KR20020064699A - Housing of transmitter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광 송신기에 관한 것으로, 특히 광원(방출 레이저 다이오드 또는 표면 방출 발광 다이오드)에서 방출되는 광 세기를 정확하게 모니터링하고 광을 광섬유의 코어에 효과적으로 집속시켜 송신하는 광 송신기의 하우징에 관한 것이다.The present invention relates to an optical transmitter, and more particularly to a housing of an optical transmitter that accurately monitors the light intensity emitted from a light source (emission laser diode or surface emitting light emitting diode) and effectively focuses and transmits light to the core of the optical fiber.
광 송신기(transmitter)는 표면 방출 레이저 다이오드 또는 표면 방출 발광 다이오드의 윗면에서 나오는 빛을 광섬유에 전달하며, 전달된 신호는 광 수신기를 통해 전기적인 신호로 변환된다.An optical transmitter transmits light from the surface of the surface emitting laser diode or the surface emitting light emitting diode to the optical fiber, and the transmitted signal is converted into an electrical signal through the optical receiver.
일반적으로, 광 송신기는 광 수신기와 별개의 장치로 만들어져 하나의 패키지(하우징)에 밀봉되어 사용되며, 전기적인 신호가 빛으로 변환되어 송신되는 경우 그 신호에 파워에 대한 신뢰성이 문제가 되기 때문에 광 송수신기에서 송출되는 빛을 모니터링할 수 있는 수광 소자를 포함하는 것이 바람직한 구조이지만, 패키지의 구조가 복잡해주고 패키지 내의 중복된 부품의 소모가 많아 가격이 비싸지는 문제점이 있다.In general, an optical transmitter is made of a separate device from the optical receiver and sealed in a single package (housing), and when the electrical signal is converted to light and transmitted, reliability of power to the signal becomes a problem. Although it is preferable to include a light receiving device that can monitor the light emitted from the transceiver, there is a problem that the structure of the package is complicated and the cost of the duplicated parts in the package is high and expensive.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 금속 티오갠의 패키지 머리 부분에 조립된 창의 가장 자리에 반사경을 부착하여 표면 방출 레이저 다이오드 또는 표면 방출 발광 다이오드에서 방출되는 빛의 양을 증가시켜 포토 다이오드에 수광 되도록 하는 구조가 제안되었다.In order to solve the above problems, a reflector is attached to the edge of the window assembled to the package head of the metal thiogann to increase the amount of light emitted from the surface emitting laser diode or the surface emitting light emitting diode so as to be received by the photodiode. A structure has been proposed.
그러나, 상기와 같은 구조를 갖는 광 송수신기는 반사된 빛의 양이 너무 적어 빛을 수광하는 포토 다이오드를 문턱 전압이 작은 것으로 사용해야 하는 문제점이 있다.However, the optical transceiver having the structure as described above has a problem in that the amount of reflected light is so small that the photodiode receiving the light should be used as having a small threshold voltage.
또한, 미국의 하니웰(Honeywell)사에서 2000년 초에 기존에 사용되던 광 송신기의 금속 티오-캔이라는 금속 패키지내의 창을 변형하여 표면 방출 레이저 다이오드 또는 표면 방출 발광 다이오드에서 방출되는 빛을 반사시켜 그 빛을 포토 다이오드에서 수광 하는 구조를 제안하였다.In addition, Honeywell, USA, modified a window in a metal package called a metal thio-can of an optical transmitter, which was used in early 2000, to reflect light emitted from a surface emitting laser diode or surface emitting light emitting diode. We proposed a structure that receives light from a photodiode.
