KR20160145957A - 다채널 광수신 모듈 및 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법 - Google Patents

다채널 광수신 모듈 및 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다채널 광수신 모듈을 개시한다. 본 발명은 파장 분할 다중화 방식 또는 다수의 광섬유를 병렬로 연결하는 방식의 다채널 광통신에 적용되는 것으로, 다수의 광섬유 또는 파장 분할 역다중화 소자에 의해 각 파장으로 분할되어 발산되는 다채널의 광신호를 전기신호(광전류)로 검출 및 증폭하는 광결합부를 포함하는 다채널 광수신 모듈에 있어서, 상기 광결합부는, 상기 다수의 광섬유 또는 파장 분할 역다중화 소자에 의해 각 파장으로 분할되어 발산되는 다채널의 발산광 형태의 각 광신호를 초점광 형태의 광신호로 전환시키는 복수개의 광결합 렌즈와; 상기 광결합 렌즈의 후단에 위치하여 상기 발산광 형태의 광신호와 수평으로 배치되어 상기 광결합 렌즈에 의해 전환된 초점광 형태의 각 파장에 따른 전기신호를 검출하는 복수개의 독립적인 광검출 소자와; 상기 광검출 소자의 후단에 위치하고, 상기 광검출 소자에서 검출된 전기신호를 증폭하여 출력시키는 전달 임피던스 타입의 복수개의 전치 증폭 소자와; 상기 각 광검출 소자의 상측에 위치하여 광결합 렌즈에 의해 초점광으로 전환된 각 채널의 광신호의 방향을 광검출 소자 측으로 굴절시키며, 실리콘 반도체 위에 V-홈으로 식각하여 그 식각된 경사면에 반사막 코팅되어 형성된 실리콘 V-홈 반사거울; 및 상부측에 상기 광결합 렌즈, 광검출 소자, 전치 증폭 소자 및 실리콘 V-홈 반사거울이 안착 및 정렬되는 안착부가 형성된 금속 광학 벤치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

다채널 광수신 모듈 및 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법{Multi-channel optical receiver module and methods of optical alignment thereof}
본 발명은 다채널 광수신 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생산비용 절감 및 경량화가 가능하고, 다채널 광수신 모듈의 광전류 값이 최대가 되도록 하기 위한 각 채널을 구성하는 부품의 광정렬이 용이한 다채널 광수신 모듈 및 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법에 관한 것이다.
데이터의 수요가 점차 증가함에 따라 광통신의 속도와 용량 또한 가파르게 증가하는 추세에 있으며, 이미 한 가닥의 광섬유를 사용하여 10Gbps 이상의 전송 용량을 갖는 광통신 시스템이 상용화되어 사용되고 있다. 그러나 최근 메트로 및 기간 전송 망에서는 수십 Gbps 내지 100Gbps 이상의 데이터 전송 속도가 요구되고 있고, 대형 인터넷 포탈 회사의 경우 대규모의 데이터 센터를 운영하면서 데이터 센터의 서버간 수십 Gbps 내지 수백 Gbps의 데이터 전송 속도가 요구되고 있다. 이러한 대용량 광전송 요구에 대응하기 위하여 최근에는 하나의 광섬유에 10Gbps 또는 25Gbps의 전송 속도를 갖는 서로 다른 파장의 광신호를 다중화시켜 수십 Gbps 또는 100Gbps의 데이터를 전송하는 파장 분할 다중화(WDM; Wavelength Division Multiplexing) 방식의 광통신이 기간망 및 메트로 망에 사용되고 있을 뿐 아니라, 데이터 센터 내 서버 간 신호 전송에는 4개 또는 10개 이상의 광섬유를 병렬로 연결하여 데이터 전송 용량을 획기적으로 늘이는 다채널 광통신 방식이 보편적으로 사용되기 시작했다.
이러한 파장 분할 다중화 방식 또는 다수의 광섬유를 병렬로 연결하는 다채널 광통신에서는 다수의 반도체 레이저를 구동하여 발생하는 광신호를 각각의 해당하는 광섬유에 결합하여 전송하는 광송신 모듈과 광섬유를 통하여 전송되어 온 다채널의 광신호를 각각의 광검출 소자에서 검출하는 다채널 광수신 모듈이 가장 핵심적인 부품이다. 이중 다채널 광수신 모듈은 광섬유 끝 단 또는 파장 분할 역다중화 소자의 끝 단으로부터 발산되는 다수의 광을 각각의 채널에 해당되는 다수의 광검출 소자 소자에 손실이 없이 입력시키는 광접속 기술이 가장 중요한 기술이다.
