KR20040061692A - 양방향 광송수신기 및 이를 이용한 양방향 광송수신기 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 양방향 광송수신기에 있어서, 외부에서 입력된 전기 신호를 출력 광신호로 변환하는 수직 공동 표면 발산 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VCSEL)인 반도체 레이저와, 상기 반도체 레이저로부터 기결정된 간격만큼 이격되게 위치하며, 외부에서 입력된 입력 광신호를 수신하는 포토 다이오드와, 상기 입력 광신호와 출력 광신호의 경로상에 위치하며, 상기 출력 광신호는 투과시키고, 상기 입력 광신호는 소정 각도로 회절시켜서 상기 포토 다이오드로 입력시키는 파장 분할 다중화기와, 상기 반도체 레이저 및 상기 포토 다이오드를 집적한 광전자 집적 회로(OEIC)의 기판 구실을 하는 스템과, 상기 파장 분할 다중화기를 실장 하는 티오캔(TO-can)을 포함한다.
Description
본 발명은 광송신기 및 광수신기에 관한 것으로서, 특히, 티오캔 내부에 반도체 레이저와, 포토 다이오드를 포함하는 광송신기 및 광수신기에 관한 것이다.
양방향 광송수신기는 상이한 파장의 광신호를 하나의 광섬유를 이용하여 송수신하기 위한 광통신 망 구성에 사용되며, 광신호에 사용되는 파장 대역으로는 일반적으로 감쇠가 적은 1.3㎚ 및 1.55㎚ 대역의 파장을 사용하고 있다.
도 1은 종래의 평면 광도파로 형태의 양방향 광송수신기를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 상기 양방향 광송수신기는 반도체 기판상에 코아층과, 클래드층을 적층한 평면 광도파로 형태로서, 상기 코아층 상에 형성된 제1 광도파로(141)와, 제2 광도파로(142)와, 파장 분할 다중화기(130)와, 입력 신호를 출력 광신호로 변조시키기 위한 반도체 레이저(111)와, 제1 포토 다이오드(113)와, 제2 포토 다이오드(112)를 포함한다.
상기 반도체 레이저(111)는 외부에서 입력된 전기 신호를 출력 광신호로 변환하여 출력한다. 상기 제1 포토 다이오드(113)는 상기 제2 광도파로(142)로부터 입사된 입력 광신호를 수신하여, 전기 신호로 변환시킨다. 상기 제2 포토 다이오드(112)는 상기 반도체 레이저(111)에서 방출된 출력 광신호의 세기를 모니터링한다.
상기 제1 광도파로(141)와 상기 제2 광도파로(142)는 두 개의 채널로 이분기된 구조로써, 상기 파장 분할 다중화기(130)를 중심으로 그 좌측에 상기 제1 광도파로(141)가, 상기 파장 분할 다중화기(130)의 우측에 상기 제2 광도파로(142)가 위치한다. 즉, 상기 제1 광도파로(141)와 상기 제2 광도파로(142)는 상기 파장 분할 다중화기(130)를 중심으로 구분되며, 입력 및 출력 광신호의 전송 매체가 된다.
상기 파장 분할 다중화기(130)는 상기 반도체 레이저(111)에서 입력된 출력 광신호와 외부에서 입력된 입력 광신호를 분할한다. 상기 파장 분할 다중화기(130)로는 멀티플렉서 필터(Multiplexer Filter)또는 브래그 회절(Bragg)격자 등이 사용 가능하다.
도 2는 종래의 티오캔 형태의 광송신기 및 광수신기를 포함하는 양방향 광송수신기 모듈의 단면을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 양방향 광송수신기 모듈은 슬리브(240)와, 실린더 구조의 렌즈 홀더(250)와, 입출력 광신호 각각을 수렴하는 렌즈(251)와, 광송신기(210)와, 광수신기(220)와, 파장 분할 다중화기(230)를 포함한다.
상기 슬리브(240)는 외부에서 입력 광신호(202)와 상기 양방향 광송수신기 모듈에서 외부로 출력되는 출력 광신호(201)의 전송 매체가 되는 광섬유(미도시) 등이 실장된다.
상기 렌즈 홀더(250)는 실린더 형태의 구조로서, 상기 렌즈(251)를 지지하며, 상기 입력 광신호(202)와 상기 출력 광신호(201)의 통로를 형성하는 경통 역할을 한다. 상기 렌즈 홀더(250)의 상단에는 상기 슬리브(240)가 삽입, 고정된다.
