KR20040061695A - Passive alignment device for optical element - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광학소자에 관한 것으로, 레이저 다이오드(LD) 등의 광학소자를 광섬유 또는 PLC(Planar Lightwave Circuit) 등 다른 광학소자와 접속시키기 위한 수동정렬 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element, and more particularly, to a passive alignment device for connecting an optical element such as a laser diode (LD) with another optical element such as an optical fiber or a PLC (Planar Lightwave Circuit).
광학소자를 광섬유 또는 PLC 등 다른 광학소자에 접속시키기 위해서는 광축간의 정확한 정렬이 필요하다. 통상적으로, 레이저 다이오드의 정렬을 위해서는 1㎛ 이내의 정밀도를 요구하게 된다. 이와 같이 광축을 정렬하기 위한 방법은 능동정렬(active alignment)과 수동정렬(passive alignment)로 나눌 수 있다. 능동정렬은 광신호를 켜놓은 상태에서 광세기를 관찰하면서 위치를 조절하여 최적의 정렬을 얻는 방법이다. 이 방법은 광소자를 동작시킨 상태에서 정렬을 하기 때문에 정렬 상태는 뛰어나지만 공정이 복잡하여 단가 상승 요인이 되는 단점이 있다. 반면, 수동정렬은 광소자를 동작시키지 않은 상태에서 광축 정렬을 수행하는 방법이다. 이 방법은 최적화된 광축의 정렬은 어려우나, 그 공정이 간단하므로 소자의 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.In order to connect an optical element to another optical element such as an optical fiber or a PLC, accurate alignment between optical axes is required. Typically, the alignment of laser diodes requires a precision of less than 1 μm. As such, the method for aligning the optical axis may be divided into active alignment and passive alignment. Active alignment is a method of obtaining optimal alignment by adjusting the position while observing the light intensity while the optical signal is turned on. In this method, the alignment is excellent because the alignment is performed while the optical device is operated, but there is a disadvantage that the cost is increased due to the complicated process. On the other hand, passive alignment is a method of performing optical axis alignment without operating the optical device. This method is difficult to align the optimized optical axis, but the process is simple, there is an advantage that can lower the cost of the device.
도 1은 종래 기술의 실시 예에 따른 광학소자의 수동정렬 장치(100)를 나타내는 사시도이다. 도 1에 도시된 광학소자의 수동정렬 장치(100)는 레이저 다이오드 등 광신호를 출사하는 광학소자(106)와 출사된 광신호를 광섬유 또는 다른 광학소자로 집속시키는 렌즈(141)를 정렬시키는데 이용된다. 상기 수동정렬 장치(100)는 베이스 플레이트(base plate)(101), 서브 마운트(sub mount)(102), 칩 마운트(chip mount)(105), 새들(saddle)(103) 및 렌즈 홀더(lens holder)(104)를 구비한다.1 is a perspective view showing a passive alignment device 100 of an optical device according to an embodiment of the prior art. The passive alignment device 100 of the optical element shown in FIG. 1 is used to align an optical element 106 that emits an optical signal such as a laser diode and a lens 141 that focuses the emitted optical signal to an optical fiber or another optical element. do. The manual alignment device 100 includes a base plate 101, a sub mount 102, a chip mount 105, a saddle 103, and a lens holder. holder 104.
상기 서브 마운트(102)는 상기 베이스 플레이트(101) 상에 고정되며, 광학소자(106)를 안착시키기 위한 칩 마운트(105)가 고정되는 고정홈(121)이 상면에 구비된다.The sub-mount 102 is fixed on the base plate 101, and a fixing groove 121 to which the chip mount 105 for mounting the optical element 106 is fixed is provided on the upper surface.
상기 새들(103)은 상기 베이스 플레이트(101) 상에 고정되며, 상기 베이스 플레이트(101)와 접촉하는 면(111)은 레이저 용접 등에 의해 견고하게 고정된다.The saddle 103 is fixed on the base plate 101, the surface 111 in contact with the base plate 101 is firmly fixed by laser welding or the like.
