KR20060005078A - 통신용 양방향 광송수신 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신용 양방향 광송수신 모듈에 관한 기술 분야로 특히 레이저 다이오드, 모니터용 포토다이오드, 수신용 포토다이오드, 전치 증폭기, WDM 필터, 마이크로 렌즈 등을 하나의 mini-DIL 패키지 내에 집적화시킨 양방향 광모듈 패키지 구조에 관한 것이다.

정밀 가공한 세라믹 블럭을 이용하여 높이 및 위치를 정밀하게 고정시켜 광결합 패키징 공정 및 정렬 시간을 단축시키는 기술로 광섬유에 대해 레이저 다이오드는 능동 정렬하고 포토 다이오드는 기계적 공차에 의한 수동 정렬하여 광정렬에 소요되는 시간을 단축시키고, 수신되는 광신호는 투과시키되 포토 다이오드로부터 새 들어오는 송신광은 차단시켜 수신감도를 향상시키는 효과가 있다.

집적형 WDM 블럭, 세라믹, 서브마운트, 능동정렬, 양방향 광모듈 패키징

Description

통신용 양방향 광송수신 모듈{The bi-directional optical communicating modules}

도 1은 종래기술의 일실시예에 따른 양방향성 광모듈의 구조이다.

도 2는 종래기술의 다른 실시예에 따른 양방향성 광모듈의 구조로서 광원부, 수광부, 광필터, 렌즈, 광원-광필터-렌즈 조립용 기구물 및 광부품 배치도이다.

도 3은 도 2의 광원부, 수광부, 광필터, 렌즈, 광원-광필터-렌즈 조립용 기구물 및 광부품이 mini-DIL 패키지에 조립된 상태를 나타내는 조립도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 집적형 WDM 블럭, 볼 렌즈 및 광섬유의 배치를 사시도로 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 mini-DIL 패키지의 사시도이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 도 4의 집적형 WDM 블럭, 볼 렌즈 및 광섬유 등이 도 5의 mini-DIL의 안에 조립된 상태를 위에서 본 상태의 조립도이다.

도 7은 도 6의 포토 다이오드와 마이크로 볼 렌즈의 사이에 광필터가 추가로 배치된 상태를 나타내는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조립도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

60 : 집적형 WDM 블럭 61 : 서브 마운트

62 : 포토 다이오드 홀더 63 : 포토 다이오드

64 : 레이저 다이오드 홀더 65 : 레이저 다이오드

66 : 광필터 67 : 마이크로 볼 렌즈

70 : 볼 렌즈 80 : 페룰 홀더

81 : 광섬유 페룰 82 : 광섬유

90 : mini-DIL 패키지 91 : 금속링

92 : 관통구멍

본 발명은 통신용 양방향 광송수신 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 다이오드, 모니터용 포토다이오드, 수신용 포토다이오드, 수신용 전치증폭기, 필터, 마이크로 렌즈 등을 세라믹 기판에 위에 정렬한 후 이를 하나의 mini-DIL 패키지 내에 집적화시켜 소형화를 이룸과 동시에 불량률을 저감하고 crosstalk를 줄이도록 한 통신용 양방향 광모듈에 관한 것이다.

일반적인 종래의 통신용 양방향성 광송수신 모듈은 도 1에서 보는 바와 같이 지금까지 보편적으로 사용되어 오고 있는 TO형 레이저 다이오드 모듈(11)과 TO형 포토 다이오드 모듈(12)을 광필터를 중심으로 기계적으로 조합한 형태를 가지고 있다. 여기서, TO형 광모듈은 원통형 트랜지스터 패키지를 응용한 것으로 TO란 Transistor Outline의 약자로서 트랜지스터 칩을 패키징하기 위한 표준 중 하나이며, 실린더 형상의 금속 하우징을 사용하는 패키징 표준인데 그 직경과 높이에 따라 TO66, TO56, TO46, TO41, TO39, TO38, TO18, TO5, TO3 등으로 분류된다.

레이저 다이오드 모듈에는 레이저 다이오드(1)와 레이저 다이오드의 광출력을 감시하는 m-PD(미도시)가 내장되고 포토 다이오드 모듈은 포토 다이오드(3)에 필요시 전치증폭기(미도시)가 부가된 형태를 가지며, 렌즈(5)가 부착된 캡(cap)에 의해 밀봉되며, 그 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다.

