KR20050079198A - 양방향 광송수신기 - Google Patents

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윤영권
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류현호
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Abstract

본 발명은 광통신 소자들 간의 광축 정렬 구조에 관한 것으로서, 이를 위해 양방향 광송수신기에 있어서, 광신호를 입출력 하고, 한쪽면이 소정의 각도로 경사지게 연마된 광섬유와, 그 상부에 V 홈을 구비하며, 상기 V 홈에 상기 광섬유를 배치하는 기판과, 상기 기판에 경사지게 삽입되는 파장분배기 필터와, 상기 기판에 구비되어 광신호를 수신하는 포토 다이오드와, 상기 광섬유와 대향되는 위치에 구비되어 광신호를 송신하는 레이저 다이오드를 내장한 티오 캔과, 상기 광섬유, 상기 기판, 상기 티오 캔을 실장하는 단일 하우징으로 구성되어짐을 특징으로 하며, 이에 따라, 광송신기의 광원 구조 및 광축정렬 구조를 개선하여 낮은 삽입손실과 제작이 용이할 뿐만아니라, 제품의 부품수를 줄여 생산비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

Description

양방향 광송수신기{ BI-DIRECTIONAL OPTICAL TRANSCEIVER MODULE }
본 발명은 양방향 광송수신기에 관한 것으로, 특히, 광통신 소자들 간의 광축 정렬 구조에 관한 것이다.
통상적으로, 양방향 광송수신기는 광섬유를 이용한 광통신에서 상이한 파장의 빛을 이용하여 복수의 채널을 동시에 전송하는 방식으로서, 단일 모드 광섬유에서는 감쇠가 적은 1.3m와 1.55m 2종류의 광파장을 이용한다.
파이버 투 더 홈(FTTH)에서 파장 분할 다중 방식(WDM)을 이용하여 통신용 채널과 CATV용 채널을 한 줄의 광섬유에 집약하는 것이 가능하다. 송신과 수신을 위해 별도의 광섬유 선을 사용하는 대신 한개의 광섬유 선을 이용하여 송신 및 수신을 할 수 있도록 하면 광섬유의 포설에 드는 비용을 절감할 수 있으며, 이에 따라 여러 가지 광 부품의 수 또한 줄게 되어 더욱 경제성 있는 광통신을 구현할 수 있게 된다.
양방향 광송수기는 능동소자(Active Photonic Device : 레이저 다이오드(LD: Laser Diode), 포토 다이오드( PD : Photo Diode) 등)와 수동소자(Passive Photonic : 웨이브 가이드(waveguide), 광섬유(optical fiber.) 등) 로 구성된다.
통신용 광모듈은 실제 전기적 신호를 광신호로 변환하는 레이저 다이오드(LD)와 이를 구동하기 위한 전자 부품 그리고 변환된 광신호를 전송로인 광섬유로 접속하기 위한 광학 부품으로 구성된다.
여기서, 종래의 전기신호를 광신호로 바꾸는 광송신기 부분의 광축 정렬구조를 살펴보면,
종래의 양방향 광송수기의 구조는 크게 PLC(Planar Lightwave Circuit) 기판을 이용한 형태와 티오 캔을 이용한 형태로 나누어진다.
먼저, 도 1은 종래 기술에 따른 2개의 티오 캔을 구비한 양방향 광송수신기를 나타낸 도면이다.
양방향 광송수신기(1)는 외부에서 입력되는 광신호와 내부 능동 소자인 레이저 다이오드(LD)(3) 및 포토 다이오드(PD)(4)에서 입출력되는 광신호 각각의 파장을 분배 해주는 파장 분배기(6)와, 상기 파장 분배기(6)에서 분리된 각각의 파장을 인식하여 입출력하는 수광 소자인 광섬유(6)를 집합하여 구성된 송수신기 모듈로 구성되어져 있다.
