KR20030082455A - 광송수신용 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광송수신용 모듈을 제공하는 것이다.

제 1 파장의 광을 발하는 발광소자와, 제 2 파장의 광을 받는 수광소자와, 광파이버에 상기 발광소자로부터의 광을 입사시켜, 상기 광파이버로부터의 광을 상기 수광소자를 향하도록 경사시켜 배치한 광필터를 구비한 광송수신용 모듈에 있어서, 상기 발광소자와 광필터와 광파이버를 대략 동축형상으로 배치하고, 상기 수광소자를 광파이버로부터의 광이 상기 광필터에서 반사되어 유도되는 위치에 배치하고, 상기 광파이버의 끝면을 광파이버의 광축에 대하여 소정각도 경사시킴과 동시에, 이 광파이버 끝면의 경사방향을 상기 경사지게 배치한 광필터의 경사방향과 역방향으로 하여 구비하는 것으로 하였다.

Description

광송수신용 모듈{MODULE FOR PHOTO-TRANSCEIVER}

본 발명은 광송수신용 모듈에 관한 것으로, 소형으로 저렴하게 제조할 수 있는 광송수신용 모듈에 관한 것이다.

종래 광송수신용 모듈로서, 도 5에 나타내는 광학계를 구비한 것이 있다. 이 광송수신용 모듈(20)은 발광소자인 레이저 다이오드(11)로부터 발한 파장(n1)(예를 들면, λ= 1310 nm)의 광을 광파이버(12)에 입사함과 동시에, 광파이버(12)로부터 사출되는 파장(n2)(예를 들면, λ= 1550 nm)의 광을 수광소자인 포토 다이오드(13)로 수광하는 것이다.

또 이 광송수신용 모듈(20)은 레이저 다이오드(11)에 근접하게 설치되어, 광을 상기 광파이버(12)의 끝면에 집광하는 제 1 볼록렌즈(21)와, 포토 다이오드(13)에 근접하게 설치되어, 광파이버(12)로부터의 광을 포토 다이오드(13)에 집광하는 제 2 볼록렌즈(23)를 구비하고 있다. 또 이와 같은 광학계는 제 1 볼록렌즈(21)와 광파이버(12)와의 사이에 광축에 대하여 45도 경사지게 배치된 분파필터(24)를 구비하고 있다. 이 예에서는, 분파필터(24)는 평행한 광학유리에 다층막을 적층하여 형성된다.

또 이 광송수신용 모듈(20)에서는, 상기 광파이버(12)의 끝면(12a)은 레이저 다이오드(11)로부터의 사출광이 광파이버(12)에 반사되어 되돌아오지 않도록 비스듬하게 경사지게 구성되어 있다(도 4 중 부호 16에 그 경사각 및 크기를 과장하여 나타내고 있다).

이 광송수신용 모듈(20)에 의하면, 레이저 다이오드(11)의 발광소자(15)로부터 방사된 파장(n1)의 광은 제 1 볼록렌즈(21)를 거쳐 분파필터(24)를 투과하여 집광되어 광파이버(12)에 입사한다.

또 광파이버(12)로부터 사출된 파장(n2)의 광은 분파필터(24)에 의해 반사되고, 제 2 볼록렌즈(23)로 집광되어 포토 다이오드(13)의 수광소자(14)에 입사한다.

그런데 상기한 종래의 광송수신용 모듈은, 레이저 다이오드(11)로부터의 광은 제 1 볼록렌즈(21)에서 수속되고, 이 수속광이 광파이버(12)에 도달하는 사이에 분파필터(24)를 투과한다.

그러나 이와 같이 수속상태에 있는 광이 광축에 대하여 경사지게 설치된 평행한 광학유리를 포함하는 분파필터를 투과할 때에는, 투과손실 및 비점수차 손실이 발생하여 광파이버에 대한 결합효율이 저하한다. 이 경우에 있어서, 투과손실의 저감은 반사방지수단을 실시하여 분파필터에의 입사율을 향상시키거나, 광학유리의 재질의 개량을 행하여 흡수율을 저하시킴으로써 달성할 수 있으나, 이와 같은 수단으로는 비점수차에 기인하는 광파이버에 대한 결합효율을 향상시킬 수 없다.

