KR20110113161A - 광학적 파장분할다중 방식 광통신모듈 - Google Patents

광학적 파장분할다중 방식 광통신모듈 Download PDF

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Abstract

광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈은, 서로 다른 파장을 갖는 광을 출사하거나 수신하기 위한 복수의 광소자와, 하나의 광섬유와, 복수의 광소자와 하나의 광섬유 사이에 배치되며 한 점에서 출발한 광이 복수의 점에 모이거나 복수의 점에서 출발한 광이 한 점으로 모아지도록 복수의 렌즈영역을 갖는 광학소자를 포함한다. 복수의 렌즈영역은 그 각각의 중심점이 한 점을 중심으로 동일 거리에 위치하도록 배치되며, 한 점과 복수의 점은 광학소자의 서로 다른 편에 위치할 수 있다.

Description

광학적 파장분할다중 방식 광통신모듈{Optical communication module for optical wavelength division multipexing}
광통신모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여러 파장의 광을 하나의 광섬유로 송신하거나 수신할 수 있는 광학적 파장분할다중 방식 광통신모듈에 관한 것이다.
파장이 서로 다른 여러 광신호를 하나의 광섬유를 통해 전송하는데 파장분할다중방식(WDM: wavelength division multiplexing)이 사용된다.
미국특허 6,870,195에는 서로 다른 파장의 광을 방출하는 발광소자들의 방출창을 인접하게 배치해 한 개의 광섬유에 모으는 방식이 개시되어 있다. 이 방식은 간단한 광학부품을 사용해 한 개의 광섬유에 여러 신호의 광을 모을 수 있다는 장점이 있으나 발광소자들의 방출창을 인접하게 만들어야 하는 제한 조건이 있다.
미국특허 7,221,828에는 특정한 파장의 광만 통과하는 광학필터를 사용해 한 개의 광섬유에서 방출되는 여러 파장의 광들을 분리하는 방법이 개시되어 있다. 이 방식은 여러 개의 필터를 사용하고 각 파장마다 정렬이 필요해 시스템이 복잡하고 비용이 높은 방식이다.
파장이 서로 다른 여러 광을 하나의 광섬유로 모으거나 하나의 광섬유에서 나온 광을 파장별로 여러 개의 수광소자로 나누기 위한 광학 부품을 간단한 형태로 구현한 광학적 파장분할다중방식 광통신 모듈을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 광학적 파장분할다중방식 광통신 모듈은, 서로 다른 파장을 갖는 광을 출사하거나 수신하기 위한 복수의 광소자와; 하나의 광섬유와; 상기 복수의 광소자와 하나의 광섬유 사이에 배치되며, 한 점에서 출발한 광이 복수의 점에 모이거나 복수의 점에서 출발한 광이 한 점으로 모아지도록 복수의 렌즈영역을 갖는 광학소자;를 포함하며, 상기 복수의 렌즈영역은 그 각각의 중심점이 한 점을 중심으로 동일 거리에 위치하도록 배치되며, 상기 한 점과 복수의 점은 상기 광학소자의 서로 다른 편에 위치할 수 있다.
상기 광학소자는, 상기 복수의 점 쪽에 위치하며, 복수의 렌즈영역을 갖는 제1렌즈와; 상기 한 점 쪽에 위치하는 제2렌즈;를 포함할 수 있다.
상기 광학소자는, 상기 제1 및 제2렌즈 사이에 정해진 파장의 광을 선택적으로 투과시키는 복수의 필터영역들을 구비하는 파장선택부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 파장선택부재는 2개의 필터영역을 구비하며, 이 2개의 필터영역은 에지 필터나 파장선택 필터로 이루어질 수 있다.
상기 파장선택부재는 3개 이상의 필터영역을 구비하며, 이 3개 이상의 필터영역 중 파장이 가장 긴 채널용 필터영역과 가장 파장이 짧은 채널용 필터영역은 에지 필터로 이루어지고, 중간 파장 채널용 필터영역은 파장선택필터로 이루어질 수 있다.
상기 파장선택부재는 파장선택필터로 이루어진 2개 이상의 필터영역을 구비할 수 있다.
상기 파장선택부재의 각 필터영역은 직사각형 모양이거나 한각이 60도 다른각이 120도인 평행사변형 모양이나, 한각이 60도인 정삼각형 모양을 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2렌즈 중 하나는 평행광을 만드는 렌즈이고, 다른 하나는 집속렌즈로, 상기 제1 및 제2렌즈 사이에서 광은 평행광 형태로 진행하도록 마련될 수 있다.
상기 광소자 및 광섬유 사이의 광로 상에, 45도 경사면을 가져 광경로를 90도 꺾어주는 경로 변경 부재;를 더 구비할 수 있다.
상기 광소자, 광학소자 및 광섬유는 일렬로 배치될 수 있다.
식각에 의해 형성된 문턱 구조를 가지는 서브마운트를 구비하며, 상기 광소자는 상기 서브마운트의 문턱 구조 부분에 부착될 수 있다.