다채널 광수신 모듈에서 광검출 소자와의 광접속 손실을 최소화하기 위해서는 먼저 각각의 광 채널 사이의 간격이 일정하여야 한다. 이는 광신호가 다수의 광섬유로 병렬 전송된 경우에는 각각의 광섬유 끝 부분을 실리콘 반도체 또는 유리 블록에 일정한 간격으로 형성된 V-홈에 장착하여 고정시키므로 각 채널 사이의 간격을 일정하게 유지시킬 수 있다. 이러한 V-홈은 매우 정밀한 반도체 공정에 의해 형성되므로 간격의 오차가 통상 수 um 또는 1um 이내로 정밀하게 조절하는 것이 가능하며, 광검출 소자의 광흡수 영역의 크기는 직경이 수십 um 이므로 각 채널의 입력광 사이의 간격의 오차는 무시할 수 있다. 또한, 파장 다중화된 광신호를 어레이 도파로 격자(AWG; Arrayed Guide Grating) 소자와 같은 역다중화 소자를 사용하여 각각의 채널로 분리한 파장 다중화 다채널 광수신 모듈의 경우에도 도파로 격가 소자 끝 단의 광도파로 출력 포트 사이의 간격 역시 1um 이내의 오차로 정밀하게 조절될 수 있다.
이러한 광섬유 끝 단 또는 광도파로 끝 단에서 공기 중으로 나오는 빛은 공기와의 굴절율 차이에 의해 발산하게 되며 이러한 발산광을 수십 um의 직경을 갖는 광검출 소자의 광흡수 영역으로 결합시켜 넣기 위해서는 볼록 렌즈 형태의 광결합 렌즈를 사용하여 빛을 초점광으로 변환시켜주어야 한다. 따라서 각각의 채널에 해당하는 광결합 렌즈와 광검출 소자 소자를 수 um 이내의 정밀도로 정렬하여 고정시키는 것이 광접속 손실을 최소화시키는 기술이 된다.
다채널의 광수신 모듈에서는 다수의 광섬유가 V-홈에 장착된 광섬유 어레이 블록 (FAB; Fiber Array Block) 또는 도파로 격자와 같은 역다중화 소자들이 통상 수평면에 평행하게 놓이며 광검출 소자 또한 수평면에 놓이게 되므로 역다중화 소자의 출력단으로부터 나온 빛을 광검출 소자의 수광영역으로 수직 입사시키기 위해서는 수평면에 평행하게 진행하는 빛을 아래쪽으로 90도 굴절시켜 주어야 한다. 이를 위해서는 광검출 소자 위에 일면에 반사막이 코팅된 평판 형태의 반사거울을 45도 경사지게 위치시켜야 한다. 따라서 이러한 다채널 광수신 모듈의 가장 기본적인 구조는 역다중화 소자 및 각 채널별 광결합 렌즈, 45도 반사거울, 및 광검출 소자로 구성되는 광결합부로 이루어진다. 그러나 이러한 기본적인 구성 요소를 갖는 광수신 모듈의 광결합부 각각의 채널의 광손실을 최소화하기 위해서는 각각의 채널에 해당하는 역다중화 소자, 광결합 렌즈, 그리고 광검출 소자 소자가 정밀하게 일렬로 정렬 고정되어야 하며 이러한 정렬 공정에서는 광검출 소자에 의해 출력되는 전기신호에 비례하는 광전류 값을 실시간 측정하면서 광결합 렌즈의 위치를 최적화시키는 방법이 사용된다.
그러나 이러한 광검출 소자의 광전류 값을 모니터하면서 각각의 광결합 렌즈의 위치를 능동 정렬시키는 방법은 복잡한 공정과 이에 따른 제조 수율 저하 및 궁극적으로 광수신 모듈의 가격 상승의 원인이 되므로 이를 개선하기 위한 다양한 방법들이 고안되었다. 이들 중 대표적인 방법이 각각의 광결합 렌즈를 각각의 입력광 사이와 동일한 간격을 갖는 하나의 어레이 렌즈 블록으로 제작하고 아울러 광검출 소자 또한 각각의 광흡수 영역의 간격이 동일한 단일 칩 어레이로 제작하여 사용하는 것이다.
