KR20170060838A

KR20170060838A - 광학 모듈 및 이를 포함하는 광학 엔진

Info

Publication number: KR20170060838A
Application number: KR1020150165544A
Authority: KR
Inventors: 이은구; 이상수; 이정찬
Original assignee: 주식회사 옵텔라
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2017-06-02
Also published as: KR101925476B1; WO2017090858A1; US20180348453A1

Abstract

마운트, 마운트에 설치되며 광원과 수광소자 가운데 적어도 하나를 구비하는 광소자, 마운트에 설치되며 광소자 각각을 구동하기 위한 드라이버나 광소자가 받은 빛에 의해 발생한 신호를 처리하는 처리장치들 가운데 적어도 하나를 구비하여 이루어지는 광소자 구동 드라이버(광소자 관련 회로장치), 마운트에서 광소자의 주변에 광소자 위쪽으로 광학적 인터페이스를 위한 공간을 확보하기 위해 일정 높이로 설치되는 스페이서를 구비하여 이루어지며, 회로 보드(board: 기판)와의 전기적 인터페이스를 이루는 스템(stem)과, 일면으로 스템과 광학적 인터페이스를 이루며, 광원의 빛을 일면으로 입력받아 타면으로 출력하거나 상기 타면에서 빛을 입력받아 일면으로 출력하는 도광판을 구비하여 이루어지는 광학 모듈과 이를 구비하는 광학 엔진이 개시된다.
본 발명에 따르면 광통신에서 트래픽 용량을 증대시킬 수 있는 고성능을 구현할 수 있고, 비교적 간단하고 압축적 구성을 가지면서, 낮은 제조비용으로 제작될 수 있는 광학 모듈 및 광학 엔진을 제공할 수 있다.

Description

광학 모듈 및 이를 포함하는 광학 엔진{optical module and optical engine having the same}

본 발명은 광통신 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광통신에 사용될 수 있는 광소자와 광가이드 사이의 결합을 단순 능률적으로 할 수 있는 광학 엔진용 광학 모듈 혹은 광서브어셈블리(OSA: Optic sub assembly)와 이를 포함하는 광학 엔진에 관한 것이다.

대용량 콘텐츠 기반의 서비스 확대 및 스마트폰의 보급률의 급속한 증가 그리고 데이터 센터의 급증 등으로 데이터 트래픽에 대한 용량 증가 방안이 꾸준히 연구되고 있다. 이를 해결하기 위해 통신관련 국제 표준화 기구는 동일 파장 멀티채널 기술 및 파장분할 다중화 기술을 사용하는 표준안을 발표하고 많은 기관 및 연구자들은 이러한 기술들의 구현 방법을 연구하고 있다. 이러한 표준들과 기술들은 저가화, 고속화, 소형화 및 저전력 이슈를 해결해야 하며 네트워크를 구성하는 구성품인 광트랜시버 측면에서의 극복방안으로 레이저 어레이 기반 광송신기가 개발되고 실제 응용 분야에 사용되고 있다.

광송신기에서 레이저와 광도파로 사이의 광결합 효율을 높이기 위해서 일반적으로 렌즈를 사용한다. 렌즈를 사용하여 광결합을 구현하면 시스템의 특성에 따라 광결합 효율을 높이거나 허용범위(tolerance)를 늘리고 또는 둘 사이에 적정한 수준에서 최적회된 패키지 구조를 설계할 수 있다. 하지만 기존의 광섬유 어레이 및 광도파로 어레이와의 광결합을 위해 레이저와 레이저 사이의 간격을 250 um로 만들 경우 광결합에 사용하는 렌즈를 어레이 형태로 만들어야 하고 이로 인해 비용이 높아지는 단점이 발생한다. 렌즈 어레이의 제작 비용을 감소하기 위해 레이저 설치 간격(pitch)을 늘릴 경우 하나의 웨이퍼에서 제작 할수 있는 레이저의 개수가 감소하므로 레이저의 가격 상승을 초래한다.

기존 광학 엔진(optical engine)은 기본적으로 45도 미러(mirror)를 사용하기 때문에 광원(혹은 광검출기)과 광도파로(광섬유)와의 거리가 멀어 2개의 렌즈 혹은 1개의 렌즈를 사용한다. 이 경우 광결합을 위해 가이드 포스트(guide post), 래치(latch) 등 많은 기구물들이 삽입되므로 구조가 복잡하고 패키징 공정이 어렵게 되는 단점이 생긴다. 또한 기존의 광학 엔진은 대부분은 광다중화기(광역다중화기)를 사용하지 않는 광도파로 어레이를 사용하므로 다중 파장(multi wavelength)을 사용하는 시스템에 사용하기 부적합하다.

하나의 칩(chip)에 다수의 레이저가 형성된 경우 40G BASE-LR4나 100G BASE-LR4와 같이 파장 간격이 넓은 4개 파장을 사용하는 규격에는 사용하기 어려워 진다. 다수의 레이저를 하나의 칩에 구성하면 서로 다른 파장을 만들기 어려운 이유는 다음과 같다. 첫째 다수의 레이저가 동일한 활성층(active layer)을 사용하므로 넓은 이득 곡선을 얻어야 하는데 성장시 이러한 조건을 만족하기 어렵다. 둘째로 레이저는 공진기의 길이에 따라 발진 파장이 달라지는데 다수의 레이저가 하나의 칩에 구성되면 공진기의 길이를 다르게 만들기가 어렵다. 하나의 칩에서 비교적 넓은 범위로 레이저가 동작하도록 만들 수는 있으나 결국 제작 비용이 상승하는 단점이 발생하므로 현재 늘어나는 트래픽을 감당하기에는 어려운 점이 있다.

서로 다른 파장을 출력하기 위해서는 서로 독립적인 단일 레이저들을 하나의 마운트 위에 실장하여 레이저 어레이를 구현하는 방법을 사용할 수 있다. 이 경우 웨이퍼당 레이저 개수의 감소 없이 레이저 사이의 간격을 넓힐 수 있고, 렌즈 어레이의 간격도 넓힐 수 있어 렌즈 사이의 거리가 비교적 긴 저가의 렌즈 어레이를 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 저가의 렌즈 어레이 사용에도 불구하고 기존의 패키지 방식을 사용하게 되면 패키지에 사용하는 부품, 패키징 소요 시간 및 패키징 비용 측면에서 여전히 단점을 갖는다.

일 예로 고속으로 동작하는 광 송신기의 경우 고속의 전기적 인터페이스와 높은 신뢰성을 보장하기 위해서 세라믹 피드스루(ceramic-feedthrough)를 사용하는 미니(Mini) DIL 형태의 패키지를 사용하는데 부품으로 사용하는 케이스의 가격이 고가이고 케이스 내부의 좁은 공간에서 작업을 하기 때문에 패키징 시간이 길어져 광서브어셈블리(OSA:optic sub assembly) 가격 자체가 상승하는 단점이 발생한다.

이런 문제점이 발생하는 근본적인 이유는 급격히 증가하는 데이터 트래픽으로 인해 물리계층을 연결하는 광트랜시버는 동작 측면에서는 고성능이 요구되는 반면 관리 측면으로는 네트워크를 구성하는 부품의 크기는 작아져야 하고 설비 비용의 문제로 가격은 낮아져야 한다는 모순적인 상황에서 기인한다.

이런 기존 기술 상황의 문제점 및 모순을 해결하기 위해서는 고성능이면서 저가에 저전력임과 동시에 크기가 작은 형태의 광학 모듈이 필요하다.

미국특허공개 2004/0264884호: compact package design for vertical cavity surface emitting laser array to optical fiber cable connection. 미국특허공개 2006/0162104호: High speed optical sub-assembly with ceramic carrier.

본 발명은 상술한 바와 같은 어려움을 극복하기 위한 것으로, 기존에 광도파로 어레이와의 호환을 위해서 단일 파장으로 동작하는 레이저 어레이를 사용하는 문제점과 다중 파장을 사용하기 위해 서로 다른 단일 파장으로 동작하는 레이저를 어레이 형태로 만들어 렌즈 어레이를 사용하는 문제점을 해결하기 위한 단순한 구조의 패키지 형태의 광학 모듈을 제시하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기존의 패키지 방식이 5면에 밀폐된 좁은 공간에서 작업하고 패키지 케이스 비용이 비싸서 고성능의 저가의 광트랜시버에 사용하기 어려운 단점을 해결하기에 용이한 구성을 가지는 광학 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학 모듈은,

마운트, 상기 마운트에 설치되며 광원과 수광소자 가운데 적어도 하나를 구비하는 광소자, 상기 마운트에 설치되며 상기 광소자 각각을 구동하기 위한 드라이버나 광소자가 받은 빛에 의해 발생한 신호를 처리하는 처리장치들 가운데 적어도 하나를 구비하여 이루어지는 광소자 구동 드라이버(광소자 관련 회로장치), 상기 마운트에서 상기 광소자의 주변에 상기 광소자 위쪽으로 광학적 인터페이스를 위한 공간을 확보하기 위해 일정 높이로 설치되는 스페이서를 구비하여 이루어지며, 회로 보드(board: 기판)와의 전기적 인터페이스를 이루는 스템(stem)과, 일면으로 상기 스템과 광학적 인터페이스를 이루며, 상기 광원의 빛을 일면으로 입력받아 타면으로 출력하거나 상기 타면에서 빛을 입력받아 일면으로 출력하는 도광판을 구비하여 이루어진다.

본 발명의 광학 모듈에서, 광원은 레이저 다이오드(LD)이고, 수광소자는 광 검출기이며, 광소자 각각을 구동하기 위한 드라이버는 레이저 다이오드 구동 드라이버, 처리장치는 전치증폭기(TIA: trans impedance amplifier)를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 광학 모듈에서 도광판 블럭은 도광판의 상기 타면에서 광을 받아 파장을 다중화하기 위한 광 다중화 장치를 더 구비하여 이루어질 수 있고, 이때 광 다중화 장치는 AWG(arrayed waveguide grating), TFF(Thin film filter) 가운데 적어도 하나의 요소를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 광학 모듈에서, 광소자 및 광소자 구동 드라이버는 연질인쇄회로기판(FPCB)면에 설치되고, 스페이서도 연질인쇄회로기판면에 부착되어 이루어질 수 있다.

본 발명의 광학 모듈에서 도광판 블럭에는 도광판의 표면이나 이면 가운데 적어도 하나에 보조 몸체가 위치하며, 스템과 서로 광 인터페이스를 이루는 도광판 블럭의 면은 스페이서와 적어도 부분적으로 크기와 형태가 정합되어 광소자와 도광판의 상기 일면이 정위치에서 대향되도록 이루어지는 것일 수 있다. 즉, 본 발명에서 스페이서는 도광판 블럭과 광효율을 위해 정위치에서 정합되기 쉽도록 도광판 블럭의 인터페이스면의 적어도 일부의 외각을 따라 형성될 수 있다.

본 발명에서 도광판의 일측면에서 광원의 빛이 입력되고 반대편 측면으로 입력된 빛이 출력되거나, 반대로 반대편 측면에서 빛이 입력되고 일측면에서 수광소자로 빛이 출력되는 형태가 이루어질 수 있다.

본 발명에서 스템에는 통상 복수 개의 레이저 다이오드가 구비되며, 상기 도광판에는 복수 개의 레이저 다이오드에서 방출된 빛이 함께 입력될 수 있다.

본 발명에서 도광판 블럭에서 상기 도광판에는 미러면이 형성되어 광소자로 입력 혹은 출력되는 빛이 미러면에서 일정 각도로 가령 45도 각도로 반사되고, 그 반사 전에(수광소자와 결합되는 경우) 혹은 반사 후에(광원과 결합되는 경우) 도광판을 따라 진행하는 구간을 가지도록 이루어질 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학 엔진은,

이상에서 언급된 본 발명의 광학 모듈에 더하여, 상기 도광판 블럭의 다른 일면과 광학적 인터페이스를 이루어 출력되는 빛을 입력받거나 외부의 빛을 도광판 으로 입력시키는 광 입출력부을 구비하는 것을 특징으로 한다.

광 입출력부는 광섬유와 광섬유를 고정시키는 보조 몸체를 가지는 블럭 형태로 형성될 수 있으며, 이때, 광 입출력부와 도광판 블럭의 광 인터페이스부의 외각은 서로 정합될 수 있도록 적어도 일부가 같은 형태 및 크기로 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면 광통신에서 트래픽 용량을 증대시킬 수 있는 고성능을 구현할 수 있고, 비교적 간단하고 압축적 구성을 가지면서, 낮은 제조비용으로 제작될 수 있는 광학 모듈 및 광학 엔진을 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 기존에 사용하던 전형적인 패키징 방법에서 벗어나 스템의 스페이서에 도광판을 가진 도광판 블럭을 짧은 공간을 가지도록 용이하게 이격, 결합시킬 수 있으며, 도광판 블럭을 개입시키는 구성을 통해 광섬유 구간을 포함하는 전체 도광(waveguide, lightguide) 과정에서 광 다중화 장치 쉽게 개입시켜 용량 증대를 비교적 저렴한 비용으로 구현할 수 있도록 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 엔진의 기본 구성을 나타내는 일부 분해 사시도,
도2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 엔진의 구성을 나타내는 일부 분해 사시도,
도3은 본 발명을 이루는 광학 엔진의 스템 부분의 일 예를 나타내는 사시도,
도4는 본 발명을 이루는 광학 엔진의 도광판 블럭의 일 예를 나타내는 사시도,
도5는 본 발명을 이루는 광학 엔진의 광 입출력부의 일 예를 나타내는 사시도,
도6은 본 발명의 광학 엔진을 이루는 도광판 블럭에 45도 미러를 추가하여 변형된 구조를 나타내는 개념적 분해 사시도,
도7은 도6에서 필요없는 몸체 부분을 제거한 도광판 블럭을 이용한 광학 엔진의 분해 사시도,
도8 내지 도10은 본 발명의 광학 엔진을 이루는 광 입출력부의 다양한 형태를 나타내는 사시도들이다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도1을 참조하여 설명하면 이 실시예에서 광학 엔진은 크게 스템(10), 도광판 블럭(20), 광 입출력부(광 결합부: 30)의 3 부분을 구비하여 이루어진다.

여기서 스템(10)에는 사각형 평판을 이루는 마운트(11)의 상면 주변부에 측벽 형태의 4각 스페이서(15)가 위로 돌출되듯이 일체로 형성되어 액자형태를 이루고, 마운트 중앙부에는 그 상면에 4개의 레이저 다이오드(LD: 12)가 일렬을 이루면서 설치된 서브마운트(14)와 레이저 다이오드 조절을 위한 레이저 다이오드 구동 드라이버 칩(13)이 위치한다.

레이저 다이오드에 전류를 흘리기 위해 마운트(11)와 레이저 다이오드 구동 드라이버 칩(13)과 서브마운트(14)에는 전기 접속을 위한 패드들과 연결선이 설치되어 있다.

도광판 블럭(20)은 일 측면이 스템(10)의 레이저 다이오드 열과 마주보는 평판형태의 도광판(21)을 가지고, 도광판(21)의 넓은 표면과 이면에는 보조 몸체(23,25)가 결합되어 육면체 블럭을 이루고 있다. 스템(10)과 도광판 블럭(20)의 서로 마주보면서 광학적 인터페이스를 이루는 면에서 스페이서(15)가 이루는 4각형과 도광판 블럭은 서로 정합될 수 있도록 같은 크기와 형태를 가진다.

도광판(21)의, 레이저 다이오드와 마주보는 측면의 반대편 측면은 광 입출력부에 설치된 광섬유 끝단과 마주보도록 광 입출력부가 준비된다. 레이저 다이오드와 같은 수로 열을 이루는 복수의 광섬유나 단일의 광섬유가 두 보조 몸체 사이에 고정되며, 고정을 위해 광 입출력부의 서로 마주보는 두 보조 몸체의 적어도 하나에는 광섬유가 끼워지기 위한 v자형 홈이 형성된다. 광 입출력부은 또한 광학 엔진 외부의 광경로와의 광학적 인터페이스를 이루게 된다.

광전달 효율을 높이기 위해 레이저 다이오드(12)로는 진행에 따른 발산 정도가 낮은 VCSEL(vertical cavity surface emitting laser) 타입의 레이저 다이오드가 사용되는 것이 바람직하며, 레이저 다이오드의 수명을 늘리기 위해 스페이서로 둘러싸인 공간은 밀봉되는 것이 바람직하므로 스페이서(15)와 도광판 블럭(20)은 정합을 이룬 상태에서 밀봉력이 좋은 실링재, 접착제로 밀착되도록 한다.

스페이서(15)의 높이는, 레이저 다이오드(12)의 발광면에서 나온 빛이 도광판 측면으로 입사하기까지의 거리가 작도록 디자인되며, 스템과 도광판 블럭, 도광판 블럭(20)과 광 입출력부(30) 사이의 조립을 용이하게 하고, 레이저 다이오드(12)와 도광판(21), 도광판과 광 입출력부의 광섬유(31) 사이에서 정확한 정합으로 광 전달 효율을 높이기 위해 광학적 인터페이스를 이루는 면들은 서로 같은 형태 및 크기로 정합이 쉽도록 형성된다.

또한, 스템(10)과 도광판 블럭(20)의 상호 광학적 인터페이스를 이루는 면, 도광판 블럭과 광 입출력부(30)의 상호 광학적 인터페이스를 이루는 면에서 광이 입출력되는 도광판 측면, 광섬유 말단 단면은 빛이 진행하는 방향에 대해 예각 경사를 이루는 경사면으로 형성될 수 있다.

또한, 광전달 효율을 높이기 위해 광학적 인터페이스를 이루는 면에는 방사방지막(anti reflection coating)을 형성시킬 수 있다.

도2는 본 발명의 광학 엔진의 다른 일 실시예의 사시도이다.

도1의 실시예와 비교할 때 스템 부분의 구성에 일부 차이를 가진다.

스템(110)은 마운트(111)와 마운트 일 부분에서 그 전면(앞면) 주변부에 형성된 4각형 측벽 형태의 스페이서(115)와 그 후면에 전체적으로 형성된 바닥(bottom: 116)을 가진다. 마운트는 다수 개소에 접속 패드와 도전 라인이 형성된 연성회로기판(FPCB)으로 이루어진다.

스페이서(115)로 둘러싸인 부분에는 역시 복수 레이저 다이오드(112)가 일렬로 형성된 서브마운트(114)와 레이저 다이오드 구동 드라이버 칩(113)이 위치한다.

외부 회로 기판의 전기 패드와 접속을 위한 전기 패드가 연성인쇄회로기판의 스페이서 구역 외측에 형성되어 있고, 스페이서 내측 구역에는 도1의 실시예와 비슷한 구성이 개시된다.

도3은 스템의 일 구성예의 개념적 사시도를 좀 더 상세하게 보여준다.

스템은 크게 스페이서(spacer:115), 마운트(mount:111) 및 바닥(bottom:116)으로 구성되며 사용 물질은 폴리머, 세라믹, 메탈 및 실리콘계열 및 이들의 조합으로 구성 가능하다.

도3의 실시예에서는 스페이서와 마운트는 폴리머 및 금속의 조합 그리고 바닥은 금속으로 구성된다. 이러한 구성의 구분 및 제작 물질은 설명을 이해하기 쉽게 하기 위함이고 목적에 따라 다른 구성 요소를 삽입하거나 생략하여 구성할 수 있다.

예를 들어 스페이서와 마운트로만 구성된 시스템을 생각할 수 있다. 이 경우 마운트는 바닥의 역할을 함께 수행하면 된다. 다른 예로 마운트는 마운트와 전기적 인터페이스를 분리할 수 있다. 이는 마운트를 제작하는 물질에 따라 하나의 형태로 제작할 수도 있지만 전기적 인터페이스를 분리해서 제작하는 경우가 사용하기 더 용이 할 수 있기 때문이다.

도3에서 스페이서(115)는 레이저 다이오드(112))(혹은 광검출기)와 광 도파로 사이에 일정한 거리를 유지시켜 주는 역할을 한다. 거리 유지의 기능이 가능하다면 스페이서(115)와 마운트(111)를 일체형으로 제작하는 것도 가능하다. 또한 스페이서, 마운트 및 바닥(116)을 일체형으로 제작 하는 것도 가능하다. 여기서 일체형이라 함은 하나의 부품으로 만들어 패키지 공정중에는 구성품의 접합 등의 작업을 수행하지 않는 것을 의미하며 반대로 분리형은 각기 다른 부품으로 만들어 패키지 공정 중에 접합 등의 작업을 수행하는 것으로 정의한다.

스페이서의 패키징용 패드(pad for packaging:115a)은 도광판 블럭과의 물리적 결합을 위한 것이다. 강한 결합 및 밀봉처리(hermetic sealing)를 위해서는 금속(metal), 세라믹(ceramic), 글래스(glass) 및 실리콘 계열 등의 물질이 바람직하다.

그리고, 스페이서 제작 물질에 따라 패키징용 패드(115a)는 스페이서와 일체형 일 수 있고 분리형 일 수도 있다. 패키징용 패드는 도광판 블럭과의 접합 강도 및 패키징 공정의 편의성을 위해서 도3에 나타난 것과 같은 하나 이상의 트렌치(trench;115b)를 형성할 수 있지만 이런 트렌치를 형성하지 않을 수도 있다.

마운트(111)는 레이저 다이오드나 광검출기, 레이저 다이오드 구동 드라이버 및 TIA 등이 부착되는 장소이며, 외부와의 전기적 인터페이스를 제공하는 역할을 한다. 이때 마운트에 장착되는 소자로는 레이저 다이오드, 광검출기, 구동 드라이버, TIA 및 기타 소자가 모두 포함될 수 있으며, 이들 각각이나 그 조합이 될 수 있다.

예를 들어 마운트에는 레이저 다이오드(112)만 부착될 수 있다. 이 경우 광검출기는 본 발명에서 제시하는 광서브 어셈블리(OSA)의 형상과 비슷하게 독립적인 모듈로 제작하면 된다. 또한 이 경우 레이저 드라이버는 OSA가 장착되는 보드의 구성품일 수 있다.

다른 예로 마운트에는 레이저 다이오드 및 레이저 다이오드 구동 드라이버가 부착 될 수 있다. 도2는 마운트에 레이저 다이오드 및 레이저 다이오드 구동 드라이버 (혹은 광검출기 및 TIA)가 부착되는 일 예를 보여준다. 여기서 기타 소자라 함은 저항, 캐패시터 및 인덕터와 같은 수동 소자 일 수 있고 능동 소자 일 수도 있다.

마운트에 형성된 드라이버용 탑패드(top pad for driver/TIA:113')와 레이저 다이오드용 탑패드(top pad for LD/PD: 114')는 하나로 형성될 수 있고 도2와 같이 분리 형성될 수도 있다. 이런 형태 또한 마운트를 구성하는 물질 및 마운트의 기능에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 마운트가 주로 합성수지(예를 들면 PCB)로 구성된다면 두 개의 탑패드를 분리하는 것이 상호간 열전달을 막을 수 있어 바람직하다.

그러나, 다른 예로 마운트가 메탈로 구성된다면 마운트 자체가 탑패드의 역할을 할 수 있으며 이런 경우, 분리 자체가 어려울 수 있다. 하지만 이런 경우에도 트랜치(trench)와 같은 분리구조를 사용하여 상호간 열적 잡음을 최소화 할 수 있다.