파장이 서로 다른 여러 광을 하나의 광섬유로 모으거나 하나의 광섬유에서 나온 광을 파장별로 여러 개의 수광소자로 나누기 위한 광학 부품을 적용한 간단한 구조의 광통신 모듈로 광학적인 파장분할다중화를 실현할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈을 개략적으로 보여준다.
도 3a는 파장선택필터의 반사율은 개략적으로 보여준다.
도 3b 및 도 3c는 에지 필터의 특정 파장보다 긴 파장의 광들을 반사시키거나 통과시키는 특성을 개략적으로 보여준다.
도 4는 도 1 및 도 2의 제1렌즈의 복수의 렌즈영역이 형성된 면을 보여준다.
도 5는 도 2의 제1렌즈의 단면도 및 이에 결합되는 파장선택부재를 개략적으로 보여준다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈을 개략적으로 보여준다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈을 개략적으로 보여준다.
도 9a 및 도 9b는 도 8의 광학소자의 제1 및 제2면의 형태를 보여주는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈의 광학계를 개략적으로 보여준다.
도 11a는 문턱 구조를 가지는 서브마운트에 광소자가 탑재된 상태를 보인 측면도를 보여준다.
도 11b는 문턱 구조를 가지는 서브마운트를 보인 사시도이다.
도 12a 내지 도 12d는 문턱 구조의 다양한 실시예들을 보여준다.
도 13a 내지 도 13d는 파장선택부재의 다양한 실시예들을 보여준다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈을 개략적으로 보여준다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 광통신 모듈은, 서브마운트(submount, 20)에 탑재되는 복수의 광소자(25)와, 하나의 광섬유(30)와, 복수의 광소자(25)와 광섬유(30) 사이에 배치되어 한 점에서 출발한 광이 복수의 점에 모이거나 복수의 점에서 출발한 광이 한 점으로 모아지도록 복수의 렌즈영역을 갖는 광학소자(50)를 포함한다. 이때, 상기 한 점과 복수의 점은 광학소자(50)의 서로 다른 편에 위치할 수 있다.
상기 복수의 광소자(25)는 각각 서로 다른 파장의 광을 출사하거나 수신하도록 된 발광소자 또는 수광소자일 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 광소자(25)가 파장이 서로 다른 광을 출사하는 발광소자 예컨대, 모서리 발광 타입 반도체 레이저 또는 표면 발광 반도체 레이저일 수 있다. 또한, 상기 복수의 광소자(25)는 복수의 수광소자일 수 있다.
복수의 광소자(25)는 서브마운트(20)에 탑재된다. 상기 서브마운트(20)는 예를 들어, 인쇄회로 기판(PCB)에 고정될 수 있다. 상기 광섬유(30)는 리셉터클(receptacle: 미도시)에 삽입되어 지지될 수 있다. 도 1에서는 광섬유(30)의 광 입,출사면이 복수의 광소자(25)와 대향하도록 배치된 예를 보여준다. 즉, 복수의 광소자(25), 광학소자(50) 및 광섬유(30)가 일렬로 배치된 예를 보여준다. 후술하는 바와 같이, 광소자(25)와 광섬유(30) 사이에 광경로를 대략적으로 90도 꺾어주는 경로 변경 부재를 더 구비하는 구조로 광통신 모듈을 구성할 수도 있다. 광통신 모듈을 이루는 광학부품들을 하우징내에 설치하는 기구적인 구조물들에 대해서는 본 기술분야에서 잘 알려져 있으므로, 여기서는 그 도시 및 보다 자세한 설명을 생략한다.
상기 광학소자(50)는 한 점에서 출발한 광이 복수의 점에 모이거나 복수의 점에서 출발한 광이 한 점으로 모아지도록, 평행광을 만드는 렌즈와 집속 렌즈를 포함할 수 있다. 또한, 이 2개로 분리된 렌즈 중간 영역에 특정 파장만을 통과시키는 파장선택필터, 에지 필터(edge filter) 또는 이 둘이 조합된 필터 구조로 된 파장선택부재가 삽입될 수도 있다. 파장선택부재의 필터영역의 배치 및 개수는 복수의 광소자(25)의 배치 및 개수에 대응되게 마련될 수 있으며, 각 필터영역은 파장선택필터나 에지 필터로 이루어질 수 있다.
파장선택필터는 특정 파장을 중심으로 ± 4~8nm정도의 파장폭을 갖는 빛들을 투과시키고 다른 채널의 광들은 반사시키는 구조이다. 광통신 모듈에서 2채널만 사용될 경우 이보다 간단하게 특정파장보다 긴 파장은 투과시키고 짧은 파장은 반사시키는 구조(혹은 그 반대)가 가능한데 이러한 것을 에지 필터라고 부르며 파장선택필터에 비해 간단해 비용이 저렴하다. 파장선택필터의 반사율은 도 3a에 보여진 바와 같이, 특정한 영역에서만 반사율이 낮고 나머지 부분은 높은 반사율을 갖도록 만들어져 있어 반사율이 낮은 파장의 광만 선택적으로 투과시키고 다른 파장의 광들은 차단하는 역할을 한다. 이러한 파장선택필터들을 여러개 조합하여 파장선택부재를 구성하면 여러 파장의 광을 한 개의 광섬유로 전송하는 파장분할다중방식의 광통신을 할 수 있다.
