KR20200066736A

KR20200066736A - 광 트랜시버를 위한 광학 패키징 및 설계

Info

Publication number: KR20200066736A
Application number: KR1020207015356A
Authority: KR
Inventors: 샤오빙 뤄; 지닝 황; 지강 저우; 테렌스 커; 친롱 위
Original assignee: 오-넷 커뮤니케이션즈 (유에스에이) 인코포레이티드
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2020-06-10
Also published as: US20200328814A1; WO2019089987A1; CN111684739A; EP3704813A4; EP3704813A1

Abstract

광 송신기는 인쇄 회로 기판에 결합되는 송신기 서포트 벤치, 송신기 서포트 벤치에 결합되어 상이한 레이저 파장의 통신 신호를 전달하기 위해 상이한 레이저 파장의 레이저 빔을 방출하는 상이한 반도체 레이저 어셈블리들, 송신기 서포트 벤치에 결합되고 반도체 레이저 어셈블리로부터 레이저 빔을 수신하고 광 트랜시버의 출력으로서 상이한 레이저 빔을 결합된 출력 레이저 빔으로 결합시키도록 위치된 파장 멀티플렉싱 디바이스; 및 광이 결합된 출력 레이저 빔과 반대 방향으로 전파되는 것을 방지하면서, 결합된 출력 레이저 빔을 수신함에 따라 파장 멀티플렉싱 디바이스와 반도체 레이저 어셈블리로의 원하지 않는 광학 피드백을 감소시키도록, 파장 멀티플렉싱 디바이스에 대해 위치된 광 아이솔레이터를 포함한다.

Description

광 트랜시버를 위한 광학 패키징 및 설계

본 특허 문서는 출원인 오-네트 커뮤니케이션(미국) 잉크.에 의해 2017년 11월 1일자로 출원된, 명칭 "OPTICAL PACKAGING AND DESIGNS FOR OPTICAL TRANSCEIVERS" 의 미국 가특허 출원 No. 62/580,337호에 대한 우선권과 그 이익을 주장한다.

이 특허 문서는 광섬유 통신에서의 광 트랜시버에 관한 것이다.

광 트랜시버는 광섬유 통신에서 출력 광 통신 신호를 송신하고 인입(incoming) 광 통신 신호를 수신하고 추가 처리를 위해 인입 광 통신 신호를 수신된 전기 신호로 변환하는 디바이스이다. 일부 구현예에서, 이러한 광 트랜시버는 광 송신기(transmitter) 또는 송신기 광학 서브-어셈블리(TOSA), 및 광학 수신기 또는 수신기 광학 서브-어셈블리(ROSA)를 하나의 패키지 내에 결합시킨다. 상업용 사용에서, 상업용 광 트랜시버는 SFP(small form-factor pluggable) 또는 소형 폼 팩터 플러그형(small form-factor pluggable), 개량 (SFP+) MSAs(Multi-Source Agreement)와 같은 소정 표준에 기초하여 표준화된 포트에 꽂을 수 있는 소형 폼 팩터 트랜시버로서 설계될 수 있다. 이것들 및 다른 협약들은 일반적으로 광 트랜시버의 기계적 인터페이싱 속성 및 전기적 인터페이싱 속성을 정의한다.

광 트랜시버는 광섬유 네트워크에서 편재적(ubiquitous)이고 중요한 디바이스이다. MSA와 같은 표준에서 특정된 기능을 충족시키는 것 외에도, 광 트랜시버는 온도 변동을 포함하는 다양한 동작 조건하에서 성능을 신뢰할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광 트랜시버의 적절한 동작 또는 성능을 보장하기 위해 광 트랜시버가 제품 동작 수명 동안 원하는 광학 정렬(optical aligment)을 유지하는 것이 바람직하다. 광 트랜시버는 또한 디바이스 소형화를 개선하고, 장치 신뢰성을 향상시키며, 비교적 낮은 비용으로 이러한 디바이스의 제조를 가능하게 하기 위해, 광학 소자의 개수를 감소시키도록 유리하게 설계될 수 있다.

이 특허 문서에 개시된 기술은 개선된 동작 신뢰성, 단순화된 광학 정렬, 및 복잡성이 감소된 제조 공정 모두를 가능하게 하는 광학 패키징 특징을 갖는 광 트랜시버 설계를 제공하는데 사용될 수 있다.

예를 들어, 개시된 기술은 인쇄 회로 기판; 인쇄 회로 기판에 결합되어 상이한 레이저 파장의 상이한 광 신호들을 결합하는 출력 광 통신 신호를 생성하는 광 송신기; 및 인쇄 회로 기판에 결합되어 입력 광 통신 신호를 수신하는 광 수신기를 포함하는 광 트랜시버를 구성하도록 구현될 수 있다. 이 광 트랜시버에서, 광 송신기는 인쇄 회로 기판에 결합되는 송신기 서포트 벤치; 송신기 서포트 벤치에 결합되어 상이한 레이저 파장의 통신 신호를 전달하기 위해 상이한 레이저 파장의 레이저 빔을 방출하는 상이한 반도체 레이저 어셈블리들; 송신기 서포트 벤치에 결합되고 반도체 레이저 어셈블리들로부터 레이저 빔을 수신하고 광 트랜시버의 출력으로서 상이한 레이저 빔을 결합된 출력 레이저 빔으로 결합시키도록 위치된 파장 멀티플렉싱 디바이스; 및 파장 멀티플렉싱 디바이스에 대해 위치되어 광이 결합된 출력 레이저 빔과 반대 방향으로 전파되는 것을 방지하면서, 결합된 출력 레이저 빔을 수신함에 따라, 반도체 레이저 어셈블리들 각각에 대해 지정된 개별 광 아이솔레이터를 갖지 않은 반도체 레이저 어셈블리들과 파장 멀티플렉싱 디바이스로의 원하지 않는 광학 피드백을 감소시키는 광 아이솔레이터를 포함한다.

