KR20040077666A - 광전자 소자용 패키지 - Google Patents

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KR20040077666A
KR20040077666A KR10-2004-7008217A KR20047008217A KR20040077666A KR 20040077666 A KR20040077666 A KR 20040077666A KR 20047008217 A KR20047008217 A KR 20047008217A KR 20040077666 A KR20040077666 A KR 20040077666A
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KR
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optoelectronic device
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filter
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KR10-2004-7008217A
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매티스 와그너
로버트 무라노
유진 마
스티븐 셔먼
로렌스 도마쉬
Original Assignee
이지스 세미컨덕터
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Publication date
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Abstract

본 발명은 상부 표면을 갖고 상부 표면을 투과하여 확장되는 다수의 전도성 핀; 광학 장치; 가변 광학 필터; 및 헤더에 부착되어 헤더와 함께 광학 장치 및 가변 광학 필터를 포함하는 밀봉된 내부를 형성하는 캡을 포함한다. 광학 장치 및 가변 광학 필터는 장착된 수직 스택에 배열되고 헤더의 상부 표면을 넘어서 확장되고; 가변 광학 필터는 전기적으로 전도성 핀에 연결되며; 캡은 그 안에 형성되어 스택된 가변 광학 필터 및 광학 장치에 수직으로 배열된 윈도우와 접촉하고 있는 꼭대기 표면을 갖는다.

Description

광전자 소자용 패키지{PACKAGE FOR ELECTRO-OPTICAL COMPONENTS}
본 출원은 2001년 11월 28일 출원된 "다른 능동 소자와 결합한 가변 필터용 패키지"의 명칭을 갖는 미국 임시 출원 No. 60/335,178과 2002년 7월 9일에 출원된 "광전자 장치용 저비용 밀봉 다중 포트 패키지"의 명칭을 갖는 미국 임시 출원 No. 60/394,500을 우선권으로 하여 출원된 것이다.
최근, 신규 장치들은 소위 열-광학적으로 가변 박막 필터로 가고 있는 추세이다. 비정형 반도체 물질로부터 만들어진 이러한 장치들은 소위 큰 열-광학 계수와 같이 종래에는 비정형 실리콘의 바람직하지 못한 성질로 보여져 왔던 것을 이용하고자 하는 것이다. 이러한 장치의 성능은 통상적으로 고정 필터에서 목표로 하였듯이 열-광학 계수를 최소화하는 대신에, 박막 계면 구조의 열광학 계수를 최대화하려는 것에 기초하고 있다.
도 1은 열-광학적으로 가변 박막 필터용 기본 장치 구조를 보여준다.
도시된 상세한 구조는 단일 캐비티 파브리-페로(Fabry-Perot) 타입의 필터 10이다. 광학 간섭 디자인에 삽입된 히터 필름 12 및 스페이서 캐비티 16으로 분리된 한 쌍의 박막 거울 14 및 14(b)로 이루어진 파브리-페로 캐비티를 포함한다. 이 실시예에서, 히터 필름 12는 ZnO 또는 폴리실리콘으로 이루어지므로, 1500nm에서 전기 전도성이 있고 광학적으로 투명하다. 박막 거울 14(a) 및 14(b)는 고/저 인덱스 필름의 4분의 1파장의 쌍을 변화시키는 것이다. 두 물질은 Si:H (n=3.67) 및 화학양론적 SiNx(n=1.77)이다. Si 및 SiNx 사이의 큰 인덱스 대비때문에 상대적으로 적은 수의 거울 쌍이 요구된다. 디자인된 파장에서 4쌍으로도 R=98.5%의 반사율을, 5쌍으로는 R=99.6%의 반사율을 가져올 수 있다.
캐비티 16은 2분의 1파장의 정수배로서 전형적으로 비정형 실리콘의 경우의 두 배 내지 네 배이다.
비정형 박막은 스퍼터링, 또는 플라즈마 화학 기상 증착 기술(PECVD)을 포함하는 화학 기상 증착 기술과 같은 다양한 물리적 증기 증착 기술에 의해 증착될 수 있다. PECVD는 상세하게는 유연하고 균일한 박막 공정으로서, 플라즈마 파워, 전체 기체 압력, 수소 부분압, 기체 비율, 유속 및 기질 온도와 같은 기본 증착 파라미터의 조절을 통해 순서대로 인덱스(index), 광 흡수 및 열광학 계수에 영향을 미치는 필름의 밀도 및 화학 양론성을 현저히 변형시키기 위해 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, Si 필름의 수소화는 결합되어 있지 않은 화학 결합 손(dangling bonds)을 켄치(quench)시키는데 사용되어지고 따라서 결함 밀도(defect densities)는 감소되며 그 결과 적외선 흡수가 줄어든다. 플라즈마에 기초한 기술로서, PECVD는 밀도있고, 몇몇의 광학적으로 구별되면서도, 비정형 실리콘 및 비정형 실리콘 나이트라이드와 공정 상용성이 있는 물질의 필름으로부터 광범위하게 다양한 인덱스를 갖는 필름을 보다 용이하게 생산하는데 필요한 공정상의 가변성을 제공한다. 물질 사이의 전이는 진공을 깨지않고 기체 혼합물을 조절함으로써 달성될 수 있다.
열-광학적으로 가변 박막 필터를 사용하여 달성할 수 있는 미세함(finesse)은 도 2에 도시되어 있다. 이러한 경우에, 필터는 6개의 거울 사이클 및 4차원 스페이서(4분의 1파장)를 사용한 단일 캐비티 구조이다. 388nm의 FSR(free spectral range) 및 F=4,500에 근접하는 미세함을 위한 3dB 폭은 0.085nm이다.
달성가능한 열 가변은 도 3에 도시되어 있다. 구성은 절연 거울(이온-보조 스퍼터링에 의해 증착된 탄탈륨 펜톡사이드 고인덱스 및 실리콘 디옥사이드 저인덱스 층; R=98.5%의 거울 반사율)을 갖는 비정형 실리콘 스페이서를 사용하였다. 그 구조는 오븐에서 25℃에서 290℃로 가열되었다. 가변은 거의 15nm 또는 dΝdT=0.08nm/K이다.
끝으로 스페이서뿐만 아니라, 거울 고인덱스 층에 비정형 실리콘을 사용한 모든 PECVD 필름을 갖는 가변 필터를 구성하는 이점은 도 4에 도시되어 있다. 4 피리어드 거울을 갖는 이러한 필터는 내부 가열을 위한 전기적으로 전도성인 ZnO 층을 필름 스택으로 삽입하여, 필름 스택으로부터 히터가 분리된 경우보다 훨씬 더 높은 국소 필름 온도를 달성할 수 있다. 이 실시예에서의 가변 범위는 37nm이다.
이러한 새로운 구조의 보다 상세한 설명은 본원에 참조로 포함되는 2002년 6월 17일자 출원된 명칭 "인덱스 가변 박막 간섭 코팅"의 미국출원 No. 10/174,503, 및 2002년 8월 2일자 출원된 명칭 "가변 광학 기구"의 미국출원 No. 10/211,970에서 확인할 수 있다.