먼저 레이저 다이오드로부터 출력된 송신광은 광필터(6)를 투과하여 부착 광섬유(9)가 삽입된 페룰(8)로 cap의 렌즈에 의해 집속되며 역으로 부착 광섬유로부터 양방향성 광모듈로 입사하는 수신광은 광필터(6) 표면에서 반사된 후 캡의 렌즈에 의해 TO형 포토 다이오드 모듈(12)의 포토 다이오드(3)에 집속된다. 여기서 광필터의 45도 경사 입사광에 대한 투과/반사 파장을 선택함에 따라 서로 다른 파장에 대한 광신호의 동시 송수신이 가능해진다. 예를 들어, 1.3㎛ 파장 투과/ 1.55㎛ 파장 반사의 특성을 가진 이색성 광필터(dichroic filter)를 사용할 경우 레이저 다이오드는 1.3㎛ 파장의 광신호를 송신하게 되고, 포토 다이오드는 1.55㎛ 파장에 실려오는 광신호를 수신하게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 통신용 양방향성 광모듈은 다음과 같은 단점을 지니고 있었다.

첫째, 이 방법은 레이저 다이오드와 볼 렌즈, 광필터가 금속으로 연결되어 있어 온도 변화에 따른 열팽창 영향을 크게 받게 되며 따라서 온도 변화에 따른 광경로 변화가 심하게 나타난다. 즉, 레이저 다이오드에서 방출되는 빛이 볼 렌즈와 광필터를 거쳐 광섬유 끝단에 촛점이 위치하도록 설계된 WDM 블럭에서 열팽창에 의하여 레이저 다이오드와 볼 렌즈 사이의 거리가 증가하면 촛점이 광섬유 끝단보다 앞쪽에 위치하게 되어 광섬유로 집속되는 빛의 양이 줄어들게 된다. 반대로 온도가 내려갈 경우에도 레이저 다이오드와 볼 렌즈 사이의 거리가 감소하여 촛점이 광섬유 끝단 뒤쪽에 위치하게 되어 광섬유로 집속되는 빛의 양이 줄어들게 된다. 이러한 광출력의 변화는 통신용 광모듈의 경우 동작 온도 범위(통상적으로 -40도 ~ 85도)내에서 광출력의 변화가 +/- 1dB 이내이어야 한다고 규정되어 있으며 기존 상용 제품 제작시 발생하는 불량의 대부분을 차지한다.

둘째, 수신되는 광신호 뿐만 아니라 포토 다이오드로부터 새 들어오는 송신광까지 투과시킴으로 인해 누화(crosstalk)가 발생되어 수신감도가 낮아질 수 있다는 단점이 있었다.

셋째, 제작 공정시 레이저 다이오드 TO-56 모듈을 광섬유와 정렬시켜 고정시킨 다음 수신용 포토다이오드 TO-46 모듈을 정렬시켜야 한다. 이때 레이저 다이오드와 수신용 포토다이오드 사이의 거리가 상당히 떨어져 있어(10 mm 이상) 금속으로 된 WDM 블럭의 정밀도, 렌즈 및 광필터의 위치 등의 오차로 인하여 광축이 정확히 맞지 않을 경우 광 정렬 시간이 많이 걸리고 수신 감도의 불량 비율도 증가한다.

넷째, 레이저 다이오드(1)로 구성된 TO형 레이저 다이오드 모듈(11)과 포토다이오드(3)로 구성된 TO형 포토 다이오드 모듈(12)이 개별 TO형 LD 및 PD 패키지를 사용함으로써 전체 WDM(Wavelength divisional multiplexing) 블럭의 부피가 커지게 되어 현재 국제적으로 표준화된 소형 광모듈(small form factor)에 관한 규격인 MSA 규격을 만족시키기가 어렵다.

다섯째, 개별 TO를 제작하는데 소요되는 부품 및 공정 비용의 증가에 따라 양방향성 모듈의 가격이 높고 TO형 레이저 다이오드 모듈, TO형 포토 다이오드 모듈 및 광페룰 등 3 부분에 대한 레이저 용접이 필요하므로 제작이 어렵다.

여섯째, 레이저 용접으로 접합된 부분은 기밀성이 없으므로 양방향성 광모듈의 핵심 광부품인 광필터(6)가 밀봉되지 않은 모듈 하우징(10) 내부에 장착되게 되어 신뢰성이 낮다.

