KR20060020479A - 광 커플링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광소자와 광섬유를 결합시키는 광 커플링 장치에 관한 것으로, 적어도 하나의 광소자 및 전극이 설치되는 홀더; 상기 광소자와 마주하도록 위치된 광섬유가 설치되는 커넥터; 및 상기 홀더 및 커넥터의 사이에 위치하여 상기 광소자와 광섬유 사이의 거리를 일정하게 유지시키는 정렬부재를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 홀더는 몸체를 이루는 경성기판과, 상기 경성기판의 중간에 삽입되고 외부회로와 연결되는 연성기판을 포함하여 구성되고, 상기 홀더, 정렬부재 및 커넥터에는 각각 가이드 홀이 형성되고, 상기 가이드 홀에 삽입 고정되는 정렬핀을 통해 상기 홀더, 정렬부재 및 커넥터가 상호 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 근거리 광통신 및 고화질 영상을 광신호로 변환하여 중장거리(5미터 이상)에 신호 왜곡 및 감쇠 없이 전송하는 경우에 사용되고 구조가 간단하여, 제조 비용이 저렴하고 드라이버 회로 및 응용회로에 용이하게 전기적 결합을 할 수 있는 광 커플링 장치를 제공할 수 있다.
광 커플링, 레이저 다이오드, 페룰, 포토 다이오드, 광섬유

Description

광 커플링 장치{ Optical coupling device }
도 1은 종래의 광 커플링 장치의 구성을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 광 커플링 장치의 구성을 나타낸 분해 사시도.
도 3은 도 2의 홀더의 다른 실시예를 나타낸 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 설명 >
100: 홀더 101: 경성기판
102,122,142: 가이드 홀 103: 광소자
104: 광소자 기판 105: 와이어 본딩
106: 연성기판 107: 솔더패드
108: 전극 120: 정렬부재
123: 개구부 140: 커넥터
141: 보호케이스 145: 페룰
146: 홀 147: 광섬유
본 발명은 광통신 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 광소자와 광섬유를 연 결하는 광 커플링 장치에 관한 것이다.
인터넷 사용자의 폭발적인 증가와 전송 데이터의 대용량화 추세에 따라 초고속 전송망이 요구되었고, 이에 기존의 동선을 이용한 통신 네트워크의 한계를 극복하기 위해 광을 이용한 초고속 통신망이 활발히 연구되었다.
그 결과, 현재 원거리 통신방식으로 빛을 반송파로 하여, 공간 전파, 광섬유 케이블, 광렌즈 가이드, 광빔 가이드 등을 전송 매체로 사용하여 강도 변조, 주파수 변조 등에 따라 광(廣)대역을 전송할 수 있는 광(光)통신 시스템이 실용화되기에 이르렀다.
또한, 점점 고화질화되는 영상 신호는 전기적으로는 5ｍ 이상에서는 신회 왜곡 및 감쇄 없이 전송하는 것이 불가능하기에 이 영상 신호를 광신호로 변환하여 중장거리로 전송하는 시스템이 실용화되고 있다.
그러나, 영상 신호를 전송하는 시스템은 광통신 시스템에 비해 저가형으로 제작해야함으로 광 커플링 장치를 근거리, 저가형으로 만들 필요성이 있다.
상기와 같은 광통신 시스템에서는 전송매체인 빛을 만들어 내기 위한 장치로 레이저 모듈(laser module)이 사용된다.
상기 레이저 모듈은 전기입력신호를 광통신용 광출력신호로 변환하는 장치로서, 이 장치내에는 레이저 다이오드가 방출하는 빛을 광섬유내로 커플링시키기 위한 장치로 도 1에 도시된 바와 같은 광 커플링 장치가 설치된다.
도시된 바와 같이, 상기 광 커플링 장치는 모듈내에 장착되는 지지대(1)상에 설치되며, 상기 지지대(1) 상에 실장되어 전송매체인 빛을 발산하는 레이저 다이오 드(2)와, 상기 레이저 다이오드(2)가 발산하는 빛을 커플링하기 위하여 상기 레이저 다이오드(2)의 상부에 소정 거리를 두고 배치되는 볼 렌즈(3)와, 상기 볼 렌즈(3)가 상부 중앙에 고정되고 하부가 지지대(1)상에 용접된 볼 렌즈 캡(4)과, 상기 레이저 다이오드(2)와 볼 렌즈(3) 및 볼 렌즈 캡(4)을 수용한 채로 상기 지지대(1)상에 용접된 제 1페룰(ferrule)(5), 및 상기 제 1페룰(5)의 상부에 광섬유(6)의 끝단을 유도하는 파이버 페룰(7)을 고정한 채로 용접되는 제 2페룰(8)로 구성되어 있다.