[발명의 요약]
일반적으로, 본 발명의 한 양상은 상부 표면을 갖고 상부 표면을 투과하여 확장되는 다수의 전도성 핀; 광학 장치; 가변 광학 필터; 및 헤더에 부착되어 헤더와 함께 광학 장치 및 가변 광학 필터를 포함하는 밀봉된 내부를 형성하는 캡을 포함한다. 광학 장치 및 가변 광학 필터는 장착된 수직 스택에 배열되고 헤더의 상부 표면을 넘어서 확장되고; 가변 광학 필터는 전기적으로 전도성 핀에 연결되며; 캡은 그 안에 형성되어 스택된 가변 광학 필터 및 광학 장치에 수직으로 배열된 윈도우와 접촉하고 있는 꼭대기 표면을 갖는다.
일반적으로, 본 발명의 다른 양상은 상부 표면을 갖고 상부 표면을 통해 확장되는 다수의 전도성 핀을 포함하는 헤더; 헤더의 상부 표면에 실질적으로 평행한 메이저 표면을 갖고 헤더의 꼭대기 표면상에 지지되는 광학 장치; 및 헤더에 고정되고 광학 장치를 포함하는 밀봉된 내부를 형성하면서 헤더를 따라 존재하는 캡을 포함하는 광전자 장치를 특징으로 한다.
다른 구현예들은 하나 이상의 하기의 특징을 포함한다. 헤더 및 캡은 트랜지스터 아웃라인(TO) 패키지이다. 가변 광학 필터는 열-광학적으로 조율가능한 박막 필터이다. 광학 장치는 이미터(emitter; LED) 또는 검출기이다.
광전자 장치는 또한 헤더의 상부 표면에 실장된 스탠드 오프 구조를 포함하고 광학 장치가 실장된 제 1 표면 및 가변 광학 필터가 실장된 제 2 표면을 경계짓는다. 헤더 상의 캡은 밀봉된 내부를 형성하고 섬유상 분광기 또는 다른 섬유상 광학장치를 지지하는 칼라(collar)를 포함한다. 광전자 장치는 또한 한쪽 표면에 형성된 필터 및 다른 쪽 표면에 실장된 광학 장치와 함께 기질을 포함한다.
본 발명의 다양한 구현예는 하나 이상의 이점을 갖는다. 이들은 저비용, 낮은 풋프린트 패키지를 제공한다. 즉, 웨이브가이드 효과에 의존하지 않고, 파장 필터링을 달성하기 위하여 프리 스페이스 내에서 분광된 빔을 처리하는 "프리 스페이스"를 갖는 가변 필터를 제공한다. 페키징은 적합하게 변형되어 온 구축된 표준의 봉입물(예를 들면, TO 패키지)을 사용할 수 있다. 그 경우, 페키징 접근은 잘 구축된 어셈블리 기술 및 널리 사용가능한 저비용의 봉입물을 이용할 수 있다. 이것은 통상의 페키징 디자인과 비교할 때, 현저하게 어셈블리 및 재료의 비용을 절감할 것이다. 뿐만 아니라, 전기 피드-스루(feed-throughs)를 갖고 빛을 투과시키는 하나 이상의 윈도우를 갖는 밀봉된 패키지를 용이하게 생산하도록 하기 위해 그 자체가 이용될 수 있다. 또한, 광섬유 피드-스루의 필요성을 제거하여 현저하게 페키징 비용을 감소시키고 전체 시스템의 신뢰도를 향상시킨다.
본원에 개시된 타입의 밀봉 패키지는 광학 통신 시스템에서 요구하는 엄격한 신뢰성때문에 광학 소자에 적용하기에 바람직하다.
현재 밀봉 다중-포트 광학 장치 페키징 기술은 버터플라이, 소형-DIL, 및 통상적인 디자인의 셀수없이 많은 기계화된 알루미늄 패키지를 포함한다. 밀봉성을유지하기 위해, 광을 투과시키기 위해 사용되는 대부분 패키지는 심 밀봉(seam sealing)을 위한 레이저 용접을 이용하는데, 생산에 적용하기에 복잡하고 비싸다. 이런 타입의 가장 단순한 패키지는 종종 20.00 달러를 상회하고 보다 복잡한 경우는 수백 달러에 근접한다.
본 발명의 하나 이상의 구현예와 관련하여서 보다 상세한 설명은 도면 및 이하의 설명과 함께 기술하기로 한다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점은 상세한 설명 및 도면, 및 청구범위로부터 명백할 것이다.
본 발명은 일반적으로 다른 능동 및 수동 광학 소자뿐만 아니라 열광학적으로 가변 박막 필터(tunable thin film filter)를 포함하는 광학 소자용 패키지와 관련이 있다.
도 1은 열-광학적으로 가변 박막 필터의 기본적인 장치 구조이다.
도 2는 단일 캐비티, 열-광학 가변 박막 필터의 미세함을 보여주는 필터 투과 성질을 나타낸 도면이다.
도 3은 열-광학 스페이서 및 절연 거울을 갖는 필터의 가변 범위를 보여주는 필터 투과 성질을 나타내는 다수의 도면을 나타내고 있다.
도 4는 모든 PECVD 필터의 가변 범위를 보여주는 필터 투과 성질을 나타내는 다수의 도면을 나타내는 것으로, a-Si:H 고인덱스 층 및 스페이서, SiNx 저 인덱스 층 및 4 피리어드 거울을 포함한다.
도 5A는 구현예의 한 집단의 중심 소자를 보여주는 단면도이다.
도 5B는 패키지의 캡에 관한 대체 디자인을 나타낸 것이다.
도 6은 변형된 TO 패키지 구현예를 보여준다.
도 7A, 7B 및 7C는 캔의 꼭대기에 다른 타입의 윈도우를 갖는 변형된 TO 패키지를 보여준다.
도 7D는 이중 인라인 패키지의 구현예를 보여준다.
도 8A 및 8B는 꼭대기 및 바닥에 순서대로 인풋 및 아웃풋 포트가 축으로 배열된 다중-포트를 갖는 경우의 구현예를 보여준다.
도 9A 및 9B는 광학 첨가/드롭 멀티플렉서의 세개-포트 장치를 보여준다.
도 10 A 내지 D는 광학 소자 구조의 일반적인 네개의 카테고리를 보여준다.
도 11은 광전자 소자를 포함하는 패키지에 섬유/분광기를 배열한 것에 접근하기 위한 분해도를 보여준다.
도 12A 및 12B는 반사 유실(return loss)를 최적화하는 배열을 도시한 것이다.
도 13 A 내지 C는 사용가능한 어셈블리 기술을 도시한 것이다.
도 14 A 내지 B는 단일 기질에 다중 다이(die)를 만드는 기술을 도시한 것이다.
도 15는 다른 다중-포트 구현예를 보여준다.
