KR20070060868A - 고출력 ｐｌｃ 광송신 모듈과 ｐｌｃ 광송수신 모듈 - Google Patents

고출력 ｐｌｃ 광송신 모듈과 ｐｌｃ 광송수신 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고출력 PLC 광송신 모듈과 PLC 광송수신 모듈에 관한 것으로, 고출력 PLC 광송수신 모듈은, PON 시스템의 OLT에 위치하는 광송수신 모듈에 있어서, 광신호를 입력받아 전기신호로 변환하는 포토 다이오드; 소정 파장의 광신호를 발생하는 레이저 다이오드; 레이저 다이오드에서 발생된 광신호를 증폭하는 반도체 광증폭기(SOA); 반도체 광증폭기에서 증폭된 광신호를 결합하여 스플리터로 출력하고, 스플리터로부터 입력된 광신호를 분할하여 포토 다이오드로 출력하는 광커플러; 및 포토 다이오드, 레이저 다이오드, 반도체 광증폭기 및 광커플러를 하나로 패키징하여 고출력으로 광신호가 출력되도록 하는 PLC 플랫폼;으로 구성되어, PON 시스템에서 하나의 PLC 플랫폼에 집적화되어 있는 광송신 모듈 또는 광송수신 모듈을 제공할 수 있다.

Description

고출력 ＰＬＣ 광송신 모듈과 ＰＬＣ 광송수신 모듈{High power planar lightwave circuit optical Tx module and Tx/Rx module}
도 1은 종래의 광송신 모듈이 사용되는 PON 시스템 망 구성도,
도 2는 종래의 고출력 광파워를 얻기 위한 광송신 모듈 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고출력 PLC 광송신 모듈의 구성도,
도 4는 도 3에서 가변 광감속기(VOA)를 추가한 고출력 PLC 광송신 모듈의 구성도,
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 2중 광도파로 구조를 가지는 고출력 PLC 광송신 모듈의 구성도,
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고출력 PLC 광송수신 모듈의 구성도,
도 7은 도 3 내지 도 6에 적용되는 열전 냉각기의 구성도, 및
도 8은 도 3 내지 도 6에 적용되는 Hermetic 실링을 수행한 고출력 PLC 광송신 모듈 또는 고출력 PLC 광송수신 모듈의 구성도이다.
본 발명은 고출력 PLC 광송신 모듈과 PLC 광송수신 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PON 시스템에서 광송신 모듈 또는 광송수신 모듈의 광파워를 증가시키기 위해서 광신호를 발생시키는 장치인 레이저 다이오드(LD), 광신호를 증폭하여 주는 반도체 광증폭기 및/또는 광신호를 전기신호로 변환하는 포토 다이오드를 하나의 PLC 플랫폼에 패키징하여 구현하는 고출력 PLC 광송신 모듈과 PLC 광송수신 모듈에 관한 것이다.
광가입자망(Fiber to the Home, FTTH)망을 이용한 가입자 데이터 전달 방법으로 TDMA(Time Division Multiple Access) PON(Passive Optical Network) 시스템이 표준화되어 있다.
TDMA PON 시스템은 한 파장의 광신호를 여러 명의 가입자가 공유하여 데이터를 전달하는 방법이다. 이때 128명 이상과 같이 많은 수의 가입자가 한 파장의 광신호를 공유하기 위해서는 광송신 모듈(OLT용 광송신 모듈)의 출력 광파워가 커야 한다.
이와 같은 기술을 개발하기 위해서는 광송신 모듈내에 광출력 장치인 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)의 자체 출력 광파워를 증가시키거나, 레이저 다이오드를 이용하여 광송신 모듈에서 나오는 광신호를 광증폭기를 통하게 하여 출력 광파워를 증가시키는 방법을 이용하여야 한다.
그러나, 레이저 다이오드 자체 출력 광파워를 증가시키는 방법은 한계가 있고, 외부에 광증폭기를 추가하여 광파워를 증가시키는 방법은 높은 가격과 광송신 모듈의 크기를 증가시킨다는 문제점이 있다.
도 1은 종래의 광송신 모듈이 사용되는 PON 시스템 망 구성도이다. 도 1을 참조하면, PON 시스템은 OLT(Optical Line Termination)(100), 광케이블(optical cable)(120), 스플리터(Splitter)(140) 및 복수개의 ONT(Optical Network Termination)(160)로 구성되어 진다.
PON 시스템은 일종의 기지국 역할을 담당하는 OLT(100)에서 가입자단으로 이루어진 복수개의 ONT(160)로 광신호를 전달하는 시스템으로 구성되어있다.
OLT(100)에서 생성된 한 파장의 광신호는 광도파로(120)를 거쳐 스플리터(140)로 입력된다.
스플리터(140)는 한 파장의 광신호를 입력받아 동일 파장을 가지는 광신호이지만 분기 수에 따라서 광파워가 작아진 신호로 나누어, 이렇게 나누어진 복수개의 작은 광신호를 가입자단인 복수개의 ONT(160)들로 전송한다.
스플리터(140)는 광신호를 여러 개의 광신호로 나누는 장치로, 분기 되는 수에 따라서 광파워 손실이 증가하게 된다. 광신호가 스플리터(140)에 의해서 여러 분기로 나누어지게 되면 분기수에 비례하여 광파워가 작아지게 되고, 너무 많은 분기에 의해 광파워가 작아지면 PON 시스템에서 정상적인 통신이 이루어지기 어렵게 된다.
따라서, PON 시스템에서 한 개의 OLT(100)에서 수용할 수 있는 ONT(160)는 OLT(100)에서 출력된 광파워와 스플리터(140)에서의 광분기에 따른 광파워 손실 및 기타 광링크(Optical link)상의 전력 예산(Power budget)을 통해서 결정된다.
예를 들면, 도 1에서 보는 바와 같이 16분기(1X16) 스플리터(140)를 사용하는 경우에 대하여 살펴보기로 한다. 정상적인 통신이 이루어지게 하기 위한 광파워가 0dBm이라고 하면 2분기(1X2)의 경우는 -6dBm정도의 적은 광파워로도 통신이 가능한 반면에 128분기(1X128)로 분기수가 늘어나게 되면 +10dBm의 높은 광파워가 있어야 정상적인 통신이 이루어지게 된다. 즉, 하나의 OLT(100)당 많은 수의 ONT(160)를 확보하기 위해서 OLT(100)에서 출력되어 나오는 광신호는 분기수에 따른 광파워 손실을 만회할 수 있을 만큼의 높은 출력 광파워가 요구된다.
도 2는 종래의 고출력 광파워를 얻기 위한 광송신 모듈 구성도이다. 도 2를 참조하면, 128명의 가입자단을 가지는 ONT(160)를 수용하기 위해서는 OLT(100)에서 +10dBm 이상의 높은 광파워를 가지는 광송신 모듈이 필요하다.
그러나, 종래의 광송신 모듈의 출력파워는 +2dBm을 넘지 못하므로 광송신 모듈의 출력단에 광증폭기를 추가하여 +10dBm 이상의 광파워를 발생시켜야 한다.
이와 같이 종래의 고출력 광송신 모듈은 도 2에서처럼 한 파장의 광신호를 발생하는 광생성부(200)와 발생된 광신호를 증폭하는 광증폭부(240)로 구성된다.
광생성부(200)에서는 전기신호를 광으로 변환하여 광신호를 출력하는 레이저 다이오드(LD)와 레이저 다이오드에서 발생된 광신호를 모니터링하는 모니터 다이오드(mPD)가 내장되어 있다.
광생성부(200)에서 발생된 광신호는 광케이블(220)을 통해서 광증폭부(240)로 진행한다.
광증폭부(240)는 광생성부(200)에서 발생된 광신호를 증폭하는 반도체 광증 폭기(Semiconductor Optical Amplifier, SOA)가 내장되어 있다.
광생성부(200)와 광케이블(220)을 연결하여 주는 광커넥터(210), 광도파로(220)와 광증폭부(240)를 연결하여 주는 광커넥터(230) 및 광증폭부(240)와 가입자단으로 이루어진 ONT(도 1의 참조번호 160)을 연결하여 주는 광커넥터(250)가 있다.
PON 시스템을 이용하여 가입자망을 구성하는데 있어서 한 개의 OLT(100)에 얼마나 많은 ONT(160)를 수용하는냐에 따라서 PON 시스템의 가격을 얼마나 낮출 수 있는지가 결정된다. 현재는 한 개의 OLT(100)에 16 내지 32 개의 ONT(160)를 수용하는 PON 시스템이 주류를 이루고 있는데 이는 OLT(100)내의 광송신 모듈의 광파워를 증가시키는데 한계가 있기 때문이다.
따라서 OLT(100)내의 광송신 모듈의 광파워를 증가시키는 방법이 제안된다면 32 ONT 보다 많은 최대 128 ONT를 수용할 수 있게 된다. 이처럼 한 개의 OLT(100)에 많은 수의 ONT(160)를 수용하기 위해서는 OLT(100) 내의 광송신 모듈의 광파워를 증가시켜야 된다.
