WO2014208892A1 - 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기 - Google Patents

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    • G09G2320/0223—Compensation for problems related to R-C delay and attenuation in electrodes of matrix panels, e.g. in gate electrodes or on-substrate video signal electrodes

Definitions

  • the present invention relates to an optical receiver, and more particularly, to an optical receiver using a wavelength tunable filter for varying a wavelength selected using a tunable filter having a plurality of transmission wavelength characteristics.
  • DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing
  • NG-PON2 Next Generation-Passive Optical Network version 2
  • 4 channels of wavelength are set as the downlink optical signal from the telephone company to the subscriber.
  • These four channel wavelength intervals set a wavelength interval of 100 GHz or 200 GHz.
  • one subscriber should select one wavelength to receive light.
  • This separation is a fixed device that separates wavelengths, and inputs a downlink optical signal by inputting a channel optical signal of a specific wavelength to the optical receiver. It is possible to receive.
  • optical receivers in which the fixed wavelengths are separated into specific optical fibers and receive light irrespective of the type of wavelengths coupled to the specific optical fibers have been difficult to manage because optical channel assignments are not made dynamically.
  • a tunable optical receiver that can dynamically determine a reception wavelength in an optical receiver.
  • a filter that transmits only a specific wavelength by alternately depositing amorphous silicon and SiO 2 on a glass substrate is generally used.
  • amorphous silicon used as a spacer has a value of about 10 -4 change in refractive index according to temperature.
  • the temperature of the wavelength selective filter is changed to about 1 ° C, the frequency of light passing through the wavelength selective filter is increased. It will be changed about 10GHz.
  • Such a tunable filter has only one transmission peak in the wavelength band of several tens of nm, and the thickness of amorphous silicon used as the spacer layer of FIG. It must be manufactured precisely. However, it is very difficult to control the thickness of the amorphous silicon, and thus there are difficulties in fabricating the tunable filter, such that the tunable filter is often made several nm away from the desired wavelength.
  • the NG-PON2 standard proposes an APD (avalanch photo diode) as a light receiving device that receives a light signal having a wavelength passing through a tunable filter.
  • APD avalanch photo diode
  • the variable wavelength optical receiver since the variable wavelength optical receiver must receive a 10Gbps high-speed signal, it must be manufactured so that signal distortion does not occur.
  • the signal transmission line of the package In order to receive 10 Gbps signal well, the signal transmission line of the package must match the RF impedance of the signal transmission line well in order to receive the 10 Gbps signal well.
  • Such a tunable filter has a characteristic in that the wavelength to be transmitted is changed by a change in temperature, and thus, a method of changing the temperature of the tunable filter is required in order to variably receive a specific wavelength.
  • a temperature of the tunable filter is controlled by using a heater manufactured in the form of a thin film in the tunable filter.
  • the heater heats the temperature to raise the temperature.
  • the rise of the temperature can be easily made, but since the fall of the temperature is made manually by heat radiation, it is difficult to control the temperature fall time.
  • the wavelength of the tunable filter should be adjusted at a temperature of at least 85 ° C., preferably at least 105 ° C. to adjust the transmission wavelength of the tunable filter.
  • the wavelength of 2.4nm is required to be changed. Therefore, the variable wavelength filter should be operated in the range of 105 °C ⁇ 130 °C.
  • such a temperature is a very high temperature and a temperature problem occurs in the temperature stability of the polymer-based adhesive such as epoxy, there is a problem that epoxy can not be used when assembling the tunable filter.
  • the TO-type package is a package formed of a stem formed of a structure in which electrode pins insulated and sealed with glass are inserted into a metal plate having a plurality of through holes, and a lid covering an optical component disposed on the stem.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a tunable optical receiver having a plurality of transmission peak characteristics using an etalon filter.
  • an object of the present invention is to provide a tunable optical receiver that can be manufactured in a size that can be mounted on a conventionally standardized SFP transceiver case using a low-cost TO-type package.
  • an object of the present invention is to provide a TO-type variable-wavelength optical receiver that is easy to control the temperature of the variable-wavelength filter, ultra-high speed communication, and can be manufactured by the author in an optical receiver having a variable wavelength.
  • an optical receiver including: a wavelength tunable filter through which laser light emitted from an optical fiber is transmitted; And a photodiode for receiving laser light passing through the tunable filter.