상기한 바와 같은 종래의 양방향성 광모듈에서 나타나는 제반 문제점들 중에서 위에서 열거한 셋째 내지 여섯째 문제점들을 해결하기 위한 구조가 대한민국 공개특허공보 특2003-0032774호에 개시되어 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면 이 특허에 개시된 양방향성 광모듈은 현재 소형화 광모듈 제작에 사용되고 있는 8 pin mini-DIL(dual inline) 패키지(51)와 이 패키지(51) 내부에 배치되는 광원-광필터-렌즈 조립용 기구물(31)로 구성되어 있다.

상기 특허의 광모듈은 광원부의 레이저 다이오드(1)와 부착 광섬유(8) 사이에 광필터(44)를 배치하고 이 광필터(44) 아래에 광수신부(22)를 배치함으로써, 광 필터(44)를 투과하여 광원부(21)-광섬유를 연결하는 광경로와, 광필터(44)에서의 반사에 의해 광수신부(22)의 포토 다이오드-부착 광섬유 사이의 광경로가 형성되는 것을 이용한다. 즉, 부착 광섬유로부터 양방향성 광모듈로 입사하는 수신광은 광섬유가 삽입된 페룰(8)을 거쳐 렌즈(5)를 통과한 후 집광되는 경로 중에서 패키지 바닥 쪽으로 기울어진 광필터(44)를 만나 이 광필터(44)에서 반사하게 되어 바닥에 배치된 광수신부(22)의 포토 다이오드(41) 표면에 집속됨으로써 광신호의 수신이 이루어진다. 또한, 기구물에 조립된 레이저 다이오드로(1)부터 출력된 신호광은 광필터(44)를 투과한 후 렌즈(5)에 의해 페룰(8)로 고정된 광섬유에 집속되어 부착 광섬유를 따라 출력됨으로써 광신호의 송신이 이루어진다. 여기서 광필터(44)의 파장에 따른 반사 및 투과 특성에 따라 부착 광섬유를 거쳐 포토 다이오드로 입사하는 수신 광신호의 파장과 레이저 다이오드(1)로부터 부착 광섬유로 출력되는 송신 광신호의 파장이 분리되도록 되어 있다.

그러나, 상기 대한민국 공개특허공보 특2003-0032774호에 개시된 양방향성 광모듈에 있어서도, 레이저 다이오드(1)와 볼 렌즈(5), 광필터(44)가 금속으로 된 광원-광필터-렌즈 조립용 기구물(31)에 연결되어 있어 온도 변화에 따른 열팽창 영향을 크게 받게 되며 따라서 온도 변화에 따른 광경로 변화가 심하게 나타난다. 즉, 레이저 다이오드(1)에서 방출되는 빛이 볼 렌즈(5)와 광필터(44)를 거쳐 광섬유 끝단에 촛점이 위치하도록 설계된 광원-광필터-렌즈 조립용 기구물(31)에서 열팽창에 의하여 레이저 다이오드(1)와 볼 렌즈(5) 사이의 거리가 증가하면 촛점이 광섬유 끝단보다 앞쪽에 위치하게 되어 광섬유로 집속되는 빛의 양이 줄어들게 된다. 반대로 온도가 내려갈 경우에도 레이저 다이오드(1)와 볼 렌즈(5) 사이의 거리가 감소하여 촛점이 광섬유 끝단 뒤쪽에 위치하게 되어 광섬유로 집속되는 빛의 양이 줄어들게 되어 불량품이 발생된다고 하는 문제점을 지니고 있었다.

또한, 이 종래의 특허에서는 그 공보의 명세서 6면에 기재된 바와 같이 레이저 다이오드(1)를 구동시켜 부착 광섬유(9)로 결합되는 광량을 측정하면서 페룰(8)을 광정렬하고 부착 광섬유(9)를 통해 수신광을 입사시키면서 검출되는 광전류를 이용하여 광수신부 블럭(22)을 광정렬한 후 패키지 바닥에 고정하는 등 레이저 다이오드(1) 뿐만 아니라 포토 다이오드(41)까지 능동정렬 함으로써 광 정렬에 비교적 많은 시간이 소요된다는 단점이 있었다.

