KR20070061198A - 광 정렬 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 아이솔레이터가 실장되지 않는 저가형의 가입자망용 양방향 광송수신 모듈이 전송 선로 상에서 피드백되어 레이저다이오드의 활성영역으로 재결합되는 외부 반사광을 줄임으로써 반사광에 의해 발생되는 상대세기 잡음을 감소시키고 광결합효율을 보장할 수 있는 최적의 광 정렬 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 외부 반사광량에 비례하여 출력 전류가 증가하는 모니터링 포토다이오드(mPD, Mornitoring Photo Diode)의 특성을 이용하여 광 정렬 공정에서 레이저다이오드에 입력되는 외부 반사광량을 최소화 하고 광 출력은 최대화 할 수 있는 최적화된 광 정렬 방법이다. 최적 광정렬 조건 설정을 위해 3축 광 정렬 장치를 이용하여 서브 어셈블리와 광 섬유간 광 정렬위치에 따라 레이저다이오드에 재입사되는 외부 반사광량과 이에 따라 발생되는 상대세기 잡음 측정이 선행 되어야 한다. 이 후 광 출력과 상대세기 잡음에 대해 최적의 광 정렬 위치를 결정하고 그 지점에서 측정된 모니터링 포토다이오드 출력 전류량을 최대 광 출력 지점에서의 출력 전류에 대한 비율로 환산한다. 본격적인 양산과정에서는 최대 광 출력지점에 광섬유를 정렬 시킨 후 이때의 모니터링 포토다이오드 출력 전류를 기준으로 이미 결정된 최적 광 정렬지점에서의 출력전류 비가 되도록 최대 광 출력 지점으로부터 광섬유 혹은 렌즈를 초점 이동하여 최적 광 정렬위치를 찾을 수 있으며 이로 인해 상대세기 잡음의 측정에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있다.

양방향 광송수신모듈, 광 아이솔레이터, 상대세기 잡음(RIN: Relative Intensity Noise), 반사광, 모니터링 포토다이오드, 광 정렬

Description

광 정렬 방법 및 장치{Optical arrangement method and device}

도 1은 종래의 광 정렬 장치를 도시한 블록 구성도이다.

도 2는 -15 dB의 외부 반사광이 입사된 상태에서 레이저다이오드와 광섬유의 정렬 위치에 따른 광 출력 파워 및 상대세기 잡음을 측정한 실험 결과 그래프이다.

도 3은 레이저다이오드로 입사된 외부 반사광량에 따른 모니터링 포토다이오드의 출력 전류 변화량을 측정한 실험 결과이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저잡음 양방향 광 송수신 장치의 광 정렬 방법을 나타낸 플로우챠트이다.

도 5a는 집속렌즈와 광섬유간 거리가 레이저다이오드와 집속렌즈의 거리보다10배 이상으로 구현된 기존의 광 송수신 모듈의 개념도이고, 도 5b는 본 발명의 효과적인 구현을 위하여 집속렌즈와 광섬유간 거리를 레이저다이오드와 집속렌즈의 거리 보다 3배 이하로 설계 제작된 광송수신 모듈의 개념도이다.

도 6a 및 도 6b는 각각 도 5a,도 5b에 보인 구조에서의 광 집속 지점에서의 초점(D) 크기 및 초점 심도(W)를 각각 나타낸 모식도이다.

도 7a, 및 도 7b는 각각 도 5a 및 도 5b에 보인 구조에서 광섬유의 정렬 위치 변화와 이에 따른 레이저다이오드의 활성영역에 대한 외부 반사광의 광 결합 관계를 보인 모식도이다.

도 8a 및 도 8b는 각각 상기 도 5a 및 도 5b에 보인 구조에서의 광 정렬 위치에 따른 광 출력, 상대세기 잡음 및 모니터링 포토다이오드의 출력전류 곡선을 나타낸 그래프이다.

도 9는 본 발명에 의한 최적 광 정렬 위치를 설정하기 위하여, 외부 반사광에 따른 상대세기 잡음(RIN)과 이때의 모니터링 포토다이오드의 출력전류를 측정하기 위한 장치 블록도이다.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양산과정에서 모니터링 포토다이오드 출력전류만을 이용하여 수행하는 최적 광정렬을 위한 장치 블록도이다.

<도면의 주요부분에 대한 기호 설명>

10: 광 서브 어셈블리(Optical sub-assembly)

11: 레이저다이오드(Laser diode)

11a: 레이저다이오드 활성영역(Active area)

11b: 레이저다이오드 전면 광출력(Front emitting)

11c: 레이저다이오드 후면 광출력(Back emitting)

12: 집속렌즈(Focusing Lens) 12a: 집속광(Focused beam)

13: 모니터링 포토다이오드(mPD, Monitoring Photo Diode)

20: 광섬유(Optical fiber) 20a: 출력광(Output beam)

20b: 외부 반사광(External reflection) 30: 광 정렬 장치

31 광출력 측정기 32: 광 정렬 장치 제어기

33: 광 정렬기 33a: 광섬유 페롤 고정대

40: 전류 측정기

50: 2×2 양방향 광분배기(2×2 Bi-directional splitter)

60: 상대세기 잡음 측정기(RIN tester)

70: 가변 광 반사기(Variable back reflector)

80: 광 파워 측정기(Optical power meter)

본 발명은 단일 광섬유를 통해 양방향으로 광 신호를 송수신하기 위한 양방향 광 송수신 장치에 있어서, 전송 선로상의 임의 지점에서 반사되어 레이저다이오드로 재입사되는 반사광량을 줄여 반사광에 의해 발생되는 상대세기 잡음(RIN)을 감소시키고 이와 동시에 광 결합 효율을 보장하기 위한 광 정렬 방법 및 장치에 관한 것이다.