  • the tunable optical receiver includes a Fabry-Perot type etalon filter having a plurality of transmission wavelengths.
  • the cross-sectional reflectance of the wavelength variable filter is 80 to 99%, more preferably 85 to 95%.
  • the frequency interval of the tunable filter is (n / (n + 1) ⁇ optical channel frequency interval) or ((n + 2) / (n + 1) ⁇ optical channel frequency interval) when the number of optical channels is n
  • the frequency interval of the tunable filter may have a ⁇ 10% error in the determined frequency interval.
  • the frequency interval of the tunable filter can be determined by ((n + 1) ⁇ optical channel frequency interval / 2) when the number of optical channels is n, it is preferable that such optical channel number n is 4 or 8. Do.
  • the wavelength variable filter may be temperature controlled by a heater or a thermoelectric element.
  • a lens for concentrating light passing through the wavelength variable filter to the light receiving portion of the photodiode may be further provided.
  • the tunable filter includes a dielectric film having a high refractive index and a low refractive index stacked on both surfaces of a semiconductor substrate including any one of silicon, InP, and GaAs to form a reflective film.
  • the repair of the cross section of the wavelength variable filter incident the laser light is incident and the incident laser light forms an angle of 0.2 to 2 °, it is more preferably formed between 0.4 to 1 °.
  • An isolator may be further provided between the optical fiber and the tunable filter to allow light to pass in only one direction.
  • the wavelength variable filter may be attached to an upper portion of a bridge stand, and a photodiode may be disposed below the bridge stand.
  • a lens for concentrating light passing through the wavelength variable filter to the light receiving portion of the photodiode may be attached to a lower portion of the bridge stand.
  • a thin film heater film for adjusting the temperature of the wavelength variable filter may be attached to an upper portion of the bridge-shaped stand, and the temperature of the wavelength variable filter is measured on one side of the upper portion of the bridge-shaped stand.
  • a thermistor can be further attached.
  • the optical receiver according to the present invention for achieving the above object is a variable wavelength filter for transmitting the laser light emitted from the optical fiber;
  • the wavelength variable filter has a feature that the temperature is controlled by the thermoelectric element.
  • the tunable filter includes a dielectric film having a high refractive index and a low refractive index stacked on both surfaces of a semiconductor substrate including any one of silicon, InP, and GaAs to form a reflective film.
  • the tunable filter, the APD chip, and the thermoelectric element are manufactured using a TO-type package having at least five pin insulated electrode pins sealed with at least five glass materials, and at least two electrode pins are used alone.
  • the glass sealing material is coupled to the stem of the TO-type package, and at least two electrode pins have an impedance matching structure of 50 ohms.
  • the electrode pins protruding into the TO can package of the electrode pins matched to the 50 ohms are surrounded by a metal stand to form a 50 ohm impedance match.
  • the APD chip and the tunable filter are disposed on the thermoelectric element and the TIA chip is disposed on the metal stand.
  • the thickness of the spacer layer of FIG. 1 is very difficult to vary from about 1,000 to 2,000 GHz with a desired frequency.
  • the frequency difference is more than 100 GHz in any case. I do not have the advantage of making the filter and the operation of the filter is very easy.
  • the optical receiver according to the present invention may have a fast wavelength tunable characteristic because the temperature-tuned wavelength-tuned filter is controlled by the thermoelectric element, the impedance of the TO-type package signal line is sealed in the TO stem glass
  • the impedance of the electrode pin portion protruding into the TO package as well as the impedance is matched to 50 ohms for good signal transmission characteristics, and the TIA chip is placed on the metal stand to shorten the distance from the APD chip placed on the thermoelectric element.
  • the signal transmission characteristic has a good effect.
  • 1 is an example of a wavelength tunable filter applied to a conventional optical receiver
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a process of selecting a desired optical channel in an optical receiver using a conventional tunable filter
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a process of selecting a desired optical channel in an optical receiver using a tunable filter according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a three-dimensional structural diagram of an optical receiver package using a tunable filter according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a process of inserting a signal transmission electrode pin into a through hole of a metal stand having a through hole formed therein for matching impedance of an exposed portion of the signal electrode pin according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • thermoelectric elements 2000: thermoelectric elements
  • APD avalanch photo diode
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating wavelength tunable characteristics of an optical receiver using a conventional tunable filter.
  • an optical channel having a wavelength of four channels is applied, each channel frequency interval is illustrated as 200 GHz, and four optical channels are named a, b, c, and d, respectively. Let's explain.
  • FIG. 2 (a) shows four optical channels a, b, c, and d arranged at a frequency interval of 200 GHz.
  • FIG. 2 (b) illustrates the transmission characteristics of the conventional tunable filter, and the optical channel selected when the conventional tunable filter has the transmission characteristic of the frequency indicated by the solid line (left) is shown in FIG. a channel.
  • the selected optical channel becomes the b channel of FIG. 2 (c).
  • the wavelength of the tunable filter should be changed to 20 ° C. so that the selective optical wavelength can be changed from channel a to channel b.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an operating principle of an optical receiver using a Fabry-Perot type etalon filter having a plurality of transmission frequency characteristics according to the present invention.
  • FIG. 3 (a) shows an optical signal frequency distribution of four channels having a frequency interval of 200 GHz.
  • the transmission frequency of the etalon filter may be tuned to the channel a as indicated by the solid line in FIG.
  • the FP type of the etalon filter does not pass through the FP type of the etalon filter even though there are a plurality of transmission frequency bands. You will not.
  • the transmission frequency of the FP-type tunable filter having a transmission characteristic such as the solid line of FIG. 3 (b) is shifted by 40 GHz to shift the transmission frequency of the FP-type tunable filter by 40 GHz.
  • the optical channel of channel b is selected. That is, if the frequency change of the tunable filter is 10 GHz / °C as shown in Figure 2, in the present invention, only the temperature of 4 °C need to be changed to select the adjacent channel. Therefore, the conventional wavelength tunable filter was able to select all channels only by changing the temperature of at least 60 °C, in the present invention can be selected only if the temperature is changed only at least 12 °C, the energy efficiency can be increased.
  • the frequencies of optical channels a, b, c, and d set in FIG. 3 (a) are 0 GHz, 200 GHz, 400 GHz, and 600 GHz, respectively.
  • the transmission frequency of the tunable filter composed of the FP type etalon filter is composed of frequencies of -160 GHz, 0 GHz, 160 GHz, 320 GHz, 480 GHz, ...
  • a channel (0 GHz) in which the transmission frequencies of the optical channel and the tunable filter coincide is selected.
  • the transmission frequency of the tunable filter is changed by 40 GHz, so that the transmission frequency of the tunable filter is changed to -120 GHz, 40 GHz, 200 GHz, 360 GHz, and 520 GHz.
  • the other channels not selected at this time are at least 40 GHz different from the transmission frequency of the adjacent tunable filter, thereby blocking the transmission of light.
  • the transmission frequency of the tunable filter is changed to -80 GHz, 80 GHz, 240 GHz, 400 GHz, or 560 GHz, and the transmittance of the tunable filter is c channel (400 GHz).
  • other channels that are not selected are at least 40 GHz different from the transmission frequency of the adjacent tunable filter, so that light transmission is blocked.
  • the frequencies of the set optical channels are 0 GHz, 200 GHz, 400 GHz, and 600 GHz, respectively.
  • the transmission frequency of the tunable filter composed of the FP type etalon filter is composed of frequencies of -240 GHz, 0 GHz, 240 GHz, 480 GHz, 720 GHz, ...
  • a channel (0 GHz) in which the transmission frequencies of the optical channel and the tunable filter coincide is selected.
  • the transmission frequency of the tunable filter is changed to -280 GHz, -40 GHz, 200 GHz, 440 GHz, or 680 GHz, and thus the transmission frequency of the tunable filter becomes b channel (200 GHz).
  • the other channels not selected at this time are at least 40 GHz different from the transmission frequency of the adjacent tunable filter, thereby blocking the transmission of light.
  • the transmission frequency of the tunable filter is changed to -320 GHz, -80 GHz, 160 GHz, 400 GHz, and 640 GHz, so that the transmission frequency of the tunable filter becomes c channel (400 GHz).
  • other channels that are not selected are at least 40 GHz different from the transmission frequency of the adjacent tunable filter, so that light transmission is blocked.
  • the frequency interval of the tunable filter when set to the following Equation 1 or Equation 2, it is possible to maximize the wavelength interval between the optical channel that should not be transmitted and the other transmission frequency of the tunable filter.