상기와 같이 금속 티오-캔의 패키지 구조를 변경한 광 송신기는 사용되는 금속 티오-캔의 가격도 비싸고, 티오-캔 머리부분의 반사경을 금속 티오-캔에 부착하는 것이 어려운 문제점이 있다.As described above, the optical transmitter in which the package structure of the metal thio-can is changed is expensive, and it is difficult to attach the reflector of the thio-can head to the metal thio-can.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하우징과 일체형으로 형성된 반사부분과 집속부분으로 이루어진 렌즈를 이용하여 광원(표면 방출 레이저 다이오드 또는 표면 방출 발광 다이오드)에서 방출된 광의 일부를 반사시켜 광의 세기를 모니터링함과 함께 광을 광섬유의 코어에 집속시키는 광 송신기의 하우징을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to solve such a problem of the prior art, a part of the light emitted from the light source (surface emitting laser diode or surface emitting light emitting diode) using a lens consisting of a reflecting portion and a focusing portion formed integrally with the housing. The present invention provides a housing of an optical transmitter that reflects light and monitors the light intensity while focusing light onto a core of an optical fiber.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광이 방출되는 광원을 광섬유에 패키징하기 위한 하우징에 있어서, 상기 광의 발광 방향으로 소정의 경사각으로 경사면을 가져 상기 광을 반사시키는 반사부분 및 상기 광섬유 방향으로 곡면을 가져 상기 반사부분을 투과하는 광을 상기 광섬유내로 집속시키는 집속부분으로 이루어진 렌즈와 일체형이며, 상기 반사부분의 경사면에서 반사된 광을 광 수신 포토다이오드로 수광하여상기 광 세기를 모니터링하고, 상기 반사부분을 투과한 광을 집속부분으로 광섬유에 집속시키는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a housing for packaging a light source for emitting light in the optical fiber, the reflection portion and the optical fiber direction to reflect the light by having an inclined surface at a predetermined inclination angle in the light emission direction It is integral with the lens consisting of a focusing portion having a curved surface to focus the light passing through the reflective portion into the optical fiber, and receives the light reflected from the inclined surface of the reflective portion with a light receiving photodiode to monitor the light intensity, The light passing through the reflective portion is focused on the optical fiber as a focusing portion.
도 1은 본 발명에 따른 광 송신기의 구조를 나타내는 사시도이고,1 is a perspective view showing the structure of an optical transmitter according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 광 송신기의 발광 다이오드와 광 수신 다이오드간의 관계를 나타내는 관계도.2 is a relationship diagram showing a relationship between a light emitting diode and a light receiving diode of the optical transmitter according to the present invention;
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
100 : 광 송신기 101 : 하우징100: optical transmitter 101: housing
102 : 집속부분 103 : 반사부분102: focusing part 103: reflection part
104 : 티오-캔 105 : 티오-캔 창104: thio-can 105
106 : 광원 107 : 광 수신 다이오드106: light source 107: light receiving diode
108 : 바이어스 신호핀 109 : 접지핀108: bias signal pin 109: ground pin
110 : 모니터링 신호핀 111 : 서버 마운트110: monitoring signal pin 111: server mount
112 : 광 조절부 113 : 전원부112: light control unit 113: power supply unit
120 : 렌즈 50 : 광섬유120: lens 50: optical fiber
51 : 코어 52 : 클래딩51: core 52: cladding
본 발명의 실시 예는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 기술 분야의 숙련자라면 이 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 잘 이해할 수 있을 것이다.There may be a plurality of embodiments of the present invention, and a preferred embodiment will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Those skilled in the art will be able to better understand the objects, features and advantages of the present invention through this embodiment.
본 발명의 핵심 기술 사상은 광 송신기의 하우징과 일체형으로 제작된 반사부분과 집속부분으로 이루어진 렌즈를 이용하여 광원(예를 들면, 표면 방출 레이저 다이오드 또는 표면 방출 발광 다이오드 등)에서 방출되는 광의 일부를 광 수신 포토 다이오드로 반사시켜 광세기를 모니터링함과 함께 반사부분을 투과한 광을 광섬유의 코어에 집속시킨다.The core technical idea of the present invention is to use a lens composed of a reflecting portion and a focusing portion integrally formed with a housing of an optical transmitter, and thus to extract a part of light emitted from a light source (for example, a surface emitting laser diode or a surface emitting light emitting diode, etc.). The light is reflected by the light receiving photodiode to monitor the light intensity and to focus the light transmitted through the reflective portion to the core of the optical fiber.