이와 같이 어레이 광결합 렌즈와 어레이 광검출 소자를 사용할 경우 단 한차례의 광정렬에 의해 전체 채널의 광정렬이 가능하다는 장점이 있으나 채널 사이의 간격이 큰 경우에는 어레이 광검출 소자의 크기 및 모듈의 중량이 증가되게 되며, 제조단가 또한 매우 비싸지는 단점이 있다.
금형으로 대량 생산이 가능한 어레이 렌즈의 경우에는 통상 광통신 모듈에 사용되는 부품의 크기가 매우 작으므로 채널 사이 간격이 크더라도 비교적 낮은 가격으로 제작 가능하나 광검출 소자의 경우 칩의 대량 생산 가격은 광검출 소자의 면적에 비례하기 때문에 채널 사이 간격이 큰 넓은 면적의 어레이 소자는 채널당 가격이 채널 사이의 간격에 비례하여 올라가게 된다.
따라서 통상의 어레이 모듈의 경우 채널 사이의 간격은 광섬유의 지름에 해당하는 250um를 갖도록 하고 있으나, 광수신 모듈의 경우 통상 광검출 소자 뒤단에 광전류를 증폭하기 위한 전치 증폭 소자를 함께 내장하는 경우가 대부분이며 이 전치 증폭 소자는 0.8 내지 1mm의 폭을 갖으므로 어레이 광검출 소자의 광흡수 영역 사이 간격도 최소한 전치 증폭 소자의 폭 이상이 되도록 하여야 한다.
이와 같이 채널 사이의 간격이 큰 구조에서 어레이 광검출 소자를 사용하여야 할 경우, 원하는 채널 사이 간격을 갖는 어레이 광검출 소자의 구입이 불가능할 수도 있으며 원하는 어레이 광검출 소자의 구입이 가능하더라도 어레이 광검출 소자의 가격이 단일 칩 광검출 소자를 사용하면서 각 채널별로 개별적인 정렬 공정을 거치는 공정에 비해 상대적으로 비용이 상승되는 문제점 발생할 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다수의 개별 광검출 소자를 사용하면서 단 한차례의 광정렬 공정만으로 다채널 광수신 모듈을 제작하기 위한 구조로, 다수의 개별 광검출 소자들을 별도의 서브 마운트 위에 플립 칩 본딩 공정을 이용하여 부착한 후 이를 단 한차례의 정렬 공정으로 조립하는 방법이 고안되었다.
그러나 이 방법의 경우에는 플립칩 본딩이 가능하도록 광검출 소자가 미리 설계 제작되어야 할 뿐 아니라 채널당 10Gbps 이상의 고속 모듈의 경우에는 플립 칩 본딩을 하기 위한 서브 마운트에서 발생하는 기생 용량이 수신감도를 저하시키는 문제점이 있었다.
따라서, 어레이 구조가 아닌 각각 개별적인 광검출 소자 또는 광결합 렌즈가 요구되는 광결합부의 경우, 비용상승을 억제하면서 이들을 정밀하게 정렬시켜 광결합 효율이 최대가 될 수 있는 광수신 모듈 및 광수신 모듈의 광정렬 방법이 요구되는 실정이다.