아울러, 이 종래의 특허에서도 수신되는 광신호 뿐만 아니라 포토 다이오드 로부터 새 들어오는 송신광 까지 투과시킴으로 인해 누화(crosstalk)가 발생되어 수신감도가 낮아지게 된다는 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 제반 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 레이저 다이오드와 볼 렌즈, 광필터가 세라믹으로 제작된 세라믹재의 서브 마운트에 연결되어 있어서 온도 변화에 따른 열팽창이나 수축 등이 나타나지 않고 광 경로나 광출력의 변화도 크게 나타나지 않는 통신용 양방향 광송수신 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 광섬유에 대해 레이저 다이오드는 능동 정렬하고 포 토 다이오드는 기계적 공차에 의한 수동 정렬을 하여 광정렬에 소요되는 시간을 단축시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수신되는 광신호는 투과시키되 포토 다이오드 로부터 새 들어오는 송신광은 차단시켜 수신감도를 향상시키는 추가의 광필터를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 하나의 mini-DIL 패키지 내에 집적형 WDM 블럭을 내장시킨 통신용 양방향 광송수신 모듈에 있어서, 레이저 다이오드가 설치되고 적층형 세라믹으로 제작된 레이저 다이오드 홀더와, 이 레이저 다이오드 홀더와 수직하게 배치되고 일측에 수신용 포토 다이오드가 설치되며 적층형 세라믹으로 제작된 포토다이오드 홀더와, 상기 레이저 다이오드 홀더와 포토 다이오드 홀더의 안쪽 수납공간에 각각 수용된 마이크로 볼 렌즈와, 상기 레이저 다이오드 홀더와 포토 다이오드 홀더의 사이에 경사지게 설치된 광필터를 포함하며, 상기 레이저 다이오드 홀더와 포토 다이오드 홀더와 마이크로 볼 렌즈와 광필터가 모두 서브마운트 위에 정렬되어 고정되어 있는 집적형 WDM 블럭과; 내부에 상기 집적형 WDM 블럭을 수납하는 것을 포함하는 수납공간을 형성하고 전면벽에 관통구멍을 형성하는 mini-DIL 패키지와; 상기 페룰 홀더에 의해 mini-DIL 패키지의 관통구멍의 입구 쪽에 장착되며 내부에 광섬유가 내장되어 있는 광섬유 페룰과; 상기 mini-DIL 패키지의 관통구멍에 설치되며 레이저 다이오드 홀더와 포토 다이오드 홀더 및 광섬유 페룰의 사이에 배치되는 볼 렌즈를 포함하며; 상기 서브마운트가 세라믹으로 제작된 것임을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 포토 다이오드와 그에 인접한 마이크로 볼 렌즈의 사이에 송신되는 광신호는 차단하고 수신되는 광신호는 투과시키는 광필터를 추가로 설치하여 수신감도를 향상시킨 것이 바람직하다.

상기 세라믹재의 서브마운트의 위에 정렬되어 고정되거나 상기 서브마운트의 위에 고정되지 않고 별도로 설치되되 상기 포토 다이오드 홀더의 뒤에 인접하게 위치하는 전치증폭기를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 광섬유에 대해서 상기 레이저 다이오드는 능동 정렬시키고 포토 다이오드는 기계적 공차에 의해 수동 정렬시킨 것이 바람직하다.

상기 레이저 다이오드 홀더와 포토 다이오드 홀더에는 레이저 다이오드 및 포토 다이오드의 부착과 임피던스 정합 그리고 와이어 본딩을 위하여 Au/Sn이 증착되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 세라믹재의 레이저 다이오드 홀더와 세라믹재의 포토 다이오드 홀더 및 세라믹재의 서브마운트는 각각 질화 알루미늄 기판인 것이 바람직하다.

아울러, 상기 레이저 다이오드 홀더 및 포토 다이오드 홀더는 각각 그 하부의 수평단면이 'ㄷ'자형인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 집적형 WDM 블럭, 볼 렌즈 및 광섬유의 배치를 사시도로 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 mini-DIL 패키지의 사시도이며, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 도 4의 집적형 WDM 블럭, 볼 렌즈 및 광섬유 등이 도 5의 mini-DIL의 안에 조립된 상태를 위에서 본 상태의 조립도이다.