특정한 폭을 갖는 반사영역을 갖는 파장선택필터와는 달리 에지 필터는 도 3b 및 도 3c에 보여진 바와 같이, 특정 파장보다 긴 파장의 빛들을 통과시키거나 반사시키는 역할을 한다. 이러한 에지 필터는 파장선택필터보다 제작하기 쉬워 비용이 낮다. 3채널 이상이 사용될 경우 양쪽 끝 채널은 파장선택필터가 아닌 에지 필터를 사용하고 중간 채널만 파장선택필터를 사용하여 파장선택부재를 구성하면 성능은 그대로 유지되며 비용을 낮출 수 있다.
광학소자(50)의 실시예를 보다 구체적으로 설명하면, 광학소자(50)는 도 1에 도시한 바와 같이, 제1렌즈(51) 및 제2렌즈(55)를 구비할 수 있다. 이때, 상기 광학소자(50)는 제1렌즈(51)와 제2렌즈(55) 사이에서 광이 평행광 형태로 진행하도록 마련될 수 있다. 광소자(25)가 발광소자인 경우, 제1렌즈(51)는 각 광소자(25)로부터 출사된 발산광을 평행광으로 만드는 렌즈이고, 제2렌즈(55)는 입사되는 평행광을 집속시켜 광섬유(30)로 입력시키는 집속 렌즈 역할을 한다. 광소자(25)가 수광소자인 경우, 경로를 반대로 진행하게 된다.
상기 제1렌즈(51)는 광소자(25)와 제2렌즈(55) 사이에 위치하며, 복수의 렌즈영역(53)을 가질 수 있다. 상기 제2렌즈(55)는 제1렌즈(51)와 광섬유(30) 사이에 배치되며, 단일의 렌즈영역을 가질 수 있다.
복수의 렌즈영역(53)은 제1렌즈(51)의 복수의 광소자(25)를 향하는 면에 형성될 수 있다. 물론, 이 복수의 렌즈영역(53)은 제1렌즈(51)의 제2렌즈(55)와 마주하는 면에 형성될 수도 있다. 또한, 복수의 렌즈영역(53)은 제1렌즈(51)의 양면에 형성될 수도 있다.
상기 복수의 렌즈영역(53)은 볼록한 렌즈면 또는 프레넬 렌즈면을 가질 수 있다. 복수의 렌즈영역(53) 각각은 발산광 형태로 각 광소자(25)로부터 입사되는 광을 집속시키거나, 제2렌즈(55)쪽에서 전달되는 광을 각 광소자(25)로 포커싱하도록 마련될 수 있다.
도 4는 도 1 및 도 2의 제1렌즈(51)의 복수의 렌즈영역(53)이 형성된 면을 보여준다. 제1렌즈(51)에 형성되는 렌즈영역(53)의 개수는 광소자(25)의 개수에 대응한다.
상기 복수의 렌즈영역(53)은 그 각각의 중심점이 한 점을 중심으로 동일 거리에 위치하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 렌즈영역(53) 각각은 볼록한 렌즈면을 가질 수 있으며, 이 경우, 복수의 렌즈영역(53)의 각 볼록한 렌즈면의 정점이 한 점을 중심으로 한 원의 원주 상에 위치하도록 복수의 렌즈영역(53)이 배치될 수 있다. 또한, 복수의 렌즈영역(53)은 개수에 따라, 예를 들어, 삼각형, 사각형, 육각형의 형태로 위치할 수 있다. 복수의 렌즈영역(53)은 각각 원형 모양을 갖지만, 수신부의 효율을 높이기 위해 겹치는 영역이 생기도록 하고 도 4와 같이 겹치는 부분은 직선으로 잘라낼 수 있다.
도 4에서는 볼록 렌즈면으로 된 4개의 렌즈영역(53)이 사각형 형태로 위치하도록 형성된 예를 보여준다. 즉, 제1렌즈(51)의 적어도 일 렌즈면은 4개의 렌즈를 결합시킨 구조로 이루어질 수 있다. 결합되는 렌즈의 개수는 사용할 광소자(25)의 숫자에 따라 변할 수 있다. 즉, 복수의 렌즈영역(53)은 복수의 렌즈를 결합한 구조로 형성되는 것으로, 광소자(25)의 수에 대응되는 개수로 마련될 수 있다.