본 발명은 상기에서 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 다채널 광수신 모듈에 있어서, 어레이 형태가 아닌 각각 독립된 광검출 소자 또는 광결합렌즈를 사용해야 하는 경우, 반사거울의 정렬을 통해 각 채널의 광검출 소자에 대한 광결합 효율을 최대로 설정할 수 있는 다채널 광수신 모듈 및 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 파장 분할 다중화 방식 또는 다수의 광섬유를 병렬로 연결하는 방식의 다채널 광통신에 적용되는 것으로, 다수의 광섬유 또는 파장 분할 역다중화 소자에 의해 각 파장으로 분할되어 발산되는 다채널의 광신호를 전기신호(광전류)로 검출 및 증폭하는 광결합부를 포함하는 다채널 광수신 모듈에 있어서, 상기 광결합부는, 상기 다수의 광섬유 또는 파장 분할 역다중화 소자에 의해 각 파장으로 분할되어 발산되는 다채널의 발산광 형태의 각 광신호를 초점광으로 전환시키는 복수개의 광결합 렌즈와; 상기 광결합 렌즈의 후단에 위치하여 상기 발산광 형태의 광신호와 수평으로 배치되어 상기 광결합 렌즈에 의해 전환된 초점광 형태의 각 광신호에 따른 전기신호를 검출하는 복수개의 독립적인 광검출 소자와; 상기 광검출 소자의 후단에 위치하고, 상기 광검출 소자에서 검출된 전기신호를 증폭하여 출력시키는 전달 임피던스 타입의 복수개의 전치 증폭 소자와; 상기 각 광검출 소자의 상측에 위치하여 광결합 렌즈에 의해 초점광으로 전환된 각 채널의 광신호의 방향을 광검출 소자 측으로 굴절시키며, 실리콘 반도체 위에 V-홈으로 식각하여 그 식각된 경사면에 반사막 코팅되어 형성된 실리콘 V-홈 반사거울; 및 상부측에 상기 광결합 렌즈, 광검출 소자, 전치 증폭 소자 및 실리콘 V-홈 반사거울이 안착 및 정렬되는 안착부가 형성된 금속 광학 벤치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다채널 광수신 모듈이 제공될 수 있다.
이때, 상기 안착부는, 광결합 렌즈가 위치되는 지점에 턱이 생성되도록 일정 깊이로 가공 형성되는 광결합 렌즈 안착부와; 상기 금속 광학 벤치와 일체 가공되고, 사이에 광검출 소자가 안착되어 정렬되도록 광검출 소자의 규격(사이즈)에 대응되는 간격으로 돌출되며, 상부에는 실리콘 V-홈 반사거울이 안착되는 복수개의 돌출부로 형성되는 광검출 소자 안착부; 및 상기 전치 증폭 소자가 배열되어 안착될 수 있는 전치 증폭 소자 안착부로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법에 있어서, 상기 복수개의 광결합 렌즈, 광검출 소자 및 전치 증폭 소자를 상기 금속 광학 벤치 상에 형성된 광결합 렌즈 안착부, 광검출 소자 안착부 및 전치 증폭 소자 안착부에 각각 안착 및 정렬시켜 고정하는 단계와; 상기 안착된 각 광검출 소자의 상측에 위치되도록 상기 광검출 소자 안착부의 돌출부 위에 실리콘 V-홈 반사거울을 위치시키는 단계와; 상기 광검출 소자에 전기신호(광전류)가 검출되도록 광신호를 입력시키고, 상기 실리콘 V-홈 반사거울을 직선이동 및 회전이동을 통해 움직이면서 광검출 소자에서 검출되는 전기신호 값을 실시간 측정하여, 측정되는 전기신호 값이 최대가 되는 실리콘 V-홈 반사거울의 위치 및 각도를 찾아 정렬시키는 단계; 및 정렬된 상기 실리콘 V-홈 반사거울의 양단을 한 쌍의 돌출부 상에 고정시키는 단계;를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법이 제공될 수 있다.
이때, 상기 실리콘 V-홈 반사거울의 위치 및 정렬 단계에 있어서, 상기 복수개의 실리콘 V-홈 반사거울을 클램핑하여, 광검출 소자에서 측정되는 전기신호의 값을 입력받아 각 채널별로 실리콘 V-홈 반사거울의 위치 및 각도의 조절이 이루어지게 구동 제어되는 지그형 정렬장치에 의해 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 다채널 광수신 모듈에 부득이하게 다수의 독립적인 광검출 소자를 사용해야 하는 경우, 실리콘 V-홈 반사거울의 각 채널별 정렬을 통해 각 채널의 광결합 공정이 수행되도록 할 수 있으며, 광효율 또한 최적의 상태로 설정 및 유지 할 수 있다.