또한, 상기 제 1페룰(5)에는 상기 레이저 다이오드(2)의 빛이 조사되는 경로인 통공(9)이 상하로 관통되어 형성되어 있다.
또한, 상기 볼 렌즈(3)는 상기 통공(9)의 하부 중앙에 설치되어 있다.
그리고, 상기 제 2페룰(8)에도 상기 제 1페룰(5)의 통공(9)과 연통되는 통공(10)이 상하로 관통되도록 형성되는데, 상기 제 2페룰(8)의 통공(10)은 상기 제 1페룰(5)의 통공(9)보다는 상대적으로 짧은 직경을 갖는다.
한편, 상기 제 2페룰(8)의 통공(10)의 상부에는 파이버 페룰(7)이 끼워져 용접되어 고정된다. 특히, 상기 광섬유(6)와 볼 렌즈(3) 사이의 거리는 상기 볼 렌즈(3)의 초점 거리와 동일하도록 배치된다.
상기와 같은 구성을 갖는 종래의 광 커플링 장치는, 상기 레이저 다이오드(2)가 발산하는 빛을 상기 볼 렌즈(3)가 모아서, 상기 통공(9,10)을 통해 상기 볼 렌즈(3)의 초점 거리에 형성된 파이버 페룰(7)의 광섬유(6)로 조사됨으로써, 상기 레이저 다이오드(2)의 빛이 상기 광섬유(6)에 커플링된다.
그러나, 상술한 종래의 광 커플링 장치는 상기 볼 렌즈(3)를 고정시키기 위한 볼 렌즈 캡(4)이 사용되어야 하고, 또한 별도로 2개의 페룰(5,8)이 사용되어야 하는 복잡한 구성을 갖으며, 광 커플링 장치를 드라이브 회로, 혹은 응용회로와 전기적으로 연결하기에 구조적으로 용이하지 못하는 문제점이 있다.
이로 인해 상기 광 커플링 장치를 구성하는 각 부품간의 정렬(alignment) 위치를 잡기가 어렵다. 특히, 상기 볼 렌즈(3)의 초점거리에 상기 광섬유(6)를 위치시키는 것은 매우 어렵기 때문에, 커플링 효율이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 광 커플링 장치는 10㎞ 이상의 전송을 전제로 하는 고가의 정밀결합구조이다. 따라서, 수십 미터 이내의 근거리 내에서 고용량의 데이터를 전송해야 하는 일반 가전제품에 적용하기에는 높은 제조비용 때문에 적합하지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 근거리 내에서 광통신을 수행할 수 있게 하는 광 커플링 장치를 제안하는 데에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 구조를 간단화하여 제조비용을 저렴하게 하는 광 커플링 장치를 제안하는 데에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 광 커플링 장치는
적어도 하나의 광소자 및 전극이 설치되는 홀더;
상기 광소자와 마주하도록 위치된 광섬유가 설치되는 커넥터; 및
상기 홀더 및 커넥터의 사이에 위치하여 상기 광소자와 광섬유 사이의 거리를 일정하게 유지시키는 정렬부재를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 홀더는 몸체를 이루는 경성기판과, 상기 경성기판의 중간에 삽입되고 외부회로와 연결되는 연성기판을 포함하여 구성되고, 상기 홀더, 정렬부재 및 커넥터에는 각각 가이드 홀이 형성되고, 상기 가이드 홀에 삽입 고정되는 정렬핀을 통해 상기 홀더, 정렬부재 및 커넥터가 상호 결합되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 커넥터는 광신호를 전송하는 광섬유와, 상기 광섬유를 정렬 고정하는 페룰, 및 상기 페룰을 외부로부터 보호하는 보호케이스를 포함하여 구성되고, 상기 광소자는 수직 공동 표면 방출 레이저 다이오드 또는 포토 다이오드이며, 상기 커넥터는 플라스틱 사출물로 이루어진 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 연성기판은 일 끝단에 형성된 솔더 패드 또는 소켓을 통해 외부 회로와 연결되고, 상기 광섬유는 유리 광섬유, 플라스틱 광섬유, 폴리머 광도파로 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 광 커플링 장치의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광 커플링 장치는 적어도 하나의 광소자(103) 및 전극(108)이 설치되는 홀더(100)와, 상기 광소자(103)와 마주하도록 위치되며 입사광을 전송하는 광섬유(147)가 설치되는 커넥터(147)와, 상기 홀더(100) 및 커넥터(140)의 사이에 위치하여 상기 광소자(103)와 광섬유(147) 사이의 거리를 일정하게 유지시키는 정렬부재(120)를 포함하여 구성된다.