광 송수신 모듈에서 나타나는 상대세기 잡음(RIN: Relative Intensity Noise)은 광 전송 선로 상의 임의의 지점에서 반사되어 레이저다이오드로 입사되는 반사광량에 비례하여 증가하는 것으로서, 기존에는 미국 특허 번호 4,926,430호에서와 같이 레이저다이오드와 광섬유사이에 광섬유에서 레이저 다이오드 측으로 입사되는 반사광을 차단하는 광 아이솔레이터를 구비함으로써, 상대세기 잡음을 저감시켰다.

상기와 같이 광 아이솔레이터를 이용하는 경우, 레이저다이오드로 입사되는 반사광의 량을 줄임으로써 잡음 성분을 줄여 신호의 품질을 향상시킬 수 있지만, 광 아이솔레이터가 고가이기 때문에 광송수신 모듈의 제조단가가 상승한다는 문제점이 있으며, 또한 광 아이솔레이터가 벌크 타입(Bulk type)으로 구현되어, 광 송수신 모듈의 소형화가 어렵다는 문제점이 있다.

따라서 저렴한 비용 및 소형화가 요구되는 가입자망의 광 송수신 모듈의 경우, 광 아이솔레이터를 적용하기가 더욱 어렵다.

이에 광 가입자망 용 양방향 광 송수신 모듈의 경우, 광 아이솔레이터를 실장하지 않고 광섬유와 레이저다이오드간의 광 정렬을 시도하며, 이때 광섬유는 레이저다이오드와 최대 광출력이 검출 되는 지점에 정렬되며(이는 수동 및 능동정렬에서 공통으로 지향되는 기술이다), 광 정렬 이후엔 모듈의 특성에 따라 레이저 웰딩, 솔더링, 에폭시 등의 공정을 통해 광섬유를 정렬된 위치로 고정한다.

도 1은 기존의 광 서브 어셈블리(10)와 광 섬유(20)의 광 축을 정렬하기 위한 광 정렬 장치를 나타낸 블록도로서, 상기 광 정렬 장치(30)는, 광 서브 어셈블리(10)의 집속렌즈(12)에서 출력된 빔이 광섬유(20)의 입력단에 집속되도록 하기 위하여, 광 파워 측정기(31)로 광섬유(20)로부터 출력되는 광 신호의 파워를 측정하여 전기 신호 형태의 광 파워 측정신호를 제어기(32)로 피드백한다. 상기 제어기(32)는 상기 광 파워 측정기(31)에서 측정된 광 파워가 최대가 되도록 상기 광정렬기(33)의 동작을 제어하여 광섬유(20)의 위치를 조정한다.

이와 같이 기존의 광 정렬 장치(30)는, 광 출력(11b)만을 고려하여, 최대 광 출력이 나타나도록 광 섬유(20)의 정렬 위치를 결정한다.

따라서, 아이솔레이터가 구비된 광 송수신 장치에서는, 외부 반사광의 입사량이 적기 때문에, 상기와 같이 최대 광 출력을 기준으로 광정렬을 수행함으로써 최적의 광 효율을 나타낼 수 있지만, 아이솔레이터를 생략하고 광 섬유(20)와 레이저다이오드(11)를 광 결합한 구조는 레이저다이오드(11)로 입사되는 반사광량이 많기 때문에, 상기와 같이 상대세기 잡음을 고려하지 않고 최대 출력만을 고려하여 광정렬을 수행하면 신호품질이 떨어지게 된다.

즉, 최대 광 출력 지점에 대해 광 정렬을 수행하여 광학계를 고정할 경우, 레이저다이오드(11)로 입사되는 외부 반사광량도 최대가 되기 때문에 도 2의 실험결과와 같이 상대세기 잡음이 최대가 된다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 단일 광섬유를 통해 양방향으로 광 신호를 송수신하기 위한 양방향 광 송수신 장치에 있어서, 전송 선로상의 임의 지점에서 반사되어 레이저다이오드로 재입사되는 반사광량을 줄여 반사광에 의해 발생되는 상대세기 잡음(RIN)을 감소시키고 이와 동시에 광 결합 효율을 보장하기 위한 광 정렬 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 구성 수단으로서, 본 발명은, 광 아이솔레이터를 구비하지 않는 양방향 광 송수신 장치를 위하여, 광을 발생시키는 레이저다이오드와 상기 레이저다이오드에서 발생된 광을 상기 광섬유의 입력부로 집속시키는 집속렌즈와 상기 레이저다이오드에서 발생된 광의 출력을 모니터링하는 모니터링 포토다이오드를 포함하는 광 서브 어셈블리와 광 섬유간의 광 정렬을 수행하는 광정렬 장치에 있어서, 상기 광섬유로부터 출력되는 광의 파워를 검출하는 제1 광 파워 측정기와, 상기 모니터링 포토다이오드의 출력 전류량을 검출하는 전류 측정기와, 최소 상대세기 잡음과 상기 모니터링 포토다이오드의 출력전류의 관계 정보가 설정되어 있으며, 상기 제1 광 파워측정기에서 측정된 광출력 파워가 최대가 되도록 상기 광 정렬을 제어한 후, 상기 관계정보에 근거하여 상기 전류 측정기에서 측정된 모니터링 포토다이오드의 출력전류량으로부터 최소 상대세기 잡음이 나타나도록 상기 광 정렬을 제어하는 제어기; 및 상기 제어기의 제어에 따라서 상기 광섬유를 광 전송 경로축에 대하여 수직한 평면상에서 상기 광섬유를 이동시키는 광 정렬기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치를 제공한다.

더하여, 본 발명에 의한 광 정렬 장치는, 제1,2 단자로부터 입력된 신호를 혼합하여 제3,4 단자로 분배하거나, 제3,4 단자로부터 입력된 신호를 혼합하여 제1,2단자로 분배하며, 상기 제1 단자가 광섬유의 출력측에 연결되는 광 분배기; 상기 광 분배기의 제3단자로 출력되는 광 신호의 상대세기 잡음을 측정하는 상대세기 잡음 측정기; 상기 광 분배기의 제4 단자에 연결되어, 일정량의 반사광이 발생하도록 상기 제4 단자로 출력된 광을 설정된 비율로 반사시키는 가변광반사기; 및 상기 광 분배기의 제2 단자에 연결되어, 상기 가변광 반사기에 의해 반사되어 상기 광 서브 어셈블리측으로 입사되는 반사광의 파워를 측정하는 제2 광 파워 측정기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

더하여, 본 발명에 의한 광 정렬 장치는, 상기 제2 광 파워 측정기를 통해 일정량의 반사광이 검출되도록 가변광 반사기를 제어한 상태에서, 상기 광정렬기를 통해 광섬유를 이동시키면서 상기 상대세기 잡음 측정기의 측정값을 확인하여, 최대 광출력이 나타날때의 전류측정기에서 측정된 출력전류량에 대한 최소 상대세기 잡음 시점에서의 상기 전류측정기로 측정된 출력전류량의 비율을 상기 제어기에 목표값으로 설정하고, 상기 제어기는 제1 광파워 측정기에서 최대 광출력이 측정되도록 하고, 이때의 전류측정기의 전류측정값을 저장한 후, 상기 광섬유를 이동시키면서 상기 최대 광출력 시점에서의 전류 측정값에 대한 현재 전류측정기의 전류측정값의 비율을 계산하여, 상기 계산값이 상기 설정된 목표값이 되도록 광정렬기를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위한 다른 구성 수단으로서, 광 아이솔레이터를 구비하지 않은 양방향 광 송수신 장치에서의 레이저 다이오드와 광섬유간의 광 정렬 방법에 있어서, 상기 레이저다이오드에서 발생되어 광 섬유를 통해 출력되는 광신호의 파워를 검출하는 단계; 상기 검출된 출력광의 파워를 확인하여, 최대 파워가 나타나도록 레이저 다이오드에 대한 광섬유의 위치를 조정하는 단계; 상기 조정에 의한 최대 광 출력 파워가 나타나면, 상기 레이저 다이오드로 입사되는 반사광량에 의한 상대세기 잡음량을 검출하는 단계; 및 상기 검출된 상대세기 잡음이 최소가 되도록 상기 광섬유를 초점이동(Defocussing)시키는 단계를 포함하는 광 정렬 방법을 제공한다.

본 발명에 의한 광 정렬 방법에 있어서, 동일 사양의 양방향 광 송수신 장치에 대해서, 최소 상대세기 잡음인 시점에서 나타나는 상기 광 서브 어셈블리에 구비된 모니터링 포토다이오드의 출력전류량을 측정하여, 최대 광출력 시점의 출력전류량 대비 최소 상대세기 잡음 시점의 출력전류량의 비율을 목표값으로 설정하는 단계를 더 포함하며, 이때, 상기 상대세기 잡음을 검출하는 단계는, 상기 광 서브 어셈블리의 모니터링 포토다이오드의 출력 전류를 측정하는 단계이고, 상기 광섬유의 초점을 이동시키는 단계는, 최대 광출력 시점의 출력전류량 대비 상기 측정된 모니터링 포토다이오드의 출력 전류량의 비율이 목표값이 되도록 광섬유를 이동시키는 단계임을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 최대 광 출력만을 기준으로 광 정렬을 수행하는 기존의 방식과는 다르게, 최대 광 출력 및 최소 상대 세기 잡음을 모두 고려하여 최적의 광 정렬을 수행하기 위한 것으로서, 아이솔레이터를 사용하지 않는 광 송수신 모듈의 경우, 최대 광출력을 나타내는 광 정렬 위치에서 상대세기 잡음도 최대인 점을 실험으로 확인하여, 최대 출력을 기준으로 광 정렬을 수행하여, 광축의 초점을 맞춘 이후, 상대세기 잡음이 작아지도록 초점 이동(Defocussing) 시킴으로서, 궁극적으로 광 출력 및 반사에 의한 신호 대 잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio)를 개선한 것이다.

도 2는 본 발명의 발명자가, 광 아이솔레이터를 구비하지 않는 광 송수신 모듈에서의 광 정렬 위치별 광 출력의 변화와 상대세기 잡음의 변화를 측정한 실험 결과를 보인 것으로서, 광축(Z축)에 수한 X축 상에서 광정렬 위치를 변경하였을 때, 나타나는 광 출력의 변화와 상대세기 잡음의 변화를 측정하였으며, 이때 레이저 다이오드로 입사되는 외부 반사광의 크기는 약 -15dB로 설정하였다.

도 2를 참조하면, 광 결합이 의미를 가질 수 있는 구간 내에서, 최대 광 출력(P1)이 나타날 때, 상대세기 잡음(P2)도 최대로 나타나는 것을 알 수 있다. 더하여, 상기 상대세기 잡음은, 최대 광 출력(P1)을 나타낸 광 정렬 위치에서 일정 거리(대략, 5 ㎛) 초점 이동된 지점에서 최소를 나타내었다. 더불어, 그 이상의 초점 이동이 발생하면, 광 결합손실이 심하게 발생하여, 광 출력이 너무 작아지기 때문에, 광결합이 무의미해진다. 즉, 최대 광출력을 나타내는 광정렬 위치를 기준으로 일정 영역(대략, 5 ㎛) 이내에서의 상대 세기 잡음 값만이 유효하게 된다.

따라서 본 발명에서와 같이 최대 광 출력이 나타나도록 광축을 정렬한 후, 상기 위치를 기준으로 상대 세기 잡음이 최소가 되도록 초점을 이동시킴으로써, 유효한 광 출력을 얻으면서 상대세기 잡음을 낮출 수 있게 된다.

상기와 같이, 광출력 및 상대세기 잡음을 동시에 고려하기 위해서는, 광섬유의 광 출력뿐만 아니라 반사광량을 고속 및 실시간으로 측정하면서 광 정렬을 수행할 수 있어야 한다. 그런데 상대세기 잡음을 측정할 수 있는 상대세기 잡음 측정 장치가, 고가의 장비이고, 또한 수 MHz~수 GHz까지 주파수 범위에 대해 각 정렬 위치에서 스위핑(Sweeping)하는 특성상, 측정 시간이 오래 소요되는 단점이 있기 때문에, 저렴한 비용으로 실시간처리가 요구되는 경우에는 적합하지 못하다.

본 발명은 상대세기 잡음 측정을 위해 발생되는 시간 및 비용 문제를 보완하기 위하여, 실험을 통하여, 광섬유를 통하여 선로에서 반사된 광이 레이저다이오드의 활성영역(11a)에 입사될 경우, 상기 외부 반사광이 레이저다이오드(11)를 통과해 모니터링 포토다이오드(13)의 입력 광량을 변화시켜 모니터링 포토다이오드(13) 출력 전류를 변화시키는 것을 확인하였으며, 이는 도 3의 광 정렬 위치를 고정시킨 상태에서 반사광량을 변화시키면서 모니터링 포토다이오드(13)의 출력전류량을 측정한 실험 결과로부터 입증될 수 있다.

이에 본 발명은 상대세기 잡음이 레이저다이오드(11)로 입사되는 반사광량에 비례하고, 광 서브 어셈블리(10)내에 구비되어 레이저다이오드(11)의 후면 출력광(11c)을 통해 광출력(11b)을 모니터링하는 모니터링 포토다이오드(13)의 출력전류 변화가 상기 레이저다이오드(11)의 활성영역(11a)으로 입사된 반사광량에 비례하며, 동일한 사양으로 설계 및 제작된 레이저다이오드의 경우 동일한 반사광량에 대해 동일한 상대세기 잡음 특성을 나타내는 점에 착안하여, 상기 모니터링 포토다이오드(13)의 출력 전류량을 통해 상대세기 잡음을 예측하도록 제안한다.

더 구체적으로는, 동일 사양을 갖는 다수의 광 서브 어셈블리중 최초 1개의 광 서브 어셈블리에 대하여, 광 정렬 위치에 따른 광출력과, 상대세기 잡음과, 모니터링 포토다이오드의 출력 전류량을 반사광량을 일정하게 유지하면서 측정한 후, 상기 측정 결과에서 최소 상대 세기 잡음이 나타나는 모니터링 포토다이오드의 출력 전류(도 P6)를 최대 광 출력지점에서의 모니터링 포토다이오드 출력전류(P5)로 나눈 비율을 목표값으로 설정함으로써, 이후 동일한 사양의 광 서브 어셈블리에 대해서 추가적인 상대세기 잡음의 측정없이 최대 광출력 지점에 광 정렬 후 모니터링 포토다이오드의 출력 전류만을 측정하여 상기 목표치에 광섬유 정렬을 수행토록 함으로써, 상대잡음 세기가 최소가 되도록 광정렬을 수행할 수 있다. 이때, 상기 상대세기 잡음 및 모니터링 포토다이오드의 출력전류량을 측정하기 위해 제공된 반사광량은 양방향 광 송수신 모듈의 적용되는 시스템의 사양에 의해 결정된다.

도 4는 이상에서 설명한 본 발명에 의한 광 정렬 방법의 바람직한 실시 예를 나타낸 플로우챠트이다.

도 4를 참조하면, 본 발명은, 동일 사양으로 이루어진 광 서브 어셈블리와 광섬유를 정렬하여 양방향 광 송수신 모듈을 제조하는데 있어서, 레이저다이오드와 집속렌즈와 모니터링 포토다이오드를 포함하는 동일 사양의 광 서브 어셈블리에 대해서, 광 정렬을 수행하기 위한 초기 단계로서, 최소 상대세기 잡음이 나타날 때의 모니터링 포토다이오드의 출력 전류(P6)를 최대 광 출력지점에서의 모니터링 포토다이오드 출력전류(P5)로 나눈 비율을 목표값으로 설정한다.(S110).

더 구체적으로는, 일정한 반사광량을 광섬유를 통해 광 서브 어셈블리로 인가한 상태에서, 상기 광 서브 어셈블리의 레이저다이오드로부터 발생되어 광섬유를 통해 출력되는 광신호에 포함된 상대세기 잡음을 측정하고, 동시에 상기 광 서브 어셈블리의 모니터링 포트다이오드의 출력전류를 측정한 후, 상기 측정 결과에서 최소 상대세기 잡음이 나타나는 지점의 출력전류를 검출하여 최대 광 출력지점에서의 모니터링 포토다이오드 출력전류(P5)로 나눈 비율을 목표값으로 설정한다. 이후 동일 사양의 광 서브 어셈블리에 대해서는 상기 설정된 목표값을 기준으로 광 정렬을 수행하는데, 이는 다음과 같이 이루어진다.

먼저, 해당 광 서브 어셈블리와 광 섬유간의 광 정렬 위치를 조정하면서, 상기 광 서브 어셈블리에서 광섬유로 출력되는 광량이 최대가 되도록 광 정렬을 수행한다(S120).

그 다음, 해당 광 서브 어셈블리의 모니터링 포토 다이오드로부터 출력되는 출력 전류량을 확인하여, 상기 광 서브 어셈블리에서 광섬유로 출력되는 광량이 최대가 되는 시점에서의 모니터링 포토다이오드의 출력 전류에 대한 현재 모니터링 포토다이오드의 출력전류의 비율이 상기 설정된 목표값이 되도록 광 서브 어셈블리와 광 섬유의 초점을 이동시킨다(S130).

상술한 바와 같이 광 정렬을 수행함으로써, 아이솔레이터를 사용하지 않는 광 송수신 모듈에 대해서, 광 출력 및 잡음을 모두 고려한 최적의 광정렬을 수행할 수 있으며, 그 결과 저렴한 비용으로 저잡음의 양방향 광 송수신 모듈을 구현할 수 있다.

그런데 상술한 바와 같이, 최대 광 출력 지점(P1)에서 최소 상대세기 잡음(P4)을 갖도록 초점 이동시키는 경우, 최대 광 출력과 대비하여 볼 때, 다소의 손실이 발생한다. 예를 들어, 상기 도 2의 실험 결과를 보면 약 5dB 정도의 광 손실차를 갖는 것을 알 수 있다.

이러한 최소 상대세기 잡음 지점으로의 초점 이동에 의한 광 출력의 손실을 광 서브 어셈블리의 사양, 더 구체적으로는 집속 렌즈를 사양을 상대세기 잡음에 대한 민감도가 높은 것으로 구현함으로써 해결할 수 있으며, 이를 통해 더 높은 광 결합 효율을 달성할 수 있다.

더 구체적으로 설명하면, 집속 렌즈의 사양을 변경하여 집속렌즈에서 광섬유까지의 초점 거리가 레이저다이오드에서 집속렌즈까지의 초점 거리에 대하여 대략 3배 이하가 되도록 함으로써, 상대세기 잡음의 민감도를 높일 수 있다. 상기 상대세기 잡음의 민감도는 동일한 초점 이동 거리에 대한 상대세기 잡음의 변화량을 나타내는 것으로서, 민감도가 높을수록 적은 초점 이동만으로 최소 상대세기 잡음을 구현하는 것이 가능해진다.

이러한 집속렌즈의 사양과, 광 정렬 위치에 따른 상대세기 잡음 민감도와, 광 손실의 감소간의 관계는 이하의 도 5 내지 도 8을 참조한 설명으로부터 더 쉽게 이해될 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 레이저다이오드(11)와 집속렌즈(12)와 광섬유(20)의 사양별 광 정렬 위치에 따른 상대세기 잡음 민감도를 비교하기 위하여, 레이저다이오 드(11)와 집속렌즈(12)간의 거리와, 집속 렌즈(12)와 광섬유(20)의 거리가 다른 두 구조를 나타낸다.

도 5a는 상기 집속렌즈(12)와 광섬유(20)간의 초점 거리 L2가 레이저다이오드(11)와 집속렌즈(12)간의 초점 거리 L1보다 10배 이상 긴 경우이며, 도 5b는 상기 집속렌즈(12)와 광섬유(20)간의 거리 L2'를 상기 레이저다이오드(11)와 집속렌즈(12)간의 거리 L1'의 3배 이하로 구성한 경우를 나타낸 것이다. 각각의 구조에서 초점이동에 의해 변화되는 반사광량에 따른 상대세기 잡음 민감도를 비교하기 위하여, 광섬유(20)의 출력 측에 상대세기 잡음을 일으키는 반사광량을 제공하는 가변 광반사기(40)를 구비하여, 상기 광섬유(20)에서 출력된 광신호의 일부가 반사되어 외부 반사광으로 레이저다이오드(11)측으로 입사되도록 한다.

상술한 바와 같이, 레이저다이오드(11)와 집속렌즈(12)와 광섬유(20)간의 거리가 달라지는 경우, 광섬유(20)로 집속되는 집속광의 크기와 집속영역에 변화가 발생한다.

도 6a, 6b는 상술한 두 구조에서의 초점 크기(Beam spot size)와 초점 심도(Depth of focus)를 측정하여 도시한 것으로서, 도 6a는 상기 도 5a와 같은 사양에서 나타나는 광집속 지점에서의 초점 크기 D와 초점 심도 W를 도시한 것이고, 도 6b는 상기 도 5b와 같은 배열 상태에서 나타나는 광 집속 지점에서의 초점 크기 D'와 초점 심도W'를 도시한 것이다. 상술한 도 6a 및 도 6b를 비교하여 보면, 도 6b가 도 6a보다 초점 크기 및 초점 심도가 훨씬 작은 것을 알 수 있다. 즉, 접속렌즈(12)와 광섬유(20)간의 거리가 감소될 수 록, 광섬유(20)로 집속되는 집속광의 직경과 집속광 영역이 감소됨을 알 수 있다.