  • the frequency spacing of the tunable filter is not necessarily limited to the above equation, and even if there is a difference of about 10% of the frequency spacing obtained by the above equation, other channels are blocked when selecting a specific channel, which is a characteristic of the present invention. You can get the effect.
  • the frequency interval of the tunable filter is as follows. Equation 3 can be set.
  • FIG. 4 shows the operation characteristics when the number of optical communication channels considered is 4 and the optical communication frequency interval is 100 GHz, when the frequency interval of the tunable filter follows Equation 3 above. That is, when the number of optical communication channels n is four and the optical communication frequency interval dL is 100 GHz, the frequency interval of the tunable filter of FIG. 4 is calculated as in Equation 4 below.
  • a method of selecting a specific frequency among optical communication frequencies of 100 GHz 4 channels using the frequency interval 250 GHz of the wavelength tunable filter determined by Equation 4 is as follows.
  • the adjacent transmission frequency band of the tunable filter has a frequency difference of 50 GHz from the optical communication frequency band. Therefore, optical communication channels other than channel 2 cannot pass through the tunable filter.
  • the transmission frequency of the tunable filter is transmitted by the channel 3 frequency.
  • the transmission frequency of the tunable filter is transmitted by the channel 1 frequency. Therefore, any one frequency of four channels of 100 GHz interval can be selected and transmitted by changing the temperature of the tunable filter at 20 ° C. In order to tune and select four channels of the 100 GHz frequency interval using a tunable filter having a single transmission frequency characteristic, a change in the tunable filter temperature of 30 ° C. is required at least 30 ° C., thereby reducing the energy consumption.
  • laser light passing through the wavelength-tuned filter is collimated and typically has a diameter of about several hundred um, whereas in the optical receiver for high-speed communication, the light receiving area of the photodiode receiving light is only a few tens of um.
  • the FP type etalon filter according to the embodiment of the present invention is fabricated by stacking a dielectric film having a high refractive index and a low refractive index on both surfaces of a semiconductor substrate such as silicon, InP, GaAs, etc.
  • a reflecting film is formed on the incident end surface, and the reflecting film formed on the end face of this FP type etalon filter determines the transmission frequency characteristic according to the reflectance.
  • the cross-sectional reflectance of the FP-type etalon filter has a reflectance of 80 to 99%, and further preferably a reflectance of 85 to 95%. This is because when the reflectance is low, the transmission frequency characteristic of the tunable filter does not change rapidly, so that crosstalk occurs in adjacent channels that should not be transmitted. On the contrary, when the sectional reflectance of the tunable filter is too high, the insertion loss of the tunable filter becomes large. to be.
  • the reflective film of the FP type etalon filter is formed by stacking a dielectric film having a high refractive index and a low refractive index on both surfaces of a semiconductor substrate such as silicon, InP, or GaAs.
  • the optical receiver including the tunable filter according to the present invention be mounted in a package having a TO can package appearance, because the TO can package can lower the manufacturing cost at low cost.
  • the bridge-shaped stand 400 In the center of the bridge-shaped stand 400 is formed a hole (Hole) through which the laser light from the optical fiber can be received by the light-receiving portion of the photodiode 300, the bridge-shaped stand (
  • the thin film heater film 600 is attached to the upper portion of the 400 to apply heat to the tunable filter 100.
  • the thin film heater film 600 is capable of temperature control through the thermistor 500.
  • FIG. 6 shows the stem structure of the TO can-type package according to an embodiment of the present invention.
  • the stem 1000 forms a plurality of through holes in the stem base 1100 made of a circular plate metal such as iron or a cobar, and then attaches the electrode pins 1300 to the through holes. 1200) is manufactured in a sealed form combined.
  • reference numeral 1350 denotes an electrode pin for TIA chip data described later
  • reference numeral 1360 denotes an electrode pin for TIA chip data bar.
  • the number of the electrode pins 1300 is determined by the number of electrical elements and the number of electrodes required in the TO can package. However, in the case of optical receivers currently used in general, the area having a diameter of 6 mm or less is limited to mount the electrode pins 1300, and the size of the electrode pins 1300 is usually 0.2 to 0.4 mm in diameter. It has a width of the glass sealing member 1200 of the glass material to bond between the electrode pin 1300 and the stem base 1100 should also have a thickness of 0.3mm or more to ensure the stability of the glass sealing member 1200.