도 4 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 본 발명은 현재 소형화 광모듈의 제작에 많이 이용되고 있는 mini-DIL 패키지(90)와; 레이저 다이오드 부착과 볼 렌즈 고정을 위하여 적층형 세라믹으로 제작된 레이저 다이오드 홀더(64)와, 레이저 다이오드 홀더(64)와 직각으로 배치되며 수신용 포토다이오드와 마이크로 볼 렌즈(67)의 고정을 위하여 적층형 세라믹으로 제작된 포토 다이오드 홀더(62)와, 이 홀더(62)의 뒤에 인접하게 위치하는 전치증폭기(68)와, 광필터(66) 및 마이크로 볼 렌즈(67)가 모두 세라믹 서브 마운트(61)에 장착되고 나서 상기 mini-DIL 패키지(90) 내부에 배치되어 조립되는 집적형 WDM 블럭(60)과; 내부에 광섬유(82)가 내장되어 있는 광섬유 페룰(81)과; 상기 mini-DIL 패키지의 관통구멍(92)의 일측에 위치하되 레이저 다이오드 홀더(64)와 포토 다이오드 홀더(62) 및 광섬유 페룰(81)의 사이에 배치되는 볼 렌즈(70)로 구성되어 있다.

여기에서, 상기 서브마운트(61)는 세라믹, 바람직하기로는 질화 알루미늄으로 만들어져 있으며 레이저 다이오드 홀더(64)와 포토 다이오드 홀더(62)와 마이크 로 볼 렌즈(67)와 광필터(66) 및 전치증폭기(68)는 모두 세라믹재의 서브마운트(61) 위에 정렬되어 고정되어 있는 것으로 도시되어 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 예컨대 필요에 따라 전치증폭기(68)가 설치되지 않을 수도 있고 설치되는 경우라도 도 4, 도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이 포토 다이오드 홀더(62)의 뒤에 인접하게 위치하되 서브마운트(61)의 위에 고정되지 않고 별도로 설치될 수도 있는 것이다.

상기 mini-DIL 패키지(90)는 그 내부에 수납공간을 형성하여 집적형 WDM 블럭(60)을 수납할 수 있게 되어 있고 그 전면벽에 관통구멍(92)을 형성하여 후술하는 광섬유(82)를 내장한 광섬유 페룰(81)을 관통구멍(92)의 입구 쪽에 설치할 수 있게 되어 있다.

상기 광섬유 페룰(81)은 통상적으로 페룰 홀더(80)에 의해 mini-DIL 패키지(90)의 전면에서 관통구멍(92)의 주위에 부착되어 있는 금속링(91)에 장착되며 내부에 광섬유(82)가 내장되어 있어 광필터(66)에 입사되면서 굴절, 투과하여 볼 렌즈(70)를 거쳐 레이저 다이오드(65)로부터 송신되는 송신광을 전달할 수 있게 되어 있으며, 반대로 광신호를 수신하는 경우는 광섬유(82)로부터 나오는 광신호가 볼 렌즈(70)를 거쳐 광필터(66)에서 반사되고 반사되는 광신호를 포토 다이오드(63)에서 수신할 수 있게 되어 있다. 한편, 도시되지는 않았으나 레이저 다이오드(65)로부터 나오는 광신호가 광필터(66)의 입사면에서 굴절되지 않고 바로 투과하여 볼 렌즈(70)에 전달되도록 구성할 수도 있다.

상기 광필터(66)는 레이저 다이오드 홀더(64)와 포토 다이오드 홀더(62)의 사이에 경사지게 설치되어 파장에 따른 반사 및 투과 특성에 따라 광섬유(82)를 거쳐 포토 다이오드(63)로 입사하는 수신 광신호의 파장과 레이저 다이오드(65)로부터 광섬유(82)로 출력되는 송신 광신호의 파장을 분리한다. 예컨대 1.3㎛ 파장 투과/1.55㎛ 파장 반사 특성을 가지는 광필터를 사용할 경우 본 발명의 통신용 양방향성 광송수신 모듈은 출력 파장이 1.3㎛인 레이저 다이오드(65)를 광원으로 사용함으로써 광섬유(82)를 통해 1.3㎛ 파장의 광신호를 송신하고 동시에 1.55㎛ 파장의 광신호를 수신하게 된다. 또한, 광필터(66)를 파장 선택성이 없는 편광 반사 필터나 반투과형 필터로 선택할 경우 동일 광파장에 대한 송수신이 가능하다.

