KR20030065143A - 광모듈의 능동정렬방법 및 그 장치 - Google Patents

광모듈의 능동정렬방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 능동정렬이 가능한 광모듈의 능동정렬방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광모듈의 능동정렬장치는 지속파의 출력특성을 갖는 광원을 변조하여 소정의 주파수를 갖는 교류광신호를 생성하는 발광부와, 발광부에서 생성된 교류광신호를 전류신호로 변환하고, 변환된 전류신호를 소정의 진폭을 갖는 전압신호로 변환하는 수광부와, 수광부에서 변환된 전압신호를 증폭하는 증폭기와, 증폭기에서 증폭된 전압신호의 진폭을 검출하여 직류신호로 변환하는 피크검출기를 구비한다.

Description

광모듈의 능동정렬방법 및 그 장치{Method Of Active Alignment For An Optical Module And Apparatus Thereof}
본 발명은 광모듈에 관한 것으로서, 특히 능동정렬이 가능한 광모듈의 능동정렬방법 및 그 장치에 관한 것이다.
통상적으로 광 검출기는 광선로를 통해 수신되는 광신호를 광수신소자(포토 다이오드 또는 포토 트랜지스터 등)를 이용하여 전기적인 신호로 변환하게 되며, 전기적인 신호로 변환된 신호로부터 데이터 및 클럭을 추출하게 된다. 이러한 광검출기는 광전송시스템, 광전송시스템과 연결되는 교환시스템 및 가입자 단말의 전달에 연결되는 터미널 등에 연결되어 사용되고 있다.
이 때, 광원이나 광도파로와 광수신소자간의 광축 정렬은 수동정렬방식과 능동 정렬방식이 있다.
수동정렬방식은 광수신소자에 일체의 외부 신호를 가하지 않고 기구적인 정밀도에 의존하여 정렬하는 방식으로써, 기구의 오차에 의한 결합 효율(Coupling Efficiency)이 저하되는 문제점이 있다.
능동 정렬방식은 광수신소자와 외부의 광선로매체인 광커넥터와 수십 마이크로 미터 범위 내에서 초점 정렬하여 고정시키는 방식으로써, 결합효율의 최대점을 검색하게되므로 수신감도의 향상을 기대할 수 있다.
도 1a는 티오-캔(TO-CAN)형태로 패키징(Packaging)된 전치증폭기 내장형 포토다이오드를 나타내는 사시도이며, 도 1b는 종래 전치증폭기가 내장된 포토다이오드의 회로도이다.
도 1b에 도시된 포토다이오드(PD)는 빛의 수광량에 비례하는 크기의 전류를 방출한다. 이 포토다이오드(PD)에서 방출된 전류신호는 포토다이오드(PD)와 연결되는 전치증폭기(Trans-impedance Amplifier 또는 Pre-amplifier ; TIA)에 의해 전압신호로 변환된다.
그러나, 전치증폭기(TIA)가 내장된 포토다이오드(PD)의 능동정렬에 있어서, 전치증폭기(TIA)는 수광되는 광신호가 일정한 광전력을 가진 지속파(Continuous Wave ; CW)나 전치증폭기의 종류에 따라 수십~수백 kHz이하의 저주파일 경우, 광신호를 차단하게 되어 출력단자로 출력이 나타나지 않는다. 이에 따라, 지속파 또는 저주파 광신호로는 능동정렬이 불가능한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 능동정렬이 가능한 광모듈의 능동정렬방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.
도 1a는 통상적인 티오-캔(TO-CAN)형태로 패키징(Packaging)된 전치증폭기 내장형 포토다이오드를 나타내는 사시도이며, 도 1b는 종래 전치증폭기가 내장된 포토다이오드의 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 전치증폭기 내장형 포토 다이오드의 광변조 신호 인가식 능동정렬장치를 나타내는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 능동정렬장치를 이용하여 수신 광 부품 부조립의 능동 정렬 방법을 나타내는 도면.
도 4는 도 2에 도시된 능동정렬장치를 이용하여 광모듈의 능동 정렬 방법을 나타내는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
2 : 발광부4 : 수광부
6 : 주증폭기8 : 피크검출기
12 : 소켓14 : 광케이블
16 : 광섬유 페롤18 : 필터부
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광모듈의 능동정렬장치는 지속파의 출력특성을 갖는 광원을 변조하여 소정의 주파수를 갖는 교류광신호를 생성하는 발광부와, 발광부에서 생성된 교류광신호를 전류신호로 변환하고, 변환된 전류신호를 소정의 진폭을 갖는 전압신호로 변환하는 수광부와, 수광부에서 변환된 전압신호를 증폭하는 증폭기와, 증폭기에서 증폭된 전압신호의 진폭을 검출하여 직류신호로 변환하는 피크검출기를 구비한다.
