KR20220030388A

KR20220030388A - 광엔진

Info

Publication number: KR20220030388A
Application number: KR1020200109603A
Authority: KR
Inventors: 김태용; 손영성; 이용건
Original assignee: (주)옵토마인드
Priority date: 2020-08-28
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2022-03-11
Also published as: WO2022045731A1

Abstract

광엔진(optical engine)을 개시한다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 광소자(optical device) 및 전자소자(electronic device)를 포함하는 기판(substrate); 외부와 연결되는 광섬유(optical fiber)와 광소자를 광학적으로 결합(optically coupling)시키도록 빛의 방향(direction) 또는 형상(shape)을 변경하는 광학조립체(optical integrated assembly); 기판 상의 일부에 형성되어, 광섬유의 적어도 일부를 수용하고, 광섬유의 일단과 광학조립체 사이의 공간에 채워져 광섬유와 광학조립체 사이의 굴절률을 정합하는 굴절률 정합액(refractive index matching fluid)을 담아서 지지(support)하기 위한 컨테이너(container); 및 기판과 결합되어, 광소자, 전자소자, 광학조립체 및 컨테이너를 외부의 공간과 격리시키기 위한 하우징(housing)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광엔진을 제공한다.

Description

광엔진{Optical Engine}

본 개시는 광엔진에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

폭발적으로 증가하는 데이터 트래픽(data traffic)을 데이터센터(data center)를 기준으로 하여 목적지 별로 구분하면, 데이터센터 내부, 데이터센터와 데이터센터 사이, 데이터센터와 사용자 사이로 나눌 수 있다. 이러한 세 가지 종류의 데이터 트래픽 중 가장 큰 비중을 차지하는 것은 데이터센터 내부의 데이터 트래픽이다. 전세계에서 발생하는 대다수의 데이터는 데이터센터 내부에서 발생하는 데이터의 생산, 가공, 저장, 인증 등에 기인한다.

폭증하는 데이터센터 내 트래픽을 효율적으로 처리할 수 있는 방법 중 하나가 광연결 솔루션(optical interconnect solution)의 확대이다. 광연결 솔루션의 적용 가능 영역은 광통신 기술의 발전과 데이터 트래픽의 증가에 따라 점진적으로 넓어지고 있다.

광연결 솔루션에 채택되는 여러 규격이 공통적으로 지향하는 것은 데이터의 고속화(high speed), 대용량화(high bandwidth) 및 고밀도화(high density)인데, 이와 같은 데이터 성능의 향상은 필연적으로 높은 발열(heating)을 야기한다.

이러한 발열을 저감하기 위해, 데이터센터 또는 고성능 컴퓨터(high performance computing, HPC)의 환경에 채택되는 주된 냉각 방식에는 공냉식 열교환(air-cooled heat exchange)과 수냉식 열교환(water-cooled heat exchange) 방식이 있다.

공냉식 열교환은 공기를 순환시켜 냉각하는 방법으로 부식이나 외기 온도에 따른 제약이 적다. 공냉식 장치는 수냉식 장치에 비해 가볍고 작지만 단위부피 또는 단위면적당 냉각 효율은 낮다. 수냉식 열교환은 유체 또는 물을 사용하여 냉각하는 방법으로 유체에 의한 부식을 고려해야 한다. 수냉식 장치는 공냉식 장치에 비해 무겁고 큰 경우가 많지만 단위부피 또는 단위면적당 냉각 효율은 높다.

광연결 솔루션의 공냉식에 대한 문제점을 데이터센터 또는 고성능컴퓨터 환경의 관점에서 보면, 공기 순환에 의한 먼지 발생이 광소자(optical element) 또는 광학계(optical system)를 오염시킬 수 있다는 단점이 있다. 따라서, 최근에는 수냉식을 이용하는 경우가 많다.