도 1은 본 발명에 따른 광 송신기의 구조를 나타내는 단면도로써, 그 구조는 전원부(113)에서 발생된 전기 신호를 표면 방출 레이저 다이오드 또는 표면 방출 발광 다이오드와 같은 광원(106)에 인가하는 바이어스 신호핀(108), 티오-캔(104) 내부의 반도체 기판 상 일측에 형성되어 바이어스 신호핀(108)에서 인가된 전기적인 신호에 따라 소정 파장의 변조광을 방출하는 광원(106), 하우징(101)과 일체형이며 광원(106)의 발광방향에 설치되어 광원(106)에서 방출되는 일부 광의 발광방향을 변경시키는 반사부분(103)과 광원(106)에서 방출된 광 신호를 클래딩(52)의 코어(51)에 집속시키는 집속부분(102)으로 이루어진 렌즈(120), 반도체 기판의 다른 일측에 형성되어 반사부분(103)에서 반사된 광을 수광하여 다시 전기적인 신호로 복원하는 광 수신 포토다이오드(107), 광 수신 포토다이오드(107)에서 변환된 전기적인 신호로 광 조절부(112)로 전달하는 모니터링 신호핀(110), 클래딩(52)과 코어(51)로 이루어진 광섬유(50), 반도체 기판을 접지시키는 접지핀(109)으로 이루어진다.1 is a cross-sectional view showing the structure of an optical transmitter according to the present invention, the structure of which is a bias signal pin for applying an electric signal generated from the power supply 113 to a light source 106 such as a surface emitting laser diode or a surface emitting light emitting diode 108, a light source 106 formed on one side of the semiconductor substrate inside the thio-can 104 to emit modulated light having a predetermined wavelength according to an electrical signal applied from the bias signal pin 108, and the housing 101. And a reflection portion 103 which is installed in the light emitting direction of the light source 106 to change the light emitting direction of some light emitted from the light source 106 and the light signal emitted from the light source 106 to the core of the cladding 52. A lens 120 including a focusing part 102 focused on a 51, and a light receiving photodiode 107 formed on the other side of the semiconductor substrate to receive light reflected from the reflecting part 103 and restore it back to an electrical signal. ), Light number The grounding signal pin 110, the optical fiber 50 consisting of the cladding 52 and the core 51, and the semiconductor substrate, which are transmitted to the light control unit 112 as an electrical signal converted by the new photodiode 107 It is made of a ground pin (109).
광 송신기의 하우징(101)은 광을 방출하는 광원(106)을 광섬유(50)에 패키징하기 위한 것으로써, 본 발명의 하우징(101)은 광원(106)에서 방출되는 광의 발광 방향으로 소정의 경사각으로 경사면을 가져 광을 반사시키는 반사부분(103) 및 광섬유(50) 방향으로 곡면을 가져 반사부분(103)을 투과하는 광을 광섬유(50)의 코어(51)로 집속시키는 집속부분(102)으로 이루어진 렌즈(120)와 일체형이며, 반사부분(103)의 경사면에서 반사된 광을 광 수신 포토다이오드(107)로 수광하여 광 세기를 모니터링하고, 반사부분(103)을 투과한 광을 집속부분(102)으로 광섬유(50)의 코어(51)에 집속시킨다.The housing 101 of the optical transmitter is for packaging the light source 106 emitting light to the optical fiber 50, and the housing 101 of the present invention has a predetermined inclination angle in the light emission direction of the light emitted from the light source 106. A focusing part 102 for concentrating the light passing through the reflecting part 103 to the core 51 of the optical fiber 50 with a reflecting part 103 for reflecting light with an inclined surface and reflecting light toward the optical fiber 50. It is integrated with the lens 120 made of a light, and receives the light reflected from the inclined surface of the reflecting portion 103 to the light receiving photodiode 107 to monitor the light intensity, the light passing through the reflecting portion 103 focusing portion At 102, the core 51 of the optical fiber 50 is focused.