도3의 드라이버용 탑패드와 레이저 다이오드용 탑패드는 비아(via:119)를 통해서 바닥과 연결될 수 있다. 이는 내부에서 발생한 열을 비아 및 바닥을 이용하여 외부로 방출하기 위한 것이다. 마운트의 제작 물질이 주로 합성수지인 경우에는 비아가 바람직하지만 마운트의 제작 물질이 메탈, 세라믹 또는 실리콘 계열의 물질이라면 자체열전도도가 좋기 때문에 굳이 비아를 사용하지 않는 것이 제작의 용이성 및 제작 비용 측면에서 바람직할 수 있다.

마운트는 외부와의 전기적 인터페이스를 형성하는 역할도 수행할 수 있다. 전기적 인터페이스는 신호를 전달하는 고속신호라인(high speed signal lines)과 레이저 다이오드나 광검출기의 제어 및 성능을 모니터링하는 조절라인(control lines)으로 구성될 수 있다. 이때 전기적 인터페이스는 도3과 같이 패턴의 형태로 구성할 수 있고 또는 비아를 사용해 구성할 수도 있으며 리드 핀(lead pin)을 사용 할 수도 있다. 또는 비아, 패턴(pattern) 및 리드 핀 중의 하나 혹은 이들의 조합으로 구성할 수 있다. 이러한 구성 역시 마운트를 제작하는데 사용하는 물질이나 마운트의 기능에 따라 달라진다.

마운트에 전기 소자가 함께 부착되는 경우 마운트에 전기적 회로가 구성될 수 있다. 예를 들어 전기 소자에 주입되는 전력 신호의 노이즈를 제거하기 위해 전기 필터를 설치할 수 있다. 또는 신호 레벨을 조절하기 위해 임피던스 매칭 회로와 같은 회로를 구성할 수 있다.

도4는 도광판 블럭을 개념적으로 나타내는 사시도이다.

여기서 도광판 블럭(20)은 표면보조몸체(top material: 23), 도광판(21) 및 이면보조몸체(bottom material:25)로 구성된다. 도광판(21)은 그 위치가 스템에 위치한 광소자의 위치에 따라 결정되며 표면보조몸체(23)나 이면보조몸체(25) 가운데 어느 하나가 없는 형태로 제작될 수도 있다. 도광판(21) 자체의 두께가 충분하다면 둘 다 없을 수도 있지만 도광판이 두꺼우면 광의 집속도가 떨어질 수 있으므로 현실적으로 보조몸체 가운데 적어도 하나는 필요하게 될 것이다.

바람직하게 도광판 블럭(20)에서 스템과 부착되는 면(27)의 외각선이 나타내는 사이즈 및 형태는 스템의 스페이서 외곽 사이즈 및 형태와 동일하다. 스템과 부착되는 면(27)은 반사를 줄여 광소자의 성능을 보장하기 위해 반사방지막(AR coating)이나 경사면(angled facet)이 형성되거나 이들을 모두 가지는 것일 수 있다.

경사면(Angled facet)의 경우 스템과의 부착을 위해 스템도 이에 상응하는 경사각을 가질 수 있다.

바람직하게 광 입출력부과 부착되는 면(29)은 경사면(angled facet) 형태를 가질 수 있다. 이는 제작 과정의 용이성과 제작 비용을 줄이는 효과를 가져올 수 있다.

도4에서 도광판 블럭(20)은 자체로서 혹은 별도 블럭 형태의 장치(미도시)가 더 추가되어 기능적인 측면에서 서로 다른 파장의 광신호를 다중화하거나 다중화된 광신호를 역다중화하거나 혹은 다른 경로의 멀티채널을 광검출기(PD) 전달하는 역할을 하는 광 다중화 장치로서 AWG 혹은 TFF(thin film filter)의 조합 등과 같은 수동광소자(MUX/DEMUX)일 수 있다. 특별히 서로 다른 파장의 광다중화의 개념만 생각한다면 스플리터(splitter) 등과 같이 파장과 관계없이 동작하는 수동광소자일 수 있다. 그리고 본 발명에서 기술하는 광서브어셈블리(OSA)의 사용 목적에 따라 단순한 광가이드(waveguide) 일 수 있다. 여기서 광가이드는 평면형 도파로, 즉, 도광판으로 한다.

도광판 블럭이 광다중화 장치인지 혹은 단순한 광가이드인지에 따라 이것과 광학적 인터페이스를 형성하는 광 입출력부의 형상이 달라질 수 있다.

스템의 스페이서와 마주하는 도광판 블럭의 대응되는 면(27)은 외각에서 밀봉(hermetic sealing)을 이루어 공기 및 수분의 유통이 차단되도록 할 수 있고, 이런 경우 레이저 다이오드의 열화를 막아 광학 모듈의 수명을 연장시키는 효과를 가질 수 있다.

도5는 광 입출력부의 개념적 사시도이다.