다양한 도면의 같은 참조 기호는 같은 소자를 지칭한다.
도 5A에 언급한 것처럼, 구현예의 한 군은 프리-스페이스 가변 광학 필터 소자 100을 하나 이상의 수동 및/또는 능동 광학/광전자 소자 102와 함께, 프리-스페이스 광학 빔이 통과할 수 있는 광학 접근 윈도우 106을 갖는 패키지 104 안에 "스택 업"포맷으로 페키징하는 것을 포함한다.
패키지 104는 캡 110이 실장되어 밀봉된 내부 캐비티를 형성하는 헤더 108을 포함한다. 스탠드-오프 소자 112는 헤더 108에 고정되어 있고 다수의 전기 핀 116이 헤더 108에 접근하여, 가변 필터 소자 100 및 패키지 104 내의 다른 광전자 소자에 전기적인 연결이 형성되도록 한다. 스탠드 오프 요소 112는, 헤더 108의 상부 실장 표면에 실질적으로 평행하게 배열된 필터 소자 100의 메이저 평면과 함께, 수직으로 배열된 스택 내에서 가변 필터 소자 100 및 광전자소자 102를 지지한다. 작동시에, 광섬유 121로부터 나온 광선 빔 120은 윈도우 106을 통과하여 패키지 104 내부로 들어가고 여기서 가변 필터 소자 100을 투과한다. 그 뒤 가변 필터 소자 100의 다른 면에서 방출된 여과된 광선은 광전자 102에 충돌한다.
스탠드-오프 112는 세라믹(예를 들면 알루미나 또는 알루미늄 나이트라이드)과 같은 전기적으로 절연성인 물질로 제조된다. 이 요소는 광전자102(예를 들면, PIN 검출기 또는 LED 방출기) 위의 고정되고 잘 조절된 거리에서 가변 필터 100을 정지시킨다. 또한, 전도성 트레이스(또는 접촉 패드) 125 및 127은 접촉 및 상호연결의 목적으로 이 스탠드-오프 상에 배치될 수 있다.
개시된 구현예에서, 필터 소자 100은 그 아랫 방향 접촉면에 형성된 가변 박막 필터 요소 101과 함께 기질 103을 포함한다.
이것은, 기질 표면 상에 형성된 금속 트레이스와 전기적인 연결을 만드는데 유용하도록 하기 위해 장치가 스탠드-오프에 플립오버(flipped over) 될 것인지 실장될 것인지에 따른 플립-클립 실장의 실시예이다.
수동 배열 가이드 또는 참조 마크를 이용하여, 가변 필터 및 광전자 소자는,정확하게 프리-스페이스 요소의 전형적인 요건들이 10 미크론 차수 상에 있는 x-y 평면 상에 배열될 수 있고, z-축을 따라서 정확하게 위치할 수도 있다. 표준-칩 실장 기구를 이용하여 달성할 수도 있고 자동화된 라인에서 대량으로 이루어질 가능성도 있는 그러한 어셈블리는, 전형적으로 다중-요소 광 통신 어셈블리에서 사용되는 "실리콘 마이크로-벤치"타입 어셈블리에 비하여 현저하게 비용면에서 효율적이다. 또한, 모든 소자들이 수평면 위로 수직으로 배향되기보다는 스탠드-오프 또는 패키지 표면 상에 평면으로 존재하기 때문에 기계적으로 훨씬 더 탄력이 있다.
도 5A를 다시 참조로 할때, 상단에 일체형으로 칼라 172가 형성된 커버 170나 패키지 104의 캡 110에 꼭 맞다. 커버 170는 칼라 172 내부에 광섬유 121(말단에 시준 또는 초점 광학소자를 구비한)를 고정하고 있으며, 패키지 104의 내부의 윈도우 101에 대하여 알맞게 정렬한다. 시준 광학소자는 그린(GRIN : 그레디언트 인덱스 렌즈) 또는 볼 렌즈을 포함하는 다양한 형태를 취할 수 있다. 유사하게, 초점 광학소자 또한 다향한 형태를 취할 수 있다.
이와 달리, 도 5B를 참조로 할 때, 칼라 119가 일체형으로 형성된 변형된 캡 110'이 제공된다. 광섬유 121는 칼라 119에 봉인되며 패키지 내부로의 윈도우의 역할을 한다. 이는 도 5A에 도시된 것과 같은 분리된 커버를 제공할 필요가 없도록 한다.
도 6을 참조로 할 때, 일반적으로 사용가능한 패키지의 예는 둥근 금속 캔 210(도 7A 참조)이 헤더 208에 실장된 트랜지스터 아웃라인(TO : Transistor Outline) 스타일의 패키지이다. 헤더 208는 헤더를 통해 신장하며, 솔더글래스(solder glass)를 사용하여 내부에 밀봉되는 다수의 일체형 유도 핀("피트") 216을 구비한다. 이러한 유도핀은 내부의 광전자 소자 또는 관련 소자와 전기적으로 소통하거나 접속하기 위한 수단을 제공한다. 완전히 조립되면, 상기 핀들은 폐쇄된 광전자 소자상의 금속 패드에 와이어에 의해 접속된다.
도 6에 도시된 실시예에 의한 광전자 소자는 도 5에 도시된 것과 동일하다. 게다가, 헤더 208에는 열광학적 가변 박막 필터의 동작을 돕기 위하여 패키지의 온도를 감지하는데 사용되는 온도 센서(즉, 서미스터)가 실장된다.
도 7A - C를 참조로 할 때, TO 패키지는 파브리-페로 필터와 같이 장치의 평면에 대하여 수직인 입사광을 필요로 하는 광학장치에 적합하다. 캔 210은 상단에 여러가지중 하나의 형태로 윈도우를 구비하여 변형될 수 있다. 예를들어, 볼렌즈 206(a) (도 7A 참조); 단일 검출기를 위해 사용되는 경우 평평한 윈도우 206(b)(도 7B 참조) 또는 일체형 렌즈 206(c)일 수 있다 (도 7C 참조). 이러한 패키지에 드는 비용은 1달러 미만이며, 업계에서 널리 사용되는 섬유를 내부에 포함한 "버터플라이"형 패키지에 비하여 현저하게 저렴한 것이다. 게다가, 이러한 패키지의 조립, 와이어본딩, 봉인을 위한 수동 또는 자동 장비가 이미 입수가능하며 비교적 낮은 비용이 든다.
도 7D를 참조로 할 때, 사용할 수 있는 일반적으로 입수가능한 다른 패키지의 예는 선형 검출기 배열(linear detector array)에 사용되는 상단 윈도우 306을 구비한 듀얼-인라인 패키지 300이다. 듀얼 인라인 패키지는 하기와 같이 광전자 소자가 수직으로 스택구조를 이룬 평면을 이루는 헤더를 구비한다. 핀 316들은 헤더의 하면에서 신장하며, 봉인된 패키지 내부에서 광전자 장치와 전기적으로 연결되기 위한 수단을 제공한다. 윈도우 306은 광학 빔이 폐쇄된 광전자 장치에 다다를 수 있도록 패키지에 투명한 영역을 제공한다.