광파워를 증가시키는 방법 중의 하나는 광송신 모듈에 광증폭기를 추가시키는 것이다. 하지만 종래의 광증폭기를 광송신 모듈에 추가하는 경우는 광생성부(200)와 광증폭부(240)가 개별 패키징되어 있기 때문에 가격 상승요인과 크기가 커지는 문제점을 가지게 된다.
상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 광송신 모듈 또는 광송 수신 모듈의 광파워를 키우기 위해서 광신호를 발생시키는 장치인 레이저 다이오드(LD)와 광신호를 증폭하여 주는 반도체 광증폭기를 하나의 패키징에 구현하는 장치를 제공한다.
그리고, 레이저 다이오드와 반도체 광증폭기를 하나로 패키징함에 있어서, 집적도와 광송신 모듈 또는 광송수신 모듈의 크기를 작게 하기 위해서 Planar Lightwave Circuit(PLC) 플랫폼을 사용하는 것을 제공한다.
또한, PLC 플랫폼을 이용한 광송신 모듈 또는 광송수신 모듈의 문제점인 열방출 문제를 해결하기 위해서 열전 냉각기를 PLC 플랫폼에 장착하는 것과, 외부 대기와의 차단을 위해서 PLC 플랫폼 주변을 Hermetic 실링 처리를 수행하는 것을 제공한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 고출력 PLC 광송신 모듈은, PON 시스템의 OLT에 위치하는 광송신 모듈에 있어서, 소정 파장의 광신호를 발생하는 레이저 다이오드; 상기 레이저 다이오드에서 발생된 광신호를 증폭하여 스플리터로 출력하는 반도체 광증폭기(SOA); 및 상기 레이저 다이오드와 반도체 광증폭기를 하나로 패키징하여 광신호가 고출력으로 출력되도록 하는 PLC 플랫폼;을 포함하는 것을 특징으로 가진다.
한편, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 고출력 PLC 광송수신 모듈은, PON 시스템의 OLT에 위치하는 광송수신 모듈에 있어서, 광신호를 입력받아 전기신호로 변환하는 포토 다이오드; 소정 파장의 광신호를 발생하는 레이저 다이 오드; 상기 레이저 다이오드에서 발생된 광신호를 증폭하는 반도체 광증폭기(SOA);상기 반도체 광증폭기에서 증폭된 광신호를 결합하여 스플리터로 출력하고, 상기 스플리터로부터 입력된 광신호를 분할하여 상기 포토 다이오드로 출력하는 광커플러; 및 상기 포토 다이오드, 레이저 다이오드, 반도체 광증폭기 및 광커플러를 하나로 패키징하여 고출력으로 광신호가 출력되도록 하는 PLC 플랫폼;을 포함하는 것을 특징으로 가진다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고출력 PLC 광송신 모듈의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 고출력 PLC 광송신 모듈(300)은 PLC 플랫폼(Planar Lightwave Circuit platform, PLC platform)(310), 모니터 다이오드(moniter Photo Diode, mPD)(320), 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)(330), 광도파로(Optical Waveguide)(340), 반도체 광증폭기(Semiconductor Optical Amplifier, SOA)(350), 광커넥터(Optical Connector)(360) 및 열전 냉각기(Thermoelectric Cooler, TEC)(370)를 포함하여 구성된다.
여기에서, 고출력 PLC 광송신 모듈(300)은 PON 시스템에서 OLT에 위치하게 된다.
레이저 다이오드(330)는 전기신호를 광으로 변환하여 특정 파장을 가지는 광신호를 발생한다.
모니터 다이오드(320)는 레이저 다이오드(330)에서 발생된 광신호를 모니터 링하는 역할을 수행한다.
레이저 다이오드(330)에서 발생된 광신호는 광도파로(340)를 통하여 반도체 광증폭기(350)로 출력한다.
반도체 광증폭기(350)는 입력받은 광신호를 증폭하여 고출력 광파워를 가지도록 한다.
일반적으로 반도체 광증폭기(350)로 입력되는 광신호의 세기는 -2dBm에서 0dBm으로 제한이 되기 때문에, 도 3에서의 고출력 PLC 광송신 모듈(300)에서는 레이저 다이오드(330)와 광도파로(340)간의 광결합 효율은 높지 않아도 된다. 즉, 레이저 다이오드(330)에서 출력되는 광파워가 5dBm 이상이라면 레이저 다이오드(330)와 광도파로(340) 간에 높은 광결합 효율이 요구되지 않는다. 그러므로 5dBm의 레이저 다이오드(330)를 사용한 경우에는 PLC 플랫폼(310) 상에 레이저 다이오드(330)를 결합시키는 공정은 높은 광결합이 필요하지 않아 생산성 측면에서 유리하다.