다른 예시의 경우, 개시된 기술은 인쇄 회로 기판; 인쇄 회로 기판에 결합되어 상이한 레이저 파장의 상이한 광 신호들을 결합하는 출력 광 통신 신호를 생성하는 광 송신기; 및 인쇄 회로 기판에 결합되어 입력 광 통신 신호를 수신하는 광 수신기를 포함하는 광 트랜시버를 구성하도록 구현될 수 있다. 이 광 트랜시버에서, 광 송신기는 인쇄 회로 기판에 결합되는 송신기 서포트 벤치; 송신기 서포트 벤치에 결합되어 상이한 레이저 파장의 통신 신호를 전달하기 위해 상이한 레이저 파장의 레이저 빔을 방출하는 상이한 반도체 레이저 어셈블리들; 및 송신기 서포트 벤치에 결합되고 반도체 레이저 어셈블리들로부터 레이저 빔을 수신하고 상이한 레이저 빔을 결합된 출력 레이저 빔으로 결합시키도록 위치된 파장 멀티플렉싱 디바이스를 포함한다. 이에 더하여, 각 반도체 레이저 어셈블리는 레이저 어셈블리 마운트; 레이저 어셈블리 마운트에 결합되는 다이오드 레이저 칩; 레이저 어셈블리 마운트에 결합되고 레이저 광을 발생시키기 위해 다이오드 레이저 칩에 전력을 공급하도록 다이오드 레이저 칩에 전기적으로 연결되는 레이저 드라이버 회로; 및 다이오드 레이저 칩으로부터 고정된 위치에서 레이저 어셈블리 마운트에 결합되어 다이오드 레이저 칩으로부터 방출된 레이저 광을 수신하고 레이저 광을 파장 멀티플렉싱 디바이스를 향하는 레이저 빔으로 만드는 렌즈를 포함하며, 레이저 어셈블리 마운트에 대한 렌즈와 다이오드 레이저 칩의 공통 결합은 반도체 레이저 어셈블리의 광학 정렬의 안정성을 향상시킨다.

또 다른 예시의 경우, 개시된 기술은 파장 분할 멀티플렉싱(WDM)에 기초하여 광 통신에서 광 트랜시버를 동작시키기 위한 방법을 제공하도록 구현될 수 있다. 이 방법은 각 반도체 레이저 어셈블리에서, 반도체 레이저 어셈블리의 광학 정렬의 안정성을 향상시키기 위해, 공통 레이저 어셈블리 마운트 상에 광학 렌즈와 다이오드 레이저 칩을 배치함으로써 상이한 WDM 채널 레이저 빔을 생성하도록 공통 광 송신기 서포트 벤치 상의 상이한 반도체 레이저 어셈블리들을 동작시키는 단계; 광 송신기 서포트 벤치에 결합되어 반도체 레이저 어셈블리들로부터 상이한 WDM 채널 레이저 빔을 수신하고 광 트랜시버의 출력으로서 상이한 WDM 채널 레이저 빔을 결합된 출력 레이저 빔으로 결합시키는 파장 멀티플렉싱 디바이스를 제공하는 단계; 파장 멀티플렉싱 디바이스에 의해 수신된 상이한 WDM 채널 레이저 빔들 간의 광 크로스톡을 감소시키기 위해, 상이한 반도체 레이저 어셈블리들과 파장 멀티플렉싱 디바이스 사이 광 경로에 상이한 광학 필터들을 배치하는 단계; 광이 결합된 출력 레이저 빔과 반대 방향으로 전파되는 것이 방지하도록 파장 멀티플렉싱 디바이스로부터 결합된 출력 레이저 빔을 수신함에 따라, 파장 멀티플렉싱 디바이스 및 반도체 레이저 어셈블리들로의 원치 않는 광학 피드백을 감소시키는 단일 광 아이솔레이터를 사용하는 단계; 및 광 트랜시버의 수신기 동작의 일부로서 광검출기들에 의한 광 검출을 위해 수신된 인입 WDM 채널 레이저 빔을 분리하기 위해 광 파장 디멀티플렉싱 디바이스에 의해 인입 WDM 채널 레이저 빔을 수신하도록, 공통 수신기 벤치 상에 광 파장 디멀티플렉싱 디바이스와 광검출기들의 어레이를 배치하는 단계를 포함한다.

상술한 특징과 다른 특징, 예시들 및 그것들의 구현들은 상세한 설명, 도면 및 청구 범위에서 보다 상세히 설명된다.