다중-포트 패키지
도 8A 및 8B는 상기의 설계의 변형을 도시한다. 이는 일반적인 2-포트 TO 패키지 구성에 대한 것이며, 패키지 내부에서 광전자 회로를 통해 광학 신호를 전달하기 위한 일체형 피드-스루를 구비한다.
이 예에서, 전술한 바와 같은 변형된 TO 패키지는 금속 헤더 508에 봉해진 캡 510을 구비한다. 헤더 508의 내부에는 헤더를 통해 신장하는 다수의 전도 핀 516이 존재한다. 캡 510의 상단에는 캡의 금속에 봉해진 시야계(perimeter)를 구비하는 윈도우 506이 존재한다. 일체형으로 형성된 금속 페룰 530은 캡 510의 본체에서 위쪽으로 신장하며 윈도우 506을 둘러싼다. 페룰 530은 광섬유 540을 슬리브 543의 내부에 고정한다. 볼렌즈 544는 광섬유 540의 말단에 부착되며 윈도우 506에 인접한다. 볼렌즈 544는 광섬유에서 나오는 빛을 변형된 TO 패키지로 전달되기 전에 시준한다. 헤더 508는 스루홀의 상부 말단에 윈도우 529를 구비한 헤더의 중심에 형성된 스루홀(through hole)을 구비하며, 헤더 508의 윗면에 형성된 리세스(recess)에 봉해진다. 페룰 531은 헤더 508의 하단에서 아래로 신장하며, 스루홀 546과 정렬한다. 페룰 531은 다른 광섬유 535를 슬리브 541에 고정한다. 볼렌즈 543은 윈도우 529에 인접한 광섬유의 상단에 고정된다.
이러한 구성은 패키지의 세로방향으로 패키지의 중심에 광 경로를 형성한다. 광전자 장치 550의 여러 조합중 하나가 광경로를 따라 패키지 내부의 헤더 위에 실장될 수 있다.
도 9에 도시된 3-포트 구성의 예는 광학적 애드/드롭 멀티플렉서 600이다. 이는 헤더 608에 실장된 열광학적 가변 박막 필터 601를 구비하며, 헤더의 윗면에 대하여 약간 (즉, 5°미만) 기울어 진다. 듀얼 섬유 시준기 620(즉, 그린(GRIN)렌즈)가 캡 610의 상단에서 신장하는 페률 630 내부에 배치되며, 두개의 광섬유 612, 614가 듀얼 섬유 시준기의 한쪽 끝에 연결된다. 광섬유 612는 입력 채널을 의미하며, 광섬유 614는 출력 채널을 의미한다. 패키지의 다른 말단은 도 8A에 도시된 장치와 관련되어 설명된 것과 유사한 스루홀에 정렬된 세번째 광섬유 619이다. 열광학적 가변 박막필터 601 및 이중 섬유 시준기 620는 서로 정렬되어 광섬유 612로 부터의 입사 빔 603은 가변 박막 필터 601에 표면에 대하여 직각보다 약간 낮은 각도로 조사된다.
입사빔 603은 서로 다른 파장을 가진 다수의 서로 다른 채널을 나타낸다. 가변 박막필터 601의 특징은 섬유 619의 선택가능한 하나의 파장을 통과한다는 것이다. 좁은 패스밴드 외부의 나머지 채널(즉, 파장)은 가변 박막 필터 601에서 반사되며반사된 빔 605와 같이 듀얼 섬유 시준기 620을 통해 되돌아간다. 가변 박막필터 601과 시준기 620의 상대적인 정렬은 반사된 파장이 시준기 620에 들어가며 출력 섬유 614로 보내지도록 된다. 전송된 빔 607은 광섬유 619로 전달된다. 이러한 동작의 방식에 따라, 장치는 드롭 멀티플렉서 처럼 작동하는데, 다수의 입력광신호의 채널중 하나를 선택하여 빼거나 회피한다.
반대로, 적절한 파장의 광신호가 섬유 621을 통해 입력되면, 장치는 광학적으로 애드 멀티플렉서 처럼 작동하는데, 즉 장치를 통과하는 다수의 채널에 새로운 채널을 더한다.
도 15를 참조로 할 때, 다른 다중포트 구성은 애드/드롭 광소자와 마찬가지로 더욱 효율적인 패키지 다지인을 위하여 다중 포트 입력과 다중 포트 출력을 활용한다. 이는 단일한 식스 플러스(six plus) 포트 설계에 있어 둘 또는 셋 이상의 포트 패키지의 기능을 한다. 이는 공간과 전력 소모의 양 측면에서 바람직하다. 애드 사이클과 드롭 사이클에 있어 입사각을 상이하게 함으로써 필터 표면의 동일한 위치를 활용하여 애드 및 드롭 과정이 하나의 조립체에서 이루어 진다. 이는 전송 또는 반사되는 신호의 양쪽의 손상을 초래할 간섭을 피하도록 한다. 입력/출력 배열에 따라 애드/드롭, 애드/애드, 드롭/드롭 설계가 이러한 패키지 구성에 의하여 얻어질 수 있다.
개시된 실시예는 두개의 그린(GRIN)렌즈 1000, 1002 (또는 다른 호환가능한 광학소자)를 구비한다. 네개의 광섬유가 렌즈 1000에 연결되어 있으며, 렌즈의 입력면을 가로질러 대칭적으로 배치된다. 널리 알려진 바와 같이, 렌즈의 중심에서 벗어난 빔은 중심축에서 광섬유가 벗어난 정도에 의해 결정되는 각도로 렌즈의 다른쪽 면을 통하여 나간다. 이러한 원리는 다음과 같이 활용된다.
렌즈 1000에는 네개의 광섬유 1010, 1011, 1012 및 1013이 렌즈의 중심축에 대하여 대칭되게 선형적으로 정렬된다. 다르게 표현하면, 광섬유 1010 및 1013은렌즈 1000에서 같은 거리의 두개의 바깥쪽 섬유이며, 광섬유 1011 및 1012는 렌즈의 중심축에서 같은 거리의 두개의 안쪽 섬유이다. 광섬유 1010은 렌즈 1000에 다채널 광입력 신호를 공급하며, 결국 정상적인 방향에 대하여 상대적으로 Θ의 각도로 가변 필터 10004에 신호를 전달한다. 가변 필터 1004는 렌즈 1002를 통한 입력신호의 채널중 선택가능한 하나의 채널을 통과시켜 렌즈 1002의 표면의 적절한 위치에 배치된 드롭 섬유 1016에 공급한다. 나머지 입력 신호는 가변 필터 1004로부터 반사되어 렌즈 1000로 되돌아 가며, 광섬유 1013으로 입사된다. 광섬유 1013는 입력받은 신호를 렌즈 1000로 되돌려주기 위하여 광섬유 1011의 위치에서 광섬유 1011에 연결된다. 되돌려진 광신호는 가변 필터 1004에 다시 보내지지만 이번에는 정상에 대하여 상대적으로 작은 각도로 보내진다. 가변필터에 다다르면, 선택된 채널이 이미 제거되었기 때문에, 전부가 렌즈 1000으로 반사되며, 반사된 신호는 출력 광섬유 1012로 전달된다.