한편, 상기 제2렌즈(55)는 적어도 한면이 볼록한 렌즈면 또는 프레넬 렌즈면으로 형성될 수 있다. 도 1에서는 제2렌즈(55)의 제1렌즈(51)를 향하는 면이 단일 렌즈영역 예컨대, 볼록한 단일 렌즈면으로 형성된 예를 보여주는데, 제2렌즈(55)는 광섬유(30)를 향하는 면이 볼록한 렌즈면으로 형성되거나, 양면이 모두 볼록한 렌즈면으로 형성될 수 있다. 또한, 제2렌즈(55)는 단일 렌즈영역 대신에, 적어도 한면에 제1렌즈(51)와 마찬가지로 복수의 렌즈영역(53)을 가질 수도 있다.
상기와 같이, 상기 제1 및 제2렌즈(51)(55)는 한 점에서 출발한 광이 복수의 점에 모이거나 복수의 점에서 출발한 광이 한 점으로 모아지도록 하며, 제1 및 제2렌즈(51)(55) 사이에서 광이 평행광 형태로 진행하는 범위내에서 다양하게 변형될 수 있다.
즉, 상기 제1 및 제2렌즈(51)(55)는, 상기 광소자(25)가 발광소자이고 상기 광소자(25)가 복수의 렌즈영역(53)의 초점에 위치하거나, 상기 광소자(25)가 수광소자이고 광섬유(30)의 입,출사면이 제2렌즈(55)의 초점에 위치할 때, 상기 제1 및 제2렌즈(51)(55) 사이에서 광이 평행광 형태로 진행하도록 형성 및 배치될 수 있다.
여기서, 도 2를 참조로 후술하는 바와 같이 광학소자(50)에 파장선택부재(80)가 삽입된 구조인 경우에는, 제1 및 제2렌즈(51)(55) 사이에서 광은 평행광 형태로 진행할 필요가 있으나, 도 1에서와 같이 파장선택부재(80)가 삽입되지 않은 구조인 경우에는, 제1 및 제2렌즈(51)(55) 사이에서 진행하는 광이 반드시 평행광 형태일 필요는 없다. 따라서, 도 1의 경우에는 상기 제1 및 제2렌즈(51)(55)의 구체적인 설계예는 한 점에서 출발한 광이 복수의 점에 모이거나 복수의 점에서 출발한 광이 한 점으로 모아지도록 하는 범위내에서 다양하게 변형될 수 있다.
상기와 같은 제1 및 제2렌즈(51)(55)를 포함하는 광학소자(50)에 의해 한 점에서 출발한 광은 복수의 점에 모이거나 복수의 점에서 출발한 광이 한 점으로 모아질 수 있다.
도 1에서는 광소자(25)로 발광소자를 구비한 경우에 적용될 수 있는 광통신 모듈의 광학계 구조의 일 예를 보여준다. 광소자(25)로 발광소자를 구비한 광통신 모듈은 송신기에 해당하는 것으로, 광소자(25)로 각각 다른 파장의 광을 출사하는 여러 발광소자를 적용하는 경우, 광학소자(50)에 의해 서로 다른 파장의 여러 광신호를 한 개의 광섬유(30)로 모을 수 있다.
광소자(25)로 수광소자를 구비한 광통신 모듈은 수신기에 해당하는 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 광통신 모듈은 한 개의 광섬유(30)에서 나온 광을 여러 개의 수광소자로 나눠 보낼 때, 각 수광소자가 한 파장의 광신호만을 받아들일 수 있어야, 파장분할다중방식의 통신이 가능해 진다.
여러 파장의 광이 섞여 있을 때, 이 중 한 파장의 광만 수신하기 위해서 밴드 패스 필터(band pass filter) 즉, 파장선택필터나 에지 필터를 사용할 수 있다. 하나의 광섬유(30)를 통하여 전송되는 서로 다른 파장의 복수 채널의 광신호를 파장분할다중방식으로 수신하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 광학적 파장분할다중방식 광통신 모듈은 도 2에서와 같이 광학소자(50)를 파장선택부재(80)를 더 삽입한 구조로 형성할 수 있다. 파장선택부재(80)는 제1 및 제2렌즈(51)(55) 사이에 배치될 수 있다. 도 2에서와 같은 광통신 모듈은 광소자(25)로 수광소자를 구비한 경우에 적용될 수 있으며, 광소자(25)로 발광소자를 구비한 경우에도 적용 가능하다. 또한, 도 2에서와 같은 광통신 모듈은 광소자(25)로 발광소자와 수광소자를 동시에 구비하여 한 개의 모듈로 송신과 수신을 동시에 할 수 있다. 이 경우에는 발광소자 및 수광소자 한쌍이 하나의 광소자(25)에 대응하도록 배치된다.