도 1은 수냉식 열교환을 이용하여 데이터 센터 내의 서버에서 발생하는 열을 제거하는 침지냉각 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 침지냉각 시스템(immersion cooling system, 10)은 서버(server, 20) 전체를 냉각용 유체에 담금으로써 냉각을 수행한다. 여기서, 냉각용 유체는 전기가 통하지 않는 물질로 이루어지므로, 냉각용 유체 내에 서버(20)가 잠기더라도 서버(20)에 장착된 여러 전자부품의 손상은 발생하지 않는다. 냉각용 유체의 순환을 위해 별도의 전력소모가 발생할 수 있으나, 공냉식 장치에 비해 냉각효율이 우수하여, 발열로 인해 낭비되는 전력소모를 크게 줄여줄 수 있다.

다만, 침지냉각 시스템의 경우, 냉각에 사용되는 유체가 광소자 또는 광학계 사이사이의 광경로(optical path)를 차단하거나 왜곡할 수 있다. 이에 따라, 매질 간 굴절률의 차이에 기초하여 기능을 수행하는 광학계 구성요소인 렌즈(lens) 또는 반사기(reflector) 등과 같은 구성요소의 기능을 무력화시킬 수 있는 큰 문제점을 안고 있다.

따라서, 공냉식은 물론 수냉식에도 사용 가능하여 발열을 효율적으로 억제할 수 있으면서도 고속화, 대용량화 및 고밀도화를 가능케 하는 다양한 형태의 광연결 솔루션에 적용될 수 있는 광엔진이 필요하다.

이에, 본 개시는 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 유체냉각(fluid cooling)을 이용하는 데이터센터(data center)의 서버(server)에도 사용 가능하여, 데이터센터 내에서 발생되는 발열을 효율적으로 억제할 수 있으면서도, 다양한 형태의 광연결 솔루션(optical interconnect solution)에 적용될 수 있는 광엔진을 제공하는 데 주된 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시예에 의하면, 광소자(optical device) 및 전자소자(electronic device)를 포함하는 기판(substrate); 외부와 연결되는 광섬유(optical fiber)와 상기 광소자를 광학적으로 결합(optically coupling)시키도록 빛의 방향(direction) 또는 형상(shape)을 변경하는 광학조립체(optical integrated assembly); 상기 기판 상의 일부에 형성되어, 상기 광섬유의 적어도 일부를 수용하고, 상기 광섬유의 일단과 상기 광학조립체 사이의 공간에 채워져 상기 광섬유와 상기 광학조립체 사이의 굴절률을 정합하는 굴절률 정합액(refractive index matching fluid)을 담아서 지지(support)하기 위한 컨테이너(container); 및 상기 기판과 결합되어, 상기 광소자, 상기 전자소자, 상기 광학조립체 및 상기 컨테이너를 외부의 공간과 격리시키기 위한 하우징(housing)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광엔진(optical engine)을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진은 유체냉각을 이용하는 데이터센터의 서버에도 사용 가능하여, 데이터센터 내에서 발생되는 발열을 효율적으로 억제할 수 있으면서도, 다양한 형태의 광연결 솔루션에 적용될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 수냉식 열교환을 이용하여 데이터 센터 내의 서버에서 발생하는 열을 제거하는 침지냉각 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 데이터 센터 내의 서버에 본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진이 장착된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 개시의 제1 실시예에 따른 광엔진의 단면을 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 개시의 제2 실시예에 따른 광엔진의 단면을 나타내는 개념도이다.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 이용해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 개시에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 2는 데이터 센터 내의 서버에 본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진이 장착된 모습을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진(optical engine, 30, 32)은 데이터센터(data center) 내의 서버(server, 20)에 장착되고, 서버(20)는 도 1에서 도시된 바와 같이, 냉각용 유체에 잠김으로써 데이터센터 내의 발열을 제거하게 된다. 따라서, 본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진(30, 32)은 냉각용 유체 내에서도 광연결 기능을 수행할 수 있도록 구성된다.

도 3은 본 개시의 제1 실시예에 따른 광엔진의 단면을 나타내는 개념도이다.

도 4는 본 개시의 제2 실시예에 따른 광엔진의 단면을 나타내는 개념도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진(30, 32)은 기판(substrate, 300), 광섬유(optical fiber, 320), 광학조립체(optical integrated assembly, 340), 컨테이너(container, 360) 및 하우징(housing, 380)의 전부 또는 일부를 포함한다.

