이 와이어 본딩되는 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 광 채널과 상기 포토다이오드 칩은
    일정 간격으로 배치되어 연결되는 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 배열 도파로 격자 칩은
    4개의 광 채널을 구비하며, 상기 광 채널은 10nm 간격으로 배치되는 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  18. 삭제
  19. 제14항에 있어서,
    상기 배열 도파로 격자 칩은
    복수의 광 채널별로 광섬유 격자 센서 파장 검출이 가능한 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 연결소켓은
    상기 하우징의 광원 입사부로부터 탈착이 가능한 것인 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈.
KR1020190036287A 2019-03-28 2019-03-28 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈 KR102301645B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190036287A KR102301645B1 (ko) 2019-03-28 2019-03-28 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈
US16/741,151 US10884186B2 (en) 2019-03-28 2020-01-13 Multi-channel receiver optical sub assembly module for fiber Bragg grating sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190036287A KR102301645B1 (ko) 2019-03-28 2019-03-28 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200114468A KR20200114468A (ko) 2020-10-07
KR102301645B1 true KR102301645B1 (ko) 2021-09-14

Family

ID=72605497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190036287A KR102301645B1 (ko) 2019-03-28 2019-03-28 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10884186B2 (ko)
KR (1) KR102301645B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112230351B (zh) * 2020-10-27 2022-04-22 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 一种光模块

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6411748B1 (en) 2000-07-17 2002-06-25 Alcatel Usa Sourcing, L.P. Wide tuning range acousto-optical fiber Bragg grating filter (FBGF)
JP2003035830A (ja) 2001-05-15 2003-02-07 Furukawa Electric Co Ltd:The 光波長合分波器
US7327771B2 (en) 2003-10-21 2008-02-05 Electronics And Telecommunications Research Institute WDM-PON system with optical wavelength alignment function
US7512291B2 (en) 2006-05-31 2009-03-31 Mendoza Edgar A Fiber bragg crating sensor interrogation method
KR100785046B1 (ko) 2006-07-18 2007-12-12 한국과학기술연구원 중첩된 첩 광섬유 격자 기반 파장 간격 가변형 다채널 필터
KR100927594B1 (ko) 2006-12-05 2009-11-23 한국전자통신연구원 평판형 광도파로(plc) 소자, 그 소자를 포함한 파장가변 광원 및 그 광원을 이용한 wdm-pon
KR101900743B1 (ko) 2011-08-12 2018-09-20 (주)엠이엘텔레콤 광섬유 브라그 격자 내장 파장 가변 모듈
US20130272656A1 (en) 2012-04-11 2013-10-17 O/E Land Inc. Double-Sided Compression-Tuned Fiber Bragg Grating
NL2010940C2 (en) 2013-06-07 2014-12-09 Technobis Group B V Fiber bragg grating interrogator assembly and method for the same.
KR101906592B1 (ko) * 2014-11-27 2018-10-12 한국전자통신연구원 광모듈

Also Published As

Publication number Publication date
US20200310029A1 (en) 2020-10-01
KR20200114468A (ko) 2020-10-07
US10884186B2 (en) 2021-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4930034B2 (ja) 物理量測定システム
US20050074208A1 (en) Monitor for an optical fibre and multi-guide optical fibre circuits and methods of making them
US9057839B2 (en) Method of using an optical device for wavelength locking
US9341770B2 (en) Thermal compensation composition of optical fiber connector containing a fiber Bragg grating
US20070280601A1 (en) Fiber bragg grating sensor interrogator and manufacture thereof
US20080069497A1 (en) Optical waveguide tap monitor
US6917735B2 (en) Apparatus for interrogating an optical signal
EP1260837A1 (en) Array waveguide type diffraction grating and light transmitting center wavelength correcting method
JP2006267961A (ja) 光分波装置および光モニタ装置
JP2007024826A (ja) 光学式検出センサ
US6829053B1 (en) Airgap type etalon and apparatus utilizing the same
US6507680B1 (en) Planar lightwave circuit module
KR102301645B1 (ko) 광섬유 격자 센서용 다채널 광수신 모듈
EP0962794B1 (en) Article comprising a dispersive waveguide tap
KR100421137B1 (ko) 하나의 평면 도파로형 광소자를 이용한 이중 파장분할다중화/역다중화 장치
US7068868B1 (en) Sensing devices based on evanescent optical coupling
KR20050099204A (ko) 광결합기형 필터 및 이를 이용한 광원의 파장 안정화 장치
Zhang et al. Tilted long period gratings pressure sensing in solid core photonic crystal fibers
EP1085354A2 (en) Planar lightwave circuit module
JP2006029995A (ja) 光学式物理量測定方法および装置
KR101855409B1 (ko) 원칩형 광파장파워측정기
JP4019384B1 (ja) 光パワーモニター
WO2002016979A2 (en) Fiberoptic bus, modulator, detector and emitter using cladding mode coupling
KR100368122B1 (ko) 반사대역폭이 외부 인가 스트레인에 따라 변하는 처핑된 광섬유 격자 센서 및 이를 이용한 스트레인 측정 장치
KR102522885B1 (ko) 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant