KR20160145982A - 광도파로칩을 이용한 광수신 모듈 및 이의 제조방법 - Google Patents

광도파로칩을 이용한 광수신 모듈 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광수신 모듈 및 이의 제조방법에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 렌즈 어레이를 사용하지 않고 하나의 서브마운트만을 사용함으로써 광학정렬공정을 최소화시켜 원가절감 및 생산성을 향상시킬 수 있는 광수신 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 광수신 모듈에 의하면 렌즈 어레이 및 얇은 유리기판을 사용하지 않으며 또한, 하나의 서브마운트만을 사용함으로써 부품의 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.또한, 본 발명의 광수신 모듈의 제조방법에 의하면 렌즈 어레이를 사용하지 않음으로써 광학정렬을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라, 하나의 서브마운트만을 사용함으로써 원가를 절감하고 불량율을 낮취 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

광도파로칩을 이용한 광수신 모듈 및 이의 제조방법{Optical receiver module using optical waveguide chip and method for manufacturing the same}
본 발명은 광수신 모듈 및 이의 제조방법에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 렌즈 어레이를 사용하지 않고 하나의 서브마운트만을 사용함으로써 광학정렬공정을 최소화시켜 원가절감 및 생산성을 향상시킬 수 있는 광수신 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
평판형 광 도파로(Plannar Optical Waveguide)는 광신호가 전달되는 도파로로서, 굴절률이 상대적으로 큰 코어와 굴절률이 상대적으로 적은 클래딩으로 구성되며, 광도파로 코어로 입사된 광신호는 굴절률이 큰 코어를 따라 진행되는 원리가 이용된다.
광 트랜시버는 광전변환을 수행하는 모듈이며, 상기 광 트랜시버의 수신부에서는 입사된 광신호를 전기 신호로 변환하여 출력하는 역할을 수행한다. 이 때, 광신호를 입력 받아 전류 신호로 변환하는 소자가 포토다이오드(Photo Diode)이며, 신호를 증폭하는 역할을 하는 소자가 트랜스임피던스증폭기(TIA: Transimpedance Amflifier)이다.
10Gbps급 이상의 전송 속도를 가진 초고속 광 트랜시버는 그 수신부에서 광 파장의 MUX/DeMUX 기능을 수행하기 위해 광도파로가 이용되기도 한다. 이 경우 광도파로를 통해 전달된 광신호를 포토다이오드에 입사시키고 트랜스임피던스증폭기(TIA)로 증폭하게 된다.
일반적으로 광도파로 코어의 직경이 3 내지 10미크론 정도이며, 포토다이오드의 수광부 직경은 20 내지 40미크론 범위이다. 따라서 광도파로에서 출력된 광신호를 포토다이오드 수광부에 입사시키기 위해서는 정밀하게 계산되고 제어된 구조를 설계해야 한다. 이 경우 광학렌즈 등을 이용해서 광을 집속시키는 구조를 사용하게 되는데, 보통 광도파로, 렌즈, 포토다이오드, TIA 등의 부품들을 효과적으로 배치하고 미세한 정밀도로 정렬시키기 위해 서브마운트 등의 기구물을 설계하여 구조를 설계하게 된다.
이 때, 서브마운트 등 부수적인 부품의 수량을 줄이고, 부품의 배치를 단순화 하며, 복잡하고 오차 발생의 여지가 큰 광학 정렬의 횟수를 줄이는 것이 매우 중요한데, 이를 통해 원가 절감과 생산성을 향상을 얻을 수 있는 구조를 도출해야 낼 수 있기 때문이다.
종래의 광 수신부 모듈 및 이들을 배치하는 종래의 방법을 도 1 및 도 2에 도시하였다.
도 1을 참조하면, 종래의 광수신부 모듈은 광도파로칩(20)을 지탱하기 위한 광도파로칩 서브마운트(10)가 구비되어 있고, 포토다이오드(50)와 TIA(60)가 형성되어 있는 기판(40)이 구비되어 있으며, 상기 기판(40)을 지탱하고 부착하기 위한 기판 서브마운트(80)를 별도로 구비하고 있다.
상기 광도파로칩(20)은 일 단부의 표면이 약 45도 정도의 각도를 갖도록 가공된 후, 반사면(23)을 형성하여 광도파로 코어(22)로 진행된 광이 상기 반사면(23)에서 반사되어 상기 광도파로 코어(22)와 수직한 방향으로 출력될 수 있도록 구비되어 있다. 이때, 출력된 광신호는 일정 각도를 갖고 퍼져나가게 되는데 이를 포토다이오드(50)로 집속시키기 위해 어레이렌즈(30)를 사용한다.
즉, 종래의 광수신부는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 광도파로 칩(20)을 지탱하기 위한 광도파로칩 서브마운트(10)와 상기 포토다이오드(50)와 TIA(60)가 형성된 상기 기판(40)을 지탱하고 부착하기 위한 기판 서브마운트(80)가 별도로 필요하다. 즉, 두 개의 독립적인 별도의 서브마운트가 필요하게 된다.
또한, 종래의 광수신부를 제조하는 과정에 있어서, 광학 정렬 과정이 최소 두 차례 이상 필요하게 된다. 즉, 상기 광도파로칩(20)의 표면에 상기 어레이 렌즈(30)를 미세 정렬하여 부착하는 공정이 필요하며, 추가적으로 상기 어레이 렌즈(30)를 통과한 광신호를 상기 포토다이오드(50)에 정확히 집속시키기 위한 정렬 과정이 필요하게 되는 등 총 2회 이상의 미세 광학 정렬을 필요로 한다.
따라서, 종래의 광수신부는 어레이렌즈 및 복수개의 서브마운트를 필요로 하므로 부품의 수 증가로 인해 원가가 상승하게 되며, 미세 광학 정렬이 여러번 필요하게 되므로 생산성이 저하되고 원가가 상승하게 되는 문제점을 가지고 있다.
도 2를 참조하여 종래의 다른 광수신부 모듈 및 이의 제조방법을 살펴보면, 광도파로 칩(20)의 표면을 약 45도 정도의 각도를 갖도록 가공한 후, 반사면(23)을 형성하여 광도파로 코어(22)로 진행된 광이 상기 반사면(23)에서 반사되어 상기 광도파로 코어(22)와 수직한 방향으로 출력될 수 있도록 하는 구조를 갖는다. 여기서, 출력된 광신호는 일정 각도를 갖고 퍼져나가게 되는데, 도 2와 같은 종래의 방법에서는 렌즈로 출력된 광을 집속시키지 않고, 직접 포토다이오드(50)로 광을 입사시키게 된다.
일반적으로 10Gbps 이상의 전송 속도를 만족하는 포토다이오드(50)는 광신호를 입력받는 수광부의 직경이 약 20 내지 40미크론 수준이므로, 상기 광도파로 코어(22)에서 출력되어 퍼져나가는 광신호가 상기 포토다이오드(50)의 수광부(51)에 입사되기 위해서는 상기 반사면(23)과 상기 광도파로 코어(22)가 만나는 지점으로부터 상기 포토다이오드(50) 까지의 거리가 작을수록 유리하다. 만약 일정 거리 이상 커지게 되면 상기 포토다이오드(50)의 수광부(51)에 모든 광신호가 입사되지 아니하여 광손실이 발생하게 되는데, 이는 수신기 모듈의 성능을 저하시키는 결과를 가져오게 된다.
따라서 도 2와 같은 종래의 구조에서는 상기 포토다이오드(50)와 TIA(60)를 받쳐주고 있는 기판(40)의 두께가 얇을수록 수광 효율이 좋아지게 되므로, 일반적으로 100 내지 300미크론 정도의 두께를 갖고, 광 투과 특성이 좋은 재질로 상기 기판(40)을 제작하는 것이 효율적이다. 대표적인 재질로는 쿼츠나 그와 유사한 유리 종류의 재질이 사용된다.
그러나, 얇은 두께를 갖는 유리 재질의 기판(40)을 사용할 경우, 작은 충격에 의해 쉽게 부서지는 단점이 존재한다. 도 2와 같은 구조의 경우 상기 기판(40) 상부에 상기 포토다이오드(50)와 TIA(60)를 부착하는 공정과, 상기 기판(40)과 서브마운트(10)을 부착하는 공정과 함께, 상기 포토다이오드(50)와 TIA(60)를 와이어본딩으로 연결하는 공정이 필요한데, 이러한 공정 모두 상당한 압력을 가해 부착하거나 또는 와이어본딩 연결을 하게 되므로, 상기 기판(40)이 깨지거나 파손될 가능성이 매우 높다는 문제점을 가지고 있다.
한국공개특허 제2014-0088435호 한국등록특허 제10-111457호
본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 부품의 수를 줄이고, 광학정렬의 수를 줄여 생산성을 향상시킬 수 있는 광수신 모듈을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 렌즈 어레이 및 얇은 유리 기판을 사용하지 않으며 또한, 하나의 서브마운트만을 사용함으로써 부품의 원가를 절감할 수 있는 광수신 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 렌즈 어레이를 사용하지 않음으로써 광학정렬을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라, 하나의 서브마운트만을 사용함으로써 원가를 절감하고 불량율을 낮취 생산성을 향상시킬 수 있는 광수신 모듈의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광신호를 전송하는 광전송수단; 상기 광전송수단의 광신호를 수신하는 능동소자부; 및 상기 광전송수단이 적층되는 제1적층면과, 상기 능동소자부가 적층되는 제2적층면을 구비하는 서브마운트;를 포함하며, 상기 제1적층면과 상기 제2적층면은 단차를 가지도록 형성되는데, 상기 제2적층면이 상기 제1적층면보다 하부에 위치하며, 상기 능동소자부는 상기 광전송수단의 광신호가 출력되는 지점의 하부에 정렬되어 구비되는 것을 특징으로 하는 광수신 모듈을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 광전송수단은 평판형 광도파로이고, 상기 능동소자부는 포토다이오드(Photo Diode)와, 상기 포토다이오드와 전기적으로 연결된 트랜스임피던스증폭기(TIA: Transimpedance Amflifier)이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 평판형 광도파로의 일측단부에는 경사면이 형성되어 있고, 상기 경사면에는 상기 광신호를 수직하게 반사시키는 반사층이 형성되어 있으며, 상기 포토다이오드는 상기 반사층에서 반사된 상기 광신호가 출력되는 지점의 하부에 정렬되어 구비된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 서브마운트는 실리콘웨이퍼, 유리, CuW 및 금속소재로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 서브마운트의 상기 제1적층면에는 접착제가 채워진 제1접착홈부가 구비되어 있어, 상기 평판형 광도파로가 부착되어 정렬되며, 상기 서브마운트의 상기 제2적층면에는 각각 접착제가 채워진 제2접착홈부 및 제3접착홈부가 구비되어 있어, 각각 상기 포토다이오드와 상기 트랜스임피던스증폭기가 부착되어 정렬된다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 서브마운트를 준비하는 단계; 상기 서브마운트 가공하여 광전송수단을 적층하는 제1적층면과, 능동소자부를 적층하는 제2적층면을 형성하는데, 상기 제2적층면이 상기 제1적층면보다 하부에 위치하도록 단차를 부여하는 서브마운트 가공단계; 상기 능동소자부를 상기 제2적층면 상에 부착하는 능동소자부 부착단계; 상기 광전송수단을 상기 제1적층면 상에 부착하는데, 상기 광전송수단의 광신호가 출력되는 지점의 하부에 상기 능동소자부가 위치하도록 상기 광전송수단을 정렬시켜 부착하는 광전송수단 부착단계;를 포함하는 광수신 모듈의 제조방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 서브마운트 가공단계는 식각공정이나 기계적가공 등 다양한 가공공정을 통해 가공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 서브마운트 가공단계는 접착홈부를 각각 구비하도록 상기 제1적층면과 상기 제2적층면을 형성하며, 상기 능동소자부 부착단계는 상기 제2적층면에 구비된 접착홈부에 접착제를 채워 넣은 후 상기 능동소자부를 부착한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 능동소자부 부착단계는 용접이나 납땜 또는 접착제 등 다양한 수단을 이용하여 상기 능동소자부를 상기 제2적층면 상에 부착한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 서브마운트는 실리콘웨이퍼, 유리, CuW 및 금속소재로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 광전송수단은 평판형 광도파로이고, 상기 능동소자부는 포토다이오드(PD)와, 상기 포토다이오드와 전기적으로 연결된 트랜스임피던스증폭기(TIA)이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 평판형 광도파로의 일측단부에는 경사면이 형성되어 있고, 상기 경사면에는 상기 광신호를 수직하게 반사시키는 반사층이 형성되어 있으며, 상기 광전송수단 부착단계는 상기 평판형 광도파로의 광신호가 출력되는 지점의 하부에 상기 포토다이오드가 위치하도록 정렬한 후 부착한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.
먼저, 본 발명의 광수신 모듈에 의하면 렌즈 어레이 및 얇은 유리기판을 사용하지 않으며 또한, 하나의 서브마운트만을 사용함으로써 부품의 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 광수신 모듈의 제조방법에 의하면 렌즈 어레이를 사용하지 않음으로써 광학정렬을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라, 하나의 서브마운트만을 사용함으로써 원가를 절감하고 불량율을 낮취 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 광수신 모듈 및 이의 제조방법을 설명하는 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈 및 이의 제조방법을 설명하는 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광수신 모듈 및 이의 제조방법을 설명하는 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈의 제조방법을 설명하는 순서도이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈 및 이의 제조방법을 설명하는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈의 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈(100)은 광신호를 전송하는 광전송수단(120), 상기 광전송수단(120)의 광신호를 수신하는 능동소자부(130) 및 상기 광전송수단(120)과 상기 능동소자부(130)가 적층되는 서브마운트(110)를 포함하여 구비된다. 이때, 상기 서브마운트(110)는 상기 광전송수단(120)과 상기 능동소자부(130)를 적층하여 지지하는데, 단 하나의 상기 서브마운트(130)를 사용하여 지지한다. 이를 위해, 상기 서브마운트(110)는 서로 단차를 가지도록 형성되는 제1적층면(111)과 제2적층면(112)을 구비하며, 상기 제1적층면(111)에는 상기 광전송수단(120)을 적층하여 부착하고, 상기 제1적층면(111)보다 하부에 위치하는 상기 제2적층면(112)에는 상기 능동소자부(130)를 적층하여 부착한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈(100)은 렌즈 어레이를 필요로 하지 않을 뿐만 아니라, 단 하나의 서브마운트(110)만을 사용하기 때문에 광학 정렬이 매우 용이하며, 부품의 수를 줄일 수 있다.
보다 상세히 살펴보면, 상기 서브마운트(110)는 상기 광전송수단(120)과 상기 능동소자부(130)를 적층하여 지지하는 것으로서, 실리콘웨이퍼, 유리, CuW 및 금속소재 등 다양한 소재를 사용할 수 있다.
상기 서브마운트(110)는 상기 광전송수단(120)이 적층되어 부착되는 상기 제1적층면(111)과 상기 능동소자부(130)가 적층되어 부착되는 상기 제2적층면(112)이 구비되어 있는데, 상기 제2적층면(112)는 상기 제1적층면(111)보다 하부에 위치하도록 일정 높이 만큼의 단차를 가지도록 형성된다. 이때, 상기 상기 제1적층면(111)과 상기 제2적층면(112)의 단차의 크기는 상기 능동소자부(130)의 높이보다 조금 크게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 후술하겠지만 상기 광전송수단(120)의 광신호가 출력되는 지점으로부터 상기 능동소자부(130) 까지의 거리가 가능한한 가깝게 형성될 수 있도록 단차를 부여하는 것이 바람직하다.
상기 능동소자부(130)는 포토다이오드(131)와, 상기 포토다이오드(130)와 전기적으로 연결된 트랜스임피던스증폭기(132)로 구성될 수 있다.
이때, 상기 서브마운트(110)의 상기 제2적층면(112)에 상기 포토다이오드(131)와 상기 트랜스임피던스증폭기(132)를 부착하는 방식은 다양한 방법을 이용하여 수행할 수 있는데 예를 들면, 자외선 경화 에폭시나 열 경화 에폭시 등의 접착제를 이용할 수 있고, 솔더링이나 표면력을 이용한 부착 또는 용접 등의 방법을 이용하여 부착할 수 있다.
그리고, 상기 서브마운트(110)의 제2적층면(112) 부착된 상기 포토다이오드(131)와 상기 트랜스임피던스증폭기(132) 소자간의 전기적 연결은 와이어본딩을 사용하여 연결하거나 또는 상기 서브마운트(110)의 제2적층면(112) 상에 미리 전도성 물질로 패터닝 된 전기 신호 전달 패턴을 구비하여 연결할 수도 있다.
또한, 상기 포토다이오드(131)는 수광부(133)가 상부로 향하는 방식의 소자를 준비하여 이용할 수도 있고 또는, 상기 수광부(133)가 하단에 있는 포토다이오드를 이용할 수도 있다.
상기 서브마운트(110)의 제1적층면(111)에는 상기 광전송수단(120)이 적층되어 있는데, 상기 광전송수단(120)으로서 다양한 소자를 사용할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 광전송수단(120)으로서 평판형 광도파로(120)를 사용하였다.
상기 평판형 광도파로(120, Plannar Optical Waveguide)는 광신호가 전달되는 도파로로서, 굴절률이 상대적으로 큰 광도파로 코어(122)와 굴절률이 상대적으로 적은 광도파로 클래딩(121)으로 구성되며, 상기 광도파로 코어(122)로 입사된 광신호는 굴절률이 큰 상기 광도파로 코어(122)를 따라 진행된다.
상기 평판형 광도파로(120)의 일측단부에는 경사면이 형성되어 있고, 상기 경사면에는 상기 광신호를 수직하게 반사시키는 반사층(123)이 형성되어 있다.
상기 반사층(123)은 상기 광도파로 코어(122)를 통해 진행해 온 광신호를 반사시켜 상기 포토다이오드(131)의 수광부(133) 방향으로 진행하도록 하는 역할을 한다. 상기 반사층(123)에는 반사율을 향상시키기 위해 금이나 은, 크롬 등의 금속 물질이나 또는, 기타 고반사 코팅물질을 형성할 수 있다.
여기서, 상기 평판형 광도파로(120)를 상기 서브마운트(110)의 제1적층면(111)에 부착할 때, 상기 평판형 광도파로(120)의 상기 반사층(123)에서 반사된 광신호가 상기 포토다이오드(131)의 수광부(133)에 정확히 입사될 수 있도록 광학 정렬을 수행해야 한다.
상기 광도파로 코어(122)를 따라 진행한 광신호가 상기 반사층(123)에서 반사된 후에는 자유 공간에서의 광 전파 원리에 따라 광신호가 퍼지면서 상기 포토다이오드(131)가 있는 방향으로 진행하게 된다. 이때, 상기 광도파로 코어(122)와 상기 반사층(123)이 만나 반사가 이루어지는 지점과 상기 포토다이오드(131)과의 간격이 커질수록 퍼져나가는 광신호의 가장자리 부분의 광 파워가 상기 포토다이오드(131)의 수광부(133) 내에 도달하지 못하게 되고, 상기 수광부(133)의 바깥쪽으로 전달되게 되어 광손실을 유발할 수 있게 된다.
따라서, 이러한 문제가 발생하지 않도록 하기 위해 상기 평판형 광도파로(120)와 상기 포토다이오드(131)와의 거리를 최대한 가깝게 함과 함께, 광학 정렬을 수행하여 광 파워의 손실 없이 모든 광신호가 상기 포토다이오드(131) 수광부(133)로 입사할 수 있게 하였다.
한편, 상기 서브마운트(110)의 상기 제1적층면(111)에 상기 평판형 광도파로(120)를 부착하는 방식은 다양한 방법을 이용하여 수행할 수 있는데 예를 들면, 자외선 경화 에폭시나 열 경화 에폭시 등의 접착제를 이용할 수 있고, 솔더링이나 표면력을 이용한 부착 또는 용접 등의 방법을 이용하여 부착할 수 있다.
계속해서, 도 3과 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈의 제조방법을 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈의 제조방법은 서브마운트를 준비하는 단계(S100)와, 상기 서브마운트(110)를 가공하여 단차를 가지는 상기 제1적층면(111)과 상기 제2적층면(112)을 형성하는 서브마운트 가공단계(S200)와, 상기 제2적층면 상에 상기 능동소자부(130)를 부착하는 단계(S300) 및 상기 제1적층면 상에 상기 광전송수단(120)을 부착하는 단계(S400)를 포함한다.
먼저, 상기 서브마운트(110)를 준비한다(S100). 상기 서브마운트(110)의 소재로서 실리콘웨이퍼, 유리, CuW 및 금속소재 등 다양한 소재를 사용할 수 있다.
이어서, 상기 서브마운트(110)를 가공하여 상기 광전송수단(120)으로 상기 평판형 광도파로(120)를 적층하는 제1적층면(111)과, 상기 능동소자부(130)로서 상기 포토다이오드(131)와 상기 트랜스임피던스증폭기(132)를 적층하는 제2적층면(112)을 형성한다(S200). 이때, 상기 제2적층면(1120)이 상기 제1적층면(111)보다 하부에 위치하도록 단차를 부여하며, 단차의 크기는 상기 능동소자부(130)의 포토다이오드(131)의 높이보다 조금 크게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 서브마운트(110)를 가공하는 방법으로서 식각공정이나 기계적가공 등 다양한 가공공정을 사용할 수 있다.
계속해서, 형성된 상기 제2적층면(112) 상에 능동소자부로서 상기 포토다이오드(131)와 상기 트랜스임피던스증폭기(132)를 적층하여 부착한다(S300). 이때, 상기 제2적층면(112)에 상기 포토다이오드(131)와 상기 트랜스임피던스증폭기(132)를 부착하는 방식은 다양한 방법을 이용하여 수행할 수 있는데 예를 들면, 자외선 경화 에폭시나 열 경화 에폭시 등의 접착제를 이용할 수 있고, 솔더링이나 표면력을 이용한 부착 또는 용접 등의 방법을 이용하여 부착할 수 있다.
상기 제2적층면(112)에 상기 포토다이오드(131)와 상기 트랜스임피던스증폭기(132)를 부착한 다음, 상기 포토다이오드(131)와 상기 트랜스임피던스증폭기(132) 소자들을 전기적으로 연결한다. 이러한 전기적 연결은 와이어본딩을 사용하여 연결하거나 또는 상기 서브마운트(110)의 제2적층면(112) 상에 미리 전도성 물질로 패터닝 된 전기 신호 전달 패턴을 구비하여 연결할 수도 있다.
마지막으로, 상기 광전송수단(120)으로서 상기 평판형 광도파로(120)를 준비하여 상기 서브마운트(110)의 제1적층면(111) 상에 부착한다(S400). 상기 평판형 광도파로(120)로서 일측단부에는 경사면이 형성되어 있고, 상기 경사면에는 상기 광신호를 수직하게 반사시키는 반사층(123)이 형성되어 있는 광도파로를 준비한다.
이때, 상기 평판형 광도파로(120)를 접착제 등을 이용하여 상기 서브마운트(110)의 제1적층면(111)에 부착하기 전에, 광학 정렬을 먼저 수행한다. 즉, 상기 평판형 광도파로(120)의 상기 반사층(123)에서 반사된 광신호가 상기 포토다이오드(131)의 수광부(133)에 정확히 입사될 수 있도록 광학 정렬을 수행한다. 다시말해서, 상기 평판형 광도파로(120)의 광신호가 출력되는 지점의 하부에 상기 포토다이오드(131)의 수광부(133)가 위치하도록 상기 평판형 광도파로(120)를 정렬시킨다.
상기 평판형 광도파로(120)의 상기 서브마운트(110) 상에서의 정렬이 완료된 다음, 상기 제1적층면(111)에 상기 평판형 광도파로(120)를 부착하여 광수신 모듈의 제조를 완료한다. 이때, 상기 제1적층면(111)에 상기 평판형 광도파로(120)를 부착하는 방식은 다양한 방법을 이용하여 수행할 수 있는데 예를 들면, 자외선 경화 에폭시나 열 경화 에폭시 등의 접착제를 이용할 수 있고, 솔더링이나 표면력을 이용한 부착 또는 용접 등의 방법을 이용하여 부착할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈 및 이의 제조방법을 도 1과 도 4를 참조하여 설명하였는바, 본 발명의 광수신 모듈(100)은 렌즈나 렌즈어레이 및 얇은 유리 기판을 사용하지 않고 있음을 알 수 있으며 또한, 하나의 서브마운트만을 사용함으로써 부품의 원가를 절감할 수 있음을 알 수 있다. 이와 함께, 본 발명의 광수신 모듈 제조방법은 렌즈 어레이를 사용하지 않음으로써 광학정렬을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라, 하나의 서브마운트만을 사용함으로써 원가를 절감하고 불량율을 낮취 생산성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광수신 모듈 및 이의 제조방법을 설명하는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광수신 모듈의 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광수신 모듈(200)은 광신호를 전송하는 광전송수단(120), 상기 광전송수단(120)의 광신호를 수신하는 능동소자부(130) 및 상기 광전송수단(120)과 상기 능동소자부(130)가 적층되는 서브마운트(210)를 포함하여 구비된다. 상기 서브마운트(210)는 서로 단차를 가지도록 형성되는 제1적층면(211)과 제2적층면(212)을 구비하며, 상기 제1적층면(211)에는 상기 광전송수단(120)으로서 평판형 광도파로(120)를 적층하여 부착하고, 상기 제1적층면(211)보다 하부에 위치하는 상기 제2적층면(212)에는 상기 능동소자부(130)로서 포토다이오드(131)와 트랜스임피던스증폭기(132)를 적층하여 부착한다.
이때, 상기 서브마운트(210)의 상기 제1적층면(211)과 상기 제2적층면(212)의 단차의 크기는 상기 포토다이오드(131)의 높이보다 조금 크게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 평판형 광도파로(120)의 광신호가 출력되는 지점으로부터 상기 포토다이오드(131) 까지의 거리가 가능한한 가깝게 형성될 수 있도록 단차를 부여하는 것이 바람직하다.
이와 함께, 상기 평판형 광도파로(120)를 상기 서브마운트(210)의 제1적층면(211)에 부착할 때, 상기 평판형 광도파로(120)의 상기 반사층(123)에서 반사된 광신호가 상기 포토다이오드(131)의 수광부(133)에 정확히 입사될 수 있도록 광학 정렬을 수행해야 한다.
상기 광도파로 코어(122)를 따라 진행한 광신호가 상기 반사층(123)에서 반사된 후에는 자유 공간에서의 광 전파 원리에 따라 광신호가 퍼지면서 상기 포토다이오드(131)가 있는 방향으로 진행하게 된다. 이때, 상기 광도파로 코어(122)와 상기 반사층(123)이 만나 반사가 이루어지는 지점과 상기 포토다이오드(131)과의 간격이 커질수록 퍼져나가는 광신호의 가장자리 부분의 광 파워가 상기 포토다이오드(131)의 수광부(133) 내에 도달하지 못하게 되고, 상기 수광부(133)의 바깥쪽으로 전달되게 되어 광손실을 유발할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광수신 모듈(200)은 광 파워의 손실 발생을 없애기 위해 상기 서브마운트(210)에 접착홈부를 구비하고 접착제를 채움으로써 상기 평판형 광도파로(120)와 상기 포토다이오드(131)의 부착 및 정렬을 용이하게 하였다.
즉, 상기 서브마운트(210)의 상기 제1적층면(211)에 제1접착홈부(213)를 구비하고, 상기 제2적층면(212)에는 제2접착홈부(214) 및 제3접착홈부(215)를 구비하며, 각각의 접착홈부에는 접착제가 채워져 있는바, 상기 평판형 광도파로(120)와 상기 포토다이오드(131)를 부착할 때 양 소자간의 간격을 거의 0에 가깝도록 최소한으로 유지하여 부착할 수 있다. 이때, 각각의 접착홈부에 채워지는 상기 접착제로서 다양한 소재를 이용할 수 있는데 예를 들면, 자외선 경화 에폭시나 열 경화 에폭시 등의 접착제를 이용할 수 있다.
계속해서, 도 3과 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 광수신 모듈의 제조방법을 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈의 제조방법은 서브마운트(210)를 준비하는 단계(S100)와, 상기 서브마운트(210)를 가공하여 단차를 가지는 상기 제1적층면(211)과 상기 제2적층면(212)을 형성하는 서브마운트 가공단계(S200)와, 상기 제2적층면 상에 상기 능동소자부(130)를 부착하는 단계(S300) 및 상기 제1적층면 상에 상기 광전송수단(120)을 부착하는 단계(S400)를 포함한다.
상기 서브마운트(110)를 가공단계(S200)는 상기 광전송수단(120)으로 상기 평판형 광도파로(120)를 적층하는 제1적층면(211)과, 상기 능동소자부(130)로서 상기 포토다이오드(131)와 상기 트랜스임피던스증폭기(132)를 적층하는 제2적층면(212)을 형성한다. 이때, 상기 제2적층면(1120)이 상기 제1적층면(111)보다 하부에 위치하도록 단차를 부여하며, 단차의 크기는 상기 능동소자부(130)의 포토다이오드(131)의 높이보다 조금 크게 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제1적층면(211)과 상기 제2적층면(212)을 형성할 때, 접착제를 채우기 위한 접착홈부를 필요한 개수만큼 함께 형성한다. 상기 서브마운트(210)를 가공하는 방법으로서 식각공정이나 기계적가공 등 다양한 가공공정을 사용할 수 있다.
계속해서, 형성된 상기 제2적층면(212) 상기 포토다이오드(131)와 상기 트랜스임피던스증폭기(132)를 적층하여 부착한다(S300). 이때, 상기 제2적층면(212)에 구비된 제2접착홈부(214) 및 제3접착홈부(215)에 접착제를 미리 채운 다음, 상기 포토다이오드(131)와 상기 트랜스임피던스증폭기(132)를 부착한다.
상기 제2적층면(212)에 상기 포토다이오드(131)와 상기 트랜스임피던스증폭기(132)를 부착한 다음, 상기 포토다이오드(131)와 상기 트랜스임피던스증폭기(132) 소자들을 전기적으로 연결한다.
마지막으로, 상기 평판형 광도파로(120)를 준비하여 상기 서브마운트(210)의 제1적층면(211) 상에 부착한다(S400).
이때, 상기 평판형 광도파로(120)를 상기 서브마운트(210)의 제1적층면(211)에 부착하기 전에, 상기 제1접착홈부(213)에 접착제를 채운 다음, 광학 정렬을 수행한다. 즉, 상기 평판형 광도파로(120)의 상기 반사층(123)에서 반사된 광신호가 상기 포토다이오드(131)의 수광부(133)에 정확히 입사될 수 있도록 광학 정렬을 수행한다. 다시말해서, 상기 평판형 광도파로(120)의 광신호가 출력되는 지점의 하부에 상기 포토다이오드(131)의 수광부(133)가 위치하도록 상기 평판형 광도파로(120)를 정렬시킨다.
상기 평판형 광도파로(120)의 상기 서브마운트(210) 상에서의 정렬이 완료된 다음, 상기 제1적층면(211)에 상기 평판형 광도파로(120)를 부착하여 광수신 모듈의 제조를 완료한다.