또한, 다채널 광수신 모듈의 광결합부가 어레이 형태에 비해 상대적으로 낮은 가격의 독립적인 광검출 소자로 구성되고, 광결합 렌즈, 광검출 소자의 정렬(공정)이 용이하며, 저가격 대량 생산이 가능한 실리콘 V-홈 반사거울로 구성됨에 따라 광결합부의 제조단가의 절감과 모듈의 경향화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다채널 광수신 모듈을 구성하는 광결합부를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 광결합부의 실리콘 V-홈 반사거울에 의한 광 굴절을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 실리콘 V-홈 반사거울을 통한 최적의 광정렬 상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 아울러, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다채널 광수신 모듈의 광결합부(100)를 보여주는 도면이다. 도 2는 도 1의 광결합부(100)의 실리콘 V-홈 반사거울(150)에 의한 광 굴절을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 2를 참고하면, 본 발명에 따른 다채널 광수신 모듈은 모듈에 구성되는 광섬유 어레이 블록 위에 일정한 간격으로 안착된 다수의 광섬유(미도시)로부터 발산되거나, 또는 파장 분할 역다중화 소자(미도시)에 의해 각 파장으로 분할되어 발산되는 다채널의 광신호를 전기신호로 변환 및 증폭하는 광결합부(100)를 특징으로 하며, 상기 광결합부(100)는, 광결합 렌즈(110), 광검출 소자(120), 전치 증폭 소자(130), 금속 광학 벤치(140) 및 실리콘 V-홈 반사거울(150)을 포함하여 구성될 수 있다.
광결합 렌즈(110)는 다채널 광수신 모듈에 구성되는 다수의 광섬유(광섬유 어레이) 또는 파장 분할 역다중화 소자의 출력단으로부터 발산되는 발산광을 초점광으로 전환시키는 구성으로 각각 독립적으로 구성되는 구조와 어레이 형태의 구조로 형성되며, 이는 종래의 광결합 렌즈와 기능적, 구조적으로 유사하게 형성될 수 있다.
광검출 소자(120)는 광결합 렌즈(110)에 의해 초점광으로 전환된 광신호를 수광영역(121)을 통해 입력받아 전기신호(광전류)로 전환시켜 광전류 값을 검출하는 것으로, 어레이 형태의 구조가 아닌 각각 독립적으로 복수개가 구성될 수 있다. 이때, 광검출 소자(120)를 단순히 어레이 형태가 아닌 독립적으로 구성한다는 의미로만 해석하기 보다는, 광결합부(100)의 각 채널 사이의 간격이 넓거나, 각 채널 사이의 간격이 일정하지 않고 오차가 있는 경우, 어레이 형태 구조의 광검출 소자를 적용하기에는 광검출 소자의 가격이 매우 고가인 경우여서 적용하기 어려운 경우와 같이 어레이 광검출 소자를 적용 또는 이용하지 못하는 구조 또는 여건에서 독립적인 광검출 소자가 구성되는 것을 의미하는 것으로 해석되어야 할 것이다. 즉, 상기에서 언급한 구조 및 여건이 아닌 경우에는 종래기술에서 설명한 바와 같이 어레이 형태의 광검출 소자를 적용하는 것이 효과적임은 당연하다 할 수 있으나, 본 발명은 상기와 같이 어레이 형태의 광검출 소자가 적용되기 어려운 구조나 비용적 측면과 같은 여건 때문에 독립적인 광검출 소자가 적용될 수 밖에 없는 다채널 광수신 모듈임을 다시 한번 명확히 하는 바이다.
전치 증폭 소자(130)는 광검출 소자(120)의 후단측에 광검출 소자(120)와 각각 와이어 본딩(131)에 의해 연결되어 광검출 소자(120)에 의해 검출된 전기신호를 증폭하여 출력하는 구성으로, 각 광검출 소자(120)에 대응되는 수만큼 구성될 수 있다. 또한, 전치 증폭 소자(130) 역시 각각 독립적인 구조 또는 어레이 형태의 구조로 구성될 수 있으며, 본 발명의 광결합부(100)에 구성되는 전치 증폭 소자는 구조에 상관없이 독립적인 구조 또는 어레이 형태의 구조 모두 적용될 수 있음으로 특별히 한정하지 않는다.
금속 광학 벤치(140)는 광결합부(100)를 구성하는 구성요소들이 안착 및 정렬되기 위한 일종의 베이스로 상기 광결합 렌즈(110), 광검출 소자(120), 전치 증폭 소자(130) 등이 각각 안착 및 정렬될 수 있는 안착부(141, 142, 144)가 형성되어 있다.