드롭된 채널의 주파수에서 애드(ADD)신호를 전송하는 입력 섬유 1014는 가변 필터 1004의 뒷면으로 광신호를 공급하며 필터 1004에 전달될 때의 각도로 출력 섬유 1012로 전달되는 반사된 신호와 결합한다.
다른 실시예
다양한 응용은 가변 필터, 광학소자 및 소형 패키지의 다른 능동소자의 다른 조합을 필요로 한다. 도 10A-D는 가변 필터와 예시적인, 그러나 완벽하지 않은 리스트상의 다른 광전자소자의 가능한 조합의 일반적인 네개의 카테고리를 도시한다.
도 10A에 도시된 조합은 입력 광학소자, 가변 필터 702 및 검출기 704를 구비한다. 시준기를 구비할 수 있는 입력소자 700는 다양한 파장으로 만들어진 광학 신호를 가변 필터 702에 전달하며, 가변 필터 702는 다양한 파장의 광학신호중 선택가능한 하나를 검출기를 관통하도록 한다. 이러한 시스템의 전형적인 응용은 단일 채널 검출 또는 모니터링 및 스펙트럴 전력 모니터링(spectral power monitoring)을 포함한다. 스펙트럴 전력 모니터링의 경우에 가변 필터 702는 단일 파장으로 조절되며 검출기 704는 이러한 범위의 신호를 검출한다 ("가변 검출기" 또는 "가변 수신기"). 어쨌거나, 상기 시스템은 거절된 파장을 출력 광학소자로 되돌려주기 위한 설계는 아니다.
도 10B의 조합은 입력 광학소자 710, 가변 필터 712, 검출기 714 및 출력 광학소자 716을 구비한다. 가변 필터 712가 단일 채널을 검출기 714에 허용하며 가변 필터 712에서 거절된 파장이 시준기와 같은 출력 광학소자 716으로 반사되기 때문에 이러한 시스템의 전형적인 응용은 "광학 드롭"이다. 이러한 구성은 위치에서 검출할 통신 채널(즉, 파장)을 동적으로 선택할 수 있는 탄력적인 통신 네트워크에 유용하다.
도 10C에 도시된 조합은 이미터 720 또는 광대역 광원, 가변 필터 722, 및 출력 광학소자 726을 구비한다. 광방사다이오드(LED)와 같은 광대역 광원 720는 가변 협대역 광원을 형성하기 위하여 가변 필터와의 조합으로 사용된다. 가변 필터 722이 상술한 바와 같은 열광학적인 가변 박막 필터일 때, 특정 어플리케이션을 위한 저비용 가변 소스 또는 저비용 광학 네트워크의 제조가 가능하다.
도 10D에 도시된 조합은 입력광학소자 730, 가변 필터 732, 이미터 734 및출력 광학소자 736을 구비한다. 이미터 734는 광대역이거나 고정 이미터이거나 가변 필터의 광경로에 더해진 가변 수직 캐비티 표면 방사 레이저(tunable vertical cavity surface emitting laser)와 같은 가변 협대역 이미터일 수 있다. 이 경우, 가변 필터 732는 반사된 ("관통") 파장과 같은 경로를 따라 새로운 파장을 허용한다. 이러한 시스템은 도 10B에 도시된 시스템과의 조합으로 사용되어 동적으로 네트워크 내부에서 파장을 더하거나 뺄 수 있으며, 또는 필요한 어떠한 파장과도 맞춰질 수 있는 "범용 여분(universal spare" 발신기로 사용될 수도 있다.
가변 필터를 제외한 능동소자가 검출기, 이미터, 또는 및을 특정하거나 다루는데 사용되는 다른 광학 소자인 유사한 시스템을 필요로 하는 넓은 범위의 응용이 있다. 여기에서 개시된 패키징에 대한 개념을 이용하여 다양한 응용을 가능하도록 하기 위한 저비용의 소형 폼팩터의 구축이 가능하다.
빔 정렬
반사 유실(Return loss)은 입사 파장의 크기에 대한 반사 파장의 크기의 비이다. 광학적 응용에서 이는 -dB로 측정되며, 반사전력은 광섬유를 통해 역으로 유도되는 소자내의 모든 표면으로부터 반사되는 전체 반사로 정의된다. 거의 모든 시스템에서 안정성의 이유로 반사유실(RL)의 크기에 대하여 제약을 둔다.
반사유실(RL) 명세에 따라 제조된 광학 조립체는 대개 관행대로 설계되며 소자 표면과 소스사이에서 계산된 입사각이 달성되도록 소자와 조립체가 허용범위를 가진다. 상기 각도는 고객의 요구에 맞게 충분히 높은 반사유실(RL)을 제공하도록 계산된다. 그러나, 대부분의 광학소자의 각도가 가지는 기능(대부분 분극화 의존성 때문에) 때문에 성능이 저하되며, 기계적 허용범위 스택업(mechanical tolerance stack-up)을 충족시키기 위해 필요한 버퍼의 양과 필요한 장치의 성능은 동시에 달성될 수 없다. 이러한 정확도의 수준의 장치와 작업은 매우 비싸고 설계하고, 유지, 생산하는것이 매우 어렵다.
바람직한 정렬을 달성하기 위하여 좁은 허용범위를 가지는 소자를 명시하는 다른 공정이 까다롭고 비싼 팁/틸트 동작을 수행하기 위해 있어왔다.
이 경우, 반사 유실(RL)은 자동 설비가 소자들을 성능 요구사항이 충족되고 소자가 정확한 위치에 고정될 때 까지 소스에 대하여 팁, 틸트, 회전하는 동안 능동적으로 모니터링 된다. 그러나, 이 공정은 매우 비싼 고정밀 자동화 장비를 필요로 한다.
필수 반사유실(RL) 파라미터들을 달성하고, 기성품 압형(off-the-shelf tooling)에 의해 실행될 수 있고, 다소 덜 비싼 새로운 정렬(alignment) 방법이 도 11과 도 12A 및 12B를 참조하여 설명될 것이다. 또한, 모니터된 반사유실(RL)을 최적화하기 위해서, 이 새로운 방법에 따라서 소스(source)의 방위가 변화하는 능동(active) 정렬 공정이다. 임의의 축으로 정렬된 시스템에 적용가능하기는 하지만, 이 방법은 명세서 내에 기재된 것들과 같이 느슨하게 공차된(loosely toleranced) 부품들에 작용한다.