광 입출력부는 도시된 바와 같은 광섬유(optic fiber) 블록 형태 및 광섬유 피그테일(optic fiber pigtail)을 구비하여 이루어질 수 있고, 외부와의 광학적 인터페이스가 광 리셉터클(receptacle:37) 또는 광 패치 코드(patch cord) 형태로 이루어질 수 있다. 이때 도광판 블럭과 접합하는 면은 경사면(angled facet)을 사용하거나 반사방지막(AR coating)을 사용하거나 혹은 이들 모두를 사용하여 반사의 영향을 줄여 광학적 성능을 향상시킬 수 있다.

접속 포트(Port)의 개수는 도광판 블럭이 다중화 및 역다중화 요소를 포함할 경우 단일 포트로 구성이 가능하며 단순 광가이드일 경우 복수 개가 어레이 형태를 이루게 되므로 광 입출력부에도 도광판 블럭과 동일한 포트 개수를 갖는다. 가령, 도광판 블럭이 4채널의 서로 다른 파장을 다중화하여 하나의 포트로 출력하면 광 입출력부도 하나의 포트를 갖고 도광판 블럭이 4채널을(이 경우 서로 다른 파장일 필요는 없음)을 서로 다른 포트로 출력하면 광 입출력부도 4개의 접속 포트를 갖는다.

도5는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시일 뿐이고 실제로 광 입출력부는 본 발명에서 기술하는 광서브 어셈블리(OSA)의 사용 목적에 따라 기존에 알려진 다양한 형태, 가령, 파이버 페룰(fiber ferrule), 파이버 블럭(fiber block)을 포함한 파이버 페룰(fiber ferrule), 도5와 같이 파이버 블럭(fiber block)과 패치 코드(patch cord) 또는 리셉터클(receptacle)이 혼합된 형태 및 리셉터클(receptacle) 형태가 될 수 있다.

도6은 도광판 블럭(220)에 도광판 블럭을 가로지르도록 형성된 45도 미러(228)를 추가하여 변형된 구조를 보여 준다. 45도 미러(228)가 추가되 경우 도광판 블럭(220)은 광결합 효율을 높이기 위해 도6의 도광판(221) 아래에 있는 이면보조몸체를 사용하지 않고 도7과 같이 스템(210)에 도광판 이면이 직접 접속되도록 하는 것이 유리하다.

도6의 경우 스템(210)은 앞선 실시예와 달리 레이저 다이오드가 위를 향하도록 90도 각도로 기울게 되고 도광판 블럭(220)과 광 입출력부(230)의 구성은 및 기능은 앞선 실시예들과 동일하거나 비슷하게 이루어질 수 있다.

도광판 블럭(220')은 도6과 같은 도광판 블럭(220)에서 이면보조몸체를 생략하는 것에 더하여, 도시된 미러(228)를 기준으로 도광판 블럭(220)에서 미러면 좌측 부분도 생략하여 형성될 수 있다. 이런 경우, 표시된 미러(228) 면에 의해 절개된 도광판의 노출된 표면에 미러 형성을 위해 고반사층을 형성하여 45도 미러를 만들면 된다. 광학 엔진을 만들기 위해 이런 도광판 블럭(220')에서 도광판 이면은 스템(210)의 스페이서의 해당부(좌측단)와 정합하도록 부착되고, 도광판의 좌측면은 광 입출력부(230)의 상단부와 정합하도록 밀착되게 설치하면 여전히 스템, 도광판 블럭, 광 입출력부의 조립, 결합을 용이하게 할 수 있다.

도8 내지 도10은 이해를 돕기 위해 본 발명에서 기술한 광서브 어셈블리(OSA)의 다양한 형태를 보여준다. 하지만 형태는 이에 한정되는 것은 아니며, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명에서 기술한 내용으로도 충분히 이해할 수 있으므로 본 발명에서 기술한 모든 예를 도시하지는 않는다.

도8은 광 입출력부가 리셉터클(receptacle:30a)인 경우를 도시한 것이며, 출력 포트가 하나이므로 멀티채널로 동작시키는 경우 도광판 블럭(20)은 파장 다중화 역다중화 기능이 포함되어 있다.

도9는 광 입출력부가 패룰(ferrule:30b)인 경우를 도시한다. 마찬가지로 출력 포트가 하나이므로 멀티채널로 동작시키는 경우 도광판 블럭(20)은 파장 다중화 역다중화 기능이 포함되어 있다.

광 입출력부의 광학적 인터페이스가 앞선 예와 같이 MPO인 경우도 생각할 수 있으며, 이 경우 파이버 블럭(Fiber block)을 사용하고 파이버 어레이(fiber array)를 사용하는 방법이 바람직하다.