상기 렌즈 홀더(104)는 상기 새들(103) 상에 고정되며, 상기 새들(103)과 접촉하는 면(131)은 레이저 용접 등에 의해 견고하게 고정된다. 상기 새들(103)은 상기 렌즈 홀더(104)를 지지하면서, 상기 렌즈 홀더(104)를 상기 베이스 플레이트(101) 상에 고정시키는 매개체가 되는 것이다. 상기 렌즈 홀더(104) 상에 고정된 렌즈(141)는 상기 칩 마운트(105) 상에 고정된 광학소자(106)와 광축 정렬된다. 이때, 상기 렌즈(141)와 광학소자(106)는 일정 거리만큼 이격된 상태로 정렬된다. 상기 렌즈(141)와 광학소자(106)의 이격 거리(d)는 통상적으로 230㎛가 된다. 상기 렌즈 홀더(104)는 상기 서브 마운트(102)와 230㎛ 이격된 위치에 고정되고, 따라서, 상기 광학소자(106)는 상기 서브 마운트(102)의 전단에 고정된 구성이다.The lens holder 104 is fixed on the saddle 103, and the surface 131 in contact with the saddle 103 is firmly fixed by laser welding or the like. The saddle 103 supports the lens holder 104 and serves as a medium for fixing the lens holder 104 on the base plate 101. The lens 141 fixed on the lens holder 104 is optically aligned with the optical element 106 fixed on the chip mount 105. In this case, the lens 141 and the optical element 106 are aligned in a state spaced apart by a predetermined distance. The distance d between the lens 141 and the optical element 106 is typically 230 μm. The lens holder 104 is fixed at a position spaced apart from the sub-mount 102 by 230 μm, and thus the optical element 106 is fixed at the front end of the sub-mount 102.
그러나, 종래의 광학소자 정렬 장치에서 능동정렬 장치는 앞서 언급한 바와 같이, 정렬과정이 복잡할 뿐만 아니라, 고가의 장비를 필요로 한다는 문제점이 있다. 한편, 상기한 바와 같은 수동정렬 장치는 렌즈의 광신호 집속효율보다는 생산성 향상을 위한 구성임에도 불구하고, 베이스 플레이트 상에 홀더를 고정하기 위한 새들을 별도로 사용하기 때문에 생산성 향상에 크게 기여하지 못하고 있다. 또한,광학소자와 렌즈를 정렬하기 위해, 렌즈 홀더, 새들 등 다수의 부품을 사용하여 각각의 부품을 최적화된 위치에 정렬시켜야 하므로 광축정렬 과정이 복잡할 뿐만 아니라, 광신호 집속효율도 크게 저하되는 문제점이 있다.However, in the conventional optical device alignment device, as mentioned above, the active alignment device has a problem that the alignment process is not only complicated, but also requires expensive equipment. On the other hand, the manual alignment device as described above, although the configuration for improving the productivity rather than the optical signal focusing efficiency of the lens, because it uses the saddle for fixing the holder on the base plate separately does not contribute significantly to the productivity. In addition, in order to align the optical element and the lens, it is necessary to align each component in an optimized position using a plurality of components such as a lens holder and a saddle, which not only complicates the optical axis alignment process but also greatly reduces the optical signal focusing efficiency. There is a problem.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 공정을 단순화시켜 생산성 향상에 기여할 수 있는 광학소자의 수동정렬 장치를 제공함에 있다.In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a passive alignment device of an optical element that can contribute to productivity improvement by simplifying the process.
본 발명의 다른 목적은 광신호의 집속효율이 향상된 광학소자의 수동정렬 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a passive alignment device for an optical device having an improved focusing efficiency of an optical signal.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트 상에 안착되어 광학소자가 고정위치를 제공하는 서브 마운트 및 상기 광학소자와 광축정렬시키기 위한 렌즈를 지지하는 렌즈 홀더를 구비하는 광학소자의 수동정렬 장치에 있어서, 상기 서브 마운트는,In order to achieve the above object, the present invention includes a base plate, a sub-mount mounted on the base plate to provide a fixed position for the optical element and a lens holder for supporting a lens for optical axis alignment with the optical element. In the passive alignment device of the optical element, the sub-mount,
일단면에 상기 렌즈가 밀착, 고정되는 렌즈 홈이 형성되고,A lens groove is formed on one surface of the lens in close contact with and fixed to the lens.