본 발명은 분파필터의 비점수차에 기인하는 발광소자와 광파이버와의 결합효율의 손실을 최소로 할 수 있는 광송수신용 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 광송수신용 모듈의 광학계의 구성을 나타내는 도,

도 2는 도 1에 나타낸 광송수신용 모듈의 광학계의 결합효율치 및 수차값을 나타내는 그래프,

도 3은 도 2에 나타낸 그래프의 각 파라미터를 설명하기 위한 도,

도 4는 도 1에 나타낸 광송수신용 모듈의 구체적인 구성을 나타내는 단면도,

도 5는 종래의 광송수신용 모듈을 나타내는 도면이다.

※ 도면의 주요 부분에 있어서의 부호의 설명

11 : 레이저 다이오드 12 : 광파이버

12a : 끝면 13 : 포토 다이오드

14 : 수광소자 15 : 발광소자

21 : 볼록렌즈 23 : 볼록렌즈

24 : 분파필터 30 : 광송수신용 모듈

31 : 끝면 40 : 베이스체

41 : 슬리브

본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위하여 광송수신용 모듈을 이하와 같이 구성하였다. 본 발명은 제 1 파장의 광을 발하는 발광소자와, 제 2 파장의 광을 받는 수광소자와, 광파이버에 상기 발광소자로부터의 광을 입사시켜, 상기 광파이버로부터의 광을 상기 수광소자를 향하도록 경사시켜 배치한 광필터를 구비한 광통신용 모듈로서, 상기 발광소자와 광필터와 광파이버를 동축형상으로 배치하고, 상기 수광소자를 광파이버로부터의 광이 상기 광필터에 의해 반사되어 유도되는 위치에 배치하고, 상기 광파이버의 끝면을 광파이버의 광축에 대하여 소정 각도 경사시킴과 동시에, 이 광파이버 끝면의 경사방향을 상기 경사지게 배치한 광필터의 경사방향과 역방향으로 한 것이다.

상기 본 발명에 의하면, 수속하는 광로 중에 경사지게 배치된 광필터에 기인하는 비점수차를 광파이버의 광필터의 경사방향과 역방향의 경사진 끝면에 입사시킴으로써 상쇄할 수 있어, 광파이버에 대한 결합효율 저하를 경감시킬 수 있다.

또 본 발명에 관한 광송수신용 모듈은 상기 발광소자와 상기 광필터 사이에 제 1 파장의 광을 상기 광파이버 끝면에 수속시키는 제 1 광학소자를 배치하고, 상기 수광소자와 상기 광필터 사이에 제 2 파장의 광을 상기 수광소자에 수속시키는 제 2 광학소자를 배치한 것이다.

본 발명에 관한 광송수신용 모듈에 의하면, 발광소자로부터 출사한 제 1 파장의 광은 광필터를 투과하여 제 1 광학소자에 의해 직접 광파이버에 입사되는 한편, 광파이버로부터 출사한 광은 광필터에 의해 반사되어 수광소자에 입사한다.

또한 본 발명에 관한 광송수신용 모듈은, 상기 제 1 및 제 2 광학소자는 비구면 렌즈로 하였다. 상기 비구면 렌즈를 사용한 본 발명에 의하면, 최소한의 렌즈구성, 예를 들면 1매의 렌즈로 수차가 적은 광학계를 실현할 수 있다.

그리고 또 본 발명에 관한 광송수신용 모듈은, 상기 광필터를 분파필터로 하였다. 광필터를 분파필터로 한 본 발명에 의하면, 2개의 파장으로 이루어지는 제 1 및 제 2 광을 사출측, 입사측에서 분별하여 수수할 수 있어, 효율이 좋은 신호전송을 행할 수 있다.

그리고 본 발명에 관한 광송수신용 모듈은, 상기 광필터가 분기필터(동일한 파장의 광의 광량을 나눈다: 예를 들면 하프미러)인 것으로 하고, 상기 제 1 파장과 제 2 파장이 동일한 파장인 것으로 하였다.

광필터를 분기필터로 한 본 발명에 의하면, 동일한 파장의 광의 수수를 행하는 소자를 사용하여, 그 상호의 통신을 시분할, 즉 순방향과 역방향과의 통신을 순차적으로 행할 수 있어, 수수의 양측에서 동일한 광디바이스를 사용할 수 있다.