도10은 스템(210') 몸체가 메탈인 경우이다. 이 경우 스템(210') 내부와 광서브 어셈블리의 전기적 인터페이스는 리드 핀(lead pin:218)을 사용하는 것이 바람직하다. 도10과 같이 스템(210')이 메탈이고 리드 핀(lead pin:218)을 사용하는 경우 밀봉(hermetic sealing)이 용이하다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체적 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한　것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10, 110, 210, 210': 스템 11, 111 : 마운트
12, 112: 레이저 다이오드(LD) 13: 113: 구동 드라이버
14, 114: 서브마운트 15, 115: 스페이서
20, 220: 도광판 블럭 23, 25: 보조 몸체
30, 230: 광 입출력부(광 결합부) 33, 35: 보조 몸체
37: 리셉터클 116: 바닥(bottom)
228: 미러(mirror)

Claims

마운트, 상기 마운트에 설치되며 광원과 수광소자 가운데 적어도 하나를 구비하는 광소자, 상기 마운트에 설치되며 상기 광원을 구동하기 위한 드라이버나 상기 수광소자에서 받은 빛을 처리하기 위한 처리장치들 가운데 적어도 하나를 구비하여 이루어지는 광소자 구동 드라이버(광소자 관련 회로장치), 상기 마운트에서 상기 광소자의 주변에 상기 광소자 위쪽으로 광학적 인터페이스를 위한 공간을 확보하기 위해 상기 광소자보다 높게 설치되는 스페이서를 구비하여 이루어지며, 외부 회로와의 전기적 인터페이스를 이루는 스템(stem),
일면으로 상기 스템과 광학적 인터페이스를 이루며, 상기 광원의 빛을 일면으로 입력받아 타면으로 출력하거나 상기 타면에서 빛을 입력받아 상기 일면에서 상기 광소자로 출력하는 도광판을 가진 도광판 블럭을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 광원은 레이저 다이오드(LD)이고, 상기 수광소자는 광 검출기(PD)이며,
상기 광소자 각각을 구동하기 위한 드라이버는 레이저 다이오드 구동 드라이버 혹은 TIA를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 도광판 블럭은 상기 도광판의 상기 타면에서 빛을 받아 파장을 다중화하기 위한 광 다중화 장치를 더 구비하여 이루어지며,
상기 광 다중화 장치는 AWG(arrayed waveguide grating), TFF(Thin film filter) 가운데 적어도 하나의 요소를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 스템에서 상기 광소자 및 상기 광소자 구동 드라이버는 상기 마운트를 이루는 연질인쇄회로기판(FPCB)면에 설치되고, 상기 스페이서도 상기 연질인쇄회로기판면에 부착되는 것을 특징으로 하는 광학 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 도광판 블럭에는 상기 도광판의 표면이나 이면 가운데 적어도 하나에 보조 몸체가 결합되며,
상기 스템과 서로 광 인터페이스를 이루는 상기 도광판 블럭의 면은 상기 스페이서와 적어도 부분적으로 정합되는 크기와 형태를 가져서 상기 광소자와 상기 도광판의 상기 일면이 서로 대향되는 정위치에 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 모듈.
제 5 항에 있어서,
상기 도광판 블럭에는 상기 도광판의 표면 및 이면에 보조 몸체가 위치하며,
상기 스템과 서로 광 인터페이스를 이루는 상기 도광판 블럭의 면은 상기 스페이서와 외각이 전체적으로 정합되어 상기 광소자와 상기 도광판의 상기 일면이 정위치에서 대향되도록 이루어지며,
상기 스페이서와 상기 도광판 블럭은 외각에서 밀봉(hermetic sealing)을 이루어 공기 및 수분의 유통이 차단되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 도광판 블럭의 상기 도광판에는 미러면이 형성되어 상기 광소자로 입력되는 혹은 상기 광소자로부터 출력되는 빛이 상기 미러면에서 일정 각도로 반사되고,
반사 전에(수광소자와 결합되는 경우) 혹은 반사 후에(광원과 결합되는 경우) 상기 도광판을 따라 진행하는 구간을 가지도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 모듈.
제 1 항 내지 제 7 항 가운데 어느 한 항의 광학 모듈에
상기 도광판 블럭의 다른 일면과 광학적 인터페이스를 이루어 상기 도광판에서 출력되는 빛을 입력받거나 외부로 전달하거나, 외부 광원의 빛을 받아 상기 도광판으로 입력시키는 광 입출력부가 더 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 엔진.
제 8 항에 있어서,
상기 광 입출력부는 광섬유와 상기 광섬유를 고정시키는 보조 몸체를 가지는 광 입출력 블럭의 형태로 형성되고,
상기 도광판의 타면과 상기 광섬유 말단면이 정위치에서 대향될 수 있도록 상기 광 입출력 블럭과 상기 도광판 블럭의 광 인터페이스면의 외각은 적어도 일부가 같은 형태 및 크기로 형성되어 정합될 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 엔진.