상면에는 상기 렌즈 홈으로부터 소정 거리만큼 이격된 위치에서 상기 광학소자가 고정된 광학소자의 수동정렬 장치를 개시한다.Disclosed is a passive alignment apparatus of an optical element, to which an optical element is fixed at an image spaced apart from the lens groove by a predetermined distance.
도 1은 종래 기술의 실시 예에 따른 광학소자의 수동정렬 장치를 나타내는 사시도,1 is a perspective view showing a passive alignment device of an optical device according to an embodiment of the prior art;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광학소자의 수동정렬 장치를 나타내는 사시도,2 is a perspective view showing a passive alignment device of an optical device according to a preferred embodiment of the present invention;
도 3은 도 2에 도시된 수동정렬 장치의 서브 마운트를 나타내는 사시도,3 is a perspective view showing a sub-mount of the manual alignment device shown in FIG.
도 4는 도 2에 도시된 수동정렬 장치를 나타내는 평면도,4 is a plan view showing the manual alignment device shown in FIG.
도 5는 도 2에 4에 도시된 라인 A-A'을 따라 수동정렬 장치를 절개한 모습을 나타내는 단면도.FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where a manual alignment device is cut along the line A-A 'shown in FIG.
<도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>
200 : 수동정렬 장치 202 : 서브 마운트200: manual alignment device 202: sub-mount
221 : 고정홈 223 : 렌즈 홈221: fixing groove 223: lens groove
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that specific descriptions of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광학소자의 수동정렬 장치(200)를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 수동정렬 장치(200)의 서브 마운트(202)를 나타내는 사시도이며, 도 4는 도 2에 도시된 수동정렬 장치(200)를 나타내는 평면도이고, 도 5는 도 2에 4에 도시된 라인 A-A'을 따라 수동정렬 장치(200)를 절개한 모습을 나타내는 단면도이다.2 is a perspective view showing a passive alignment device 200 of an optical device according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 3 is a perspective view showing a sub-mount 202 of the passive alignment device 200 shown in FIG. 4 is a plan view illustrating the manual alignment apparatus 200 illustrated in FIG. 2, and FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the manual alignment apparatus 200 cut along the line A-A ′ of FIG. 2. .
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광학소자의 수동정렬 장치(200)는 베이스 플레이트(201), 서브 마운트(202), 렌즈 홀더(204) 및 칩 마운트(205)를 구비한다.2 to 5, the passive alignment device 200 of the optical device according to the preferred embodiment of the present invention includes a base plate 201, a sub mount 202, a lens holder 204, and a chip mount ( 205).
상기 서브 마운트(202)는 상기 베이스 플레이트(201) 상에 고정되며, 도 3을 참조하면, 광학소자(206)를 안착시키기 위한 칩 마운트(205)가 고정되는 고정홈(221)이 상면에 구비되고, 전단에는 상기 렌즈 홀더(204)에 지지된 렌즈(241)가 결합되는 렌즈 홈(223)이 형성된다.The sub-mount 202 is fixed on the base plate 201, and referring to FIG. 3, a fixing groove 221 on which the chip mount 205 for mounting the optical element 206 is fixed is provided on the upper surface. At the front end, a lens groove 223 to which the lens 241 supported by the lens holder 204 is coupled is formed.