도 1과 도 2는 개시된 기술의 특징을 구현할 수 있는 소형 폼 팩터 플러그형 트랜시버의 구성요소의 예시를 나타낸다.
도 3은 개시된 기술에 기초한 광 트랜시버 내 광 송신기에 대한 설계 특징의 예시를 나타낸다.
도 4A와 도 4B를 포함하는 도 4는, 광 트랜시버 내의 광 송신기의 공통 플랫폼 상에 렌즈 및 레이저를 결합시키는 일례를 나타낸다.
도 5는 광 트랜시버 내의 광 송신기를 위한 히트 싱크(heat sink) 설계의 일례를 나타낸다.
도 6A와 도 6B를 포함하는 도 6은, 광 수신기의 공통 플랫폼 상에 상이한 광학 소자를 배치하는 예시를 나타낸다.

광 파장-분할 멀티플렉싱(WDM)을 위한 광 트랜시버는 트랜시버의 광 송신기 부분에서 상이한 WDM 파장에서 레이저 광을 방출하기 위해 상이한 레이저를 통합시킬 필요가 있다. 각 광 WDM 채널에 대해, 원하는 광 경로를 따라 레이저 빔을 지향시키기 위해 광학 정렬이 필요하다. 그러나, 불균일한 온도 분포 및 재료의 열 팽창 불일치에 의해 야기된 위치의 이동으로 인해, 상이한 광학 소자들이 트랜시버의 상이한 부분에 배치될 때, 원하는 광학 정렬을 유지하는 것은 기술적으로 어려울 수 있다. 이 문서에 개시된 기술은 그것들의 상대적 위치의 변화를 줄이기 위해 공통 플랫폼 상에 소정 광학 소자들을 전략적으로 배치함에 따라, 광학 정렬의 안정성을 향상시키는 광학 설계 및 패키징을 제공한다. 또한, 상이한 광 WDM 파장의 레이저 광을 처리하는 것은 일반적으로 상이한 광 WDM 채널이 다수의 광 트랜시버 설계에서와 같이 상이한 광학 구성요소의 세트를 갖도록, 상이한 WDM 파장에서 상이한 신호들을 별개로 처리해야 했다. 개시된 기술은 각 트랜시버 내 광학 구성요소의 개수와 연관 광학 정렬 문제들을 감소시키기 위해, 상이한 광학 WDM 채널을 위한 소정 광학 구성요소를 공유하도록 구현될 수 있다. 아래에 제공된 광 트랜시버를 설계하기 위한 예시들은 광학 패키징에서의 이들 및 다른 특징을 예시한다.

개시된 기술은 2KM 상호연결과 같은, 데이터센터의 상호연결을 위한 100G 포트를 제공하기 위하여, 예를 들어, 4개의 25G CWDM4 광 트랜시버(예를 들어, 1271nm, 1291nm, 1311nm 및 1331nm)를 결합한 광 WDM 트랜시버를 사용하기 위한 다양한 응용예에서 구현될 수 있다.

도 1은 개시된 기술의 특징을 구현할 수 있는 소형 폼 팩터 플러그형 트랜시버의 예시를 나타낸다. 이 특정 예시에서, 트랜시버는 4-채널 WDM 트랜시버로서, "TX"로 표시된 광 송신기와 "RX"로 표시된 광 수신기, 오른편에 있는 광 입력/출력 인터페이스(광 WDM 입력과 출력 포트 및 파이버 라인), 왼편에 있는 입력/출력 전극을 갖는 전기 입력/출력 포트를 갖는다. 도 1은 또한 광 트랜시버 내부의 레이아웃을 설명하기 위해 하우징 커버가 없는 광 트린시버 하우징의 일부의 예시를 나타낸다.

도 2는 도 1에 도시된 광 트랜시버의 상이한 구성요소의 예시와 광 송신기(TX) 및 광 수신기(RX) 모듈 및 다른 구성요소를 지지하기 위한 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하는, 구성요소를 배열하기 위한 예시를 나타낸다. 이 예시적인 광 트랜시버는 인쇄 회로 기판에 결합되어 상이한 레이저 파장의 상이한 광 신호들을 결합하는 출력 광 통신 신호를 생성하는 광 송신기와, 인쇄 회로 기판에 결합되어 입력 광 통신 신호를 수신하는 광 수신기를 포함한다. 도 2A와 도 2B는 각각 광 송신기 TX 모듈 및 광 수신기 모듈을 나타내는데, 이는 도 3, 도 6A 및 도 6B에 더 도시되어 있다. 도 2C는 광 TX 및 RX 모듈이 탑재된 PCB 보드의 상면도를 나타낸다. 도 2D는 하우징 커버가 없는 광 트랜시버 하우징을 나타낸다. 도 2E는 입력 및 출력 파이버 라인 또는 케이블이 탑재 및 연결된 광 TX 및 RX 모듈을 구비한 PCB 보드를 나타낸다. 도 2F는 하우징 커버가 없는 광 트랜시버의 내부를 나타내고 도 2G는 하우징 커버가 있는 완전하게 조립된 광 트랜시버를 나타낸다.