우선 도 11을 참조하면, 개선된 정렬 절차를 실행하기 위해 고안된 패키징(packaging) 구조는 헤더(header) 804에 부착된 캡(cap) 801을 가진 변형(modified) TO 패키지 800을 포함한다. 헤더 804 상에는, 가변 박막 광학 필터(tunable thin-film optical filter) 806 (또는 입력 섬유(fiber)가 정렬되는 광학 장치)이 장착되어 있다. 상술된 구현예에서, 가변 필터 806은 헤더 804의 밑에 있는(underlying) 상부 표면에 대하여 적은 각도(Φ)로 장착된다(또는 달리 서술하면, 그것의 평균(normal)이 패키지의 세로 축 830에 대하여 적은 각도(Φ)에 있도록). 광섬유 818과 시준기(collimator) 815를 수용하는 슬리브 어셈블리 810은 미끄러져서 패키지의 캡 802 상에 느슨하게 피트(fit)되어, 대략적으로 섬유를 캡의 상부 내의 윈도우에 정렬시킨다. 슬리브 어셈블리 810이 캡에 고정될 때까지(예를 들어, 에폭시 또는 나사들을 사용하여 슬리브의 측면 내에), 슬리브 어셈블리 810은 패키지의 세로축 830을 따라서 캡 상에서 회전될 수 있다. 슬리브가 적당한 방위에 맞추어지면, 커버 820은 미끄러져가서 슬리브를 덮는다.
슬리브 어셈블리 810은 그 회전축(도시된 패키지를 위한 것으로 또한 캡/패키지의 세로축이다)에 대하여 섬유와 시준기를 적은 각도(Ω) 로 수용한다. 도 12A와 12B에 도시한 바와 같이, 슬리브 어셈블리 810을 캡 802 상에 피트시킨 상태로 그 회전축을 따라서 회전시킴에 따라, 광학 소자의 표면에 대한 광학 빔(beam)과 평균과의 각은 Φ-Ω 에서 Φ+Ω 까지 모든 각들을 휩쓸게 된다. 예를 들어, 소자에 대한 시준기와 평균이 서로 평행하지만(즉, Φ = Ω), 회전축으로부터의 빗김 각(off angle)이 2도라면, 이 방법을 사용하여 입사각은 0-4도로 다양해질 수 있다. 이런 각의 차이는 고안되거나 또는 어셈블리/제조의 부산물일 수 있다.
이 회전 작동을 하는 동안 광섬유로의 입력과 광섬유로의 출력을 적극적으로 모니터함으로써, 필요한 입사각 보다 더 높은 입사각에 기인한 임의의성능저하(degradation)을 최소화하면서, 목적하는 고 회귀 손실(high Return Loss)이 1/10 dB의 범위 내로 달성될 수 있다.
만약 슬리브가 캡 상에 느슨하게 피트되며, 슬리브가 장치 성능의 함수로써 그 최적 위치를 찾기 위해 헤더의 평면에 평행한 평면 내로 이동하는 과정인 XY 정렬 과정이 또한 있을 수 있다. 유사하게, 시준기로부터 오는 빔에는 모든 광선들이 거의 평행이라고 추정되는 "웨이스트"가 있으므로, 이곳이 활성 광학 소자 표면이 이상적으로 위치하는 것이다. 그러나, 빔의 낮은 발산의 견지에서는, 이것은 매우 느슨하게 공차된(loosely toleranced), 즉, 필터 성능과 반사유실(RL)이 일반적으로 Z 위치에 거의 영향을 받지 않는다는 것이다. 따라서, 이 차원 내(즉, Z 축)에서의 정렬이 광학 소자에 대하여 시준기의 Z 위치를 결정하는 슬리브 내의 단순한 기계적 정지 장치(simple mechanical stop)를 사용함으로써 만족스럽게 달성될 수 있다.
모든 정렬 절차는 측정된 반사유실(RL)을 모니터하면서 하기의 일련의 단계들을 수반한다. 첫째, Z-방향 내의 코스 조정이 있다. 그리고나서, 슬리브를 회전시킴으로써 반사유실(RL)이 최적화된다. 그 후, XY 평면을 정렬함으로써 장치 성능의 추가 최적화가 달성된다. 그리고 최종적으로, Z-방향 내에서 추가의 미세한 조정이 있다.
스태킹 빌드업 방법들(Stacking Buildup Methods)
상기에서 언급하였듯이, 본 발명에서 기재한 일부 구현예들의 이점은 Z-축빌드업 제작 방법의 사용을 허용한다는 것이다. Z-축 빌드업 방법들은 저비용이고 제한되지는 않으나 하기를 포함한다: (1) z-축을 따라서 소자들을 공간에서 분리하여 그들을 x-y 평면 상에 정렬하기 위해 사용되는 세라믹스(ceramics)같은 다단계(multilevel)(예를 들어, 단계별(stepped)) 스탠드-오프들(stand-offs); (2) 광학/광전자공학(optoelectronic) 및 다른 칩들의 수동 기판들 및/또는 다른 광전자공학 요소들이 제작되는 기판들 상으로의 플립-칩(flip-chip) 장착; (3) 소자들의 기판들/스탠드-오프들로의 사전-장착(pre-mounting)과 이러한 기판들의 수동 정렬을 이용한 패키지로의 어셈블리; 및 (4) 기판들 또는 소자들의 패키지 내부의 전기 핀들로의 직접적인 장착.
사용되는 어셈블리 가이드들
도 13A 내지 13C에 도시한 바와 같이, 어셈블리 정밀도와 필요한 노력을 최소화하기 위해 유용한 몇몇 패턴화 방법들이 있다. 예를 들어, 우선 도 13A를 참조하면, 마스크 또는 조리개(aperture) 900이 하나의 소자(예를 들어, 가변 필터 902) 상에 패턴될 수 있고, 그 후 다른 소자 (예를 들어, 탐지기(detector) 904)가 수동 정렬 공차의 원인이 되는 상당히 더 큰 활동 면적 906를 갖도록 설계될 수 있다. 게다가, 도 13B를 참조하면, 가능한 표준화 표면 장착 기술(standardized surface-mount technology: SMT) 기계류에 의해 번역되는 광학 정렬 가이드들의 도움으로, 표준화 표면 장착 기술(SMT) 어셈블리 방법들과 기계들을 사용하여 고 정렬 정확도를 얻을 수 있다. 그 경우에 있어서, 예를 들어, 탐지기 또는이미터(emitter) 칩 920이 그 전면 표면 상에 형성된 가변 박막 광학 필터를 갖는 기판 922의 후면 표면 상에 장착된 플립-칩일 수 있다.
정렬을 용이하게 하고 탐지기 또는 이미터 칩 920에 접촉하기 위해 기판 922의 후면 표면 상에 형성된 포토리소그래프적으로 한정된 정렬 가이드들 926과 접촉들 928이 있을 수 있다. 대안으로, 개별 광학/광전자공학 소자들을 정렬하기 위해 기판들 또는 광학소자(optics) 상에 중간 마스크들을 사용할 수 있다. 또한, 도 13C에 도시한 바와 같은 하이브리드 구조들을 만들 수 있다. 예를 들어, 다른 회로소자(circuitry) 또는 커넥터들 950(드라이브 회로들 또는 판독 회로들 같은)을 수용하는 기판 또는 보드 940에는 기판 940의 양면들에 장착될 소자들(예를 들어, 기판 940의 일면에 장착되는 플립-칩인 가변 광학 필터 칩 944 및 기판 940의 다른 면에 장착되는 플립-칩인 이미터 칩 946) 간의 광학적 통신을 가능케하는 광학적 스루홀(thru-hole) 942가 제공될 수 있다.