상기 발광부는 레이저다이오드(LD) 또는 발광다이오드(LED) 등의 광원으로 쓰일 수 있는 발광 소자에 교류신호를 인가하여 변조를 가하는 장치이며, 수광부는 전치증폭기가 내장된 포토다이오드인 것을 특징으로 한다.
상기 변조된 교류광신호는 통상의 전치증폭기의 차단주파수(Cut-off frequency)인 10~100kHz이상의 주파수를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 수광부에서 생성된 전류신호는 수십 내지 수백 밀리볼트(mV)의 진폭을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 발광부와 수광부 사이에 형성되는 페롤홀더를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광부와 수광부 사이에 형성되는 광섬유페롤과 필터부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광모듈의 능동정렬방법은 지속파(CW)의 출력특성을 갖는 광원을 변조하여 소정의 주파수를 갖는 교류광신호를 발광부에서 생성하는 단계와, 발광부에서 생성된 교류광신호를 전류신호로 변환하고, 변환된 전류신호를 이용하여 소정의 진폭을 갖는 전압신호를 수광부에서 생성하는 단계와, 수광부에서 생성된 전압신호를 증폭기에서 증폭하는 단계와, 증폭기에서 증폭된 전압신호의 최대치를 피크검출기에서 검출하여 직류신호로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 능동정렬이 가능한 광모듈을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 능동정렬이 가능한 광모듈은 발광부(2), 수광부(4), 주증폭기(6) 및 피크검출기(8)를 구비한다.
발광부(2)는 교류전원(AC)과 레이저다이오드(LD) 또는 발광다이오드(LED)등 발광소자를 구비한다. 발광부(2)는 수 메가헤르쯔(MHz)의 주파수를 갖는 교류전원(AC)을 레이저다이오드(LD)에 인가하여 전치증폭기의 종류에 따라 10~100kHz이상의 주파수를 갖는 교류광원으로 변조하게 된다. 이 교류 광원은 수광부(4)에 인가된다.
수광부(4)는 발광부(2)의 교류광원이 입력되는 포토다이오드(PD)와, 포토다이오드(PD)의 캐소드단자와 기준전원(Vcc) 사이에 접속되는 부하(L)와, 포토다이오드(PD)의 애노드단자와 기저전원(GND) 사이에 접속되는 캐패시터(C)와, 포토다이오드(PD)의 애노드단자에 접속되는 전치증폭기(TIA)를 구비한다.
포토다이오드(PD)는 발광부(2)로부터 입력된 교류 광원을 전류신호로 변환하게 된다. 이 변환된 전류신호는 전치증폭기(TIA)에 입력되어 전압신호로 변환된다. 이러한 전압신호는 능동 정렬의 정도에 따라 진폭이 변화하게 되며, 능동정렬이 최적화되었을 경우 통상 수십 내지 수백 밀리 볼트(mV)의 진폭을 갖게 된다.
주증폭기(6)는 전치증폭기(TIA)에서 변환된 전압신호를 증폭하게 된다. 이는 수백 밀리볼트(mV)의 진폭을 갖는 전압신호만으로는 계측기의 오차범위에 영향을 받을 소지가 있으므로 주증폭기(6)에 의해 신호를 증폭하게 된다.
피크검출기(8)는 주증폭기(6)에 의해 증폭된 신호의 진폭을 검출하여 직류 신호로 변환하게 된다. 이러한 피크검출기(8)는 포토다이오드(PD) 또는 전달매체의 위치변화에 따르는 최대 진폭 수신 지점을 검출하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 능동정렬이 가능한 광모듈을 이용하여 수신 광 부품 부조립(Receiver Optical Sub Assembly : ROSA)의 능동 정렬하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 로사(ROSA)는 포토다이오드(PD)와 광섬유 페롤(Ferrule)을 고정하는 부분인 페롤 홀더(Ferrule Holder)로 구성된다. 포토다이오드(PD)와 페롤 홀더(10)사이에 능동정렬이 이루어짐으로써 최대 결합효율을 얻을 수 있다.
이를 상세히 설명하면, 발광부(2)에서 생성된 변조된 광원을 광케이블(14)을 통해 페롤홀더(10)에 전송된다. 페롤홀더(10)를 통해 전송된 변조된 광원은 전치증폭기가 내장된 포토다이오드(PD)에 인가된다. 이 포토다이오드(PD)는 변조된 광원을 전류신호로 변환한 후 전치증폭기에서 전압신호로 변환하게 된다. 변환된 전압신호는 주증폭기(6)에서 증폭한다. 주증폭기(6)에 의해 증폭된 신호는 피크검출기(8)에 의해 최대치를 검출하여 직류신호로 변환하게 된다.