기판(300)은 광소자(optical device, 302) 및 전자소자(electronic device, 304)를 포함한다. 또한, 기판(300)은 적어도 하나의 층(layer)을 구비한 인쇄회로기판(printed circuit board)을 포함할 수 있다.

광소자(302)는 전광변환소자(electro-optical conversion device) 및 광전변환소자(photoelectric conversion device) 중 적어도 하나를 포함한다. 여기서, 전광변환소자란 전기적 신호(electric signal)를 광신호(optical signal)로 변환하는 소자로서, 예컨대 LED(light-emitting diode), VCSEL(vertical-cavity surface emitting laser) 등이 있다. 한편, 광전변환소자란, 광신호를 전기적 신호로 변환하는 소자로서, 예컨대, PD(photodiode), APD(avalanche photodiode) 등이 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진(30, 32)의 기판(300)에 포함된 광소자(302)가 전광변환소자 및 광전변환소자 중 적어도 하나를 포함함으로써, 전기적 신호와 광신호 간의 변환이 가능하다.

한편, 전자소자(304)는 광소자(302)와 전기적으로 연결되어 광소자(302)를 구동시키도록 구성된다. 예컨대, 전자소자(304)는 구동칩(driver integrated circuit)을 이용하여 구성될 수 있다. 또한, 전자소자(304)는 광전변환소자로부터 변환된 전기적 신호의 전류를 고전압으로 증폭시키기 위해 트랜스임피던스 증폭기(trans-impedance amplifier, TIA)를 포함할 수 있다.

광섬유(320)는 외부와 연결된다. 즉, 광섬유(320)는 본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진(30, 32)의 외부에 존재하는 광모듈(optical module)과 광연결(optically connection)될 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진(30, 32)은 광섬유(320)를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 광섬유(320)는 코어(core)와 클래딩(cladding)을 포함한다. 광섬유(320)는 굴절률(refractive index)이 명확히 구분된 코어와 클래딩을 포함할 수도 있으나, 점진적으로 굴절률이 변화하는 물질을 포함하여 형성될 수도 있다. 또한, 외부로부터의 충격 또는 손상으로부터 광섬유(320)의 코어와 클래딩을 보호하기 위해, 클래딩의 바깥 쪽에 외피(sheath)를 더 형성할 수 있다.

광섬유(320)는 고순도의 유리(glass) 또는 합성수지(synthetic resin)로 제작될 수 있다. 통상적으로, 코어의 굴절률은 클래딩의 굴절률보다 크게 형성된다. 코어의 굴절률을 클래딩의 굴절률보다 크게 제작함으로써, 광섬유(320)의 코어에 입사된 빛이 코어와 클래딩의 경계면에서 전반사(total reflection)되면서 외부로 손실되지 않고 멀리 전달될 수 있다. 여기서, 광섬유(320)는 장거리 광통신에 사용되는 유리 광섬유뿐만 아니라 광신호 전송을 위해 형성된 다양한 형태의 광도파로(optical waveguide) 구조체를 포함한다. 예컨대, 폴리머(polymer)를 이용하여 제조된 폴리머 광도파로(polymer optical waveguide)가 이에 해당된다.

광섬유(320)는 1개 또는 복수 개로 이루어질 수 있으며, 광섬유(320)가 복수 개로 이루어진 경우, 복수 개의 광섬유(320) 중 일부는 광신호를 송신하는 송신단 광섬유(transmission optical fiber), 나머지 일부는 광신호를 수신하는 수신단 광섬유(receiver optical fiber)로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

광학조립체(340)는, 합성수지를 이용하여 사출성형(injection molding) 또는 3차원 인쇄(three-dimensional printing) 공정 등을 이용하여 형성될 수 있고, 외부와 연결되는 광섬유(320)와 광소자(302)를 광학적으로 결합(optically coupling)시키도록 빛의 방향(direction) 또는 형상(shape)을 변경한다. 실질적으로는, 광소자(302)에서 방출되는 방향성 빛 에너지인 빔의 방향과 형상을 변경하는 것으로 이해될 수 있다. 이를 위해, 광학조립체(340)는 제1 렌즈(first lens, 342) 및 반사기(reflector, 344)를 포함할 수 있다.