이하, 본 발명에 관한 실시형태를 첨부도면에 의거하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 광송수신용 모듈에 관한 실시형태의 광학계의 구성을 나타내는 도, 도 2는 도 1에 나타낸 광학계의 결합효율치 및 수차값을 나타내는 그래프, 도 3은 도 2의 그래프 가로축에 있어서의 θ를 설명하는 도, 도 4는 도 1에 나타낸 광학계를 채용한 광송수신용 모듈의 구체예를 나타내는 도면이다.

도 1에 나타낸 광학계의 구성에서는, 발광소자인 레이저 다이오드(11)(발광소자를 15로 나타냄)가 발하는 제 1 파장(λ= 1310 nm)의 광을 광파이버(12)에 입사함과 동시에, 광파이버(12)로부터 사출된 제 2 파장(λ= 1550 nm)의 광을 수광소자인 포토 다이오드(13)(수광소자를 14로 나타냄)에 입사하는 것이다. 또한 이 파장은 광송수신용 모듈에 있어서 입사측과 사출측에서 서로 변경함으로써 쌍방향의통신을 할 수 있다.

본 예에서는, 광송수신용 모듈(30)은 상기 레이저 다이오드(11)와 광파이버(12)와의 사이에 제 1 광학소자로서의 비구면의 볼록렌즈(21) 및 제 2 광학소자로서의 비구면 볼록렌즈(23)를 구비하여 구성된다. 이들 비구면의 볼록렌즈(21 및 23)에 의하여 1매의 볼록렌즈로 수차가 적은 수속광학계를 실현할 수 있다.

본 예에서는, 광파이버(12)의 끝면(31)의 경사방향을 상기 경사 배치한 분파필터(24)의 경사방향과 역방향으로 구성하고 있다. 이 경사방향은 도 3에 나타내는 바와 같이, 분파필터(24)의 경사방향을 화살표 A로 나타내고, 광파이버(12)의 끝면(31)의 경사방향을 화살표 B로 나타내고 있다. 이 예에서는, 화살표 A는 분파필터(24)의 분파면에서 광축(O)을 지나 더욱 광파이버에 가까운 부분을 종점으로 하는 벡터로 하고, 마찬가지로 화살표 B는 광파이버(12)의 끝면(31)의 경사방향에서 광축(O)를 지나 더욱 분파필터에 가까운 부분을 종점으로 하는 벡터로 한다.

본 예에서는 표 1에 나타내고, 또 도 2에 나타내는 바와 같이 화살표 A와 화살표 B의 회전각도(도 3에 있어서의θ)가 0°일 때, 결합효율의 상대값이 최대가 되는 것을 확인할 수 있었다(도 2에 있어서의 ● 표). 또 비점수차의 시뮬레이션에 의해서도 각도(θ= 0°)일 때 최소가 되는 것을 확인할 수 있었다(도 2에 있어서의 □표).

검토결과

측정결과	수차 시뮬레이션 결과
각도		필터없음	필터있음	결합효율
0	2.758	2.537	92.0%	0.0719λRMS
30	2.630	2.250	85.6%
60	2.700	2.000	74.1%
90	2.700	2.200	81.5%	0.0935λRMS
120	2.650	2.066	78.0%
150	2.703	1.980	73.3%
180	2.730	1.975	72.3%	0.0959λRMS

주: 필터각도와 파이버 경사 커트각도의 방향이 반대인 경우를 각도 0도, 동일방향인 경우를 각도 180도로 하였다.

표 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 광파이버(12) 끝면(31)의 경사방향을 분파필터(24)의 경사방향과 역방향으로 구성함으로써 뛰어난 결합효율을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

도 4는 상기한 광학계를 구비한 광송수신용 모듈의 구체예를 나타내고 있다. 본 예에서는 상기 광학계를 스테인리스로 일체로 형성된 베이스체(基體)(40)에 수납하고 있다. 또 광파이버(12)는 베이스체(40)에 대한 설치 슬리브(41)에 의하여 그 끝면이 분파필터(24)에 대하여 역방향의 경사를 유지하도록 되어 있다.

또한 상기 실시형태에서는 수수하는 광의 파장을 다른 것으로 하였으나, 이들 광의 파장을 동일한 것으로 하여 통신을 시간으로 분할하고, 교대 또는 특정한 시간을 분할하여 통신하도록 할 수 있다.