상기 홀더(100)는 몸체를 이루는 경성기판(Rigid PCB)(101)과, 상기 경성기판(101)의 중간에 삽입되고 외부회로와 연결되는 연성기판(flexible PCB)(106)을 포함한다.
여기서, 상기 경성기판(101)은 다수개의 기판이 적층되어 형성되고, 상기 연성기판(106)은 상기 적층되는 다수개의 기판 사이에 삽입되어, 상기 경성기판(101)과 연결된다.
또한, 상기 경성기판(101)의 가운데 부분에는 광소자 기판(104)이 설치된다.
상기 광소자 기판(104)에는 상기 전극(108)를 통해 인가된 전기신호에 따라 광신호를 출사하거나, 입사되는 광신호를 수광하여 전기신호로 변환하여 상기 전극(108)을 통해 전달하는 적어도 하나 이상의 광소자(103)가 형성된다.
또한, 상기 광소자(103)와 전극(108)은 와이어 본딩(105)을 통해 연결된다.
본 발명에 따른 광 커플링 장치가 광통신의 송신측에 사용되는 경우에, 상기 광소자(103)는 전기 신호를 광 신호로 변환하는 레이저 다이오드(laser diode)가 사용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 광소자(103)로 사용되는 레이저 다이오드는, 수직 공동 표면 방출 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting laser, 이하 'VCSEL'이라 함.) 다이오드가 이용될 수 있다.
상기 VCSEL 다이오드는 기존의 모서리 발광 레이저 다이오드와는 달리 반도 체 기판 상에 적어도 하나의 P층과 적어도 하나의 N층을 포함하는 복수개의 수평층들의 적층구조의 스택(stack)에 대하여 수직방향으로 광을 발산한다.
상기 VCSEL 다이오드에서 발산된 광은 퍼짐이 적고 원형 광에 가까우며, 출력되는 광의 펄스 폭이 0.8나노미터로 좁아 고속동작이 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 광 커플링 장치는 종래의 광 커플링 장치와 같이 렌즈등을 사용하지 않고, 상기 정렬부재(120)을 통해 상기 VCSEL 다이오드와 광섬유를 소정거리 이격시켜 커플링시키더라도 근거리에서의 광통신에는 아무런 지장이 없게 된다.
본 발명에 따른 광 커플링 장치가 광통신 수신단 측에 사용되는 경우에는 상기 광소자(103)로써 광신호를 전기신호로 변환하는 포토 다이오드(photo diode)가 사용될 수 있다.
한편, 상기 경성기판(101)의 좌우 양끝단에는 상기 정렬부재(120) 및 커넥터(140)를 연결 고정하기 위한 가이드 홀(102)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 연성기판(106)의 일 끝단은 솔더 패드(107)를 통해 납땜되어 외부회로와 연결될 수 있다. 한편, 상기 솔더 패드(107) 대신에 도 3과 같이 소켓(109)을 통해 외부 회로와 연결될 수도 있다.
그리고, 상기 커넥터(140)는 광신호를 전송하는 광섬유(147)와, 상기 광섬유(147)를 정렬 고정하는 페룰(ferrule)(145), 및 상기 페룰(145)을 외부로부터 보호하는 보호케이스(141)를 포함하여 구성된다.
상기 페룰(145)은 상기 광소자(103)와 마주보게 되는 면에, 상기 광소자(103)가 설치된 간격과 동일하게 실린더 형태로 내부에 상기 광섬유(147)를 수용할 수 있는 홀(146)을 형성하고, 상기 홀(146) 내부에 상기 광섬유(147)를 설치한다.
또한, 상기 페룰(145)은 변형 등에 강하여 정확한 형상을 유지해야 하므로 스테인리스강(stainless steel),폴리머(polymer) 또는 세라믹(ceramics)계인 알루미나(alumina,Al₂O₃)나 지르코니아(zirconia,ZrO₂)로 제작될 수 있다.
상기 보호케이스(141)는 플라스틱 사출을 통해 형성할 수 있으며, 상기 광소자(103)와 마주보게 되는 면의 좌우 양측에 상기 홀더(100)와의 결합을 위한 가이드 홀(142)을 형성할 수 있다.
한편, 도시된 바와 같이, 상기 커넥터(140)는 페룰(145) 및 보호케이스(141)를 따로 형성하는 것이 아니라, 상기 광섬유(147)를 수용할 수 있는 홀이 형성된 일체의 플라스틱 사출물로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 홀더(100)와 커넥터(140)의 사이에는 상기 홀더(100)에 형성된 광소자(103)와 상기 커넥터(140)에 설치된 광섬유(147) 사이에 소정의 거리를 유지토록 하기 위한 정렬 부재(120)가 형성된다.