제1 렌즈(342)는 광소자(302)와 인접하게 배치되어, 빛의 형상과 방향을 변환하도록 구성되고, 예컨대, 오목렌즈(concave lens) 또는 볼록렌즈(convex lens)로 이루어질 수 있다.

또한, 반사기(344)는 제1 렌즈(342)와 광섬유(320) 사이를 광학적으로 끊김없이 연결시키도록 구성되고, 예컨대, 프리즘(prism)으로 이루어질 수 있다.

따라서, 광소자(302)가 빛을 방출하는 발광소자인 경우, 광소자(302)로부터 방출(emit)된 빛은 제1 렌즈(342)를 통과하여 반사기(344)에 도달하게 되고, 반사기(344)는 빛을 기설정된 각도만큼 반사시켜, 반사된 빛이 광섬유(320)에 도달할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 광소자(302)가 빛을 흡수하는 경우, 광섬유(320)로부터 방출된 빛은 반사기(344)에 도달하게 되고, 반사기(344)는 빛을 기설정된 각도만큼 반사시켜, 반사된 빛이 제1 렌즈(342)를 통과하여 광소자(302)에 도달할 수 있도록 구성될 수 있다.

한편, 광소자(302)에서 방출되는 빛의 방사각(divergence)은 광소자(302)의 기하학적 구조(geometry), 광소자(302)를 형성하는 물질 등에 따라 다를 수 있다. 예컨대, 렌즈를 통과하지 않은 상태에서, 광소자(302)로부터 방출되는 빛은, 통상적인 다중모드(multimode) VCSEL의 경우 10°~ 30° 사이의 방사각을 갖는다.

10°~ 30° 사이의 방사각을 갖는 빛이 제1 렌즈(342)를 통과하게 되면, 이상적으로는 방사각이 0°인 빛으로 변환된다. 따라서, 제1 렌즈(342)를 통과한 이후의 빛(광신호)의 광정렬(optical alignment) 및 광결합(optical coupling)은, 제1 렌즈(342)를 통과하지 않아서 퍼지거나 모이게 되는 빛에 비하여 훨씬 용이하다.

다만, 광소자(302)로부터 방출된 빛과 광섬유(320)로부터 방출된 빛이 각각 광섬유(320) 및 광소자(302)에 도달할 수 있는 한, 본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진(30, 32)의 광학조립체(340)가 반드시 제1 렌즈(342) 및 반사기(344)를 포함해야만 하는 것은 아니다.

컨테이너(360)는 기판(300) 상의 일부에 형성되어, 광섬유(320)의 적어도 일부를 수용한다. 또한, 컨테이너(360)는, 광섬유(320)의 일단과 광학조립체(340) 사이의 공간에 채워져 광섬유(320)와 광학조립체(340) 사이의 굴절률을 정합하는 굴절률 정합액(refractive index matching fluid, 370)을 담아서 지지한다. 또한, 컨테이너(360)는, 일측에 광소자(302)를 향하여 빛을 보내거나 광소자(302)로부터 방출된 빛을 받아 들이기 위한 투과창(transmission window, 362)을 포함할 수 있다.

굴절률 정합액(370)은 광섬유(320)와 광학조립체(340) 사이의 굴절률을 정합해야 하므로, 컨테이너(360)가 광섬유(320)를 수용한 위치의 높이보다 더 큰 높이만큼 컨테이너(360)에 채워지는 것이 바람직하다. 또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진(30, 32)은 광엔진(30, 32)이 설치된 시스템의 기계적인 움직임에 기인한 진동을 겪거나 기상변화, 지진 등과 같은 자연환경적인 요인에 의한 충격을 받아 흔들리게 되는 경우, 컨테이너(360) 내부에 포함된 굴절률 정합액(370) 내에 기포(bubble)가 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위해, 광엔진(30, 32)은 컨테이너(360) 내부의 압력을 조절하여 내부에 기포가 머무를 수 없도록 하는 기능을 포함할 수 있다. 또한, 기포의 발생 방지를 위해서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와는 달리, 광엔진(30, 32)은 굴절률 정합액(370)이 가득 채워진 컨테이너(360)를 포함할 수 있다.