도 2의 광학계를 이용하면, 한 개의 광섬유(30)에서 여러 파장의 광들이 출사될 때, 이를 파장 별로 나눌 수 있다. 파장선택부재(80)는 정해진 파장의 광을 선택적으로 투과시키는 복수의 필터영역들(81)을 구비한다. 복수의 필터영역들은, 파장선택필터나 에지 필터로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 2채널 광통신 모듈인 경우, 광소자(25)가 2개 구비되며, 이에 대응되게 2개의 렌즈영역을 갖도록 광학소자(50)의 제1렌즈(51)가 구성되며, 파장선택부재(80)의 에지 필터나 파장선택필터로 된 2개의 필터영역을 구비할 수 있다. 3채널 이상의 광통신 모듈인 경우, 광소자(25)가 3개 구비되며, 이에 대응되게 3개의 렌즈영역을 갖도록 광학소자(50)의 제1렌즈(51)가 구성되며, 파장선택부재(80)의 필터영역을 3개로 구성하면서, 파장이 가장 긴 채널과 가장 짧은 채널용 필터영역은 에지 필터를 사용하고, 중간 채널용 필터영역은 파장선택필터를 사용할 수 있다. 2채널 또는 3채널 이상의 광통신 모듈에서, 파장선택부재(80)의 필터영역 모두에 파장선택필터를 사용할 수도 있다.
한편, 파장선택부재(80)는 입사되는 광의 각도에 따라 특성이 변할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2렌즈(51)(55)는, 전술한 바와 같이, 광섬유(30)에서 출사된 광을 각 채널의 광경로에 대해 평행으로 만들 수 있는 여러 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 평행광이 진행하는 제1 및 제2렌즈(51)(55) 사이에 파장선택부재(80)를 배치할 수 있다.
한편, 특정 파장을 가지는 광은 한 개의 신호에 해당된다. 따라서, 파장선택 부재(80)를 신호의 수에 대응되게 특정 파장의 광만을 통과시키는 복수의 필터영역(81)이 제1렌즈(51)의 복수의 렌즈영역(53)에 대응되는 배열 형태를 가지도록 형성할 수 있다. 이때, 일 파장의 광만을 통과시키는 파장선택부재(80)의 일 필터영역을 통과한 광신호는 제1렌즈(51)의 하나의 렌즈영역만을 통과해야 하나의 수광소자에 집속되어 한 채널의 신호로 인식될 수 있다. 파장선택부재(80)의 일 필터영역을 통과한 광신호가 여러 렌즈영역을 통과하게 되면 다른 채널의 신호와 섞이게 된다.
따라서, 도 2에서 파장선택부재(80)의 복수의 필터영역들(81)의 경계와 제1렌즈(51)의 복수의 렌즈영역(53)의 경계선이 맞도록 잘 조정되어야 한다. 하지만 필터의 크기 오차, 위치 오차 등으로 인해 어느 정도의 편차는 생길 수 있다. 이때 생길 수 있는 크로스토크(crosstalk)을 방지하기 위해, 제1렌즈(51)의 렌즈영역들(53) 사이의 경계선은 그 주변부 즉, 렌즈영역들(53)과 연속되지 않는 면을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에서와 같이, 렌즈영역들(53) 사이의 경계선에 10~100μm 정도의 두께를 갖는 영역(57)을 만들고 이 부분을 통과하는 광은 렌즈영역들(53)을 통과하는 광과는 다른 방향으로 진행하도록 만들 수 있다. 상기 영역(57)은 복수의 렌즈영역(53)과 다른 곡률 또는 다른 초점거리를 갖도록 형성될 수도 있다.
도 1에도 제1렌즈(51)가 복수의 렌즈영역(53)들 사이의 경계선에 렌즈영역들(53)과 연속되지 영역(57)을 가지도록 된 것으로 도시하였는데, 도 1에서 제1렌즈(51)는 이러한 영역(57)을 가지지 않는 구조로 형성될 수도 있다.
한편, 도 2에서와 같이 제1 및 제2렌즈(51)(55) 사이에 파장선택부재(80)를 구비하는 경우, 이 파장선택부재(80)를 제1렌즈(51)에 결합된 구조로 배치할 수 있다.
예를 들어, 제1렌즈(51)의 광섬유(30)를 향하는 면에, 도 5에서와 같이 파장선택부재(58)를 얹을 수 있는 턱(58)을 만들고, 이 제1렌즈(51)의 턱(58)에 파장선택부재(58)를 결합 예컨대, 고정시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈은 도 6 및 도 7에서와 같이, 광소자(25)와 광섬유(30) 사이에 45도로 기울어진 경사면(103)(113)을 가지는 경로 변경 부재(100)(110)를 두어, 광경로가 90도 꺾이도록 마련될 수도 있다.
도 6은 경로 변경 부재(100)가 제2렌즈(55)와 광섬유(30) 사이에 배치된 예를 보여준다. 도 7은 경로 변경 부재(110)가 제1 및 제2렌즈(51)(55) 사이에 배치된 예를 보여준다.
도 6에서, 경로 변경 부재(100)는, 광섬유(30)를 향하는 제1입/출사면(101)과, 제2렌즈(55)를 향하는 제2입/출사면(105), 제1 또는 제2입/출사면(101 또는 105)을 통하여 입사된 광을 내부 반사에 의해 광경로가 대략 90도 꺾이도록 대략 45도로 경사진 경사면(103)을 구비한다.