도 3은 도 1과 도 2에 도시된 개시된 기술에 기초한 광 트랜시버 내 광 송신기에 대한 설계 특징의 예시를 나타낸다. 출력 광 포트는 도 3에 도시된 광 송신기의 왼편에 도시되어 있으며, 이 광 송신기는 파이버의 수신 단부에 연결하기 위한 파이버 콜리메이터 렌즈 어셈블리(C-렌즈)와 파이버의 출력 단부에 연결되는 출력 광 커플러를 가진다. 송신기 서포트 벤치는 송신기의 상이한 구성요소가 탑재되거나 고정되는 공통 플랫폼으로서 제공된다. 이 광 트랜시버에서, 광 송신기는 인쇄 회로 기판에 결합되는 송신기 서포트 벤치; 오른편에 도시된 것처럼, 송신기 서포트 벤치에 결합되어 상이한 레이저 파장의 통신 신호를 전달하기 위해 상이한 레이저 파장의 레이저 빔을 방출하는 상이한 4개의 반도체 레이저 어셈블리; 송신기 서포트 벤치에 결합되고 반도체 레이저 어셈블리로부터 레이저 빔을 수신하고 광 트랜시버의 출력으로서 상이한 레이저 빔을 결합된 출력 레이저 빔으로 결합시키도록 위치된 파장 멀티플렉싱 디바이스; 및 파장 멀티플렉싱 디바이스에 대해 (예를 들어, 파이버 콜리메이터 렌즈와 파장 멀티플렉싱 디바이스의 출력 포트 사이) 위치되어 광이 결합된 출력 레이저 빔과 반대 방향으로 전파하는 것을 방지하면서 결합된 출력 레이저 빔을 수신하는 광 아이솔레이터를 포함한다. 도 3에 있는 예시된 설계에서 단일 광 아이솔레이터의 사용은 반도체 레이저 어셈블리 각각으로의 광학 피드백을 감소시킬 수 있도록, 파장 멀티플렉싱 디바이스의 결합된 출력 레이저 빔의 출력 광 포트로의 원하지 않는 광학 피브백을 감소시키기 위해 사용된다. 이 설계는 각각이 상이한 반도체 레이저 어셈블리에 대해 지정된 개별 광 아이솔레이터를 갖는 것을 방지한다.

도 3은 각각 "약한 렌즈(weak lens)"로 표시된 4개의 광학 안정성 렌즈(optical stability lens)가 송신기 서포트 벤치에 결합되고 각각이 반도체 레이저 어셈블리들과 파장 멀티플렉싱 디바이스의 입력 광 포트들 사이의 레이저 빔의 광학 경로에 위치되는 것을 나타낸다. 각 광학 안정성 렌즈는 파장 멀티플렉싱 디바이스의 대응하는 입력 포트에 연결될 때 레이저 빔의 정렬을 공간적으로 안정화시키기 위하여 연관된 대응하는 반도체 레이저 어셈블리에 대한 대응하는 지정된 레이저 파장의 레이저 광에 대한 렌즈 효과를 생성하도록 구성된다. 이러한 렌즈의 광출력이 구현예들에서 낮은 경향이 있다.

도 3은 또한 각각이 반도체 레이저 어셈블리로부터 파장 멀티플렉싱 디바이스의 입력 포트까지 레이저 빔의 광 경로에 위치된 상이한 광학 필터를 포함하는 것에 의한 광 송신기 내 광학 필터링 설계를 나타낸다. 각 광학 필터는 대응하는 광 경로에서 송신기 서포트 벤치에 상대적인 위치에 고정되고, 다른 파장의 광을 거부하면서 대응하는 광 경로와 연관된 대응하는 반도체 레이저 어셈블리에 대한 대응하는 지정된 레이저 파장의 광을 송신하도록 구성된다. 이 광학 필터링은 상이한 광 WDM 채널 간의 크로스톡을 감소시킨다. 설명된 예시에서, 광 송신기 내의 각 광학 필터는 박막 광학 밴드패스 필터를 포함하지만 다른 필터 구현도 가능하다. 동작시, 반도체 레이저 어셈블리 또는 레이저 칩으로부터의 상이한 WDM 채널의 레이저 빔은 그 각각의 광학 렌즈를 통해 광학 필터를 향하여, WDM 채널 파장의 원하는 광만이 각각 광학 필터를 통과하여 파장 멀티플렉서("Wavelength Mux-Block")로 입력되며, 파장 멀티플렉서는 상이한 WDM 채널 빔을 출력 전송을 위한 단일 빔으로 결합시킨다. 이 예시에서, 파장 멀티플렉서는 상이한 WDM 채널 빔이 결합될 광학 웨지의 다른 광학 표면 상의 공통 위치를 향하도록, 상이한 WDM 채널 빔이 구부러지게 하는 경사진 입력 표면을 갖는 광학 웨지(optical wedge)이며, 공통 광 아이솔레이터는 광 웨지의 다른 광학 표면 근처에 배치되어 상이한 WDM 채널 빔을 갖는 결합된 광 빔을 수신하고, 공통 광 아이솔레이터의 광 출력은 C-렌즈 및 출력 광 파이버 라인을 향하게 된다. 도 3의 삽입물은 샘플 디바이스의 사진이다.