상기 파장 분배기(6)는 상기 레이저 다이오드(LD)(3)로부터 입력되는 광신호와 외부로부터 입력되는 광신호를 분할하는 파장분배기(6)와 광신호들의 송수신 통로 역할을 하는 Y분배기(미도시 됨)로 구성된다.
상기 파장 분배기(6)는 송수신기 모듈과 Y분배기의 중앙에 개재되어져 있으며, 상기 파장 분배기(6)로서는 입력 광신호를 파장 대역별로 다중 분할하는 파장 분할 다중화 필터와, 멀티플렉서 필터 또는 브래그 회절격자등이 사용가능하다.
상기 Y분배기는 광 도파로관으로서, 외부로부터 입력되는 광신호와 상기 레이저 다이오드(3)로부터 출력되는 광신호 각각의 통로 역할을 하는 공통 도파로관을 구비하여 구성된다.
상기 송수신기 모듈은 입력신호를 광신호로 변조시키는 레이저 다이오드(3)와 상기 레이저 다이오드의 광세기를 모니터링하는 광섬유를 통해 입력되는 광신호를 검출하는 광 검출기(미도시 됨)로 구성되어진다.
광송신부분과 광수신부분을 각각의 티오 캠(2)으로 제작하여 능동 정렬하고 결합하는 방식이다.
티오 캔(2) 자체가 제작이 보편화된 기술이라 적은 제작비용과 높을 수율로 된 양방향 광송수신기의 형태이다.
하지만 각각의 티오 캔(2)을 결합하다 보니 트리플렉터(Triplexer)의 경우 3개의 티오 캔(2)을 사용해야 되어 크기가 커진다. 또한 티오 캔(2)의 숫자 만큼 능동 정렬 과정을 거쳐야 하므로, 공정시간이 증가하고, 2개의 티오 캔(2)을 사용하는 디플렉터(Diplexer)에 비해 부품의 수가 증가하게 되어 조립시 수율 저하가 나타나는 문제점이 있었다.
도 2는 종래 기술에 따른 PLC 기판을 이용한 양방향 광송수신기를 나타낸 도면이다.
PLC 기판(20)을 이용한 형태의 양방향 광송수신기(10)는 PLC 기판(20) 상에 형성된 커넥터(30)와, 포토 다이오드(PD)(40)와, 레이저 다이오드(LD)(50)과, 상기 레이저 다이오드(50)에서 출력되는 광의 세기를 모니터링 하기 위한 광 신호 감시기(mPD : monitor PD)(미도시됨) 등을 포함하면 상기 PLC 기판(20)상에 상기 포토 다이오드(40)와 레이저 다이오드(50)를 각각으로 이분기된 와이-브랜치(Y-brench)구조의 도파로(60)가 형성된다.
상기 포토 다이오드(40)는 상기 도파로(60)를 통해서 입력되는 광신호를 검출한다. 상기 레이저 다이오드(50)은 기 실정된 파장의 광을 생성하며, 생성된 상기 광을 상기 도파로(60)를 통해서 상기 광소자의 외부로 출력한다.
상기 도파로(60)는 와이-브랜치 구조로서, 이 분기된 도파로(60)들 각각은 상기 포토 다이오드(40)와 상기 레이저 다이오드(50)에 대항된다.
또한, 상기 양방향 광송수신기(10)는 L 자 형태의 하우징(70)을 구비하고, 상기 L 자 형태의 하우징(70)에 상기 PLC 기판(20)을 안착시키며, 상기 하우징(70)의 일측면에 광섬유(80)를 구비하고, 상기 광섬유(80)에 대항되는 위치에 커넥터(30)가 구비된다.
상기 양방향 광송수신기(10)는 상기 PLC 기판(20)에 광섬유(80)를 실장하고, 상기 광섬유(80)를 상기 도파로(60)의 일단에 수동 정렬시킨 구조의 양방향 광송수신 모듈등 도 제안되어 있다.