상기 렌즈(251)는 상기 입력 광신호(202)를 상기 광수신기(220)의 내부로 수렴시키고, 상기 출력 광신호(201)를 상기 슬리브(240)의 끝단에 수렴시키는 소자로서, 상기 렌즈 홀더(250)의 상측에 실장된다. 통상적으로, 상기 입력 광신호(202)와 상기 출력 광신호(201) 각각은 상호 상이한 대역의 파장이 사용된다.
상기 광송신기(210)는 상기 렌즈 홀더(250)의 하측에 위치하며, 입력 신호를 출력 광신호(201)로 변환하는 반도체 레이저(211)와, 상기 반도체 레이저(211)를 지지하는 스템(213)과, 상기 스템(213)의 상면에 연장된 티오캔(TO-CAN, 214)과,시창(212)으로 구성되며, 입력 신호를 광신호로 변환하여 출력하는 역할을 한다.
상기 광수신기(220)는 상기 렌즈 홀더(250)의 일측면에 상기 출력 광신호(201)의 경로와 수직한 방향으로 위치하며, 티오캔(224)과, 상기 입력 광신호(202)를 수신하여 전기 신호로 전환시키는 포토 다이오드(223)와, 상기 티오캔(224)을 지지하는 스템(223)과 시창(222)으로 구성된다. 종래의 상기 양방향 광송수신기 모듈은 상호 독립된 페키지 형태의 상기 광송신기(210)와 상기 광수신기(220)로 구성된다.
상기 파장 분할 다중화기(230)는 상기 입력 광신호(202)와, 상기 출력 광신호(201)의 경로상에 기결정된 각도의 기울기로 삽입되어져 있어서, 상기 입력 광신호(202)와 출력 광신호(201)를 선택적으로 투과 또는 반사시킨다. 즉, 상기 파장 분할 다중화기(230)는 상기 입력 광신호(202)와 상기 출력 광신호(201)가 중첩되지 않고 각각의 광경로로 진행 가능하도록 분리시키는 소자이다.
그러나, 평면 광도파로 형태의 양방향 광송수신기는 광도파로를 분할함으로써, 광신호의 삽입 손실이 증가하고, 송수신 광신호 상호간의 간섭으로 인한 크로스 토크 등의 광신호 에러 요인이 커지는 문제가 있다. 또한, 티오캔 형태의 광수신기 및 광송신기로 구성된 양방향 광송수신기 모듈은 광송신기 및 광수신기 각각의 광축을 정렬하여야 함므로, 공정이 복잡하고 공정 지연 시간이 커지는 문제점이 있다. 또한, 광송신기 및 광수신기 각각이 차지하는 부피로 인해 소형화된 양방향 광송수신기 모듈에 적용이 용이하지 않다는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 제작 공정이 단순하고, 또한 소형 제작이 가능하고, 생산비가 저렴한 양방향 광송수신기를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 양방향 광송수신기는,
외부에서 입력된 전기 신호를 출력 광신호로 변환하는 수직 공동 표면 발산 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VCSEL)인 반도체 레이저와;
상기 반도체 레이저로부터 기결정된 간격만큼 이격되게 위치하며, 외부에서 입력된 입력 광신호를 수신하는 포토 다이오드와;
상기 입력 광신호와 출력 광신호의 경로상에 위치하며, 상기 출력 광신호는 투과시키고, 상기 입력 광신호는 소정 각도로 회절시켜서 상기 포토 다이오드로 입력시키는 파장 분할 다중화기와;
상기 반도체 레이저 및 상기 포토 다이오드를 집적한 광전자 집적 회로(OEIC)의 기판 구실을 하는 스템과, 상기 파장 분할 다중화기를 실장 하는 티오캔(TO-can)을 포함한다.
도 1은 종래의 평면 광도파로 형태의 양방향 광송수신기를 나타내는 단면도,
도 2는 종래의 티오캔 형태의 광송신기 및 광수신기로 구성된 양방향 광송수신기 모듈을 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 포토 다이오드 및 반도체 레이저를 실장하는 단일 티오 캔으로 구성된 양방향 광송수신기를 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 도 3에 도시된 양방향 광송수신기를 포함하는 양방향 광송수신기 모듈을 나타내는 단면도.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 포토 다이오드 및 반도체 레이저를 실장하는 단일 티오 캔으로 구성된 양방향 광송수신기의 단면을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 상기 양방향 광송수신기(300)는 외부에서 입력된 전기 신호를 출력 광신호로 변환하는 반도체 레이저와(310), 외부에서 입력된 입력 광신호를 수신하는 제1 포토 다이오드(330)와, 제2 포토 다이오드(320)와, 파장 분할 다중화기(340)와, 티오캔(TO-can; 360)과, 상기 티오캔(360)을 지지하는 스템(370)을 포함한다.