도 4는 도 4A와 도 4B를 포함하며 광 트랜시버 내의 광 송신기의 공통 플랫폼 상에 렌즈 및 레이저를 결합시키는 일례를 나타낸다. 도 4A는 광 송신기를 위한 반도체 레이저 어셈블리의 예시를 나타낸다. 이 예시는 실리콘 서브 마운트와 같은 같은 레이저 어셈블리 마운트, 레이저 어셈블리 마운트에 결합되는 다이오드 레이저 칩, 레이저 어셈블리 마운트에 결합되고 레이저 광을 발생시키도록 다이오드 레이저 칩에 전력을 공급하기 위해 다이오드 레이저 칩에 (예를 들어, 와이어에 의해) 전기적으로 연결된 레이저 드라이버 회로, 및 다이오드 레이저 칩으로부터 고정된 위치에서 레이저 어셈블리 마운트에 결합되어 다이오드 레이저 칩으로부터의 방출된 레이저 광을 수신하고 레이저 광을 파장 멀티플렉싱 디바이스를 향하는 레이저 빔으로 만드는 렌즈 모듈을 포함한다. 레이저 어셈블리 마운트로의 렌즈 모듈 및 다이오드 레이저 칩의 공통 결합은, 반도체 레이저 어셈블리의 광학 정렬의 안정성을 향상시킨다. 도 4A는 이러한 광 송신기의 구성요소의 분해도이고 도 4B는 조립된 광 송신기의 도면이다. 이 예시에서, 포토다이오드와 같은 모니터 광검출기(PD)는 출력 레이저 광의 광출력을 측정하기 위해 레이저 칩으로부터 레이저 출력의 일부를 수신하도록 제공되며 레이저 드라이버 IC 위에 탑재된다.

도 5는 광 트랜시버 내의 광 송신기를 위한 히트 싱크 설계의 일례를 나타낸다. 도 5A 및 도 5B는 히트 싱크를 갖는 광 트랜시버 PCB 보드의 측면도 및 상면도를 나타낸다. 이 예시에서, 히트 싱크는 송신기 서포트 벤치에 결합되어 반도체 레이저 어셈블리에 의해 발생된 열을 광 송신기 밖으로 전달한다. 구체적으로, 히트 싱크는 인쇄 회로 기판의 반대편 상에 위치된 구리판을 포함하며, 반도체 레이저 어셈블리에 의해 발생된 열을 광 송신기의 밖으로 전달하기 위해 송신기 서포트 벤치와 접촉하는 전기 전도성 비아들(예를 들어, 구리 비아들)을 포함한다. 도 5C, 도 5D 및 도 5E는 샘플 디바이스의 사진의 서로 다른 뷰를 나타낸다.

도 6은 도 6A 및 도 6B를 포함하며 개시된 기술에 기초하여 광 트랜시버의 광 수신기의 공통 플랫폼 상에 상이한 광학 구성요소를 배치하는 예시적인 설계를 나타낸다. 상이한 구성요소들의 공간 관계를 설명하기 위해, 도 6A는 측면도를 나타내고 도 6B는 사시도를 나타낸다. 광 수신기는 인쇄 회로 기판에 결합되는 수신기 서포트 벤치(예를 들어, 실리콘 서브 마운트); 수신기 서포트 벤치에 결합되고 입력 파이버 라인에 연결된 광 입력 모듈을 통해 입력 광 통신 신호를 수신하고 그 입력 광 통신 신호를 상이한 수신기 레이저 파장의 상이한 입력 레이저 빔으로 분리시키도록 구성된 파장 디멀티플렉싱 디바이스; 및 수신기 서포트 벤치에 결합되고 각각이 상이한 수신기 레이저 파장의 상이한 입력 레이저 빔을 수신하도록 파장 디멀티플렉싱 디바이스에 대해 배치되는 광검출기들의 어레이를 포함한다. 파장 디멀티플렉싱 디바이스는 AWG(arrayed waveguide gratings) 모듈 또는 다른 디멀티플렉싱 디바이스로서 구현될 수 있다. AWG는 에폭시 또는 다른 결합 방법으로 수신기 서포트 벤치에 결합될 수 있다. 일부 구현예에서, 광검출기들의 어레이는 수신기 서포트 벤치에 결합된 광검출기 칩 형태의 광검출기의 1차원 어레이일 수 있다. 검출기 출력을 처리하기 위한 검출기 회로는, 인쇄 회로 기판에 결합되고 광검출기로부터 검출기 출력을 수신하기 위해 광검출기들의 어레이에 전기적으로 연결된다. 검출기 회로는 증폭기(예를 들어, 트랜스임피던스 증폭기(TIA))와 다른 회로 소자들을 포함할 수 있다. 예시된 AWG 예시에서, AWG는 디멀티플렉스된 WDM 채널 빔을 그들 각각의 광검출기를 향해 반사시키도록 경사진 출력면을 포함한다.

상술한 예시들에서, 광 송신기 및 수신기 어셈블리들이 PCB에 직접 부착되도록 설계될 수 있다. 일부 구현예에서, 광 송신기 및 수신기 어셈블리들은 구성요소 복잡성을 감소시키고 전체 비용을 감소시키기 위해 광학 소자를 밀폐하여 실링되지 않을 수 있다. 또한, 일부 구현예에서, 레이저 용접이 제조를 단순화하기 위해 조립 공정 동안 사용되지 않을 수 있다.