도 4는 전송과 수신이 각기 다른 파장을 이용하여 광모듈의 능동 정렬하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 필터부(18)를 사용하는 광수신 디바이스를 제작하는 경우 필터부(18)에 의한 광산란효과로 인하여 수동정렬방식으로는 원하는 광결합효율을 얻기 힘들다. 또한, 필터부(18)의 각도에 따라서 포토다이오드(PD)의 위치가 직렬정렬을 통한 로사(ROSA)에 비하여 위치의 편차가 발생하게 된다. 이에 따라, 본 발명을 적용하여 필터부(18)와 포토다이오드(PD) 사이에 최대 결합효율을 얻기 위한 능동정렬이 이루어져야만 한다.
이를 상세히 설명하면, 발광부(2)에서 생성된 변조된 광원을 광케이블(14)을 통해 광섬유페롤(16)에 전송된다. 광섬유페롤(16)를 통해 전송된 변조된 광원은 필터부(18)를 거쳐 전치증폭기가 내장된 포토다이오드(PD)에 인가된다. 여기서, 필터부(18)는 특정대역필터를 이용하여 전송과 수신을 각기 다른 파장을 이용하게 된다. 필터부(18)의 사용파장대역은 600nm~1600nm이다.
이 포토다이오드(PD)는 변조된 광원을 전류신호로 변환한 후 전치증폭기에서 전압신호로 변환하게 된다. 변환된 전압신호는 주증폭기(6)에서 증폭한다. 주증폭기(6)에 의해 증폭된 신호는 피크검출기(8)에 의해 최대치를 검출하여 직류신호로 변환하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광모듈의 능동정렬방법 및 그 장치는 교류신호로 변조된 입력광을 인가하여 수신된 변조신호를 검출한다. 이에 따라, 최대 결합효율을 나타내는 수신지점을 찾을 수 있으므로 고가의 측정장비나 고정밀도의 기구물 없이 저비용으로 광모듈 수신단의 향상된 수신감도를 얻을 수 있다.
또한, 광모듈의 능동정렬이 가능하므로 이를 통하여 티오 캔 패키징(TO CAN Packaging)을 이용한 엘시(LC) 또는 에스시(SC)형태의 로사(ROSA) 제작과 필터형 파장 다중형 모듈의 제작이 가능하다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (7)

  1. 지속파의 출력특성을 갖는 광원을 변조하여 소정의 주파수를 갖는 교류광신호를 생성하는 발광부와,
    상기 발광부에서 생성된 교류광신호를 전류신호로 변환하고, 변환된 전류신호를 소정의 진폭을 갖는 전압신호로 변환하는 수광부와,
    상기 수광부에서 변환된 전압신호를 증폭하는 증폭기와,
    상기 증폭기에서 증폭된 전압신호의 진폭을 검출하여 직류신호로 변환하는 피크검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 광모듈의 능동정렬장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광부는 레이저다이오드(LD), 발광다이오드(LED)와 같은 광원으로서의 발광소자와, 상기 발광소자로부터 방출되는 지속파를 변조하기 위한 교류신호 인가회로이며,
    상기 수광부는 전치증폭기가 내장된 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 광모듈의 능동정렬장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변조된 교류광신호는 10~100kHz이상의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 광모듈의 능동정렬장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수광부에서 생성된 전류신호는 수십 또는 수백 밀리볼트(mV)의 진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 광모듈의 능동정렬장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광부와 수광부 사이에 형성되는 페롤홀더를 구비하는 것을 특징으로 하는 광모듈의 능동정렬장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광부와 수광부 사이에 형성되는 광섬유페롤과 필터부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광모듈의 능동정렬장치.
  7. 지속파(CW)의 출력특성을 갖는 광원을 변조하여 소정의 주파수를 갖는 교류광신호를 발광부에서 생성하는 단계와,
    상기 교류광신호를 전류신호로 변환하고, 상기 변환된 전류신호를 이용하여 소정의 진폭을 갖는 전압신호를 수광부에서 생성하는 단계와,
    상기 수광부에서 생성된 전압신호를 증폭기에서 증폭하는 단계와,
    상기 증폭기에서 증폭된 전압신호의 진폭을 피크검출기에서 검출하여 직류신호로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광모듈의 능동정렬방법.
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