또한, 하우징(101)은 광 손실이 적고, 열적 및 화학적 안정성이 우수하고, 사출성이 우수한 폴리이미즈(Polymide)계 고분자와 같은 광학용 플라스틱으로 만들어지고, 하우징(101)의 상측 일면에는 광원(106)에서 방출되는 광 신호를 용이하게 수광하면서 광을 광섬유(50)의 코어(51)에 집속시키는 렌즈(120)를 포함하며, 렌즈(120)의 경사면에는 반사 효율을 증대시키기 위한 Ag, Au 등과 같은 금속박막이 코팅될 수 있다.In addition, the housing 101 is made of an optical plastic such as a polyimide polymer having low light loss, excellent thermal and chemical stability, and excellent injection property. The lens 120 includes a lens 120 for focusing light onto the core 51 of the optical fiber 50 while easily receiving the optical signal emitted from the optical fiber 50. Ag, Au for increasing reflection efficiency on the inclined surface of the lens 120 is included. Metal thin films such as may be coated.
표면 방출 레이저 다이오드 또는 표면 방출 발광 다이오드인 광원(106)은 광 수신 포토 다이오드(107)와 더불어 반도체 기판 상에 하나의 칩으로 구성되어 같은 서버마운트(111) 상에 놓일 수 있고, 서버마운트(111)는 상하 이동이 가능하며, 이는 광원(106) 및 광 수신 포토다이오드(107)와 렌즈(120)의 반사부분(103)간의 거리 조절을 가능하게 해준다.The light source 106, which is a surface emitting laser diode or surface emitting light emitting diode, may be composed of one chip on a semiconductor substrate together with the light receiving photodiode 107 and placed on the same server mount 111, and the server mount 111. Is movable up and down, which enables the distance control between the light source 106 and the light receiving photodiode 107 and the reflective portion 103 of the lens 120.
반사부분(103)에서 반사된 광 신호를 수신하는 광 수신 포토 다이오드(107)는 p-i-n 포토 다이오드를 이용하며, 광원(106)에서 방출된 광의 발광방향에 형성된 티오-캔(104)의 창(105)은 광원(106)에서 방출된 광 신호의 발진 파장에서 투과성이 우수한 실리카 유리나 보론 첨가 유리등과 같은 물질로 이루어져 있다.The light receiving photodiode 107 that receives the light signal reflected by the reflecting portion 103 uses a pin photodiode, and the window 105 of the thio-can 104 formed in the light emitting direction of the light emitted from the light source 106. ) Is made of a material such as silica glass, boron-added glass, or the like having excellent transmittance at the oscillation wavelength of the optical signal emitted from the light source 106.
광 조절부(112)는 모니텅링 신호핀(110)을 통해 전송된 전기적인 신호를 이용하여 광원(106)에 인가되는 전력을 조절하는 수단으로써, 모니터링 신호핀(110)을 통해 전송된 전기적인 신호에 따라 광원(106)에서 방출되는 광의 세기를 판단하며, 판단 결과 광의 세기가 약하거나 강할 경우에 광원(106)에 전력을 공급하는 전원부(113)의 전력량을 조절한다.The light control unit 112 is a means for adjusting the power applied to the light source 106 by using the electrical signal transmitted through the monitoring signal pin 110, the electrical transmitted through the monitoring signal pin 110 The intensity of the light emitted from the light source 106 is determined according to the signal, and if the intensity of the light is weak or strong, the amount of power of the power source 113 supplying power to the light source 106 is adjusted.