상기 볼 렌즈(70)는 레이저 다이오드 홀더(64)와 포토 다이오드 홀더(62) 및 광섬유 페룰(81)의 사이에서 mini-DIL 패키지(90)의 관통구멍(92)의 안에 고정, 배치되어 있고 두개의 마이크로 볼 렌즈(67)는 각각 레이저 다이오드 홀더(64)의 'ㄷ'자형 홈의 안과 포토 다이오드 홀더(62)의 'ㄷ'자형 홈의 안에 고정, 배치되어 있으므로, 레이저 다이오드 홀더(64)의 'ㄷ'자형 홈의 안에 배치된 마이크로 볼 렌즈(67)와 볼 렌즈(70)의 사이 또는 포토 다이오드 홀더(62)의 'ㄷ'자형 홈의 안에 배치된 마이크로 볼 렌즈(67)와 볼 렌즈(70)의 사이에서 빛은 평행하게 진행하고 이들 볼 렌즈 사이의 거리가 변화하더라도 수신되거나 송신되는 광신호의 초점 거리가 변화하지 않게 되는 것이다.

한편, 상기 레이저 다이오드 홀더(64)와 포토 다이오드 홀더(62)에는 레이저 다이오드(65) 및 포토 다이오드 부착(63)과 임피던스 정합 그리고 와이어 본딩을 위하여 Au/Sn이 증착되어 있다. 이 부품들은 세라믹 서브마운트(61) 기판 위에 수 마이크로 미터의 정밀도로 순차적으로 부착된다. 예를 들어, 두께가 0.1mm인 레이저 다이오드(65)의 빛을 집속시키는 데 0.5mm 지름의 마이크로 볼 렌즈(67)를 사용할 경우 레이저 다이오드(65)를 부착시키기 위한 0.15mm 두께의 질화알루미늄으로 된 레이저 다이오드 홀더(64)를 도 4 및 도 6에서 보는 바와 같이 'ㄷ'자 형태로 제작한다. 한 쪽에 레이저 다이오드(65)가 부착되며 가운데 빈 공간에 마이크로 볼 렌즈(67)가 위치하게 된다. 레이저 다이오드(65)의 부착과 임피던스 정합, 와이어 본딩을 위하여 Au/Sn 도금선을 레이저 다이오드 홀더(64)에 증착시킨다. 또한, 예컨대 폭이 0.4mm인 포토 다이오드(63)에 빛을 집속시키기 위하여 0.5mm 지름의 마이크로 볼 렌즈(67)를 사용할 경우 0.6mm 두께의 질화알루미늄으로 된 포토 다이오드 홀더(62)를 도 4 및 도 6에서 보는 바와 같이 'ㄷ'자 형태로 제작한다. 이 포토 다이오드 홀더(62)의 수직 면에 위치하는 홈에 포토 다이오드(63)가 부착되며 그 앞의 빈 공간에 마이크로 볼 렌즈(67)가 위치하게 된다. 포토 다이오드(63)의 부착과 임피던스 정합, 와이어 본딩을 위하여 Au/Sn 도금선을 포토 다이오드 홀더(62)에 증착시킨다. 이러한 부품들을 정렬시키기 위하여 0.15 mm 두께의 또 다른 질화알루미늄으로 된 기판인 서브마운트(61)를 도 4 및 도 6에서 보는 바와 같이 제작한다. 이와 같이 제작하면 전체 집적형WDM 블록(60)의 크기를 2 mm x 3 mm x 1 mm 이내로 줄일 수 있어 국제 표준에 맞추어 소형 광모듈(small form factor) 제작이 가능해진다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통신용 양방향 광송수신 모듈의 제작을 위한 공정 순서는 도 4 및 도 6에서 보는 바와 같이 질화알루미늄으로 된 기판인 서브마운트(61)에 포토 다이오드(63)가 부착된 포토 다이오드 홀더(62)와 레이저 다이오드 홀더(64) 그리고 수신용 전치증폭기(68)를 정밀하게 다이 본딩(die bonding)한다. 각 홀더(62, 64)의 중앙에 마이크로 볼 렌즈(67)를 에폭시를 이용하여 고정시킨 후 그 가운데 경사지게 위치하도록 광필터(66)를 에폭시를 이용하여 고정시킨다. 그 다음 칩 본더를 이용하여 레이저 다이오드(65)를 레이저 다이오드 홀더(64)에 부착하고 와이어 본더로 전극 와이어(미도시)를 연결한다. 마지막으로 볼 렌즈(70)가 포함된 mini-DIL 패키지 뚜껑을 전기 용접으로 씌운다. 도 6은 이와 같은 공정을 거쳐 집적형 WDM 블럭(60), 볼 렌즈(70) 및 광섬유(82) 등이 mini-DIL(90)의 안에 조립된 상태를 위에서 본 상태를 나타내는 것이다.