광섬유(320)의 일단과 광학조립체(340) 사이의 공간에 굴절률 정합액(370)이 채워짐에 따라, 광소자(302)로부터 방출되어 광학조립체(340)를 경유한 빛은, 투과창(362)을 통과한 후 광섬유(320)의 코어에 입사될 때까지 굴절되지 않고 평행하게 진행될 수 있다. 또한, 반대 방향으로 빛이 진행하는 경우에도 마찬가지로, 광섬유(320)의 일단으로부터 방출된 빛은 굴절되지 않고 평행하게 진행되어 투과창(362)을 통과함으로써, 광학조립체(340)를 경유하여 광소자(302)까지 도달할 수 있다.

한편, 투과창(362)은 광섬유(320)로부터 방출된 빛을 광학조립체(340)로 전달하기 위해 광섬유(320)와 굴절률 정합액(370)을 경유한 빛을 모으거나(collect) 방사(radiate)시킬 수 있도록 구성된 제2 렌즈(second lens, 미도시)를 포함할 수 있다. 제2 렌즈도 제1 렌즈(342)와 마찬가지로 오목렌즈 또는 볼록렌즈로 이루어질 수 있다. 즉, 광학조립체(340)와 광섬유(320)의 일단을 포함한 전체 광학계를 고려하여, 광섬유(320)와 굴절률 정합액(370)을 경유한 빛의 방향 또는 형상을 변경할 필요성이 있을 경우, 투과창(362)이 제2 렌즈를 포함하도록 할 수 있다.

다만, 본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진(30, 32)의 투과창(362)이 반드시 제2 렌즈를 포함해야만 하는 것은 아니며, 투과창(362)은 컨테이너(360)와 일체형으로 구성될 수도 있다. 이 경우, 투과창(362) 및 컨테이너(360)는 빛이 투과 가능한 재질, 예컨대 유리, 투명 합성수지 등과 같은 재질로 구성될 수 있다. 또한, 투과창(362)과 컨테이너(36)를 일체형으로 구성할 경우, 이들을 사출성형 또는 3차원 인쇄 공정을 이용하여 제조하면, 컨테이너(360) 제조 시 투과창(362)까지 한 번에 제조할 수 있으므로 시간과 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

한편, 컨테이너(360)는 광섬유(320)의 적어도 일부를 수용하기 위해, 광섬유(320)의 인입을 유도하면서 광섬유(320)를 고정시키는 제1 인입유도부(first inlet guide portion, 364)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 인입유도부(364)는 광섬유(320)의 형상과 대응되는 형상으로 이루어지되, 광섬유(320)의 인입이 시작되는 부분은 광섬유(320)의 단면적보다 크도록 구성되고, 광섬유(320)의 인입이 끝나는 부분은 광섬유(320)의 단면적과 같도록 구성될 수 있다. 제1 인입유도부(364)가 이와 같이 구성되는 경우, 컨테이너(360)에 광섬유(320)를 더욱 용이하게 수용시킬 수 있고, 광섬유(320)의 위치를 고정시킬 수 있다.

제1 인입유도부(364)는 광섬유(320)의 일단이 투과창(362)으로부터 근접한 영역에 위치할 수 있도록 컨테이너(360)의 타측에 형성될 수 있다. 즉, 제1 인입유도부(364)는 투과창(362)이 위치한 컨테이너(360) 측의 반대편 측에 위치할 수 있다. 이때, 컨테이너(360)의 일측에 위치한 투과창(362)과 컨테이너(360)의 타측에 위치한 제1 인입유도부(364)는 동일한 높이에 위치되도록 형성될 수 있다. 제1 인입유도부(364)가 이와 같이 형성됨으로써, 광섬유(320)의 일단이 투과창(362)에 근접한 영역에 위치할 수 있고, 광섬유(320)의 일단으로부터 방출된 빛이 투과창(362)에 용이하게 도달할 수 있다.