한편, 반사부분(103)의 경사면의 기울기는 서버 마운트(111) 상에 형성된 광원(106)과 광 수신 포토 다이오드(107)간의 거리, 광원(106)과 반사렌즈(103)간의 거리 및 티오-캔(104)의 실제 크기를 고려하면 10∼35도를 유지해야 한다. 광 수신 포토 다이오드(107)에 수광되는 광량은 서버 마운트(111)의 높이 조절을 통해 광원(106)과 반사부분(103)간의 거리를 조절함으로써 조정가능하며, 이렇게 광 수신 포토 다이오드(107)로 입사되는 광량을 조절하여 모니터링 효율을 증대시킬 수 있다.On the other hand, the inclination of the inclined surface of the reflective portion 103 is the distance between the light source 106 and the light receiving photodiode 107 formed on the server mount 111, the distance between the light source 106 and the reflective lens 103 and Tio- Considering the actual size of the can 104, 10 to 35 degrees should be maintained. The amount of light received by the light receiving photodiode 107 can be adjusted by adjusting the distance between the light source 106 and the reflecting portion 103 by adjusting the height of the server mount 111, and thus the light receiving photodiode 107. Monitoring efficiency can be increased by adjusting the amount of incident light.
광원(106)과 광 수신 포토 다이오드(107)간의 거리(x)에 대한 관계식은 아래의 수학 식 1과 같으며, 이에 대한 설명은 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.A relational expression of the distance x between the light source 106 and the light receiving photodiode 107 is shown in Equation 1 below, which will be described with reference to FIG. 2.
수학 식1에서와 같이, 반사부분(103)의 경사면과 광원(106)에서 광의 출사 방향의 각()은 10∼35도의 범위를 갖고 광원(106)과 반사 렌즈(103)의 경사면의 중심간의 거리(h)는 0.3∼2mm의 범위를 갖으면, 도 2에 도시된 바와 같이, 광원(106)의 창문과 광 수신 포토 다이오드(107)간의 거리(x)가 1∼2mm의 범위를 갖는 소형화된 자동 전력 조절 기능을 갖는 광 송신기의 제작이 가능하다.As shown in Equation 1, the angle between the inclined surface of the reflecting portion 103 and the emission direction of the light from the light source 106 ( ) Has a range of 10 to 35 degrees and the distance h between the light source 106 and the center of the inclined surface of the reflective lens 103 has a range of 0.3 to 2 mm, the light source 106 is shown in FIG. 2. It is possible to fabricate an optical transmitter having a miniaturized automatic power regulation function in which the distance x between the window and the light receiving photodiode 107 is in the range of 1 to 2 mm.
자동 전력 조절 기능을 갖는 광 송신기의 제조 과정에 대해서 설명하면, 광 송신기는 티오-캔(104)내에 소정 간격으로(예를 들면, 간격이 1∼2mm) 광원(106)과 광 수신 포토 다이오드(107)를 서버 마운트(111) 상부에 형성한 후에 렌즈(120)의 재질과 같은 광학용 플라스틱 재질로 이루어진 하우징(101)을 사출하여 형성하고, 티오-캔(104)과 하우징(101)을 에폭시 본딩 기술을 이용하여 접착공정을 수행하여 제작한다. 이때 티오-캔(104)과 하우징은 에폭시 본딩 기술에 의해 광 정열 과정이 용이할 뿐만 아니라 하우징(101)과 티오-캔(104)의 정렬 마킹을 통해 매우 높은 정렬도를 얻을 수 있다.Referring to the manufacturing process of the optical transmitter having the automatic power control function, the optical transmitter is arranged in the thio-can 104 at predetermined intervals (for example, 1 to 2 mm) and the light source 106 and the light receiving photodiode ( 107 is formed on the top of the server mount 111, and then formed by injecting a housing 101 made of an optical plastic material such as the material of the lens 120, the thio-can 104 and the housing 101 is epoxy The bonding process is performed using a bonding technique. At this time, the thio-can 104 and the housing can be easily aligned by the epoxy bonding technology, and a very high degree of alignment can be obtained through the alignment marking of the housing 101 and the thio-can 104.
이때, 하우징(101)은 반사부분(103) 및 집속부분(102)으로 이루어진 렌즈(120)과 일체형이다.In this case, the housing 101 is integrated with the lens 120 including the reflective part 103 and the focusing part 102.