  • FIG. 8 illustrates a structure of a wavelength tunable optical receiver incorporating a thermoelectric element disposed on a stem base of a TO-type package according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric element + For the construction of the present invention, 1) thermoelectric element +, 2) thermoelectric element-, 3) thermistor, 4) APD chip bias electrode, 5) TIA chip VCC, 6) TIA chip data, 7) TIA chip data bar, 8) An electrode pin electrically isolated from the stem base 1100 of eight electrodes such as a TIA chip Vmon is required. In some cases, the TIA chip Vmon may be omitted.
  • the "thermoelectric element +" and the "thermoelectric element-” are electrodes required to heat or cool the thermoelectric element 2000 by applying electricity to the thermoelectric element 2000, and the thermistor electrode pin is a temperature of the upper plate of the thermoelectric element 2000.
  • FIG. 7 illustrates an electrode pin arrangement for satisfying the characteristics required by the present invention.
  • Eight electrode pins 1300 are sealed with five glass sealers 1200, at least two of the electrode pins 1350 and 1360 are sealed with independent glass sealers 1200, and six electrode pins 1300 are sealed. Dispersed and disposed in three glass sealant 1200, the two electrode pins 1300 in each glass sealer 1200 has a structure that is sealed with one glass sealer (1200) at the same time.
  • the electrode pins 1300 are arranged in a circle with respect to the center point of the stem 1000 so that they The electrode pin 1300 has excellent characteristics, and the two electrode pins 1350 and 1360 are sealed with independent glass sealers 1200, and are electrode pins for TIA data and TIA data bar requiring excellent transmission quality.
  • the stem base 1100 may further include a case electrode pin mounted to the stem base 1100.
  • the temperature control method using the thermoelectric element 2000 is proposed as the most effective method of using the present invention, but the method of controlling the temperature of the wavelength variable filter 6000 with a heater may also be used in the present invention. It can be implemented by the electrode pin structure shown. In the case of a heater, since it can be driven by one electrode pin 1300 and a common ground line applied to several devices at the same time, in this case, arrangement of the electrode pins 1300 of 7 pins is required. In this case, five glass sealers 1200 are used, and three electrode pins 1300 are independently sealed with each glass sealer 1200, and four electrode pins 1300 are bundled two by one to each one glass sealant ( 1200 to have a structure that is sealed.
  • the height of the thermoelectric device 2000 is about 1 mm, and the height of the APD chip 3000 is about 1.2 mm since the APD chip 3000 is disposed above the thermoelectric device 2000.
  • the TIA chip 4000 is bonded to the upper surface of the stem base 1100, a large height difference occurs between the APD chip 3000 and the TIA chip 4000, and accordingly, an electrical signal of the APD chip 3000 is generated by the Au wire. Severe signal loss occurs in the process of connecting the TIA chip 4000.
  • thermoelectric element 2000 can not handle the heat load, and thus the function of the thermoelectric element 2000 is lost.
  • This problem can be solved by placing the TIA chip 4000 on the metal stand 5000.
  • the metal stand 5000 arranges the TIA chip 4000 at a height similar to that of the APD chip 3000 disposed on the thermoelectric element 2000, so that the APD chip 3000 and the TIA chip 4000 are adjacent to each other at the closest distance. This can reduce signal loss.
  • the metal stand 5000 has a through hole therein to match the impedance of the TIA transmission signal electrode pins 1350 and 1360 to facilitate high-speed signal transmission.
  • the electrode pin 1300 of 7 pins or 8 pins is formed in the stem base 1100 having five through holes, and the wavelength of the thermoelectric element 2000 and the wavelength transmitted vary depending on the temperature.
  • the selective filter 3000, the APD chip 3000, and the TIA chip 4000 are disposed, but the TIA chip 4000 is disposed on the metal stand 5000 to minimize the separation distance between the APD chip 3000 and the TIA chip 4000.
  • the metal stand 5000 has a through hole, so that the impedance of the electrode pins 1350 and 1360 inserted into the through hole of the metal stand 5000 is matched to a predetermined value to the electrode pin 1350. 1360 has the advantage of improving the signal quality transmitted.
  • the metal stand 5000 has been described as matching two impedances of the electrode pins 1350 and 1360 by drilling two through holes in one metal stand. It is also possible to insert two metal stands with through holes in the signal transmission electrode pins 1350 and 1360.
  • the optical reception using the APD chip 3000 is taken as an example.