이러한 경우에 있어서도 본 발명에서는 광필터의 특성을 선정하는, 예를 들면 파장을 분할하는 분파필터, 또는 동일파장의 광을 분기하는 분기필터로 함으로써 대응할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 관한 광송수신용 모듈에 의하면, 이하의 뛰어난 효과를 가진다. 발광소자와 광필터와 광파이버를 동축형상으로 배치하고, 수광소자를 광파이버로부터의 광이 상기 광필터에 의해 반사되어 유도되는 위치에 배치하고, 상기 광파이버의 끝면을 광파이버의 광축에 대하여 소정각도 경사시킴과 동시에, 이 광파이버 끝면의 경사방향을 상기 경사 배치한 광필터의 경사방향과 역방향으로 한 본 발명에 의하면, 수속하는 광로 중에 경사지게 배치된 광필터에 기인하는 비점수차를 광파이버의 광필터의 경사방향과 역방향의 경사진 끝면에 입사시킴으로써 상쇄할 수 있어, 광파이버에 대한 결합효율 저하를 경감시킬 수 있다.

또 상기 발광소자와 상기 광필터 사이에 제 1 파장의 광을 상기 광파이버 끝면에 수속시키는 제 1 광학소자를 배치하고, 상기 수광소자와 상기 광필터 사이에 제 2 파장의 광을 상기 수광소자에 수속시키는 제 2 광학소자를 배치한 본 발명에 의하면, 발광소자로부터 출사한 제 1 파장의 광은 광필터를 투과하여 제 1 광학소자에 의해 직접 광파이버에 입사되는 한편, 광파이버로부터 출사한 광은 광필터에 의해 반사되어 수광소자에 입사하기 때문에 광학소자의 점수를 감소시킬 수 있다.

상기 비구면 렌즈를 사용한 본 발명에 의하면, 최소한의 렌즈구성으로 수차가 적은 광학계를 실현할 수 있다.

또 광필터를 분파필터로 한 본 발명에 의하면, 2개의 파장으로 이루어지는 제 1 및 제 2 광을 사출측, 입사측에서 분별하여 수수할 수 있어, 효율이 좋은 신호전송을 행할 수 있다.

그리고 광필터를 분기필터로 하고, 동일한 파장의 광송수신을 행하는 본 발명에 의하면, 동일한 파장의 광의 수수를 행하는 소자를 사용하여, 그 상호의 통신을 시분할, 즉 순방향과 역방향과의 통신을 순차적으로 행할 수 있어, 수수의 양측에서 동일한 광디바이스를 사용할 수 있다.

Claims (5)

1. 발신광인 제 1 파장의 광을 발하는 발광소자와, 수신광인 제 2 파장의 광을 받는 수광소자와, 광파이버에 상기 발광소자로부터의 광을 입사시켜, 상기 광파이버로부터의 광을 상기 수광소자를 향하도록 경사시켜 배치한 광필터를 구비한 광송수신용 모듈에 있어서,

   상기 발광소자와 상기 광필터와 상기 광파이버를 동축형상으로 배치하고,

   상기 수광소자를 상기 광파이버로부터의 광이 상기 광필터에 의해 반사되어 유도되는 위치에 배치하고,

   상기 광파이버의 끝면을 상기 광파이버의 광축에 대하여 소정 각도 경사시킴과 동시에, 이 광파이버 끝면의 경사방향을 상기 배치한 광필터의 경사방향과 역방향으로 한 것을 특징으로 하는 광송수신용 모듈.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 발광소자와 상기 광필터 사이에 상기 제 1 파장의 광을 상기 광파이버 끝면에 수속시키는 제 1 광학소자를 배치하고, 상기 수광소자와 상기 광필터 사이에 상기 제 2 파장의 광을 상기 수광소자에 수속시키는 제 2 광학소자를 배치한 것을 특징으로 하는 광송수신용 모듈.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 광학소자는 비구면 렌즈인 것을 특징으로 하는 광송수신용 모듈.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광필터가 분파필터인 것을 특징으로 하는 광송수신용 모듈.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광필터가 분기필터이고, 상기 제 1 파장과 제 2 파장이 동일한 파장인 것을 특징으로 하는 광송수신용 모듈.