예를 들면, 5dBm의 출력 광파워를 가지는 레이저 다이오드(330)를 광도파로(340)와 정렬을 하여 결합한다고 하면, 레이저 다이오드(330)와 광도파로(340) 사이의 정렬도를
Figure 112005072244996-PAT00001
정도로 보통의 광결합을 할 경우 광결합 손실이 5dB정도 이기 때문에, 실제로 반도체 광증폭기(350)에 입력되는 광파워는 0dBm이 된다.
이와 같은 점은 5dBm 이상의 출력 광파워를 가지는 레이저 다이오드(330)를 사용하는 경우 반도체 광증폭기(350)로 입력되는 광파워를 0dBm으로 맞추기 위해 레이저 다이오드(330)와 광도파로(340) 사이의 정렬도를
Figure 112005072244996-PAT00002
정도로 낮게 하여도 사용 가능함을 나타낸다.
반면에, 레이저 다이오드(330)의 광파워가 -2dBm에서 0dBm일 경우 레이저 다이오드(330)와 광도파로(340) 사이의 결합 효율을 최대한 높여주어야 한다. 이와 같은 경우에는 레이저 다이오드(330) 자체에 광신호 집속 기능을 가지는 스폿 사이즈 컨버터(Spot Size Converter, SSC)가 삽입된 SSC 레이저 다이오드를 사용하여 광결합 손실을 2dB이내로 할 수도 있다.
한편, 레이저 다이오드(330)에서 출력된 광신호는 광도파로(340)에 집속되어 진행하다가 광증폭을 위해 반도체 광증폭기(350)로 입력된다. 이때 광도파로(340)와 반도체 광증폭기(350) 사이에 광 결합 손실이 발생하게 되고, 둘 사이의 광 결합손실을 낮추기 위하여 반도체 광증폭기(350) 자체 내에 광신호 집속 기능을 가지는 스폿 사이즈 컨버터(Spot Size Converter, SSC)가 삽입된 SSC 반도체 광증폭기로 구성할 수도 있다.
반도체 광증폭기(350)에서 증폭된 광신호는 광도파로(340)를 통하여 광커넥터(360)로 출력된다.
광커넥터(360)는 입력받은 광신호를 스플리터(미도시)로 출력하고, 스플리터는 광신호를 분기하여 가입자단인 복수개의 ONT로 출력한다.
여기에서, 스플리터는 반도체 광증폭기(350)를 통하여 증폭된 하향 광신호(OLT에서 ONT로 전송되는 광신호)에 대하여는 복수개의 ONT로 출력한다.
PLC 플랫폼(310)은 모니터 다이오드(320), 레이저 다이오드(330), 광도파(340) 및 반도체 광증폭기(350)를 하나로 패키징하여 고출력 광파워를 가지는 광신호가 출력되도록 한다.
특히, 고출력 PLC 광송신 모듈(300)은 모니터 다이오드(320), 레이저 다이오드(330), 광도파(340) 및 반도체 광증폭기(350)를 하나로 패키징함에 있어서, 집적도와 광송신 모듈의 크기를 작게 하기 위하여 Planar Lightwave Circuit(PLC) 플랫폼을 사용한다.
도 4는 도 3에서 가변 광감속기(VOA)를 추가한 고출력 PLC 광송신 모듈의 구성도이다.
도 3에서 반도체 광증폭기(350)에 입력되는 광파워는 제한이 되어 있다. 제조 공정상 레이저 다이오드(330)와 광도파로(340) 사이의 광정렬, 광도파로(340)와 반도체 광증폭기(350) 사이의 광정렬 등 2부분의 작업공정이 있기 때문에 반도체 광증폭기(350)에 입력되는 광파워를 맞추기 힘든 점이 있다.
따라서, 도 4를 참조하면, 제조공정 별로 발생되는 결합손실 오차에 상관없이 반도체 광증폭기(350)에 입력되는 일정한 광파워를 맞추기 위해서 레이저 다이오드(330)와 반도체 광증폭기(350) 사이의 광도파로(340) 중간에 가변 광감속기(Variable Optical Attenuator, VOA)(380)를 삽입할 수 있다. 즉, 레이저 다이오드(330)와 반도체 광증폭기(350) 사이의 광도파로(340) 중간에 위치한 가변 광감속기(380)는 반도체 광증폭기(350) 입력단의 광파워를 조절할 수 있다.
또한, 반도체 광증폭기(350) 출력단과 광커넥터(360) 사이의 광도파로(340) 중간에 위치한 가변 광감속기(385)는 PLC 광송신 모듈의 출력 광파워를 조절할 수 있어 PLC 플랫폼(310)에 레이저 다이오드(330)와 반도체 광증폭기(350)의 결합시 광정렬 오차에 상관없이 일정한 광파워를 스플리터로 출력할 수 있다.