도 7에서 경로 변경 부재(110)는, 제2렌즈(55)와 마주하는 제1입/출사면(111)과, 제1렌즈(51)와 마주하는 제2입/출사면(115), 제1 또는 제2입/출사면(111 또는 115)을 통하여 입사된 광을 내부 반사에 의해 광경로가 대략 90도 꺾이도록 대략 45도로 경사진 경사면(113)을 구비한다. 도 7에서는 제2렌즈(55)가 평볼록 단일 렌즈 형태이고, 평평한 면이 제1입/출사면(111)과 마주하도록 배치되고, 파장선택부재(80)가 결합된 제1렌즈(51)의 면이 제2입/출사면(115)과 마주하도록 배치된 예를 보여준다.
한편, 도 2, 도 6 내지 도 7을 참조로 설명한 바와 같이 파장선택부재(80)를 구비하는 광통신 모듈은, 광소자(25)로서 수광소자를 구비하여, 수신기로 사용할 수 있으나, 광소자(25)로 발광소자를 구비하여 송신기로 사용하는 것도 가능하다.
도 2, 도 6 내지 도 7을 참조로 설명한 바와 같이 파장선택부재(80)를 구비하는 광통신 모듈은, 파장선택부재(80)를 구비함에 의해 광학적 파장분할 다중(optical wavelength division multiplexing)을 실현할 수 있다.
이상에서는 한 점에서 출발한 광이 복수의 점에 모이거나 복수의 점에서 출발한 광이 한 점으로 모아지도록 하는 광학소자가 두 렌즈의 조합으로 이루어진 경우를 예를 들어 설명하였는데, 이러한 광학소자로 복수의 렌즈영역을 가지는 단일 렌즈를 구비할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈의 광학계를 개략적으로 보여주며, 도 9a 및 도 9b는 도 8의 광학소자(150)의 제1 및 제2면(151)(155)의 형태를 보여주는 사시도이다. 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈의 광학계를 개략적으로 보여준다. 도 8 및 도 10에서, 전술한 실시예에서와 동일한 부재는 동일 참조부호로 표기하고 여기서는 반복적인 설명을 생략한다.
도 8 내지 도 9b를 참조하면, 복수의 광소자(25)에서 출사된 광을 한 개의 광섬유(30)로 모으거나, 한 개의 광섬유(30)로부터 전송된 광을 복수의 광소자(25)로 수광되도록, 상기 광학소자(150)는, 예를 들어, 적어도 복수의 광소자(25)와 마주하는 제1면(151)을 도 9a에서와 같이 복수의 렌즈영역(153)을 가지도록 형성하고, 광섬유(30)와 마주하는 제2면(155)을 도 4b에서와 같이 단일 렌즈영역(157)을 가지도록 형성할 수 있다.
이때, 상기 광학소자(150)의 복수의 렌즈영역(153)은 그 각각의 중심점이 한 점을 중심으로 동일 거리에 위치하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 렌즈영역(153) 각각은 볼록한 렌즈면을 가질 수 있으며, 이 경우, 복수의 렌즈영역(153)의 각 볼록한 렌즈면의 정점이 한 점을 중심으로 한 원의 원주 상에 위치하도록 복수의 렌즈영역(153)이 배치될 수 있다.
도 9a에서는 제1면(151)에 볼록 렌즈면으로 된 4개의 렌즈영역(153)이 형성된 예를 보여준다. 즉, 광학소자(150)의 제1면(151)은 4개의 렌즈를 결합시킨 구조로 이루어질 수 있다. 결합되는 렌즈의 개수는 사용할 광소자(25)의 숫자에 따라 변할 수 있다. 즉, 복수의 렌즈영역(153)은 복수의 렌즈를 결합한 구조로 형성되는 것으로, 광소자(25)의 수에 대응되는 개수로 마련될 수 있다.
한편, 도 8 및 도 9b에서는, 광학소자(150)의 제2면(155)이 단일 렌즈영역(157) 예컨대, 단일의 볼록 렌즈 곡면으로 된 예를 보여주는데, 광학소자(150)는 제2면(155)에 단일 렌즈영역(157)을 구비하는 대신에 도 10에서와 같이, 제2면(155) 전체를 평평한 면으로 형성할 수도 있다. 또한, 광학소자(150)의 제2면(155)에 제1면(151)의 복수의 렌즈영역(153)과 동일 또는 유사하게 여러 개의 렌즈가 결합된 형태를 형성할 수도 있다.
도 8 및 도 10에 도시된 광통신 모듈은, 예를 들어, 광소자(25)로 발광소자를 적용하여 송신기로 사용할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 광통신 모듈에서, 광소자(25) 즉, 발광소자나 수광소자는 전기적 연결 등을 위해 서브마운트(submount:20)위에 붙여 사용하게 되는데, 다이 본더(die bonder)의 정밀도는 수십 μm 정도에 불과하며, 이를 더 정밀하게 조절하기는 어렵다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈에서는 서브마운트(20)를 도 11a 및 도 11b에서와 같이 광소자(25)가 걸리는 문턱 구조(21)가 있는 구조로 형성할 수 있다. 문턱 구조(21)가 정확한 위치에 있다면 끼워지는 광소자(25)도 마찬가지로 정확한 위치에 놓여지게 된다. 이러한 문턱 구조(21)를 적용하면, 서브마운트(20) 위에서 광소자(25)의 위치를 정확하게 조절할 수 있다.