상기와 같은 과정을 통해 제작된 자동 전력 조절 기능을 갖는 광 송수신기의 동작 과정을 살펴보면 아래와 같다.Looking at the operation of the optical transceiver having an automatic power control function produced by the above process as follows.
바이어스 신호핀(108)을 통해 인가되는 전기적 신호에 따라 레이저 구동 회로는 구동되고, 이에 따라 광원(106)은 고속으로 온/오프 동작을 수행하여 광을 방출하는데, 방출된 광 중에서 일부는 하우징(101)내의 반사부분(103)에서 반사되어 광 수신 포토 다이오드(107)에 입사된다. 광 수신 포토 다이오드(107)에 입사된 광 신호는 전기적인 신호로 변환되어 모니터링 신호핀(110)을 통해 광 조절부(112)로 전달되며, 광 조절부(112)는 광 전변환된 전기적인 신호를 이용하여 광원(106)에서 방출되는 광의 세기를 모니터링하여 광원(106)에서 방출되는 광의 이상 유무를 판단할 수 있다. 광 조절부(112)는 모니터링된 신호의 판단 결과에 의거하여 광의 세기가 약하거나 강할 때 광원(106)에 전력을 공급하는 전원부(113)를 조절하여 광원(106)에서 방출되는 광의 세기를 조절한다.According to an electrical signal applied through the bias signal pin 108, the laser driving circuit is driven, so that the light source 106 performs an on / off operation at a high speed to emit light. Reflected by the reflecting portion 103 in 101, it is incident on the light receiving photodiode 107. The optical signal incident on the light receiving photodiode 107 is converted into an electrical signal and transmitted to the light control unit 112 through the monitoring signal pin 110, and the light control unit 112 is a photoelectrically converted electric signal. The intensity of the light emitted from the light source 106 may be monitored using the signal to determine whether there is an abnormality of the light emitted from the light source 106. The light adjusting unit 112 adjusts the intensity of light emitted from the light source 106 by adjusting the power supply 113 supplying power to the light source 106 when the light intensity is weak or strong based on the result of the monitoring signal. do.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 하우징은 광원에서 방출되는 광의 발광 방향으로 소정의 경사각으로 경사면을 가져 광을 반사시키는 반사부분과 광섬유 방향으로 곡면을 가져 반사부분을 투과하는 광을 광섬유내로 집속시키는 집속부분으로 이루어진 렌즈와 일체형으로 제작되며, 집속부분의 곡면을 통한 광은 광섬유에 집속시키고 반사부분에서 반사된 광을 광 수신 포토 다이오드로 수신하여 광 세기를 모니터링함으로써, 광집속과 광 세기의 모니터링을 하나의 렌즈로 달성시킬 수 있다.As described above, the housing according to the present invention has a reflective portion reflecting light by having an inclined surface at a predetermined inclination angle in the light emitting direction of the light emitted from the light source and a light having a curved surface in the optical fiber direction to focus the light passing through the reflective portion into the optical fiber. It is manufactured integrally with a lens consisting of a focusing part, and the light through the curved surface of the focusing part is focused on the optical fiber and the light reflected from the reflecting part is received by the light receiving photodiode to monitor the light intensity. Can be achieved with one lens.
또한, 광원에서 출사되는 광을 반사시키고 집속시키는 렌즈가 하우징과 일체형이기 때문에, 하우징의 사출 제작 시 렌즈가 동시에 사출되어 티오-캔과 렌즈간의 정렬 오차를 출일 수 있고, 광원과 광 수신 포토 다이오드를 포함한 티오-캔의형태에 대한 제약이 작아 광 송신기의 패키지 수율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제작 단가도 낮출 수 있는 효과가 있다.In addition, since the lens that reflects and focuses the light emitted from the light source is integrated with the housing, the lens may be ejected at the same time during the injection fabrication of the housing, thereby causing an alignment error between the thio-can and the lens. Since the constraint on the shape of the thio-can is small, it is possible to improve the package yield of the optical transmitter as well as to reduce the manufacturing cost.
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