이 특허 문서는 많은 세부 사항을 포함하지만, 이것은 임의의 발명의 범위 또는 청구되어야 하는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 오히려 특정 발명의 특정 실시예에 특정될 수 있는 특징의 설명으로서 해석되어야 한다. 별도의 실시예의 맥락에서 본 특허 문서에서 설명된 소정 특정들은 또한 단일 구현예에서 조합으로 구현될 수 있다. 반대로, 단일 실시예의 맥락에서 설명된 다양한 특징은 또한 다수의 실시예에서 분리되거나 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 구현될 수 있다. 더욱이, 특징들이 소정 조합으로 동작하는 것으로 상술되고 심지어 처음에 그렇게 주장되었을 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징은, 일부 경우, 이 조합으로부터 제외될 수 있고, 청구된 조합은 하위 조합 또는 하위 조합의 변형을 나타낼 수 있다.

몇 가지 구현예와 예시만이 설명된 것이며, 다른 구현예, 개선예, 및 변형예들이 이 특허 문서 내에 설명되고 예시된 것에 기초하여 만들어질 수 있다.

Claims

인쇄 회로 기판;
상기 인쇄 회로 기판에 결합되어 상이한 레이저 파장의 상이한 광 신호들을 결합하는 출력 광 통신 신호를 생성하는 광 송신기; 및
상기 인쇄 회로 기판에 결합되어 입력 광 통신 신호를 수신하는 광 수신기를 포함하고,
상기 광 송신기는:
상기 인쇄 회로 기판에 결합되는 송신기 서포트 벤치(transmitter support bench),
상기 송신기 서포트 벤치에 결합되어 상이한 레이저 파장의 통신 신호를 전달하기 위해 상기 상이한 레이저 파장의 레이저 빔을 방출하는 상이한 반도체 레이저 어셈블리들,
상기 송신기 서포트 벤치에 결합되고 상기 반도체 레이저 어셈블리들로부터 상기 레이저 빔을 수신하고 상기 광 트랜시버의 출력으로서 상기 상이한 레이저 빔을 결합된 출력 레이저 빔으로 결합시키도록 위치된 파장 멀티플렉싱 디바이스; 및
상기 파장 멀티플렉싱 디바이스에 대해 위치되어 광이 상기 결합된 출력 레이저 빔과 반대 방향으로 전파되는 것을 방지하면서, 상기 결합된 출력 레이저 빔을 수신함에 따라, 상기 반도체 레이저 어셈블리들 각각에 대해 지정된 개별 광 아이솔레이터를 갖지 않은 상기 반도체 레이저 어셈블리들과 상기 파장 멀티플렉싱 디바이스로의 원하지 않는 광학 피드백을 감소시키는 광 아이솔레이터를 포함하는
광 트랜시버.
청구항 1에 있어서,
상기 광 송신기는:
상기 파장 멀티플렉싱 디바이스와 상기 파장 멀티플렉싱 디바이스 사이의 상기 반도체 레이저 어셈블리들로부터의 상기 레이저 빔의 광 경로에 각각 위치되는 상이한 광학 필터들을 더 포함하고,
각 광학 필터는 대응하는 광 경로 내 상기 송신기 서포트 벤치에 대해 고정되고 다른 파장의 광을 거부(reject)하면서 상기 대응하는 광 경로와 연관된 대응하는 반도체 레이저 어셈블리에 대한 대응하는 지정된 레이저 파장의 광을 송신하도록 구성되는 것인
광 트랜시버.
청구항 2에 있어서,
상기 광 송신기 내 광학 필터 각각은 박막 광학 밴드패스 필터를 포함하는
광 트랜시버.
청구항 1에 있어서,
상기 송신기 서포트 벤치는 세라믹 벤치인
광 트랜시버.
청구항 1에 있어서,
각 반도체 레이저 어셈블리는:
레이저 어셈블리 마운트;
상기 레이저 어셈블리 마운트에 결합되는 다이오드 레이저 칩;
상기 레이저 어셈블리 마운트에 결합되고 레이저 광을 발생시키기 위해 상기 다이오드 레이저 칩에 전력을 공급하도록 상기 다이오드 레이저 칩에 전기적으로 연결되는 레이저 드라이버 회로; 및
상기 다이오드 레이저 칩으로부터 고정된 위치에서 상기 레이저 어셈블리 마운트에 결합되어 상기 다이오드 레이저 칩으로부터 방출된 레이저 광을 수신하고 상기 레이저 광을 상기 파장 멀티플렉싱 디바이스를 향하는 레이저 빔으로 만드는 렌즈를 포함하고,
상기 레이저 어셈블리 마운트에 대한 상기 렌즈와 상기 다이오드 레이저 칩의 공통 결합은 상기 반도체 레이저 어셈블리의 광학 정렬의 안정성을 향상시키는
광 트랜시버.
청구항 5에 있어서,
각 반도체 레이저 어셈블리는:
상기 레이저 어셈블리 마운트에 결합되고 상기 다이오드 레이저 칩의 레이저 파워를 모니터링하기 위해 상기 다이오드 레이저 칩으로부터의 레이저 광의 일부를 수신 및 검출하기 위해 상기 다이오드 레이저 칩에 대해 배치되는 광검출기를 포함하는
광 트랜시버.
청구항 5에 있어서,
상기 광 송신기는:
상기 송신기 서포트 벤치에 결합되고 상기 반도체 레이저 어셈블리들과 상기 파장 멀티플렉싱 디바이스 사이의 상기 레이저 빔의 광학 경로 내에 각각 위치되는 광학 안정성 렌즈들을 포함하고,
대응하는 광학 경로 내 광학 안정성 렌즈 각각은, 상기 레이저 빔을 공간적으로 안정화시키기 위해 상기 대응하는 광학 경로와 연관된 대응하는 반도체 레이저 어셈블리에 대한 대응하는 지정된 레이저 파장의 레이저 광에 대한 렌즈 효과를 생성하도록 구성된 것인
광 트랜시버.
청구항 1에 있어서,
상기 송신기 서포트 벤치에 결합되어 상기 반도체 레이저 어셈블리들에 의해 발생된 열을 상기 광 송신기의 밖으로 전달하기 위한 히트 싱크를 더 포함하는
광 트랜시버.
청구항 8에 있어서,
상기 히트 싱크는
상기 인쇄 회로 기판의 반대편 상에 위치된 구리판을 포함하고, 상기 반도체 레이저 어셈블리들에 의해 발생된 열을 상기 광 송신기의 밖으로 전달하기 위해 상기 송신기 서포트 벤치와 접촉하는 전기 전도성 비아들을 포함하는
광 트랜시버
청구항 1에 있어서,
상기 광 수신기는:
상기 인쇄 회로 기판에 결합되는 수신기 서포트 벤치;
상기 수신기 서포트 벤치에 결합되고 상기 입력 광 통신 신호를 수신하고 상기 입력 광 통신 신호를 상이한 수신기 레이저 파장의 상이한 입력 레이저 빔으로 분리시키도록 구성된 파장 디멀티플렉싱 디바이스;
각각이, 상기 수신기 서포트 벤치에 결합되어 상이한 수신기 레이저 파장의 상이한 입력 레이저 빔을 수신하기 위해 상기 파장 디멀티플렉싱 디바이스에 대해 배치되는 광검출기들의 어레이; 및
상기 인쇄 회로 기판에 결합되고 상기 광검출기로부터의 검출기 출력을 수신하기 위해 상기 광검출기들의 어레이에 전기적으로 연결되는 검출기 회로를 포함하는
광 트랜시버.
인쇄 회로 기판;
상기 인쇄 회로 기판에 결합되어 상이한 레이저 파장의 상이한 광 신호들을 결합하는 출력 광 통신 신호를 생성하는 광 송신기; 및
상기 인쇄 회로 기판에 결합되어 입력 광 통신 신호를 수신하는 광 수신기를 포함하고,
상기 광 송신기는
상기 인쇄 회로 기판에 결합되는 송신기 서포트 벤치;
상기 송신기 서포트 벤치에 결합되어 상기 상이한 레이저 파장의 통신 신호를 전달하기 위해 상기 상이한 레이저 파장의 레이저 빔을 방출하는 상이한 반도체 레이저 어셈블리들; 및
상기 송신기 서포트 벤치에 결합되고 상기 반도체 레이저 어셈블리들로부터 상기 레이저 빔을 수신하고 상기 상이한 레이저 빔을 결합된 출력 레이저 빔으로 결합시키도록 위치된 파장 멀티플렉싱 디바이스; 를 포함하고, 그리고
각 반도체 레이저 어셈블리는
레이저 어셈블리 마운트;
상기 레이저 어셈블리 마운트에 결합되는 다이오드 레이저 칩;
상기 레이저 어셈블리 마운트에 결합되고 레이저 광을 발생시키기 위해 상기 다이오드 레이저 칩에 전력을 공급하도록 상기 다이오드 레이저 칩에 전기적으로 연결되는 레이저 드라이버 회로; 및
상기 다이오드 레이저 칩으로부터 고정된 위치에서 상기 레이저 어셈블리 마운트에 결합되어 상기 다이오드 레이저 칩으로부터 방출된 레이저 광을 수신하고 상기 레이저 광을 상기 파장 멀티플렉싱 디바이스를 향하는 레이저 빔으로 만드는 렌즈를 포함하며,
상기 레이저 어셈블리 마운트에 대한 상기 렌즈와 상기 다이오드 레이저 칩의 공통 결합은 상기 반도체 레이저 어셈블리의 광학 정렬의 안정성을 향상시키는
광 트랜시버.
청구항 11에 있어서,
상기 광 송신기는:
상기 파장 멀티플렉싱 디바이스와 상기 파장 멀티플렉싱 디바이스 사이의 상기 반도체 레이저 어셈블리들로부터의 상기 레이저 빔의 광 경로에 각각 위치되는 상이한 광학 필터들을 더 포함하고,
각 광학 필터는 대응하는 광 경로 내 상기 송신기 서포트 벤치에 대해 고정되고 다른 파장의 광을 거부하면서 상기 대응하는 광 경로와 연관된 대응하는 반도체 레이저 어셈블리에 대한 대응하는 지정된 레이저 파장의 광을 송신하도록 구성된 것인
광 트랜시버.
청구항 12에 있어서,
상기 광 송신기 내 광학 필터 각각은, 박막 광학 밴드패스 필터를 포함하는