더하여, 도 7a 및 도 7b는 각각 상기 도 5a 및 도 5b의 사양에서, 광전송로에 수직한 X축 방향으로의 광섬유(20)의 이동에 대하여 나타나는 레이저다이오드(11)의 활성영역(11a)에 집속되어 입사되는 반사광의 초점 이동 거리의 변화량을 나타낸 것으로서, 상기 도 7a에서, 기존과 같이 집속렌즈(12)와 광섬유(20)간의 거리 L2를 길게 구성하는 경우, 광섬유(20)가 X축 방향으로 X2 길이만큼 이동할 때, 레이저다이오드(11)의 활성영역(11a)내의 초점 이동 거리가 X1만큼 나타나는데 반해, 도 7b를 보면 집속렌즈(12)와 광섬유(20)간의 거리를 L2'로 보다 짧게 구현한 경우, 앞서와 마찬가지로 광섬유(20)가 X축방향으로 같은 거리 X2만큼 이동할 때, 레이저다이오드(11)의 활성영역(11a)내에서의 초점 이동 거리, X1'는 이론상 X1'>>X1 가 된다.

여기서, 동일한 광섬유(20)의 이동거리 X2에 대해서 레이저다이오드(11)의 활성영역내 반사광의 초점이동 거리, X1'이 훨씬 크다는 것은, 광섬유(20)의 이동에 대해서 외부 반사광의 입사량이 민감하게 변한다는 것으로서, 광섬유(20)를 최대 광 출력지점으로부터 훨씬 작은 거리로 초점 이동시키고도 반사광의 입사량을 크게 줄일 수 있다는 것을 의미 한다. 즉, 광 출력의 손실은 적고 상대세기 잡음은 크게 줄일 수 있다.

상술한 바와 같이, 광섬유 정렬 위치에 대한 상대세기 잡음의 변화를 증가시킬 경우, 동일한 상대세기 잡음을 저감시키기 위해 필요한 광섬유(20)의 초점 이동 량이 상대적으로 적어지기 때문에, 광섬유(20)의 초점이동으로 인한 광 결합 손실도 줄일 수 있으며, 이를 통해 광 출력 손실을 줄이면서 상대세기 잡음을 감소시킬수 있는 최적의 광 결합을 실현할 수 있게 된다.

도 8a와 도 8b는 상술한 바와 같이 레이저다이오드(11)와 집속렌즈(12)와의 거리와, 집속렌즈(12)와 광섬유(20)간의 거리비율이 대략적으로 각각 1:12와 1:3인 경우의 광 정렬 위치별 광 출력, 상대세기 잡음, 모니터링 포토다이오드(mPD)의 출력전류량의 변화를 이론적으로 예측한 결과이다.

상기 도 8a 및 도 8b에 도시된 그래프에 있어서, C1은 광정렬 위치별 광출력 변화를 나타낸 그래프이고, C2는 광정렬 위치별 상대세기 잡음량을 나타낸 그래프이고, C3는 광정렬 위치별 모니터링 포토다이오드(mPD)의 출력전류량을 나타낸 그래프로서, 두 결과 모두 최대 광 출력(P1)을 나타낸 광 정렬 위치에서 최대 상대세기 잡음(P2)를 나타내고 있으며, 상기 최대 광 출력(P1)을 나타내는 광 정렬 위치에서 최소 상대세기 잡음(P4)를 얻기 위한 광섬유의 정렬위치 변화량은 도 8b에서 훨씬 짧게 나타나고 있으며, 더불어, 상기 최소 상대세기 잡음(P4)를 얻기 위한 광 정렬 위치의 이동에 의해 나타내는 광 출력의 손실도 8b에서 훨씬 적은 것을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 있어서, 레이저다이오드(11)에서 집속렌즈(12)까지의 거리, L1 및 L1' 에 대한 집속렌즈(12)에서 광섬유(20)까지 L2 및 L2'의 거리 비율이 작아지도록 상기 집속렌즈(12)의 사양을 변경함으로써, 최대 광출력을 나타내는 정렬위치에서 보다 작은 초점이동으로, 광출력변화를 최소화 하고 상대세기 잡음도 최 소화 할 수 있음을 알 수 있다.

도 9 및 도 10은 상술한 본 발명의 광 정렬 방법을 구현한 광 정렬 장치의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.

도 9는 본 발명에 의한 광 정렬을 수행하기 위하여, 최소 상대세기 잡음은 대응하는 모니터링 출력 전류 목표값을 측정하기 위한 구성을 나타낸 것으로서, 상기 광 정렬 장치는, 광 서브 어셈블리(10)에 구비된 모니터링 포토다이오드(13)의 출력전류량을 검출하는 전류 측정기(40)와, 제1,2단자로 입력된 광을 혼합 분배하여 제3,4단자로 출력하거나 제3,4단자로 입력된 광을 혼합 분배하여 제1,2단자로 출력하는 것으로 상기 제1단자가 광섬유(20)의 출력에 연결되는 2ㅧ2 양방향 광분배기(50)와, 상기 광분배기(50)의 제3단자에 연결되어 광 출력신호에 포함된 상대세기 잡음을 측정하는 상대세기 잡음 측정기(60)와, 상기 광분배기(50)의 제4단자에 연결되어 광 출력 중 일정 량을 광 섬유(20)로 되반사시키는 가변광 반사기(70)와, 상기 광분배기(80)의 제2 단자에 연결되어 상기 가변광 반사기(70)에서 되반사되는 반사광의 량을 측정하는 광 파워 측정기(80)를 포함한다.

더하여, 종래와 마찬가지로, 상기 광 정렬 장치는 광섬유(20)를 이동시키기 위한 제어기(32')와, 상기 광 정렬기(33)를 포함한다. 상기 광 정렬기(33)는 광섬유(20)를 이동시키기 위한 광섬유 페롤 고정대(33a)를 구비하고, 상기 제어기(32')의 제어에 따라서 상기 광섬유 페롤 고정대(33a)를 조정하여 광섬유 위치를 변경한다.