또한, 광섬유(320)를 컨테이너(360)에 고정시키기 위해, 제1 인입유도부(364)는 광섬유(320)가 컨테이너(360)에 끼움결합(insertion type engagement)될 수 있도록 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진(30, 32)에 포함되는 컨테이너(360)는, 굴절률 정합액(370)에 작용하는 중력의 방향과 반대방향에 위치한 일면에 형성되는 커버(cover, 366)를 포함할 수 있다. 커버(366)는 컨테이너(360) 내에 수용된 굴절률 정합액(370)이 컨테이너(360) 외부로 빠져나가는 것을 방지하는 역할을 수행한다.

또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진(30, 32)은 상시 구동되는 서버, 스위치(switch), 스토리지(storage) 또는 기타 네트워크 시스템(network system) 내부에 장착되어 광엔진(30, 32) 스스로가 발생시키는 열보다 더욱 높은 열에 노출될 수 있다. 이러한 광엔진(30, 32)의 발열은 컨테이너(360)의 내부 온도 상승을 야기하며 궁극적으로는 컨테이너(360) 내부에 존재하는 굴절률 정합액(370)의 부피 증가와 컨테이너(360) 내부 압력 증가를 초래할 수 있다. 컨테이너(360)의 내부 압력 증가는 컨테이너(360) 형상의 변형 또는 오작동과 같은 문제점을 일으킬 수 있다. 이러한 문제점을 방지하기 위해, 커버(366)는 온도 및/또는 압력의 변화에 따른 굴절률 정합액(370)의 부피변화량(volume change amount)보다 더 큰 부피변화량을 가지는 물질을 이용하여 형성될 수 있다.

하우징(380)은 기판(300)과 결합되어, 광소자(302), 전자소자(304), 광학조립체(340) 및 컨테이너(360)를 외부의 공간과 격리시킨다. 이로써, 본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진(30, 32)의 내부 부품을 외부의 이물질로부터 보호할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 개시의 제1 실시예에 따른 하우징(380)은, 광학조립체(340) 및 컨테이너(360)와 별개로 기판(300) 상에 결합될 수 있다. 한편, 도 4를 참조하면, 본 개시의 제2 실시예에 따른 하우징(380)은, 광학조립체(340) 및 컨테이너(360)와 일체형으로 형성되어 기판(300) 상에 결합될 수도 있다.

또한, 도 3을 참조하면, 하우징(380)은, 일측에 광섬유(320)의 인입을 유도하면서, 광섬유(320)를 고정시키는 제2 인입유도부(second inlet guide portion, 384)를 포함할 수 있다. 제2 인입유도부(384)는 제1 인입유도부(364)와 마찬가지로, 광섬유(320)의 형상과 대응되는 형상으로 이루어지되, 광섬유(320)의 인입이 시작되는 부분은 광섬유(320)의 단면적보다 크도록 구성되고, 광섬유(320)의 인입이 끝나는 부분은 광섬유(320)의 단면적과 같도록 구성될 수 있다.

하우징(380)이 제2 인입유도부(384)를 포함한 경우, 컨테이너(360)는 제1 인입유도부(364)를 포함하지 않을 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 컨테이너(360)도 제1 인입유도부(364)를 포함할 수 있다.

하우징(380)이 제2 인입유도부(384)를 포함하고, 컨테이너(360)도 제1 인입유도부(364)를 포함하는 경우, 광섬유(320)는 제2 인입유도부(384)를 거쳐 제1 인입유도부(364)를 향해 인입된다. 따라서, 제1 인입유도부(364) 및 제2 인입유도부(384)는 동일한 높이에 위치되는 것이 바람직하며, 이 경우 광섬유(320)는 컨테이너(360) 및 하우징(380)에 고정됨으로써, 광섬유(320)의 위치를 더욱 견고하게 고정시킬 수 있다.