이때, 안착부(141, 142, 144) 중 광결합 렌즈(110)가 안착 및 정렬되는 광결합 렌즈 안착부(141)는 광결합 렌즈(110)가 위치되는 지점에 턱이 생성되도록 일정 깊이로 가공된 구조로 형성되어 광결합 렌즈(110)가 별도의 정렬공정 없이 정해진 위치에 정렬되도록 할 수 있다. 또한, 광검출 소자 안착부(142)는 광결합 렌즈 안착부 후측(141)에 금속 광학 벤치(140)와 일체 가공되고, 광검출 소자(120)의 규격(사이즈)에 대응되는 일정 간격으로 배열된 다수개의 돌출부(143)로 형성된다. 이러한 돌출부(143)는 광결합부(100)의 형성 채널의 수, 즉 광검출 소자(120)의 수에 대응(돌출부의 수는 광검출 소자의 수(n) + 1개 많도록 비례)되도록 형성되며, 돌출부(143) 사이에 형성되는 간격이 광결합 렌즈(110)의 위치와 각각 대응되도록 형성된다. 따라서, 돌출부(143) 사이의 간격에 광검출 소자(120)가 안착되면, 별도의 정렬공정이 없이도 광결합 렌즈(110)와 광검출 소자(120)가 동일 선상으로 각각 1:1 정렬이 될 수 있다. 아울러, 전치 증폭 소자 안착부(144)는 전치 증폭 소자(130)가 안착 및 정렬될 수 있도록 일정 깊이 가공되는 구조를 취할 수 있다. 다만, 전치 증폭 소자 안착부(144)가 광검출 소자(120)가 안착되는 금속 광학 벤치(140)의 상면과 동일한 높이로 형성되는 경우, 전치 증폭 소자 안착부(144)를 일정 깊이로의 가공이 불필요할 수 있다. 즉, 전치 증폭 소자 안착부(144)는 광검출 소자(120)와 전치 증폭 소자(130)가 동일선상의 유사 높이로 안착 및 정렬될 수 있는 구조를 취하면 특별한 가공이 불필요할 수 있다.
실리콘 V-홈 반사거울(150)은 본 발명에 따른 광결합부(100)의 주요한 구성요소 중 하나로, 광결합 렌즈(110)에 의해 발산되는 초점광을 광검출 소자(120)가 위치한 아래쪽으로 굴절시켜주기 위한 구성으로, 실리콘 반도체 위에 V-홈으로 식각하여 그 식각된 경사면에 반사막 코팅을 하여 제작된 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, 실리콘 V-홈 반사거울(150)은 광검출 소자(120)의 상측에 위치되어 인접한 한 쌍의 돌출부(143) 사이에 안착되는 구조를 취한다.
이러한, 실리콘 V-홈 반사거울(150)은 종래의 평판형 반사거울에 비해 낮은 단가로 대량 생산이 가능한 장점이 있어, 종래의 반사거울을 이용하는 것과 비교하여 광결합부(100)의 제조단가 절감 및 경량화 측면에서 보다 효율적으로 작용될 수 있다.
다만, 실리콘 V-홈 반사거울(150)을 사용하여 초점광을 광검출 소자(120) 측으로 굴절시켜줄 경우에는 도 2로 도시한 바와 같이 반사각도가 45도가 아닌 실리콘의 습식 식각 시 나타나는 경사면의 각도인 약 54.7도를 갖게 된다. 이럴 경우 어레이 광검출 소자(120)로 입사되는 빛이 90도가 아닌 약 80.3도로 입사되는 특징이 있음에 따라, 이를 고려하여 광정렬이 요구되어야 한다.
이하에서는 상기에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 다채널 광수신 모듈의 광결정렬 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 도 3에 도시된 실리콘 V-홈 반사거울(150)을 통한 최적의 광정렬 상태를 설명하기 위한 도면이다.
우선, 안착부(141, 142, 144)들이 가공 형성된 금속 광학 벤치(140) 상에 광결합 렌즈(110), 광검출 소자(120) 및 전치 증폭 소자(130)를 각각 광결합 렌즈 안착부(141), 광검출 소자 안착부(142) 및 전치 증폭 소자 안착부(144)에 각각 안착 및 정렬시킨다. 이때, 안착 및 정렬된 광결합 렌즈(110), 광검출 소자(120) 및 전치 증폭 소자(140)는 별도의 정렬 공정 없이 단순 안착(= 자동 정렬)되어 접착제에 의해 고정된다.
다음으로, 광검출 소자 안착부(142)의 사이에 광검출 소자(120)가 안착된 한 쌍의 상기 돌출부(143) 상에 실리콘 V-홈 반사거울(150)을 안착 및 정렬한 후 고정 시킨다.