게다가, 종래 전자 공학 방법들에 기초한 소자들의 대용적 어셈블리(예를 들면, SMT)는, 그들을 분리하여 패키지화하기 전에, "시트들(sheets)" 내에 광전자공학 어셈블리들을 만드는데 사용될 수 있다. 그러한 어셈블리 공정의 예를 도 14A와 14B에 나타내었는데, 거기서 탐지기 요소 980 과 서미스터 요소 982가 가변 박막 필터 기판 984의 반대면에 장착된다. 그러한 수 백 또는 수 천의 서브어셈블리들이 자동적으로 조립될 수 있고, 박막 필터 웨이퍼가 주사위꼴로 만들어지기 전에 솔더 리플로우(solder reflow)(또는 와이어본드(wirebond)) 공정이 적용될 수 있고, 결과 서브 어셈블리들은 패키지화된다.
도 14B는 그러한 어셈블리들을 만드는 한 방법을 설명한다. 기판 984는 탐지기 요소 980, 서미스터 요소 982, 가변 필터 요소 988, 및 다른 가능한 소자들을 수용하도록 패턴되고, 그 후 주사위꼴로 만들어진다. 그 후, 기판의 특정 조각들은 패턴된 금속 트레이스들(traces)과 함께 스탠드-오프 요소들을 생성하기 위해 쌓아진다.
사용된 광학소자
상술한 패키지들과 함께 사용될 수 있는 광학소자 배열들은 제한되지는 않으나, 하기를 포함한다: (1) 인바운드(inbound) 광학 신호들, 아웃바운드(outbound) 광학 신호들, 또는 인바운드와 아웃 바운드 광학 신호들 모두; (2) 가변 필터의 경우에는 시준된 것이 바람직하지만, 시준되거나 또는 초점이 맞추어진 빔들; (3) 단지 외부 광학소자만 사용, 외부와 내부 광학소자의 조합을 사용, 또는 내부, 패키지-집적 광학소자만을 사용; (4) 외부 광학소자 상, 투명한 윈도우에서 패키지 상에 사용되는 수동 광학 코팅, 또는 기판들 같이 반사방지 코팅, 고-반사 코팅 또는 선택적 파장 여과 목적의 내부 요소들; 및 (5) 패키지의 외부에 사용되는 단일- 또는 이중- 섬유 시준기들, 패키지 자체에 집적된 렌즈들, 또는 소자들을 패키지의 내부에 스택-업 하는데 사용되는 마이크로-광학소자 요소들과 같은 광학 요소들.
조리개 플레이트
열-광학적으로 가변 박막 필터를 사용하는 구현예들에서, 가변 박막 필터 내의 가열 요소는 일반적으로 적어도 두가지 이유로 인해서 가능한 한 적게 만들어져야 한다. 첫째, 가열되고 냉각되는데 더 적은 열 질량이 필요하기 때문에 더 적은 히터의 경우 장치의 속도가 더 빨라질 것이다. 둘째, 가변 요소가 전력 밀도에 비례하기 때문에 장치는 더 적은 전력으로 작동할 수 있다. 주어진 필요한 최대 온도에 대해서, 그 결과로 주어진 필요한 전력 밀도에서, 히터가 더 적을수록, 필요한 입력 전력이 낮아지기 때문이다.
그러나, 적은 가열 요소를 갖는 것의 단점은 시준된 빔을 자유 공간에 광학적으로 배열하기 위해 노력하는 동안 발생된다. 가변 필터를 통하여 전송된 모든 빛은 장치의 가열된 부분을 통과하여야 한다. 필터의 비가열 부분을 통과하거나 또는 장치의 필터되지 않은 부분을 통과하여 전송된 빛은 원하지 않는 파장들을 포함할 것이고, 목적하는 신호에 원하지 않는 잡음을 첨가할 것이다.
매우 낮은 비용의 패키징을 실현하기 위해서, 정렬은 가능한한 쉽고, 수동적이고 자동화되어야 한다. 이것을 달성하기 위한 한 접근은 가변 필터의 가열된 부분을 제외한 장치의 임의의 파트를 통과하여 전송된 임의의 빛을 막는 층을 장치에 집적하는 것이다. 가장 단순한 형태 내에서, 도 13A에 나타낸 바와 같이, 이것은 가열 요소에 정열된 작은 조리개를 가진 금속 층 907일 수 있다. 이 경우에, 정렬은 단지 시준된 빔의 일부분이 조리개를 치기에 충분할 정도면 족하다. 시준된 빔의 나머지는 결코 히터 지역의 외부를 칠 수 없는데, 그 이유는 이 빛은 전송되지 않고, 반사될 것이기 때문이다. 따라서, 조리개가 있는 빛-블로킹 층(light-blocking layer)("조리개 층")은 상대적으로 적은 히터를 가능하게 한다. 또한,히터 지역에 비교하여 조리개는 작아야 한다. 이것은 가열 요소의 에지들(edges) 근처에서 온도 비-균일을 확실히 최소화할 것이고, 더 좁은 피크를 낳을 것이다.
조리개 층은 필요로하는 양의 빛을 배제하기에 충분한 반사성을 갖기에 충분하도록 두꺼워야 한다. 그러나, 너무 두꺼우면 이것은 필름 스택에 원치않은 스트레스를 부가할 것이고 및/또는 너무 많은 열을 전도함으로써 장치의 해로운 열적 특성들의 원인이 될 수 있다. 만약 조리개 층이 너무 많은 열을 전도한다면, 조리개 내에 비-균일 온도 분포의 원인이 될 수 있고, 주어진 온도에 도달하기 위해 히터에 더 많은 입력 전력이 필요할 것이다. 또한, 조리개 층은 장치를 가변시키기 위해 필요한 충분히 높은 온도를 견딜 수 있어야 할 필요가 있다. 이 목적을 위해 사용될 수 있는 몇몇 공통 금속들은 다음을 포함한다: Al, Ag, Cu, Au, Pd, Pt, Ni. Fe, Cr, W 및 Ti. 이상적으로, 금속들이 일반적으로 그들의 융점에서 일부 약화되어 변형되기 때문에 재료는 관심있는 파장(예를 들어, 1550 nm)에서 높은 K 값, 높은 융점, 낮은 열 전도도, 및 낮은 열 질량(즉, 열 밀도 × 비열)을 가져야 하는데, 그 이유는 조리개 층이 너무 많은 열을 전도하지 않게 하기 위함이다. 비-금속성 재료들은 또한 조리개 층의 선택사항임을 유념해야 한다.