한편, 본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진(30, 32)은, 광소자(302), 전자소자(304), 광학조립체(340) 및 컨테이너(360)를 외부의 공간과 완전히 격리시키기 위해서, 접착물질(adhesive material, 382)을 더 포함할 수 있다.

접착물질(382)은, 하우징(380)과 기판(300)이 맞닿는 영역에 위치하여 하우징(380)의 내부 및 외부를 완전히 격리(hermetic sealing)시키면서, 하우징(380)을 기판(300)에 고정시키도록 구성된다. 즉, 접착물질(382)이 하우징(380)과 기판(300)을 서로 고정시키고, 하우징(380)과 기판(300) 사이의 공간을 완전히 차단함으로써, 하우징(380) 내부로 냉각용 유체 및 분진 등이 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도 4와 같이 하우징(380)이 광학조립체(340) 및 컨테이너(360)와 일체형으로 구성된 경우, 본 개시의 제2 실시예에 따른 광엔진(32)은, 하우징(380)과 기판(300)이 형성하는 밀폐공간(enclosed space)의 외측 일부에 기설정된 두께의 반사층(reflective layer, 400)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 기설정된 두께는 광섬유(320)의 일단으로부터 방출되는 빛과 광소자(302)로부터 방출되는 빛에 대한 반사율(reflectance)이 80%를 초과하도록 하는 두께를 말한다.

또한, 광섬유(320)의 일단으로부터 방출되는 빛과 광소자(302)로부터 방출되는 빛에 대한 반사율이 80%를 초과하도록 하기 위해서 반사층(400)은, 예컨대, 금속(metal) 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 반사층(400)은 광소자(302)로부터 방출되거나 광소자(302)가 흡수하는 빛의 파장에 대해 서로 다른 굴절률을 갖는 적어도 두 개의 반도체층(semiconductor layer) 또는 유전체층(dielectric layer)을 적층하여 형성한 다층 구조물(multilayer structure), 예컨대, DBR(distributed Bragg reflector) 거울층으로 이루어질 수 있다.

본 개시의 제2 실시예에 따른 광엔진(32)은, 반사층(400)을 더 포함함으로써, 광학조립체(340)가 반사기(344)를 포함하지 않을 수 있다. 즉, 광섬유(320)의 일단으로부터 방출되는 빛과 광소자(302)로부터 방출되는 빛은 반사기(344) 대신 반사층(400)에 반사되어 광소자(302) 및 광섬유(320)에 도달될 수 있다.

따라서, 본 개시의 제2 실시예에 따른 광엔진(32)의 광학조립체(340)가 반사기(344)를 포함하지 않더라도, 광섬유(320)의 일단으로부터 방출되는 빛과 광소자(302)로부터 방출되는 빛이 하우징(380)을 통과하여 외부로 나가는 것을 최대한 방지할 수 있다. 다만, 본 개시의 제2 실시예에 따른 광엔진(32)이 반사층(400)을 포함하는 경우에, 광학조립체(340)가 반드시 반사기(344)를 포함하지 않아야 하는 것은 아니다.

이상 설명한 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른 광엔진(30, 32)은 유체냉각(fluid cooling)을 이용하는 데이터센터의 서버에도 사용 가능하여, 데이터센터 내에서 발생되는 발열을 효율적으로 억제할 수 있으면서도, 데이터 트래픽(data traffic)의 고속화, 대용량화 및 고밀도화를 가능케 하는 다양한 형태의 광연결 솔루션(optical interconnect solution)에 적용될 수 있는 효과가 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 침지냉각 시스템 20: 서버
30, 32: 광엔진 300: 기판
302: 광소자 304: 전자소자
320: 광섬유 340: 광학조립체
342: 제1 렌즈 344: 반사기
360: 컨테이너 362: 투과창
364: 제1 인입유도부 366: 커버
370: 굴절률 정합액 380: 하우징
382: 접착물질 384: 제2 인입유도부
400: 반사층