상술한 것을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈 및 이의 제조방법과 동일하다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100, 200: 광수신 모듈 110, 210: 서브마운트
111: 제1적층면 112: 제2적층면
120: 광전송수단 121: 광도파로 클래딩
122: 광도파로 코어 123: 반사면
130: 능동소자부 131: 포토다이오드
132: TIA 133: 수광부
134: 와이어본딩 213, 214, 215: 제1, 제2, 제3접착홈부

Claims (13)

  1. 광신호를 전송하는 광전송수단;
    상기 광전송수단의 광신호를 수신하는 능동소자부; 및
    상기 광전송수단이 적층되는 제1적층면과, 상기 능동소자부가 적층되는 제2적층면을 구비하는 서브마운트;를 포함하며,
    상기 제1적층면과 상기 제2적층면은 단차를 가지도록 형성되는데, 상기 제2적층면이 상기 제1적층면보다 하부에 위치하며, 상기 능동소자부는 상기 광전송수단의 광신호가 출력되는 지점의 하부에 정렬되어 구비되는 것을 특징으로 하는 광수신 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전송수단은 평판형 광도파로이고,
    상기 능동소자부는 포토다이오드(Photo Diode)와, 상기 포토다이오드와 전기적으로 연결된 트랜스임피던스증폭기(TIA: Transimpedance Amflifier)인 것을 특징으로 하는 광수신 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 평판형 광도파로의 일측단부에는 경사면이 형성되어 있고, 상기 경사면에는 상기 광신호를 수직하게 반사시키는 반사층이 형성되어 있으며, 상기 포토다이오드는 상기 반사층에서 반사된 상기 광신호가 출력되는 지점의 하부에 정렬되어 구비되는 것을 특징으로 하는 광수신 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 서브마운트는 실리콘웨이퍼, 유리, CuW 및 금속소재로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 광수신 모듈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 서브마운트의 상기 제1적층면에는 접착제가 채워진 제1접착홈부가 구비되어 있어, 상기 평판형 광도파로가 부착되어 정렬되며,
    상기 서브마운트의 상기 제2적층면에는 각각 접착제가 채워진 제2접착홈부 및 제3접착홈부가 구비되어 있어, 각각 상기 포토다이오드와 상기 트랜스임피던스증폭기가 부착되어 정렬되는 것을 특징으로 하는 광수신 모듈.
  6. 서브마운트를 준비하는 단계;
    상기 서브마운트 가공하여 광전송수단을 적층하는 제1적층면과, 능동소자부를 적층하는 제2적층면을 형성하는데, 상기 제2적층면이 상기 제1적층면보다 하부에 위치하도록 단차를 부여하는 서브마운트 가공단계;
    상기 능동소자부를 상기 제2적층면 상에 부착하는 능동소자부 부착단계;
    상기 광전송수단을 상기 제1적층면 상에 부착하는데, 상기 광전송수단의 광신호가 출력되는 지점의 하부에 상기 능동소자부가 위치하도록 상기 광전송수단을 정렬시켜 부착하는 광전송수단 부착단계;를 포함하는 광수신 모듈의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 서브마운트 가공단계는 식각공정이나 기계적가공을 통해 가공하는 것을 특징으로 하는 광수신 모듈의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 서브마운트 가공단계는 접착홈부를 각각 구비하도록 상기 제1적층면과 상기 제2적층면을 형성하는 것을 특징으로 하는 광수신 모듈의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 능동소자부 부착단계는
    상기 제2적층면에 구비된 접착홈부에 접착제를 채워 넣은 후 상기 능동소자부를 부착하는 것을 특징으로 하는 광수신 모듈의 제조방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 능동소자부 부착단계는
    용접이나 납땜 또는 접착제를 이용하여 상기 능동소자부를 상기 제2적층면 상에 부착하는 것을 특징으로 하는 광수신 모듈의 제조방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 서브마운트는 실리콘웨이퍼, 유리, CuW 및 금속소재로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 광수신 모듈의 제조방법.
  12. 제 6 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전송수단은 평판형 광도파로이고,
    상기 능동소자부는 포토다이오드(Photo Diode)와, 상기 포토다이오드와 전기적으로 연결된 트랜스임피던스증폭기(TIA: Transimpedance Amflifier)인 것을 특징으로 하는 광수신 모듈의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 평판형 광도파로의 일측단부에는 경사면이 형성되어 있고, 상기 경사면에는 상기 광신호를 수직하게 반사시키는 반사층이 형성되어 있으며,
    상기 광전송수단 부착단계는 상기 평판형 광도파로의 광신호가 출력되는 지점의 하부에 상기 포토다이오드가 위치하도록 정렬한 후 부착하는 것을 특징으로 하는 광수신 모듈의 제조방법.
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