이러한 상기 양방향 광송수신기(10)는 수동 정렬 구조이므로, 제작에도 어려움이 따를 뿐만 아니라 수신기 부분의 포토 다이오드(PD), 송신기 부분의 레이저 다이오드(LD), 상기 레이저 다이오드의 뒷면에서 나오는 광신호를 측정하여 레이저 다이오드의 동작상태를 감시하는 광신호 감시기(mPD : monitor PD)를 하나의 PLC 기판 위에 정렬하고, 각각의 소자를 1∼2um이내의 오차내에서 정확히 부착하여야 한다.
이러한 부착공정이 높은 정밀성 요구와 함께 특수한 광소자의 제작도 요구하게 된다.
상기 레이저 다이오드(LD)이 경우 출사광의 출사각도가 매우 작게 제작되어야 하고 각 광소자가 PLC기판에 부착시 높은 삽입손실을 가져오게 된다.
또한, DFB 레이저 다이오드 부착시 아이솔레이터(isolator)가 부착될 수 있는 공간이 없게 된다.
또한, 광도파로용 특수한 포토 다이오드(PD)를 제작하여야 한다. 특수한 레이저 다이오드(LD) 및 포토 다이오드(PD)의 제작과 부착공정상의 어려움으로 공정비용이 증가하며, 수율도 낮은 단점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 제작 공정이 단순하고, 소형 제작이 용이한 양방향 광송수신기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 능동 소자(LD, PD 등)와 수동소자(웨이브 가이드, 광섬유 등)가 포함된 단일 하우징을 구비함으로써, 광송신기의 광원 구조 및 광축정렬 구조를 개선하여 낮은 삽입손실과 제작이 용이하도록 한 양방향 광송수신기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 능동 소자( LD, PD 등)와 수동소자(웨이브 가이드, 광섬유 등)가 포함된 단일 하우징을 구비함으로써, 제품의 부품수를 줄여 생산비용을 절감할 수 있도록 한 양방향 광송수신기를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 양방향 광송수신기에 있어서,
광신호를 입출력 하고, 한쪽면이 소정의 각도로 경사지게 연마된 광섬유;
그 상부에 V 홈을 구비하며, 상기 V 홈에 상기 광섬유를 배치하는 기판;
상기 기판에 경사지게 삽입되는 파장분배기 필터;
상기 기판에 구비되어 광신호를 수신하는 포토 다이오드;
상기 광섬유와 대향되는 위치에 구비되어 광신호를 송신하는 레이저 다이오드를 내장한 티오 캔과 아이솔레이터; 및
상기 광섬유, 상기 기판, 상기 티오 캔등을 실장하는 단일 하우징으로 구성되어짐을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 7과 같이, 양방향 광송수신기(100)는 광섬유(200)와, 기판(300)과, 파장분배기 필터(400)와, 포토 다이오드(500)와, 티오 캔(600)과, 단일 하우징(700)으로 이루어져 있다.
상기 광섬유(200)는 광신호(800)(900)를 상기 양방향 광송수신기의 외부로 입출력시킬 수 있도록 한쪽면이 경사지게 연마되어 있다.
상기 기판(300)에는 상기 파장 분배기 필터(400)와, 포토 다이오드(500)를 구비하고 있다.
상기 기판(300)의 상부에는 상기 광섬유(200)를 배치할 수 있도록 V 홈(301)이 형성되어 있고, 상기 광섬유(200)의 경사면과 동일 방향으로 경사지게 상기 파장 분배기 필터(400)를 삽입되도록 되어 있다.
상기 포토 다이오드(500)는 상기 파장 분배기 필터(400)를 통한 광신호(900)를 수신하도록 상기 파장 분배기 필터(400)의 상부에 구비되어 있다.
상기 티오 캔(600)은 광신호(800)를 송신하는 레이저 다이오드(미도시 됨)를 내장하고, 상기 광섬유(200)와 대향되는 위치에 구비되어 있다.