상기 반도체 레이저(310)는 상기 스템(350)의 상면에 위치한 돌출된 형태의 끝단에 접합되며, 수직 공동 표면 발산 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VCSEL)를 사용한다. 또한, 상기 반도체 레이저(310)는 외부에서 입력된 전기 신호를 출력 광신호(301)로 변환하여 출력한다.
상기 제1 포토 다이오드(330)는 외부에서 입력된 입력 광신호(302)를 수신하기 위한 소자로써, 입력 광신호(302)를 전기 신호로 변환시킨다. 상기 제2 포토 다이오드(320)는 상기 반도체 레이저(310)에서 출력된 상기 출력 광신호(301)의 세기를 모니터링 할 수 있도록 상기 반도체 레이저(310)의 하부 상기 스템(350)의 상면에 위치한다. 또한, 상기 제1 및 제2 포토 다이오드(330,320)는 소형에 경량이며, 감도가 좋고, 응답 특성이 양호한 빠른 동작 특성을 갖는다.
상기 파장 분할 다중화기(340)는 상기 입력 광신호(302)와 출력 광신호(301)의 경로상에 위치하며, 상기 출력 광신호(301)는 투과시키고, 상기 입력 광신호(302)는 소정 각도로 회절시켜서 상기 제1 포토 다이오드(330)로 입력시킨다. 상기 파장 분할 다중화기(340)는 일정한 주기를 갖는 투과형 회절 격자 등을홀로그래픽 기술로 제작한 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Element) 등이 사용 가능하다. 상기 홀로그래픽 광학 소자는 기존의 광학 소자에 비해 대량 생산이 가능하며, 생산비가 저렴하다.
상기 티오캔(TO-can;360)은 상기 반도체 레이저(310) 및 상기 제1 및 제2 포토 다이오드(330,320), 상기 파장 분할 다중화기(340)를 실장하며, 상기 스템(350)의 상면으로부터 연장되어져 있다. 또한, 상기 티오캔(360)은 상기 입력 광신호(302)와 출력 광신호(301)의 경로상에 홀이 형성되어져 있으며, 상기 홀의 상면에 상기 파장 분할 다중화기(340)가 위치된다.
즉, 상기 티오캔(360)은 상기 제1 포토 다이오드(330) 및 상기 반도체 레이저(310)들이 집적된 형태의 광전자 집적 회로(OEIC)를 상기 스템(350)상에 형성함으로써, 양방향 광송수신기 모듈 구성시 광축 정렬에 소요되는 공정 시간이 단축 가능하다.
도 4는 본 발명에 따른 도 3에 도시된 양방향 광송수신기를 포함하는 양방향 광송수신기 모듈을 나타내는 단면도이다. 도 4를 참조하면, 상기 양방향 광송수신기 모듈(400)은 슬리브(420)와, 경통 역할을 하는 실린더 구조의 렌즈 홀더(410)와, 상기 렌즈 홀더(410)의 상측에 설치된 렌즈(411)와, 양방향 송수신기(300)를 포함한다.
상기 슬리브(420)는 입력 광신호(302)와 출력 광신호(370)의 전송 매체로써, 광섬유(421) 등이 실장 가능하다. 또한, 실장되는 광섬유(421)로는 싱글 모드(single mode) 광섬유 등이 실장되기도 하지만, 슬랜트(Slanted)된 다중모드(Multil-Mode) 광섬유를 사용함으로써, 입력 및 출력 광신호(302,301)의 광학적 크로스 토크 현상을 최소화시킨다. 상술한 크로스 토크 현상은 인접한 광신호간의 상호 간섭에 의한 교란을 의미한다.
상기 렌즈 홀더(410)는 실린더 형태의 구조로서, 상기 렌즈(411)를 지지하며, 상기 입력 광신호(302)와 출력 광신호(301)의 통로를 형성하는 경통 역할을 한다. 상기 렌즈 홀더(410)의 상단에는 상기 슬리브(420)가 삽입, 고정된다.
상기 렌즈(411)는 상기 입력 광신호(302)를 상기 양방향 광송수신기(300)의 내부로 수렴시키고, 상기 출력 광신호(301)를 상기 슬리브(420)의 끝단에 수렴시키는 소자로서, 상기 렌즈(411)는 상기 렌즈 홀더(410)의 상측에 실장된다. 상기 렌즈(411)는 비구면 형태의 렌즈 등이 사용 가능하다.