Claims

광소자(optical device) 및 전자소자(electronic device)를 포함하는 기판(substrate);
외부와 연결되는 광섬유(optical fiber)와 상기 광소자를 광학적으로 결합(optically coupling)시키도록 빛의 방향(direction) 또는 형상(shape)을 변경하는 광학조립체(optical integrated assembly);
상기 기판 상의 일부에 형성되어, 상기 광섬유의 적어도 일부를 수용하고, 상기 광섬유의 일단과 상기 광학조립체 사이의 공간에 채워져 상기 광섬유와 상기 광학조립체 사이의 굴절률을 정합하는 굴절률 정합액(refractive index matching fluid)을 담아서 지지(support)하기 위한 컨테이너(container); 및
상기 기판과 결합되어, 상기 광소자, 상기 전자소자, 상기 광학조립체 및 상기 컨테이너를 외부의 공간과 격리시키기 위한 하우징(housing)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광엔진(optical engine).
제 1항에 있어서,
상기 광학조립체는,
상기 광소자와 인접하게 배치되어, 빛의 형상(shape)과 방향(direction)을 변환하도록 구성된 제1 렌즈(first lens); 및
상기 제1 렌즈와 상기 광섬유 사이를 광학적으로 끊김없이 연결시키도록 구성된 반사기(reflector)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광엔진.
제 2항에 있어서,
상기 하우징은, 상기 광학조립체 및 상기 컨테이너와 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광엔진.
제 3항에 있어서,
상기 하우징과 상기 기판이 형성하는 밀폐공간(enclosed space)의 외측 일부에 기설정된 두께의 반사층(reflective layer)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광엔진.
제 4항에 있어서,
상기 반사층은,
상기 광섬유의 일단으로부터 방출(emit)되는 빛과 상기 광소자로부터 방출되는 빛에 대한 반사율(reflectance)이 80%를 초과하도록 하는 물질을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광엔진.
제 5항에 있어서,
상기 하우징과 상기 기판이 맞닿는 영역에 형성되어, 상기 하우징의 내부 및 외부를 완전히 격리(hermetic sealing)시키면서, 상기 하우징을 상기 기판에 고정시키도록 구성된 접착물질(adhesive material)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광엔진.
제 1항에 있어서,
상기 컨테이너는 일측에 상기 광소자를 향하여 빛을 보내거나 상기 광소자로부터 방출된 빛을 받아들이기 위한 투과창(transmission window)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광엔진.
제 7항에 있어서,
상기 컨테이너는,
상기 광섬유의 인입을 유도하면서 상기 광섬유를 고정시키는 제1 인입유도부(first inlet guide portion)를 포함하고,
상기 제1 인입유도부는, 상기 광섬유의 일단이 상기 투과창으로부터 근접한 영역에 위치할 수 있도록 상기 컨테이너의 타측에 형성되는 것을 특징으로 하는 광엔진.
제 8항에 있어서,
상기 컨테이너는, 상기 굴절률 정합액에 작용하는 중력의 방향과 반대방향에 위치한 일면에 형성되는 커버(cover)를 포함하고,
상기 커버는, 온도 및/또는 압력의 변화에 따른 상기 굴절률 정합액의 부피변화량(volume change amount)보다 더 큰 부피변화량을 가지는 물질을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광엔진.
제 7항에 있어서,
상기 투과창은,
상기 광섬유와 상기 굴절률 정합액을 경유한 빛을 모으거나(collect) 방사(radiate)시킬 수 있도록 구성된 제2 렌즈(second lens)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광엔진.
제 1항에 있어서,
상기 하우징은,
일측에 상기 광섬유의 인입을 유도하면서 상기 광섬유를 고정시키는 제2 인입유도부(second inlet guide portion)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광엔진.
제 1항에 있어서,
상기 광소자는,
전기적 신호를 광신호로 변환하는 전광변환소자(electro-optical conversion device) 및 광신호를 전기적 신호로 변환하는 광전변환소자(photoelectric conversion device) 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 전자소자는, 상기 광소자와 전기적으로 연결되어 상기 광소자를 구동시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 광엔진.
제 12항에 있어서,
상기 기판은 적어도 하나의 층(layer)을 구비한 인쇄회로기판(printed circuit board)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광엔진.