상기에서 광 서브 어셈블리(10)는 광을 발생시키는 레이저 다이오드(11)와, 상기 레이저 다이오드(11)에서 출력된 광을 광섬유(20)로 집속시키는 집속 렌즈(12)와, 상기 레이저 다이오드(11)의 광 출력을 모니터링하기 위하여 상기 레이저 다이오드(11)의 후면에서 출력된 광을 전기신호로 변환하는 모니터링 포토다이오드(monitoring PD)(13)를 포함하며, 광 아이솔레이터를 구비하지 않는다.

상술한 구성에 있어서, 상기 광 파워측정기(80)에서 측정된 반사광량이 일정하도록 상기 가변광 반사기(70)의 반사량을 조절한 상태에서, 제어기(32') 및 광정렬기(33)를 구동시켜 광섬유(20)의 위치를 조정하면서, 상기 상대세기 잡음측정기(60)를 이용하여 광섬유(20)로 출력되는 광신호에 포함된 상대세기 잡음을 측정하고, 동시에 모니터링 포토다이오드(13)의 출력전류량을 전류측정기(40)로 측정한다.

상기에 의하여, 광 섬유(20)의 정렬 위치별로 상대세기 잡음량과 모니터링 포토 다이오드의 출력 전류량을 모두 측정한 후, 이 측정값들을 비교하여 최소 상대세기 잡음을 갖는 광정렬 지점을 결정하고, 이 지점에서의 모니터링 포토다이오드 출력전류값을 최대 출력전류에 대한 비율로 환산하여 목표값으로 제어기(32')에 설정한다. 즉, 상기 제어기(32')는 종래의 제어기(32)와는 다르게 최대 광출력 시점에서의 모니터링 포토다이오드의 출력전류 대비 최소 상대세기 잡음 지점에서의 모니터링 포토다이오드의 출력 전류의 비율을 목표값으로 구비한다.

상술한 장치에 의하여, 각 사양별로 최소 상대세기 잡음에 대응한 모니터링 포토다이오드의 출력전류량을 얻어, 적절한 목표값을 세팅할 수 있게 된다.

이후 동일한 사양을 갖는 모든 광 서브 어셈블리(10)에 대해서 개별적으로 최소 상대세기 잡음 곡선을 측정하지 않고, 모니터링 포토다이오드(13)의 출력전류만을 측정하여 최소 상대세기 잡음을 갖도록 광정렬을 수행하는데, 고가의 상대 세기 잡음 측정기를 사용하지 않고, 모니터링 포토다이오드 출력전류만을 사용하여 광정렬을 수행할 수 있도록 함으로써, 상대 세기 잡음이 최소화되도록 광정렬을 수행할 수 있으며, 광정렬 속도를 향상시키고, 광 정렬 장치 및 양방향 광 송수신 모듈의 단가를 낮출 수 있다.

도 10은 상술한 바와 같이 목표값이 설정된 이후 동일 사양의 광 서브 어셈블리(10)와 광섬유(20) 간의 광 정렬을 수행하는 광 정렬 장치를 나타낸다.

상기 본 발명에 의한 광 정렬 장치(30')는 최대 출력 및 최소 상대 세기 잡음을 기준으로 최적 광 정렬이 이루어지도록 상기 광섬유(20)의 위치를 조정하는 수단으로서, 구체적으로는, 광 정렬 위치에 따른 광 출력 변화를 측정하기 위하여 상기 광섬유(20)의 출력 측에 연결되어 광 파워를 측정하여 전기신호로 출력하는 광 파워 측정기(31)와, 상기 광 서브 어셈블리(10)의 모니터링 포토다이오드(13)의 출력 전류를 측정하는 전류 측정기(40)와, 상기 광 파워 측정기(31)에서 측정된 광출력이 최대값이 되도록 광정렬기(33)를 제어한 뒤에, 최대 광출력이 나타나면 상기 전류측정기(40)로부터 측정된 모니터링 포토다이오드(13)의 출력전류를 앞서 설정된 목표값과 일치하도록 상기 광섬유(20)를 초정 이동시키는 제어기(32')와, 상기 제어기(32')의 제어에 따라서 상기 광섬유(20)의 위치를 조정하는 광정렬기(33)를 포함한다.

본 발명은 광 정렬 장치는, 상기 도 9에 보인 구성에 있어서, 상기 상대세기 잡음 측정기(60)를 상기 광 파워 측정기(31)로 대체함으로써 간단하게 구성될 수 있다. 즉, 다른 사양의 광 서브 어셈블리에 대한 광 정렬을 처음 수행하는 경우에는 도 9와 같이 구성하여 최소 상대세기 잡음에 대응하는 모니터링 포토다이오드의 출력 전류 목표값을 설정하고, 이후 도 10과 같이 상대세기 잡음 측정기(60)를 광 파워 측정기(31)로 대체함으로써, 고속으로 광정렬을 수행할 수 있게 된다.

상기 구성에 있어서, 광출력과 상대세기 잡음을 고려한 최적 광 정렬을 위하여 상기 제어기(32')는 우선 광 파워 측정기(31)를 통해 광섬유(20)로부터 출력된 광의 파워를 측정하여, 최대 파워가 나타나도록 상기 광 서브 어셈블리(10)와 광섬유(20)를 광 정렬시킨다. 그리고 나서 전류측정기(42)를 이용하여 측정된 모니터링 포토다이오드(13)의 출력전류량을 목표값과 비교하여, 일치하도록 광섬유(20)를 초점 이동시킨다.