이때, 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 정렬은 광검출 소자(120)에 전기신호가 검출되도록 광신호를 입력시키고, 실리콘 V-홈 반사거울(150)을 직선이동 및 회전이동을 통해 움직이면서 광검출 소자(120)에서 검출되는 전기신호 값을 실시간 측정하여, 측정되는 전기신호 값이 최대가 되는 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 위치 및 각도를 찾아 정렬시키는 능동 정렬 방식을 사용한다. 구체적으로 설명하면, 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 정렬은 광결합 렌즈(110)로부터 발산되는 초점광을 광검출 소자의 광 흡수영역에 정확하게 입사되도록 이루어지는 것과 동일함에 따라, 도 3으로 도시한 바와 같이 실리콘 V-홈 반사거울(150)을 좌우 x-방향 또는 앞뒤 y-방향으로 이동시키거나 θ-방향(도 3기준 y-축을 회전축으로 하는 방향)으로 회전시켜 V-홈의 반사면에 반사되어 광검출 소자(120)로 향하는 광신호의 방향과 각도가 도 4와 같이 광검출 소자(120)의 수광영역(121)으로 최대한 많은 광신호가 들어갈 수 있도록 정렬시킨다.
이때, 광검출 소자(121)가 위치한 금속 광학 벤치(140) 바닥 면 기준 광신호의 위치가 좌우 a-방향 혹은 앞뒤 b-방향으로 움직이게 하기 위해서는 실리콘 V-홈 반사거울(150)이 각 θ-방향으로 회전되거나 앞뒤 y-방향으로 이동되어야 한다. 단, 실리콘 V-홈 반사거울(150)이 좌우 x-방향으로 이동하는 경우에는 바닥 면에서 광신호의 위치에는 큰 변화가 없음에 따라 x-방향의 이동은 단순 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 돌출부(143) 상의 안정적인 안착과 관련해서만 고려하여 이동시킨다.
한편, 상기에서 설명한 능동 정렬방식에 의한 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 정렬은 실리콘 V-홈 반사거울(150)을 클램핑하여 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 위치 및 각도의 조절이 가능하게 하는 지그형 정렬장치(미도시)를 통해 이루어질 수 있다.
상기 정렬장치는 실리콘 V-홈 반사거울(150)을 클램핑하여, 돌출부 상에 위치시킨 후, 광검출 소자(120)를 통해 측정되는 전기신호(광전류)의 값에 따라 자동 또는 수동으로의 제어되며, 각 채널별로 광검출소자(120)에 의해 측정되는 전기신호 값이 최대가 되도록 실리콘 V-홈 반사거울(150)이 정렬되도록 구동된다. 이후, 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 정렬이 이루어지면 홀딩된 상태에서 UV 에폭시와 같은 접착제 및 경화를 통해 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 하단측 양단을 돌출부(143) 상에 고정되도록 함으로써 광결합부(100)의 광정렬을 완료하게 된다.
이상 상기에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 다채널 광수신 모듈 및 광정렬 방법은 부득이하게 다수의 독립적인 광검출 소자를 사용해야 하는 경우, 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 각 채널별로 정렬됨에 따라 각 채널의 광결합을 효율적으로 수행되도록 할 수 있으며, 광결합부(100)의 광효율 또한 최적의 상태로 설정 및 유지할 수 있다.
또한, 광결합부(100)에 있어서, 어레이 형태에 비해 상대적으로 낮은 가격의 독립적인 광검출 소자로 구성되고, 광결합 렌즈, 광검출 소자의 정렬(공정)이 용이하며, 종래의 평판형 반사거울 대신 저가격 대량 생산이 가능한 실리콘 V-홈 반사거울로 구성됨에 따라 광결합부의 제조단가를 현저히 감소시킬 수 있다.