상기 양방향 광송수신기(300)는 외부에서 입력된 전기 신호를 출력 광신호로 변환시키는 반도체 레이저와(310), 외부에서 입력된 입력 광신호를 수신하는 제1 포토 다이오드(330)와, 상기 출력 광신호의 세기를 모니터링하는 제2 포토 다이오드(320)와, 상기 입력 및 출력 광신호의 경로상에 위치하는 파장 분할 다중화기(340)와, 상기 반도체 레이저(310)와, 상기 제1 및 제2 포토 다이오드(320,330)가 집적된 광전자 집적 회로 소자(OEIC)의 기판 역할을 수행하는 스템(350)을 포함한다.
상기 스템(350)은 상기 반도체 레이저(310)와 상기 제1 및 제2 포토 다이오드(320,330)와, 구동 회로 등을 전부 집적함으로써, 광전자 집적 회로 소자(OEIC)의 기판 구실을 한다. 또한, 상기 스템(350)은 상기 티오캔(360)을 지지한다. 상기스템(350)은 상술한 광전자 집적 회로 소자의 기판 구실을 할 수 있도록 그 상면에 실리콘 층이 적층된다.
상술한 바와 같은 양방향 광송수신기는 스템의 상면에 반도체 레이저 및 포토 다이오드 등의 광전 변환 소자를 집적하여 광전자 집적 회로 소자를 구성함으로써, 단일 티오캔 구조의 양방향 광송수신기의 제작이 가능하다. 또한, 부피의 최소화 및 생산성이 향상되는 이점이 있다. 반도체 레이저를 수직 공동 표면 발산 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VCSEL)를 사용함으로써, 비용이 절감되는 이점이 있다. 또한, 다중 모드 광섬유를 사용함으로써, 크로스 토크 현상을 최소화시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 반도체 레이저를 수직 공동 표면 발산 레이저를 사용함으로써, 생산비가 절감되는 이점이 있다. 그 외에도, 다중 모드 광섬유를 사용함으로써, 광신호간 크로스 토크를 최소화시킨다.
Claims (4)
- 양방향 광송수신기에 있어서,외부에서 입력된 전기 신호를 출력 광신호로 변환하는 수직 공동 표면 발산 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VCSEL)인 반도체 레이저와;상기 반도체 레이저로부터 기결정된 간격만큼 이격되게 위치하며, 외부에서 입력된 입력 광신호를 수신하는 포토 다이오드와;상기 입력 광신호와 출력 광신호의 경로상에 위치하며, 상기 출력 광신호는 투과시키고, 상기 입력 광신호는 소정 각도로 회절시켜서 상기 포토 다이오드로 입력시키는 파장 분할 다중화기와;상기 반도체 레이저 및 상기 포토 다이오드를 집적한 광전자 집적 회로(OEIC)의 기판 구실을 하는 스템과, 상기 파장 분할 다중화기를 실장 하는 티오캔(TO-can)을 포함함을 특징으로 하는 양방향 광송수신기.
- 제 1항에 있어서,상기 파장 분할 다중화기는 홀로그래피 방법으로 제작됨을 특징을 특징으로 하는 양방향 광송수신기.
- 양방향 광송수신기 모듈에 있어서,그 상단에 슬리브가 삽입되어 경통 역할을 하는 실린더 구조의 렌즈 홀더와;상기 렌즈 홀더의 상측에 설치됨으로써 입력 및 출력 광신호 각각을 수렴하는 렌즈와;상기 렌즈 홀더의 하단을 지지하고, 상기 스템은 반도체 레이저와 상기 포토 다이오드가 집적된 광전자 집적 회로 소자(OEIC)의 기판인 스템과;입력 광신호를 수신하는 포토 다이오드와, 상기 출력 광신호를 발진하는 수직 공동 표면 발산 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VCSEL)인 반도체 레이저와, 상기 입력 광신호와 출력 광신호의 광경로 상에 위치하는 파장 분할 다중화기를 내부에 실장하며, 상기 스템의 상면에 위치하는 티오 캔을 포함함을 특징으로 하는 양방향 광송수신기 모듈.
- 제 3항에 있어서,상기 슬리브에는 입력 및 출력 광신호의 매체로서 다중 모드 광섬유를 실장함을 특징으로 하는 양방향 광송수신기 모듈.
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|---|---|---|---|---|
| KR200449382Y1 (ko) * | 2008-10-14 | 2010-07-07 | (주)휴먼라이트 | 광모듈 |
| CN105572812A (zh) * | 2014-10-31 | 2016-05-11 | 高准精密工业股份有限公司 | 表面固定型激光模组 |
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- 2002-12-31 KR KR10-2002-0087979A patent/KR100480304B1/ko not_active IP Right Cessation
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