도 4에서 미 설명된 부분은 도 3과 같은 참조번호에 대하여 도 3을 참조하기로 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 2중 광도파로 구조를 가지는 고출력 PLC 광송신 모듈의 구성도이다.
PON 시스템은 1x16, 1x32, 1x64, 그리고 1x128이상의 스플리터를 사용하여 가입자단의 ONT를 조절할 수가 있다. 즉, 16분기를 통한 한 개의 OLT당 16 ONT를 수용하는 경우와 128분기를 통한 한 개의 OLT당 128 ONT를 수용하는 경우 등 다양한 네트워크망 구성이 요구되어 질 수 있다.
예를 들어, 128 ONT를 수용하는 경우에는 OLT에서는 +10dBm이상의 고출력 광송신 모듈이 필요하게 되며 이때는 광송신 모듈 내부에 반도체 광증폭기가 추가되어 고출력을 얻을 수가 있다.
그러나, 16 ONT를 수용하는 경우에는 고출력이 필요하지 않으므로 광송신 모듈 내부에 반도체 광증폭기(350)가 필요하지 않다.
이와 같이 한 개의 광송신 모듈이 16 ONT에서 128 이상의 ONT까지 다양한 가입자를 수용하기 위해서는 반도체 광증폭기(350)가 반드시 들어가야 하므로 해당 광송신 모듈을 16 내지 32 ONT에 사용하는 경우에는 비용이 증가하게 된다.
도 5를 참조하면, 2중 광도파로 구조를 가지는 고출력 PLC 광송신 모듈(500) 은 반도체 광증폭기(350)가 포함되어 있는 광도파로(340) 및 반도체 광증폭기(350)가 포함되어 있지 않은 광도파로(345)와 같이 2중 광도파로 구조를 나타낸다.
도 5에서는 한 개의 PLC 플랫폼(310)에 반도체 광증폭기(350)가 필요로 하는 64 ONT 이상을 수용하는 광도파로(340)와 반도체 광증폭기(350)가 필요하지않는 16 내지 32 ONT를 수용하는 제2광도파로(345)를 구현하는 2중 광도파로 구조를 가지는 고출력 PLC 광송신 모듈을 나타낸다.
즉, 고출력 PLC 광송신 모듈에 두 개의 광도파로를 구현하여 그 중 하나의 광도파로(340)는 64 ONT 이상을 수용하기 위하여 반도체 광증폭기(350)가 삽입된 구조로 모듈을 제작하고, 나머지 하나의 제2광도파로(345)는 32 ONT 이하에서 적용할 수 있도록 반도체 광증폭기(350)가 없는 구조로 모듈을 제작한다.
이와 같이, ONT 수에 따라 광도파로를 선택하여 광송신 모듈을 제작하게 함으로써 반도체 광증폭기(350)의 낭비없이 하나의 PLC 플랫폼(310)에서 16 ONT에서 128 ONT 이상까지 모든 ONT를 수용할 수 있게 된다.
제 2 모니터 다이오드(325)는 모니터 다이오드(320)와 동일한 기능을 수행한다. 즉, 제 2 레이저 다이오드(335)에서 발생된 광신호를 모니터링하는 역할을 수행한다.
제 2 레이저 다이오드(335)는 전기신호를 광신호로 변환하여 레이저 다이오드(330)와 동일한 파장을 가지는 광신호를 발생한다.
가변 광감속기(385)는 제 2 레이저 다이오드(335)와 제 2 광커넥터(365)사이에 연결되어 제 2 광커넥터(365)를 통하여 스플리터로 출력되는 광파워를 맞추도록 하는 역할을 수행한다.
도 5에서 미 설명된 부분은 도 3과 같은 참조번호에 대하여 도 3을 참조하기로 한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고출력 PLC 광송수신 모듈의 구성도이다.
PON 시스템은 OLT와 ONT간의 양방향 통신을 기본으로 하고 있다. OLT에서 ONT간의 통신 흐름을 하향, ONT에서 OLT간의 통신 흐름을 상향이라 한다. 여기에서, OLT와 ONT간의 통신은 한 가닥의 광도파로를 이용하게 되며 상향, 하향신호의 구분을 위해서 하향은 1500nm 대역(보다 구체적으로, 1450nm~1590nm)의 파장을, 상향은 1300nm 대역(보다 구체적으로, 1280nm~1350nm)의 파장을 사용한다.