본 발명에서는 전술한 레이저 다이오드(65)를 가지는 레이저 다이오드 홀더(64), 상기한 레이저 다이오드 홀더(64)와 직각으로 배치되며 수신용 포토 다이오드(63)를 가지는 포토 다이오드 홀더(62), 마이크로 볼 렌즈(67), 광필터(66), 수신용 전치증폭기(68)를 적층형 세라믹 서브마운트(61) 기판 위에 정렬시켜 고정하여 집적형 WDM 블록(60)을 제작한 후 전체 집적형 WDM 블럭(60)을 볼 렌즈(70)가 포함되어 있는 mini-DIL 패키지(90)에 장착시킬 때 광축을 정렬시키는 방법으로서, 레이저 다이오드와 수신용 포토다이오드 사이의 거리도 종래에 10 mm 이상 떨어져 있던 것에 비해 3 mm 이내로 짧기 때문에 광정렬시 레이저 다이오드만(65)을 광섬유(82) 부분과 능동 정렬시키고 포토다이오드는 기계적 공차에 의한 수동 정렬 방법을 사용할 수 있다.

상기 레이저 다이오드(65)의 능동 정렬 방법이란 전기적으로 레이저 다이오 드(65)를 구동시켜 광섬유(82)에 집속되는 빛의 세기가 최대가 될 때 광섬유(82)의 위치를 고정시키는 방법을 말하는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통신용 양방향 광송수신 모듈의 광송수신 경로에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 양방향 광송수신 모듈은 광필터(66)를 굴절, 투과하여 레이저 다이오드(65)-마이크로 볼 렌즈(67)-광필터(66)-볼 렌즈(70)-광섬유(82)를 연결하는 광경로와, 광필터(66)에서의 반사에 의해 광섬유(82)-볼 렌즈(70)-광필터(66)-마이크로 볼 렌즈(67)-포토 다이오드(63) 사이의 광경로가 형성되는 것을 이용한다. 광섬유(82)로부터 양방향성 광송수신 모듈로 입사하는 수신광은 광섬유(82)를 거쳐 볼 렌즈(70)를 통과한 후 패키지 위쪽으로 경사지게 기울어진 광필터(66)에서 반사되고 다시 이 반사된 빛은 마이크로 볼 렌즈(67)를 통과하여 포토 다이오드(63)의 표면에 집속됨으로써 광신호의 수신이 이루어지게 된다. 또한 레이저 다이오드 홀더(64)에 조립된 레이저 다이오드(65)로부터 출력된 신호광은 마이크로 볼 렌즈(67)를 통과하여 광필터(66)에서 굴절, 투과한 후 볼 렌즈(70)에 의해 광섬유(82)에 집속되어 이 광섬유(82)를 따라 광신호의 송신이 이루어지게 되는 것이다.

도 7은 도 6의 포토 다이오드와 마이크로 볼 렌즈의 사이에 광필터가 추가로 배치된 상태를 나타내는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조립도이다. 앞서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예와 동일하거나 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 하고 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

도 7에 도시된 바와 같이 이 실시예에 따른 통신용 양방향성 광송수신 모듈에 있어서는 다른 구성은 앞서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예의 것과 동일하나 포토 다이오드(63)와 마이크로 볼 렌즈(67)의 사이에 광필터(69)가 추가로 설치되어 있다.

이와 같이 추가로 설치되는 광필터(69)에 의해 포토 다이오드(63)로부터 새 들어오는 송신 광신호는 차단하고 수신되는 광신호는 통과시켜 누화(crosstalk)를 줄일 수 있는 것이다.

이상 설명하였듯이 비록 본 발명이 특정 실시예들에 관해 설명 및 도시되었지만, 이는 본 발명을 제한하고자 의도된 것이 아니며 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 본 발명의 정신 및 범위 내에서 여러 가지 변형 및 수정이 가능하다는 점을 알 수 있을 것이다.

위에서 설명한 구성에 따르면 본 발명은 광정렬시 레이저 다이오드만을 광섬유 부분과 능동 정렬시키고 포토다이오드는 기계적 공차에 의한 수동정렬 방법을 사용할 수 있음에 따라 기존 상용 제품(10~15분)에 비하여 광정렬 시간을 1/3 이하 로 줄일 수 있으며 불량률도 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 레이저 다이오드와 마이크로 볼 렌즈, WDM 필터가 세라믹 기판으로 연결되어 있어 온도 변화에 따른 열팽창, 수축 등이 나타나지 않으며 광경로나 광출력의 변화도 크게 나타나지 않는다. 세라믹 기판은 열적 특성 뿐만 아니라 초고주파 동작 특성이 우수하기 때문에 10 Gbps이상의 고속 동작도 가능하며 세라믹 서브마운트 자체에 임피던스 정합을 위한 회로 패턴과 와이어 본딩을 위한 본딩 패드를 구성할 수 있어 집적형 소형 광모듈 제작에 많은 장점이 있다.