상기 정렬 부재(120)는 상기 홀더(100)와 커넥터(140)를 바로 연결하게 되면 송수신을 위한 초점거리를 맞추기 힘들게 되기 때문에, 상기 광소자(103)와 광섬유(147) 사이에 소정의 거리를 유지할 수 있도록 하는 것이다.
여기서, 상기 광섬유는 유리 광섬유, 플라스틱 광섬유, 폴리머 광도파로 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 정렬 부재(120)의 가운데 부분에는 상기 홀더(100)에 형성된 광소자 기판(104)과 상기 커넥터(140)에 형성된 광섬유(147)가 서로 마주볼 수 있도록 개구부(123)가 형성된다.
또한, 상기 정렬 부재(120)의 좌우 양단에는 상기 홀더(100) 및 커넥터(140)와의 연결을 위한 가이드 홀(122)이 형성될 수 있다.
상기 홀더(100), 정렬부재(120) 및 커넥터(140)는 상기 가이드 홀(102,122,142)에 정렬핀(160)을 삽입하여 고정시킴으로써 상호 연결될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 광 커플링 장치는 다음과 같이 조립된다.
상기 광소자(103)가 형성된 면이 상기 정렬부재(120)의 개구부(123)쪽에 위치되도록 상기 홀더(100)를 상기 정렬부재(120)의 일 면에 결합한다. 또한, 상기 커넥터(140)는 홀(146)이 형성된 면이 상기 정렬부재(120)의 다른 면에 결합되도록 하여, 상기 광소자(103)와 상기 광섬유(147)을 수용하는 홀(146)이 마주볼 수 있도록 한다.
여기서, 상기 홀더(100), 정렬부재(120) 및 커넥터(140)는 가이드 홀(102,122,142)이 일치되도록 결합되며, 상기 가이드 홀(102,122,142)에 정렬핀(160)을 삽입 고정하면 조립이 완료된다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 광 커플링 장치는. 근거리 통신의 경우 높은 광결합 효율을 요구하지 않으므로, 종래의 광 커플링 장치의 구조를 단순화하여 제조비용을 감소시킨 것이다..
본 발명에 따른 광 커플링 장치를 송신측에서 사용하는 경우, 특히 전기 신 호를 광신호로 변환하는 상기 광소자(103)로 VCSEL 다이오드를 사용하면, 상기 VCSEL 다이오드에서 출사되는 빛은 퍼짐이 적고 원형광에 가까우므로 종래의 광 커플링 장치와 같이 렌즈 등을 사용하지 않고서도 광통신을 수행할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면 높은 광 결합 효율을 요구하지 않는 근거리 광통신에 사용되는 광 커플링 장치를 제공할 수 있다.
또한, 점점 고화질화되는 고속의 영상 신호를 전기적으로는 5m 이상에서는 신호왜곡 및 감쇄 없이 전송하는 것이 불가능한데, 상기와 같은 광 커플링장치를 이용하여, 전기 신호를 광신호로 변환하여 중장거리로 전송하는 저가형 영상 전송시스템을 재작할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 구조가 간단하고, 제조 비용이 저렴한 광 커플링 장치를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 광소자 및 전극이 설치되는 홀더;
    상기 광소자와 마주하도록 위치된 광섬유가 설치되는 커넥터; 및
    상기 홀더 및 커넥터의 사이에 위치하여 상기 광소자와 광섬유 사이의 거리를 일정하게 유지시키는 정렬부재를 포함하여 구성되는 광 커플링 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 홀더는 몸체를 이루는 경성기판과, 상기 경성기판의 중간에 삽입되고 외부회로와 연결되는 연성기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 커플링 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 홀더, 정렬부재 및 커넥터에는 각각 가이드 홀이 형성되고, 상기 가이드 홀에 삽입 고정되는 정렬핀을 통해 상기 홀더, 정렬부재 및 커넥터가 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 광 커플링 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 커넥터는 광신호를 전송하는 광섬유와, 상기 광섬유를 정렬 고정하는 페룰, 및 상기 페룰을 외부로부터 보호하는 보호케이스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 커플링 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 광소자는 수직 공동 표면 방출 레이저 다이오드 또는 포토 다이오드인 것을 특징으로 하는 광 커플링 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 커넥터는 플라스틱 사출물로 이루어진 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 커플링 장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 연성기판은 일 끝단에 형성된 솔더 패드 또는 소켓을 통해 외부 회로와 연결되는 것을 특징으로 하는 광 커플링 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유는 유리 광섬유, 플라스틱 광섬유, 폴리머 광도파로 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 커플링 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101352133B1 (ko) * 2011-12-07 2014-01-24 한국광기술원 고출력 레이저 모듈 패키징용 6면체 구조의 메탈 페룰

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