상기 티오 캔(600)과 상기 광섬유(200)의 사이에는 아이솔레이터(isolator)(1000)가 위치할 수 있다.
상기 단일 하우징(700)은 상기 수동소자인 광섬유(200)와 상기 능동 소자( PD, LD등 )를 구비한 기판(300) 및 티오 캔(600)을 실장할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 기판(300)은 실리콘 광학 벤치(Sillicon Optical Bench : SiOB)로 이루어져 있다, 실리콘 기판이라고도 한다.
또한, 상기 기판(300)은 PLC(Planar Lightwave Circuit) 기판(300)으로 이루어져 있다.
또한, 상기 파장 분배기 필터(400)는 상기 광섬유(200)의 경사면과 동일방향으로 경사지게 배치되어 있다.
또한, 상기 기판(300)에는 상기 광섬유(200) 및 파장 분배기 필터(400)와 동일 방향으로 경사지게 배치시킬 수 있도록 경사홈(302)이 형성되어 있다.
또한, 상기 단일 하우징(700)은 U 자 형상으로 이루어져 있다.
또한, 상기 단일 하우징(700)의 일측면에는 상기 광섬유(200)를 고정시킬 수 있도록 지지홀더(201)가 구비되어 있다.
상기 단일 하우징(700)의 타일측면에는 상기 티오 캔(600)을 고정시킬 수 있도록 고정홀더(601)가 구비되어 있다.
상기 단일 하우징(700)의 양측면에는 상기 지지홀더(201)와 고정홀더(601)를 관통하여 결합하도록 결합홀(701)이 형성되어 있다.
상기 단일 하우징(700)에는 상기 기판(300)을 안착시킴과 동시에 고정시킬 수 있도록 기판 안착부(702)가 형성되어 있다.
또한, 상기 V 홈(301)은 다양한 형태로 이루어진 광섬유(200)를 배치할 수 있다.
또한, 상기 파장분배기 필터(400)는 다양한 형태로 대체될 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 양방향 광송수신기의 동작과정을 첨부된 도 3 내지 도 7을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3 및 도 4와 같이, 양방향 광송수신기(100)는 단일 하우징(700)에 상기 광섬유(200), 상기 기판(300), 상기 티오 캔(600)등을 실장한다.
이 상태에서, 상기 티오 캔(600)에 내장된 능동소자의 레이저 다이오드(미도시 됨)에서 광신호(800)를 변조되어 상기 기판(300)에 구비된 경사지게 삽입된 파장 분배기 필터(400)를 투과한다.
상기 티오 캔(600)의 레이저 다이오드는 항상 단면발상 광원이다.
여기서 상기 레이저 다이오드에 순바이어스를 가하면 활성층으로 주입된 전자들의 재결합으로 광자의 자연 방출이 일어나면 방출된 광의 일부는 귀환하여 주입된 전자들을 유도한다. 전류밀도가 충분히 높아지면 주입된 많은 양의 전하들이 재결합을 유도하므로 광이득이 커진다.
도 6 및 도 7과 같이, 상기 파장 분배기 필터(400)를 통과한 광신호(800)(900)는 상기 수동소자의 광섬유(200)를 통해 외부로 입출력된다.
도 7과 같이, 다시 상기 광섬유(200)를 통해 재입력되는 광신호(900)는 상기 파장 분배기 필터(400)에 의해 수직 반사되어 상기 수광소자인 상기 포토 다이오드(500)으로 전송시킨다.
상기 포토 다이오드(500)는 입력되는 광신호(900)를 검출하고, 상기 레이저 다이오드에서 기 설정된 광을 생성하며, 생성된 광을 상기 파장 분배기 필터(400)를 통해 다시 외부로 출력한다.