도 11a는 문턱 구조(21)를 가지는 서브마운트(20)에 광소자(25)가 탑재된 상태를 보인 측면도를 보여준다. 도 11b는 문턱 구조(21)를 가지는 서브마운트(20)를 보인 사시도이다. 도 11b에서는 문턱 구조(21)가 "ㄱ"자 형태로 형성된 경우를 예시적으로 보여준다. 도 12a 내지 도 12d는 문턱 구조(21)의 다양한 실시예들을 보여준다. 문턱 구조(21)는 도 12a에서와 같이 "ㄱ"자 형태, 도 12b에서와 같이, "ㄱ"자 및 "ㄴ"자의 결합 형태, 도 12c에서와 같이 "ㅁ"자 형태, 도 12d에서와 같이 "ㄷ" 자 형태 등 광소자(25)의 위치를 정확하게 제한할 수 있는 다양한 형태들이 가능하다.
서브마운트(20)의 문턱 구조(21)는 포토리소그래피(photo-lithography)방법을 사용하여, 식각으로 만들어질 수 있다. 이러한 포토리소그래피 방법을 사용하면 상대적인 위치 정밀도가 수 μm 이내인 정밀한 모양을 만들 수 있다. 따라서, 포토리소그래피 방법을 사용하면 식각으로 만들어진 문턱 구조(21) 경계면의 정밀도와 같은 수준으로 광소자(25)들의 상대적인 위치 정밀도를 얻을 수 있다.
상기와 같이 식각에 의해 형성된 문턱 부분에 광소자(25)가 부착된 서브마운트(20)와 전술한 광학소자(50 또는 150)를 결합하면, 간단한 부품 구성에 의해, 여러 발광소자에서 방출된 광을 한 개의 광섬유(30)로 모을 수 있고, 반대로 한 개의 광섬유(30)에서 나온 광을 여러 개의 수광소자로 나눠 보낼 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈은 하나의 광섬유(30)를 통하여 여러 파장의 광신호 즉, 복수 채널의 복수의 광신호를 송신 또는 수신하거나, 하나의 광섬유(30)를 통하여 여러 파장의 광신호 즉, 복수 채널의 복수의 광신호를 동시 또는 필요에 따라 서로 시간을 달리하여 송,수신 할 수 있으므로, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 광통신 모듈은 여러 채널의 사용을 필요로 하는 DVI(digital video interactive), HDMI(high definition multimedia interface), display port 등의 신호 전송에 응용시, 시스템 구성을 크게 간략화할 수 있다. 또한 발광소자와 수광소자들을 섞어서 배치하면 양방향 전송이 가능해져 DDC(direct digital control), RS232, audio, USB, Display port 등의 신호를 전송하도록 확장될 수 있다. 이러한 여러 가지 방식의 신호를 전송하기 위해 예를 들어, 2,3,4,5,6개의 채널이 가능하며 각기 광소자의 조합에 따라 보내고 받는 채널의 숫자를 조정할 수 있다. 특히 4채널의 경우에는 파장선택부재(80)의 4개의 필터영역을 도 13a에서와 같이 직각사각형모양으로, 3채널이나 6채널의 경우에는 파장선택부재(80)의 3개 또는 6개의 필터영역을 도 13b 및 도 13c에서와 같이, 한 각이 60도이고 다른 각은 120도인 평행사변형 모양으로 만들 수 있다. 또한, 6채널의 경우에는 파장선택부재(80)의 6개 필터영역을 도 13d에서와 같이 한각이 60도인 정삼각형 모양으로 만들 수 있다. 도 13a는 4채널을 위해, 파장선택부재(80)가 직각사각형 모양의 필터영역 4개가 배치된 구조인 예를 보여준다. 도 13b는 3채널을 위해, 파장선택부재(80)가 한 각이 60도이고 다른 각은 120도인 평행사변형 모양의 필터영역 3개가 120도인 각이 서로 마주하도록 배치된 예를 보여준다. 도 13c는 6채널을 위해, 파장선택부재(80)가 한 각이 60도이고 다른 각은 120도인 평행사변형 모양의 필터영역 6개가 60도인 각이 서로 마주하도록 배치된 예를 보여준다. 도 13d는 6채널을 위해, 파장선택부재(80)가 한 각이 60도인 정삼각형 모양의 필터영역 6개가 꼭지점이 서로 모아지도록 배치된 예를 보여준다. 이때, 광학소자(50, 150)의 복수의 렌즈영역(53,153)의 배치는 4채널인 경우에는 도 4 및 도 9a에 도시한 바와 같이 4개의 렌즈영역이 90도 간격으로 배치되고, 3채널인 경우에는 3개의 렌즈영역 120도 간격, 6채널인 경우에는 6개의 렌즈영역이 60도 간격으로 배치될 수 있다. 그리고, 광소자(25)의 개수 및 배치는 복수의 렌즈영역(53,153)의 개수 및 배치에 대응되게 마련된다.