따라서, OLT에서 하향신호를 내보내는 것은 광송신 모듈이 담당하고, 상향신호를 처리하는 것은 광수신 모듈이 담당한다.
PON 시스템에 적용되는 광통신 모듈의 소형화 및 저가격화를 위해서 광송신 모듈과 광수신 모듈을 하나의 모듈로 구현하는 광송수신 모듈의 도입이 일반화되고 있다. 따라서, 도 6에서는 고출력 PLC 광송신 모듈에 광수신 모듈을 추가하여 제작되는 고출력 PLC 광송수신 모듈을 나타낸다.
도 6에서는 하나의 PLC 플랫폼(310) 위에 광송신 모듈과 광수신 모듈이 구현된 고출력 PLC 광송수신 모듈(600)이 있다. 도 6을 참조하면, 고출력 PLC 광송수신 모듈(600)은 모니터 다이오드(320), 레이저 다이오드(330), 제1광도파로(340), 반도체 광증폭기(350), 포토 다이오드(620), 제2광도파로(640), 광커플러(660), 제3 광도파로(660) 및 광커넥터(360)를 포함하여 구성된다.
레이저 다이오드(330)와 반도체 광증폭기(350) 및 반도체 광증폭기(350)와 광커플러(660)는 제1광도파로(340)로 연결되어 있고, 광커플러(660)와 포토 다이오드(620)는 제 2 광도파로(640)로 연결되어 있으며, 광커플러(660)와 광커넥터(360)는 제3광도파로(660)로 연결되어 있다.
여기에서, 송신단에 해당하는 제1광도파로(340)에는 1500nm대역 파장의 송신 광신호가 지나가게 된다. 그리고, 수신단에 해당하는 제2광도파로(640)에는 1300nm대역 파장의 수신 광신호가 지나가게 된다. 또한, 제3광도파로(680)에는 1500nm대역 파장의 송신 광신호와 1300nm대역 파장의 수신 광신호가 지나가게 된다.
제1광도파로(340)가 있는 레이저다이오드(330) 및 반도체광증폭기(350)를 통해서 발생된 1500nm대역의 송신 광신호는 광커플러(660)를 통해서 한 개로 이루어진 제3광도파로(680)를 지나 광커넥터(360)를 통해서 스플리터 방향의 광케이블로 출력된다.
한편, 스플리터로부터 입력된 1300nm대역의 수신 광신호는 광커넥터(360)를 거쳐서 한 개로 이루어진 제3광도파로(680)와 광커플러(660)를 거쳐 제2광도파로(640)를 따라서 포토 다이오드(620)에 입력된다.
고출력 PLC 광송수신 모듈(600) 중에서 광송신 기능을 수행하는 것에 대하여 미 설명된 부분은 도 3과 같은 참조번호에 대하여 도 3을 참조하기로 한다.
포토 다이오드(620)는 광신호를 입력받아 전기신호로 변환하는 역할을 수행한다. 즉, 고출력 PLC 광송수신 모듈(600)에서 광수신 기능을 수행한다.
광커플러(660)는 송신 광신호와 수신 광신호의 각 파장을 분할 또는 결합하기 위한 것으로 송신 광신호의 경우 반도체 광증폭기(350)와 광커넥터(360) 사이에 위치하고, 수신 광신호의 경우 포토 다이오드(620)와 광커넥터(360) 사이에 위치하게 된다.
광커넥터(360)는 반도체 광증폭기(350)에서 증폭된 광신호를 스플리터 쪽의 광케이블(도 1의 120)로 출력하고, 스플리터로부터 입력된 광신호를 PLC 플랫폼 상의 제3광도파로(680)로 출력한다.
여기에서, 스플리터는 반도체 광증폭기(350)를 통하여 증폭된 하향 광신호(ONT에서 OLT로 전송되는 광신호)에 대하여는 복수개의 ONT로 출력하고, 복수개의 ONT로부터 입력되는 상향 광신호(ONT에서 OLT로 전송되는 광신호)에 대하여는 제 2 광도파로(640)를 거쳐 포토 다이오드(620)로 출력한다.
PLC 플랫폼(310)은 포토 다이오드(620), 모니터 다이오드(320), 레이저 다이오드(330), 반도체 광증폭기(350), 제 1 광도파로(340), 제 2 광도파로(640), 광커플러(660), 제 3 광도파로(680)를 하나로 패키징하여 고출력으로 광신호가 출력되도록 한다.
특히, 고출력 PLC 광송수신 모듈(600)은 포토 다이오드(620), 모니터 다이오드(320), 레이저 다이오드(330), 반도체 광증폭기(350), 광도파로(340), 제 2 광도파로(640), 광커플러(660) 및 제 3 광도파로(680)를 하나로 패키징함에 있어서, 집적도와 광송신 모듈의 크기를 작게 하기 위하여 Planar Lightwave Circuit(PLC) 플랫폼을 사용한다.