아울러, 본 발명은 포토 다이오드와 마이크로 볼 렌즈의 사이에 광필터를 추가로 구성할 수 있어 crosstalk을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 하나의 mini-DIL 패키지 내에 집적형 WDM 블럭을 내장시킨 통신용 양방향 광송수신 모듈에 있어서,

   레이저 다이오드(65)가 설치되고 적층형 세라믹으로 제작된 레이저 다이오드 홀더(64)와, 이 레이저 다이오드 홀더(64)와 수직하게 배치되고 일측에 수신용 포토다이오드(63)가 설치되며 적층형 세라믹으로 제작된 포토 다이오드 홀더(62)와, 상기 레이저 다이오드 홀더(64)와 포토 다이오드 홀더(64)의 안쪽 수납공간에 각각 수용된 마이크로 볼 렌즈(67)와, 상기 레이저 다이오드 홀더(64)와 포토 다이오드 홀더(63)의 사이에 경사지게 설치된 광필터(66)를 포함하며, 상기 레이저 다이오드 홀더(64)와 포토 다이오드 홀더(62)와 마이크로 볼 렌즈(67)와 광필터(66)가 모두 서브마운트(61) 위에 정렬되어 고정되어 있는 집적형 WDM 블럭(60)과;

   내부에 상기 집적형 WDM 블럭(60)을 수납하는 것을 포함하는 수납공간을 형성하고 전면벽에 관통구멍(92)을 형성하는 mini-DIL 패키지(90)와;

   상기 페룰 홀더(80)에 의해 mini-DIL 패키지(90)의 관통구멍(92)의 입구 쪽에 장착되며 내부에 광섬유(82)가 내장되어 있는 광섬유 페룰(81)과;

   상기 mini-DIL 패키지(90)의 관통구멍(92)에 설치되며 레이저 다이오드 홀더(64)와 포토 다이오드 홀더(62) 및 광섬유 페룰(81)의 사이에 배치되는 볼 렌즈(70)를 포함하며;

   상기 서브마운트(61)가 세라믹으로 제작된 것임을 특징으로 하는 통신용 양 방향 광송수신 모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 포토 다이오드(63)와 그에 인접한 마이크로 볼 렌즈(67)의 사이에 송신되는 광신호는 차단하고 수신되는 광신호는 투과시키는 광필터(69)를 추가로 설치하여 수신감도를 향상시킨 것을 특징으로 하는 통신용 양방향 광송수신 모듈.
3. 제1항에 있어서,

   상기 세라믹재의 서브마운트(61)의 위에 정렬되어 고정되거나 상기 서브마운트(61)의 위에 고정되지 않고 별도로 설치되되 상기 포토 다이오드 홀더(62)의 뒤에 인접하게 위치하는 전치증폭기(68)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 통신용 양방향 광송수신 모듈.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   광섬유(82)에 대해서 상기 레이저 다이오드(65)는 능동 정렬시키고 포토 다이오드(63)는 기계적 공차에 의해 수동 정렬시킨 것을 특징으로 하는 통신용 양방향 광송수신 모듈.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 레이저 다이오드 홀더(64)와 포토 다이오드 홀더(62)에는 레이저 다이 오드(65) 및 포토 다이오드(63)의 부착과 임피던스 정합 그리고 와이어 본딩을 위하여 Au/Sn이 증착되어 있는 것을 특징으로 하는 통신용 양방향 광송수신 모듈.
6. 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 세라믹재의 레이저 다이오드 홀더(64)와 세라믹재의 포토 다이오드 홀더(62) 및 세라믹재의 서브마운트(61)는 각각 질화 알루미늄 기판인 것을 특징으로 하는 통신용 양방향 광송수신 모듈.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 레이저 다이오드 홀더(64) 및 포토 다이오드 홀더(62)는 그 하부의 수평 단면이 각각 'ㄷ'자형인 것을 특징으로 하는 통신용 양방향 광송수신 모듈.

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