도 4 및 도 5와 같이, 상기 단일 하우징(700)의 일측면에 광섬유(200)를 구비하고, 상기 광섬유(200)와 대항되는 정면 위치에 레이저 다이오드를 실장한 티오 캔(600)을 구비하여 상기 레이저 다이오드로부터 입출력된 광신호(800)(900)를 직진 투과 시키고 외부로부터 입력되는 광신호(900)는 소정의 각도로 경사지게 삽입된 파장 분배기 필터(400)에 의해 상기 포토 다이오드(500)로 입력시킨다.
또한, 도 6 및 도 7과 같이, 상기 티오 캔(600)과 상기 광섬유(200)의 사이에는 아이솔레이터(isolator)(1000)가 위치하여 광신호(900)를 전송할 때 한쪽방향으로는 감쇠가 거의없고, 그 반대 방향에는 감쇠가 발생한다.
이상에서 설명한 본 발명의 양방향 광송수신기는 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 양방향 광송수신기에 의하면,
양방향 광송신수기에서 능동 소자(LD, PD 등)와 수동소자(웨이브 가이드, 광섬유 등)가 포함된 단일 하우징을 구비함으로써, 제작 공정이 단순하고, 소형 제작이 용이하며, 광송신기의 광원 구조 및 광축정렬 구조를 개선하여 낮은 삽입손실 및 제작이 용이할 뿐만아니라, 제품의 부품수를 줄여 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 캔을 구비한 양방향 광송수신기를 나타낸 단면도,
도 2는 종래 기술에 따른 PLC 기판을 구비한 양방향 광송수기를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 양방향 광송수신기의 구성을 나타낸 분해 사시도,
도 4는 도 3의 A부 확대 분해 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 양방향 광송수신기의 결합상태를 나타낸 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 양방향 광송수신의 사용상태를 나타낸 측단면도,
도 7은 도 6의 B부 확대 측단면도.

Claims (10)

  1. 양방향 광송수신기에 있어서,
    광신호를 입출력 하고, 한쪽면이 소정의 각도로 경사지게 연마된 광섬유;
    그 상부에 V 홈을 구비하며, 상기 V 홈에 상기 광섬유를 배치하는 기판;
    상기 기판에 경사지게 삽입된 파장분배기 필터;
    상기 기판에 구비되어 광신호를 수신하는 포토 다이오드;,
    상기 광섬유와 대향되는 위치에 구비되어 광신호를 송신하는 레이저 다이오드를 내장한 티오 캔; 및
    상기 광섬유, 상기 기판, 상기 티오 캔등을 실장하는 단일 하우징으로 구성되어짐을 특징으로 하는 양방향 광송수신기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 광학 벤치로 이루어짐을 특징으로 하는 양방향 광송수신기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 광도파로가 내재된 PLC 기판으로 이루어짐을 특징으로 하는 양방향 광송수신기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 파장분배기 필터는 상기 광섬유의 경사면과 동일방향으로 경사지게 배치되어짐을 특징으로 하는 양방향 광송수신기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 기판에는 상기 광섬유 및 파장분배기 필터와 동일방향으로 경사지게 배치시키는 경사홈이 더 형성되어짐을 특징으로 하는 양방향 광송수신기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 단일 하우징는 U자 형상으로 이루어짐을 특징으로 하는 양방향 광송수신기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 단일 하우징의 일측면에는 상기 광섬유를 지지홀더에 의해 고정시키고, 타일측면에는 티오 캔을 고정홀더에 의해 고정시킴을 특징으로 하는 양방향 광송수신기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 단일 하우징의 양측면에는 상기 지지홀더와 고정홀더를 관통하여 결합하도록 적어도 하나 이상의 결합홀이 더 형성되어짐을 특징으로 하는 양방향 광송수신기.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 단일 하우징에는 상기 기판을 안착시킴과 동시에 고정시키는 기판 안착부가 더 형성되어짐을 특징으로 하는 양방향 광송수신기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 티오 캔과 상기 광섬유 사이에는 아이솔레이터가 고정되어 있음을 특징으로 하는 양방향 광송수신기.
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