자유-공간 필터들:
본 발명에 기재된 구현예들에서 사용될 수 있는 가변 필터들의 종류들은 시준될 빛의 빔들을 수용하고 특정 파장 또는 전송 또는 반사을 위한 일련의 파장들을 걸러내는 "자유 공간(free-space)" 필터들이다. 이러한 필터들은 "자유-공간"필터들이라고 칭해지는데, 그 이유는 여과되어야 할 광학 빔들이 광섬유들 같이 그들을 웨이브가이드들로부터 추출하고 그들에 삽입하는 입력 및 출력 광학소자를 제외하고는 가이드되지 않기 때문이다. 그러한 다수의 가변 광학 필터는 이 기술분야에 잘 알려져 있다. 그것들은 제한되지는 않으나, 다음을 포함한다:
- 상기에서 언급한 열-광학적으로 가변 박막 필터들을 포함하는, 성능, 비용, 및 신뢰성에 있어서 우수한 이점들을 가지며, 이 패키징 포맷을 예외적으로 잘 피트하는 가변 박막 광학 필터들.
- 가변(tuning)의 목적으로 함께 또는 떨어져서 움직이는 둘 이상의 유전체 거울들을 사용하는 마이크로 전자기계적 시스템들(Microelectromechanical systems : MEMS)에 기초한 패브리-페럿(Fabry-Perot) 필터들; 이것은 종래의 실리콘-기재 MEMS와 폴리머 필름들 또는 다른 재료들에 기초한 그러한 장치들을 모두 포함한다.
- z-축을 따라서 빛-여행을 하기 위한 필터를 생성하기 위해 사용되는(또는 특정 파장 또는 축을 벗어난 일련의 파장들을 빗나가게 하기위해 사용된) 평면-내(in-plane) 패턴들이 있는 홀로그라피 또는 그레이팅 웨이브가이드-결합된 필터들.
- 피에조 박막들에 기초한 피에조-전기 패브리-페럿(piezo-electric Fabry-Perot).
현존하거나 또는 개발 중인 많은 다른 자유 공간 필터들은 여기에 기재된 패키징 접근으로부터 이익을 얻을 것이다.
본 발명이 상세한 구현예들을 사용하여 기재되었지만, 전술한 기재사항은 본 발명을 설명하기 위한 것이지, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 의도가 아니며, 본 발명의 범위는 하기하는 청구항들의 범위에 의해서 한정됨을 이해해야 할 것이다. 또한, 다른 관점들, 이점들, 및 변형들은 하기하는 청구항의 범위 내이다.

Claims (19)

  1. 다음을 포함하는 광전자 소자 (optoelectronic device):
    상단 표면을 포함하고 상단 표면을 통과해서 위로 신장하는 복수의 전도성 핀들(conduncting pins)을 포함하는 헤더(header);
    광 소자 (optical device);
    가변 광 필터(tunable optical filter)로서, 상기 광 소자와 상기 가변 광 필터가 상기 헤더 상에 탑재되어 상단 표면 위로 신장하는 수직 스택(vertical stack)내에 배열되어 있고, 상기 가변 광 필터가 하나의 세트의 상기 복수의 전도성 핀들에 전기적으로 접속되어 있는 가변 광 필터; 및
    상기 헤더에 부착되어 있고 헤더와 함께 광 소자 및 가변 광 필터를 포함하는 밀봉 내부(sealed interior)를 한정하는 캡(cap)으로서, 상기 캡이 그 안에 윈도우가 형성된 최상층 표면(top surface)을 구비하고 상기 윈도우가 가변 광 필터 및 광 소자와 나란히 정렬되어 있는 캡.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 헤더 및 캡이 TO (Transistor outline) 패키지인 광전자 소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 가변 광 필터가 열-광학적으로 가변가능한 박막 필터(thermooptically tunable thin film filter)인 광전자 소자.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 광 소자가 이미터(emitter)인 광전자 소자.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 광 소자가 검출기인 광전자 소자.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 광전자 소자가 상기 헤더의 최상층 표면 상에 탑재된 격리 구조(standoff structure)로서, 상기 격리 구조가 그 위에 광 소자가 탑재되는 제 1 표면 및 그 위에 가변 광 필터가 탑재되는 제 2 표면을 한정하는 격리 구조를 추가로 포함하는 광전자 소자.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 헤더 위의 캡이 기밀되게 밀봉된 내부를 형성하는 광전자 소자.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 캡이 섬유 커플링 광학계(fiber coupling optics)를 홀딩하는 칼라(collar)를 포함하는 광전자 소자.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 광전자 소자가 그 일표면에 형성된 필터 및 반대 표면 상에 탑재된 광 소자를 갖는 기판을 추가로 포함하는 광전자 소자.
  10. 다음을 포함하는 광전자 소자:
    상단 표면을 포함하고 상단 표면을 통과해서 위로 신장하는 복수의 전도성 핀들(conduncting pins)을 포함하는 헤더;
    상기 헤더의 최상층 표면상에 지지되고, 그 주 표면 (major surface)이 상기 헤더의 상단 표면과 실질적으로 평행한 광 소자로서, 상기 하나의 세트의 복수의 전도성 핀들과 전기적으로 접속되는 광 소자;
    상기 헤더에 부착되어 있고 헤더와 함께 광 소자를 포함하는 밀봉 내부(sealed interior)를 한정하는 캡으로서, 상기 캡이 그 안에 제 1 윈도우가 형성된 최상층 표면(top surface)을 포함하고 상기 헤더가 그 안에 형성된 제 2 윈도우를 구비하는 캡.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 헤더 및 캡이 TO (Transistor outline) 패키지인 광전자 소자.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 가변 광 필터가 열-광학적으로 가변가능한 박막 필터(thermooptically tunable thin film filter)인 광전자 소자.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 광 소자가 이미터(LED)인 광전자 소자.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 광 소자가 검출기인 광전자 소자.
  15. 제 10항에 있어서, 상기 광전자 소자가 상기 헤더의 상단 표면에 위치한 격리 구조(stnadoff structure)로서, 상기 격리 구조가 그 위에 광 소자가 탑재되는 제 1 표면 및 그 위에 가변 광 필터가 탑재되는 제 2 표면을 한정하는 격리 구조를 추가로 포함하는 광전자 소자.
  16. 제 10항에 있어서, 상기 헤더 위의 캡이 기밀되게 밀봉된 내부를 형성하는 광전자 소자.
  17. 제 10항에 있어서, 상기 캡이 그 안의 윈도우가 렌즈인 섬유 시준기(fiber collimator)를 홀딩하는 칼라(collar)를 포함하는 광전자 소자.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 광전자 소자가 그 일표면에 형성된 필터 및 반대 표면 상에 탑재된 광 소자를 갖는 기판을 추가로 포함하는 광전자 소자.
  19. 제 10항에 있어서, 상기 캡이 그의 최상층 표면으로부터 위로 신장하고 광 피드(optical feed)를 수용하는 구멍을 제공하는 페룰(ferrule)을 포함하는 광전자소자.
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