한편, 전술한 바와 같이, 여러 채널의 신호를 하나의 광섬유(30)를 통하여 전송하기 위해서는 각각 다른 파장의 광을 방출하는 여러 개의 발광소자 예컨대, 표면광 레이저(VCSEL)와 같은 반도체 레이저가 필요하다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광학적 파장분할다중방식 광통신 모듈에 복수의 발광소자가 적용될 때, 이 복수의 발광소자는 서로 다른 파장의 광을 방출하도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 광을 방출하는 물질로 GaAs 양자 우물(quantum well)을 사용하면 850nm 의 파장을 갖는 반도체 레이저를 얻을 수 있는데, 여기에 Al을 혼합해주면 비율에 따라 700~840nm의 파장을 갖는 반도체 레이저를 만들 수 있고, In을 혼합하면 870~1100nm의 파장을 갖는 반도체 레이저를 얻을 수 있다. 또한 많은 수의 채널을 사용할 때는 이 두 파장대를 섞어 채널수를 늘이면 채널 간격을 넓게 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광학적 파장분할다중방식 광통신 모듈에 적용되는 복수의 발광소자는 채널 간격을 넓게 유지할 수 있도록 마련될 수 있다.
DVI/HDMI분야에서는 보통 4채널 방식이 널리 시도되고 있으며 DDC(direct digital control), RS232, 오디오(audio), USB등 각종 부가적인 신호를 처리하기 위해 양방향 채널을 넣어 6채널도 시도될 수 있다. 서브마운트(20)에 탑재되는 광소자(25)의 수를 요구되는 채널수에 맞게 설계하면, 본 발명의 실시예에 따른 광통신 모듈은, DVI/HDMI분야, DDC(direct digital control), RS232, 오디오(audio), USB, Display port 등의 다채널을 요구하는 다양한 분야에 적용될 수 있다.
20: 서브마운트 25: 광소자
30: 광섬유 50: 광학소자
51: 제1렌즈 55: 제2렌즈
80: 파장선택부재

Claims (11)

  1. 서로 다른 파장을 갖는 광을 출사하거나 수신하기 위한 복수의 광소자와;
    하나의 광섬유와;
    상기 복수의 광소자와 하나의 광섬유 사이에 배치되며, 한 점에서 출발한 광이 복수의 점에 모이거나 복수의 점에서 출발한 광이 한 점으로 모아지도록 복수의 렌즈영역을 갖는 광학소자;를 포함하며,
    상기 복수의 렌즈영역은 그 각각의 중심점이 한 점을 중심으로 동일 거리에 위치하도록 배치되며,
    상기 한 점과 복수의 점은 상기 광학소자의 서로 다른 편에 위치하는 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학소자는,
    상기 복수의 점 쪽에 위치하며, 복수의 렌즈영역을 갖는 제1렌즈와;
    상기 한 점 쪽에 위치하는 제2렌즈;를 포함하는 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광학소자는,
    상기 제1 및 제2렌즈 사이에 정해진 파장의 광을 선택적으로 투과시키는 복수의 필터영역들을 구비하는 파장선택부재;를 더 포함하는 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 파장선택부재는 2개의 필터영역을 구비하며, 이 2개의 필터영역은 에지 필터나 파장선택 필터로 이루어진 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈.
  5. 제3항에 있어서, 상기 파장선택부재는 3개 이상의 필터영역을 구비하며, 이 3개 이상의 필터영역 중 파장이 가장 긴 채널용 필터영역과 가장 파장이 짧은 채널용 필터영역은 에지 필터로 이루어지고, 중간 파장 채널용 필터영역은 파장선택필터로 이루어진 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈.
  6. 제3항에 있어서, 상기 파장선택부재는 파장선택필터로 이루어진 2개 이상의 필터영역을 구비하는 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈.
  7. 제3항에 있어서, 상기 파장선택부재의 각 필터영역은 직사각형 모양이거나 한각이 60도 다른각이 120도인 평행사변형 모양을 갖거나, 한각이 60도인 정삼각형 모양을 갖는 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈.
  8. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2렌즈 중 하나는 평행광을 만드는 렌즈이고, 다른 하나는 집속렌즈로, 상기 제1 및 제2렌즈 사이에서 광은 평행광 형태로 진행하도록 된 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광소자 및 광섬유 사이의 광로 상에, 45도 경사면을 가져 광경로를 90도 꺾어주는 경로 변경 부재;를 더 구비하는 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광소자, 광학소자 및 광섬유는 일렬로 배치된 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 식각에 의해 형성된 문턱 구조를 가지는 서브마운트를 구비하며,
    상기 광소자는 상기 서브마운트의 문턱 구조 부분에 부착되는 광학적 파장분할다중 방식 광통신 모듈.
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