광 트랜시버.
청구항 12에 있어서,
각 반도체 레이저 어셈블리는:
상기 레이저 어셈블리 마운트에 결합되고 상기 다이오드 레이저 칩의 레이저 파워를 모니터링하기 위해 상기 다이오드 레이저 칩으로부터 레이저 광을 수신 및 검출하도록 상기 다이오드 레이저 칩에 대해 배치되는 광 검출기를 포함하는
광 트랜시버.
청구항 11에 있어서,
상기 광 송신기는:
상기 송신기 서포트 벤치에 결합되고 상기 반도체 레이저 어셈블리들로부터의 상기 레이저 빔의 광학 경로에 각각 위치되는 광학 안정성 렌즈들을 포함하고,
대응하는 광 경로 내 광학 안정성 렌즈들 각각은 상기 레이저 빔을 공간적으로 안정화시키기 위해 상기 대응하는 광 경로에 연관된 대응하는 반도체 레이저 어셈블리에 대한 대응하는 지정된 레이저 파장의 레이저 광에 대한 렌즈 효과를 생성하도록 구성된 것인
광 트랜시버.
청구항 11에 있어서,
상기 송신기 서포트 벤치에 결합되어 상기 반도체 레이저 어셈블리들에 의해 발생된 열을 상기 광 송신기의 밖으로 전달하기 위한 히트 싱크를 더 포함하는
광 트랜시버.
청구항 16에 있어서,
상기 히트 싱크는 상기 인쇄 회로 기판의 반대편 상에 위치된 구리판을 포함하고 상기 반도체 레이저 어셈블리들에 의해 발생된 열을 상기 광 송신기의 밖으로 전달하기 위해 상기 송신기 서포트 벤치와 접촉하는 구리 비아들을 포함하는
광 트랜시버.
청구항 11에 있어서,
상기 광 수신기는:
상기 인쇄 회로 기판에 결합되는 수신기 서포트 벤치;
상기 수신기 서포트 벤치에 결합되고 상기 입력 광 통신 신호를 수신하고 상기 입력 광 통신 신호를 상이한 수신기 레이저 파장의 상이한 입력 레이저 빔으로 분리시키도록 구성된 파장 디멀티플렉싱 디바이스;
각각이, 상기 수신기 서포트 벤치에 결합되고 상이한 수신기 레이저 파장의 상기 상이한 입력 레이저 빔을 수신하도록 상기 파장 디멀티플렉싱 디바이스에 대해 배치되는 광검출기들의 어레이; 및
상기 인쇄 회로 기판에 결합되고 상기 광검출기로부터의 검출기 출력을 수신하기 위해 상기 광검출기들의 어레이에 전기적으로 연결되는 검출기 회로를 포함하는
광 트랜시버.
파장 분할 멀티플렉싱(WDM)에 기초한 광 통신에서 광 트랜시버를 동작시키기 위한 방법으로서,
각 반도체 레이저 어셈블리에서, 상기 반도체 레이저 어셈블리의 광학 정렬의 안정성을 향상시키기 위해, 공통 레이저 어셈블리 마운트 상에 광학 렌즈와 다이오드 레이저 칩을 배치함으로써 상이한 WDM 채널 레이저 빔을 생성하도록 공통 광 송신기 서포트 벤치 상의 상이한 반도체 레이저 어셈블리들을 동작시키는 단계;
상기 광 송신기 서포트 벤치에 결합되어 상기 반도체 레이저 어셈블리들로부터 상기 상이한 WDM 채널 레이저 빔을 수신하고 상기 광 트랜시버의 출력으로서 상기 상이한 WDM 채널 레이저 빔을 결합된 출력 레이저 빔으로 결합시키는 파장 멀티플렉싱 디바이스를 제공하는 단계;
상기 파장 멀티플렉싱 디바이스에 의해 수신된 상기 상이한 WDM 채널 레이저 빔들 간의 광 크로스톡을 감소시키기 위해, 상기 상이한 반도체 레이저 어셈블리들과 상기 파장 멀티플렉싱 디바이스 사이 광 경로들 내에 상이한 광학 필터들을 배치하는 단계;
광이 상기 결합된 출력 레이저 빔과 반대 방향으로 전파되는 것을 방지하도록 상기 파장 멀티플렉싱 디바이스로부터 상기 결합된 출력 레이저 빔을 수신함에 따라, 상기 파장 멀티플렉싱 디바이스 및 상기 반도체 레이저 어셈블리들로의 원치 않는 광학 피드백을 감소시키는 단일 광 아이솔레이터를 사용하는 단계; 및
상기 광 트랜시버의 수신기 동작의 일부로서 광검출기들에 의한 광 검출을 위해 수신된 인입 WDM 채널 레이저 빔을 분리하기 위해 상기 광 파장 디멀티플렉싱 디바이스에 의해 상기 인입 WDM 채널 레이저 빔을 수신하도록, 공통 수신기 벤치 상에 광 파장 디멀티플렉싱 디바이스와 상기 광검출기들의 어레이를 배치하는 단계를 포함하는
광 트랜시버를 동작시키기 위한 방법.
청구항 19에있어서,
구리판과, 상기 광 송신기 서포트 벤치와 접촉하며 상기 반도체 레이저 어셈블리들에 의해 발생된 열을 소멸시키기 위해 상기 구리판으로 전달하는 하나 이상의 구리 컨택트를 포함하는 히트 싱크를 동작시키는 단계를 포함하는
광 트랜시버를 동작시키기 위한 방법.