도 7은 도 3 내지 도 6에 적용되는 열전 냉각기의 구성도이다.
고출력 PLC 광송신 모듈 또는 고출력 PLC 광송수신 모듈을 구현하는데 있어서 PLC 플랫폼을 사용함에 있어서 열방출이라는 문제가 발생한다. 즉, 고출력 PLC 광송신 모듈 또는 고출력 PLC 광송수신 모듈을 구성하는 레이저 다이오드와 반도체 광증폭기와 같은 능동소자는 많은 전류를 요구하게 되고 전기적 신호가 광신호로 변환되면서 많은 열을 발생하게 된다.
PLC 플랫폼의 재료가 되는 실리카 계열의 물질은 금속보다 열전달율이 낮기 때문에 PLC 플랫폼 상에 놓여진 레이저 다이오드 및 반도체 광증폭기 소자는 동작 시간이 늘어남에 따라서 내부 온도가 상승하고 광파워가 작아지는 성능 감쇠 현상이 발생한다.
이와 같은 성능 감쇠 현상을 방지하기 위해서, 도 7에서는 PLC 플랫폼(310) 에 열전 냉각기(370)를 장착하여 레이저 다이오드와 반도체 광증폭기의 내부 온도가 상승하는 것을 방지하는 구조를 나타낸다.
열전 냉각기(370)의 동작원리를 살펴보면 다음과 같다. 전기적 신호에 의해서 열전 냉각기(370) 면은 온도가 낮아지지만 낮아진 만큼의 열은 열전 냉각기(370) 면의 반대편으로 방출된다. 따라서 열전 냉각기(370) 면 반대편으로 방출된 열들이 PLC 플랫폼(310)으로 영향을 미치지 않고 바깥쪽으로 빠져나가도록 하기 위해서 열전 냉각기(370) 면 반대면은 금속 재질의 냉각판에 접해 있으면, 금속 재질의 냉각판의 바깥쪽은 열방출을 효과적으로 하기 위해서 도 7과 같은 것처럼 요철 모양 또는 주름진 모양의 방열판 구조를 하도록 한다.
도 3 내지 도 6 에서의 모든 고출력 PLC 광송신 모듈 또는 고출력 PLC 광송수신 모듈은 PLC 플랫폼(310) 하단부에 도 7과 같은 열전 냉각기(370)를 장착하고 있다.
도 8은 도 3 내지 도 6에 적용되는 Hermetic 실링을 수행한 고출력 PLC 광송신 모듈 또는 고출력 PLC 광송수신 모듈의 구성도이다. 도 8을 참조하면, 도 3 내지 도 6에 적용되는 고출력 PLC 광송신 모듈 또는 고출력 PLC 광송수신 모듈에서 PLC 플랫폼 상(310)의 레이저 다이오드, 반도체 광증폭기 및/또는 포토 다이오드 등이 대기에 노출되는 경우에는 여러 요인들에 의해서 각 구성요소들의 성능이나 수명에 좋지 않은 결과를 초래한다.
따라서 PLC 플랫폼(310) 상의 레이저 다이오드, 반도체 광증폭기 및/또는 포토 다이오드 등을 대기와 분리하고 안정적인 동작을 수행하도록 하기 위하여 도 8에서 보는 바와 같이 고출력 PLC 광송신 모듈 또는 고출력 PLC 광송수신 모듈 외부를 금속성 물질로 감싸는 헤르메틱(Hermetic) 실링(sealing) 처리를 통해서 완전 밀폐되도록 한다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정 해져야 할 것이다.
본 발명은 고출력 PLC 광송신 모듈과 PLC 광송수신 모듈에 관한 것으로 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 PON 시스템에서 한 개의 OLT에서 많은 수의 ONT(가입자)를 확보하게 하기 위한 고출력 광송수신 모듈의 구조를 제공할 수 있다.
본 발명의 고출력 광송신 모듈 또는 광송수신 모듈은 송신을 위한 광신호를 발생하는 레이저 다이오드, 발생된 광을 증폭하여 고출력을 내는 반도체 광증폭기 및 ONT로부터 올라오는 상향신호를 처리하는 광수신부의 포토 다이오드 등을 하나의 PLC 플랫폼에 집적화하여 구현함으로써 광송신 모듈 또는 광송수신 모듈을 작게 그리고 비교적 저렴하게 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고출력 PLC 광송신 모듈과 PLC 광송수신 모듈은 하나의 OLT에 128개 이상의 ONT를 수용하는 PON 시스템을 구현할 수 있게 되어 결과적으로 전체 PON 시스템의 가격을 낮출 수 있게 된다.