상기에 의하면, 본 발명의 광 정렬 장치는, 고가의 상대세기 잡음 측정 장비를 사용하지 않고도 광 출력 및 상대세기 잡음을 모두 고려한 최적의 광정렬을 수행할 수 있게 된다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후 술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 광 아이솔레이터가 생략된 저가형 양방향 광송수신 모듈의 외부 반사광량을 줄여 이에 따른 상대세기 잡음을 줄일 수 있도록 광정렬을 수행함으로써, 양방향 광송수신 모듈의 저가격화 및 성능향상을 실현 할 수 있는 효과가 있으며, 이를 통해 소형화에 따른 요구사양도 동시에 만족 시킬 수 있는 장점이 있다.

더하여, 본 발명은 기존의 광 정렬 시스템에 광분배기와, 광파워 측정기와, 가변형 광반사장치와, 전류 측정기를 추가함으로써, 기존의 시스템 및 작업절차에 큰 변화 없이 적용이 가능하다는 우수한 효과가 있다.

Claims (7)

1. 광 아이솔레이터를 구비하지 않는 양방향 광 송수신 장치를 위하여, 광을 발생시키는 레이저다이오드와 상기 레이저다이오드에서 발생된 광을 상기 광섬유의 입력부로 집속시키는 집속렌즈와 상기 레이저다이오드에서 발생된 광의 출력을 모니터링하는 모니터링 포토다이오드를 포함하는 광 서브 어셈블리와 광 섬유간의 광 정렬을 수행하는 광정렬 장치에 있어서,

   상기 광섬유로부터 출력되는 광의 파워를 검출하는 제1 광 파워 측정기와,

   상기 모니터링 포토다이오드의 출력 전류량을 검출하는 전류 측정기와,

   최소 상대세기 잡음과 상기 모니터링 포토다이오드의 출력전류의 관계 정보가 설정되어 있으며, 상기 제1 광 파워측정기에서 측정된 광출력 파워가 최대가 되도록 상기 광 정렬을 제어한 후, 상기 관계정보에 근거하여 상기 전류 측정기에서 측정된 모니터링 포토다이오드의 출력전류량으로부터 최소 상대세기 잡음이 나타나도록 상기 광 정렬을 제어하는 제어기; 및

   상기 제어기의 제어에 따라서 상기 광섬유를 광 전송 경로축에 대하여 수직한 평면상에서 상기 광섬유를 이동시키는 광 정렬기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
2. 제1항에 있어서,

   제1,2 단자로부터 입력된 신호를 혼합하여 제3,4 단자로 분배하거나, 제3,4 단자로부터 입력된 신호를 혼합하여 제1,2단자로 분배하며, 상기 제1 단자가 광섬유의 출력측에 연결되는 광 분배기;

   상기 광 분배기의 제3단자로 출력되는 광 신호의 상대세기 잡음을 측정하는 상대세기 잡음 측정기;

   상기 광 분배기의 제4 단자에 연결되어, 일정량의 반사광이 발생하도록 상기 제4 단자로 출력된 광을 설정된 비율로 반사시키는 가변광반사기; 및

   상기 광 분배기의 제2 단자에 연결되어, 상기 가변광 반사기에 의해 반사되어 상기 광 서브 어셈블리측으로 입사되는 반사광의 파워를 측정하는 제2 광 파워 측정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제2 광 파워 측정기를 통해 일정량의 반사광이 검출되도록 가변광 반사기를 제어한 상태에서, 상기 광정렬기를 통해 광섬유를 이동시키면서 상기 상대세기 잡음 측정기의 측정값을 확인하여, 최대 광출력이 나타날때의 전류측정기에서 측정된 출력전류량에 대한 최소 상대세기 잡음 시점에서의 상기 전류측정기로 측정된 출력전류량의 비율을 상기 제어기에 목표값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제어기는 제1 광파워 측정기에서 최대 광출력이 측정되도록 하고, 이때 의 전류측정기의 전류측정값을 저장한 후, 상기 광섬유를 이동시키면서 상기 최대 광출력 시점에서의 전류 측정값에 대한 현재 전류측정기의 전류측정값의 비율을 계산하여, 상기 계산값이 상기 설정된 목표값이 되도록 광정렬기를 제어하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
5. 광 아이솔레이터를 구비하지 않은 양방향 광 송수신 장치에서의 레이저 다이오드와 광섬유간의 광 정렬 방법에 있어서,

   상기 레이저다이오드에서 발생되어 광 섬유를 통해 출력되는 광신호의 파워를 검출하는 단계;

   상기 검출된 출력광의 파워를 확인하여, 최대 파워가 나타나도록 레이저 다이오드에 대한 광섬유의 위치를 조정하는 단계; 및

   상기 조정에 의한 최대 광 출력 파워가 나타나면, 상기 레이저 다이오드로 입사되는 반사광량에 의한 상대세기 잡음량을 검출하는 단계; 및

   상기 검출된 상대세기 잡음이 최소가 되도록 상기 광섬유를 초점이동(Defocussing)시키는 단계를 포함하는 광 정렬 방법.
6. 제5항에 있어서,

   동일 사양의 양방향 광 송수신 장치에 대해서, 최소 상대세기 잡음인 시점에서 나타나는 상기 광 서브 어셈블리에 구비된 모니터링 포토다이오드의 출력전류량을 측정하여, 최대 광출력 시점의 출력전류량 대비 최소 상대세기 잡음 시점의 출력전류량의 비율을 목표값으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 상대세기 잡음을 검출하는 단계는, 상기 광 서브 어셈블리의 모니터링 포토다이오드의 출력 전류를 측정하는 단계이고,

   상기 광섬유의 초점을 이동시키는 단계는, 최대 광출력 시점의 출력전류량 대비 상기 측정된 모니터링 포토다이오드의 출력 전류량의 비율이 목표값이 되도록 광섬유를 이동시키는 단계임을 특징으로 하는 광 정렬 방법.

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