아울러, 광결합부의 경량화가 가능하고, 제조 공정 및 제조 단가를 절감할 수 있어 다채널 광수신 모듈 시장 활성화와 다채널 광통신 기술을 이용하여 광통신의 데이터 전송 용량을 늘리는 데 크게 기여할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
100: 광결합부
110: 광결합 렌즈 120: 광검출 소자
121: 광검출 소자의 수광영역
130: 전치 증폭 소자 140: 금속 광학 벤치
141: 광결합 렌즈 안착부 142: 광검출 소자 안착부
143: 돌출부 144: 전치 증폭소자 안착부
150: 실리콘 V-홈 반사거울

Claims (4)

  1. 파장 분할 다중화 방식 또는 다수의 광섬유를 병렬로 연결하는 방식의 다채널 광통신에 적용되는 것으로, 다수의 광섬유 또는 파장 분할 역다중화 소자에 의해 각 파장으로 분할되어 발산되는 다채널의 광신호를 전기신호(광전류)로 검출 및 증폭하는 광결합부를 포함하는 다채널 광수신 모듈에 있어서,
    상기 광결합부는,
    상기 다수의 광섬유 또는 파장 분할 역다중화 소자에 의해 각 파장으로 분할되어 발산되는 다채널의 발산광 형태의 각 광신호를 초점광으로 전환시키는 복수개의 광결합 렌즈와;
    상기 광결합 렌즈의 후단에 위치하여 상기 발산광 형태의 광신호와 수평으로 배치되어 상기 광결합 렌즈에 의해 전환된 초점광 형태의 각 광신호 따른 전기신호를 검출하는 복수개의 독립적인 광검출 소자와;
    상기 광검출 소자의 후단에 위치하고, 상기 광검출 소자에서 검출된 전기신호를 증폭하여 출력시키는 전달 임피던스 타입의 복수개의 전치 증폭 소자와;
    상기 각 광검출 소자의 상측에 위치하여 광결합 렌즈에 의해 초점광으로 전환된 각 채널의 광신호의 방향을 광검출 소자 측으로 굴절시키며, 실리콘 반도체 위에 V-홈으로 식각하여 그 식각된 경사면에 반사막 코팅되어 형성된 실리콘 V-홈 반사거울; 및
    상부측에 상기 광결합 렌즈, 광검출 소자, 전치 증폭 소자 및 실리콘 V-홈 반사거울이 안착 및 정렬되는 안착부가 형성된 금속 광학 벤치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다채널 광수신 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 안착부는,
    광결합 렌즈가 위치되는 지점에 턱이 생성되도록 일정 깊이로 가공 형성되는 광결합 렌즈 안착부와;
    상기 금속 광학 벤치와 일체 가공되고, 사이에 광검출 소자가 안착되어 정렬되도록 광검출 소자의 규격(사이즈)에 대응되는 간격으로 돌출되며, 상부에는 실리콘 V-홈 반사거울이 안착되는 복수개의 돌출부로 형성되는 광검출 소자 안착부; 및
    상기 전치 증폭 소자가 배열되어 안착될 수 있는 전치 증폭 소자 안착부로 형성되는 것을 특징으로 하는 다채널 광수신 모듈.
  3. 청구항 1 또는 2에 따른 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법에 있어서,
    상기 복수개의 광결합 렌즈, 광검출 소자 및 전치 증폭 소자를 상기 금속 광학 벤치 상에 형성된 광결합 렌즈 안착부, 광검출 소자 안착부 및 전치 증폭 소자 안착부에 각각 안착 및 정렬시켜 고정하는 단계와;
    상기 안착된 각 광검출 소자의 상측에 위치되도록 상기 광검출 소자 안착부의 돌출부 위에 실리콘 V-홈 반사거울을 위치시키는 단계와;
    상기 광검출 소자에 전기신호(광전류)가 검출되도록 광신호를 입력시키고, 상기 실리콘 V-홈 반사거울을 직선이동 및 회전이동을 통해 움직이면서 광검출 소자에서 검출되는 전기신호 값을 실시간 측정하여, 측정되는 전기신호 값이 최대가 되는 실리콘 V-홈 반사거울의 위치 및 각도를 찾아 정렬시키는 단계; 및
    정렬된 상기 실리콘 V-홈 반사거울의 양단을 한 쌍의 돌출부 상에 고정시키는 단계;를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 실리콘 V-홈 반사거울의 위치 및 정렬 단계에 있어서,
    상기 복수개의 실리콘 V-홈 반사거울을 클램핑하여, 광검출 소자에서 측정되는 전기신호의 값을 입력받아 각 채널별로 실리콘 V-홈 반사거울의 위치 및 각도의 조절이 이루어지게 구동 제어되는 지그형 정렬장치에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법.

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