Claims (20)

  1. PON 시스템의 OLT에 위치하는 광송신 모듈에 있어서,
    소정 파장의 광신호를 발생하는 레이저 다이오드;
    상기 레이저 다이오드에서 발생된 광신호를 증폭하여 스플리터로 출력하는 반도체 광증폭기(SOA); 및
    상기 레이저 다이오드와 반도체 광증폭기를 하나로 패키징하여 광신호가 고출력으로 출력되도록 하는 PLC 플랫폼;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송신 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드에서 발생된 광신호를 모니터링하는 모니터 다이오드(mPD)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송신 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드는 광신호 집속 기능을 가지는 스폿 사이즈 컨버터(SSC)가 포함되어 있는 SSC 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송신 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 광증폭기는 광신호 집속 기능을 가지는 스폿 사이즈 컨버터(SSC)가 포함되어 있는 SSC 반도체 광증폭기인 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송신 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드와 상기 반도체 광증폭기를 연결하는 광도파로의 소정 지점에 위치하여 상기 반도체 광증폭기로 입력되는 광신호의 광파워가 일정하도록 상기 레이저 다이오드로부터 출력된 광신호의 광파워를 조절하는 가변 광감속기(VOA)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송신 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 광증폭기와 상기 스플리터를 연결하는 광커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송신 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반도체 광증폭기와 상기 광커넥터를 연결하는 광도파로의 소정 지점에 위치하여 상기 반도체 광증폭기에서 출력되는 광신호의 광파워가 일정하도록 조절하는 가변 광감속기(VOA)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송신 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드와 동일한 파장의 광신호를 발생하는 제 2 레이저 다이오드; 및
    상기 제 2 레이저 다이오드에서 발생된 광신호가 상기 반도체 광증폭기를 거치지 않고 바로 상기 스플리터로 출력되도록 하는 제 2 광도파로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송신 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 PLC 플랫폼에 상기 고출력 PLC 광송신 모듈에서 발생한 열을 냉각시키는 열전 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송신 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열전 냉각기는 요철 모양 또는 주름진 모양을 가지는 금속 재질의 냉각판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송신 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 고출력 PLC 광송신 모듈을 외부와 차단되도록 금속 재질로 감싸는 헤르메틱(Hermetic) 실링 처리를 하는 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송신 모듈.
  12. PON 시스템의 OLT에 위치하는 광송수신 모듈에 있어서,
    광신호를 입력받아 전기신호로 변환하는 포토 다이오드;
    소정 파장의 광신호를 발생하는 레이저 다이오드;
    상기 레이저 다이오드에서 발생된 광신호를 증폭하는 반도체 광증폭기(SOA);
    상기 반도체 광증폭기에서 증폭된 광신호를 결합하여 스플리터로 출력하고, 상기 스플리터로부터 입력된 광신호를 분할하여 상기 포토 다이오드로 출력하는 광커플러; 및
    상기 포토 다이오드, 레이저 다이오드, 반도체 광증폭기 및 광커플러를 하나로 패키징하여 고출력으로 광신호가 출력되도록 하는 PLC 플랫폼;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송수신 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드에서 발생된 광신호를 모니터링하는 모니터 다이오드(mPD)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송수신 모듈.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드는 광신호 집속 기능을 가지는 스폿 사이즈 컨버터(SSC)가 포함되어 있는 SSC 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송수신 모듈.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 반도체 광증폭기는 광신호 집속 기능을 가지는 스폿 사이즈 컨버터(SSC)가 포함되어 있는 SSC 반도체 광증폭기인 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송수신 모듈.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드와 상기 반도체 광증폭기를 연결하는 광도파로 및/또는 상기 반도체 광증폭기와 상기 광커넥터를 연결하는 광도파로의 소정 위치에 광파워를 조절하는 가변 광감속기(VOA)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송수신 모듈.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 광커플러와 상기 스플리터를 연결하는 광커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송수신 모듈.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 PLC 플랫폼에 상기 고출력 PLC 광송수신 모듈에서 발생한 열을 냉각시키는 열전 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송수신 모듈.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 열전 냉각기는 요철 모양 또는 주름진 모양을 가지는 금속 재질의 냉각 판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송수신 모듈.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 고출력 PLC 광송수신 모듈을 외부와 차단되도록 금속 재질로 감싸는 헤르메틱(Hermetic) 실링 처리를 하는 것을 특징으로 하는 고출력 PLC 광송수신 모듈.
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