상기 렌즈 홀더(204)는 상기 베이스 플레이트(201) 상에 용접되며, 상기 서브 마운트(202)의 전단에 접촉된 상태로 고정된다. 상기 렌즈 홀더(204)는 상기 렌즈(241)를 지지하여, 상기 렌즈(241)와 광학소자(206)가 광축 정렬된 상태를 유지시켜 주는 것이다. 이때, 상기 렌즈(241)와 광학소자(206)는 일정 거리(D)만큼 이격된 상태로 정렬된다. 상기 렌즈(241)와 광학소자(206)의 이격 거리(D)는 230㎛임이 바람직하다. 한편, 상기 렌즈 홀더(204)는 상기 서브 마운트(202)에 접촉된 상태이고, 상기 렌즈(241)가 상기 서브 마운트(202)의 렌즈 홈(223)에 결합된 상태이므로 상기 광학소자(206)가 설치된 칩 마운트(205)는 상기 서브 마운트(202)의 전단으로부터 230㎛ 이격된 위치에 고정된다.The lens holder 204 is welded onto the base plate 201 and fixed in contact with the front end of the sub mount 202. The lens holder 204 supports the lens 241 to keep the lens 241 and the optical element 206 aligned in the optical axis. At this time, the lens 241 and the optical element 206 are aligned in a state spaced apart by a predetermined distance (D). The distance D between the lens 241 and the optical element 206 is preferably 230 μm. On the other hand, the lens holder 204 is in contact with the sub-mount 202, the lens 241 is coupled to the lens groove 223 of the sub-mount 202, the optical element 206 The chip mount 205 is installed is fixed at a position spaced 230㎛ from the front end of the sub-mount 202.
상기 렌즈(241)의 위치는 상기 서브 마운트(202)의 렌즈 홈(223)에 의해 결정되므로, 상기 서브 마운트(202)에 렌즈(241)를 고정하기 위한 별도의 수단이나 과정이 불필요하며, 단순히 상기 렌즈(241)를 렌즈 홈(223)에 결합시킨 상태에서 상기 렌즈 홀더(204)를 상기 베이스 플레이트(201) 상에 레이저 용접 등을 통해 고정시키는 것만으로 렌즈(241)와 광학소자(206)의 광축 정렬이 완료된다. 즉, 상기 서브 마운트(202) 상에 고정홈(221)과 렌즈 홈(223)을 정밀가공하여 상기 광학소자(206)가 고정된 칩 마운트(205)와 렌즈(241)의 위치를 결정한 후, 지정된 위치에 광학소자(206)와 렌즈(241)를 고정시키는 것으로 광축 정렬이 완료되는 것이다.Since the position of the lens 241 is determined by the lens groove 223 of the submount 202, no additional means or process for fixing the lens 241 to the submount 202 is required, and simply The lens 241 and the optical element 206 are merely fixed by fixing the lens holder 204 on the base plate 201 by laser welding or the like while the lens 241 is coupled to the lens groove 223. The optical axis alignment of is completed. That is, after precisely machining the fixing groove 221 and the lens groove 223 on the sub-mount 202 to determine the position of the chip mount 205 and the lens 241 to which the optical element 206 is fixed, The optical axis alignment is completed by fixing the optical element 206 and the lens 241 at a designated position.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.In the foregoing detailed description of the present invention, specific embodiments have been described. However, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광학소자의 수동정렬 장치는 서브 마운트 상에 이미 정밀가공된 고정홈과 렌즈 홈 상에 광학소자와 렌즈를 고정시켜 광축 정렬을 실시하게 되므로, 광축 정렬이 용이하고, 광축 정렬에 소요되는 시간을 단축할 수 있게 되었다. 또한, 종래 기술과는 다르게 새들을 사용하지 않고 렌즈 홀더를 베이스 플레이트 상에 직접 레이저 용접 등을 통해 고정시키는 구성이기 때문에 광학소자의 광축 정렬이 용이한 장점이 있다.As described above, the optical alignment device of the optical device according to the present invention performs optical axis alignment by fixing the optical element and the lens on the fixing groove and the lens groove already precisely processed on the sub-mount, so that the optical axis alignment is easy. As a result, the time required for optical axis alignment can be shortened. In addition, unlike the prior art, since the lens holder is fixed to the base plate by laser welding or the like without using a saddle, there is an advantage in that the optical axis alignment of the optical element is easy.
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