  • the photodiode having a PIN structure may be used instead of the APD chip 3000 to perform the function. .
  • variable wavelength filter 6000 is described as being fixedly attached to the upper portion of the thermoelectric element 2000 by using a support.
  • the variable support for fixing the variable wavelength filter has a low expansion and a good heat transfer rate depending on the temperature. This is appropriate, and such a material can be applied to silicon or AlN substrates.

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Abstract

본 발명은 복수 개의 투과 파장 특성을 갖는 파장 가변 필터를 이용하여 선택되는 파장을 가변시킬 수 있도록 하는 광 수신기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광 수신기는 광섬유로부터 발산되는 레이저 빛이 투과하는 파장 가변 필터(100)와; 상기 파장 가변 필터(100)를 투과하는 레이저 빛을 수신하는 포토 다이오드(300);가 구비된 파장 가변 광 수신기로서, 상기 파장 가변 필터(100)는 복수 개의 투과 파장을 가지는 Fabry-Perot 형의 에탈론 필터로 이루어져, 특정 파장의 채널에서 다른 파장의 채널로 이동시킬 경우 전 채널을 선정한 FP 에탈론 필터의 투과 피크와 다른 피크가 광 채널을 선정하게 함으로써 파장 가변 필터의 온도 변화를 줄여줄 수 있도록 제공된다. 또한 본 발명에 따른 광 수신기는 스템 베이스의 상부에 열전소자가 배치되고, 상기 열전소자의 상부에 수광용 포토 다이오드 칩이 배치되며, 상기 수광용 포토 다이오드 칩의 상부에 열전소자의 온도에 따라 투과되는 파장이 달라지는 파장 가변 필터가 배치되어, 열전소자에 의해 선택되는 파장이 변화하는 방법을 채택하여 빠른 파장 가변 특성을 얻을 수 있고 신호 전송 품질을 개선할 수 있게 된다.

Description

파장 가변 필터를 이용한 광 수신기
본 발명은 광 수신기에 관한 것으로, 특히 복수 개의 투과 파장 특성을 갖는 파장 가변 필터를 이용하여 선택되는 파장을 가변시킬 수 있도록 하는 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기에 관한 것이다.
근래에 들어 스마트폰 등의 동영상 서비스를 비롯하여 통신 용량이 매우 큰 통신 서비스들이 출시되고 있다. 이에 따라 종래의 통신 용량을 대폭적으로 증가시킬 필요가 대두 되고 있는데, 이러한 통신 용량 증가 방법의 하나로 이미 종래에 포설되어 있는 광섬유를 이용하는 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 방식의 통신 방식이 채택되고 있다. 상기 DWDM은, 파장이 서로 다른 레이저 빛들이 서로 간섭하지 않아 하나의 광섬유를 통하여 동시에 여러 가지 파장의 빛 신호를 전송하여도 신호 간에 간섭이 없는 현상을 이용한 것으로, 하나의 광섬유로 여러 파장의 빛을 동시에 전송하는 방식을 말한다.
현재 세계적으로 NG-PON2(Next Generation - Passive Optical Network version 2)라는 규격이 합의되고 있으며, 이러한 NG-PON2 규격에는 전화국에서 가입자로의 하향 광신호로 4 채널의 파장을 설정하고 있다. 이러한 4채널의 파장 간격은 100GHz 또는 200GHz의 파장 간격을 설정하고 있다.
이러한 NG-PON2 규격에서 하나의 가입자는 하나의 파장을 선택하여 광수신을 하여야 하며, 이러한 파장의 분리는 파장을 분리하는 고정 장치로 특정한 파장의 채널 광신호를 광 수신기에 입력시킴으로써 하향 광신호를 수신하는 방법이 가능하다. 그러나 이러한 고정된 파장을 특정한 광섬유로 분리하고, 특정 광섬유에 결합된 파장의 종류에 관계없이 광수신을 하는 형태의 광 수신기는 광선로 할당이 동적으로 이루어지지 않아 광선로의 관리에 어려움이 있어 왔다.
이러한 문제를 해결하기 위해 광 수신기에서 동적으로 수신 파장을 결정할 수 있는 파장 가변 광 수신기가 개발되어 왔다. 이러한 파장 가변 광 수신기에 사용되는 파장 가변 필터는 일반적으로 유리 재질의 기판에 비정질 실리콘과 SiO2 등을 교대로 증착하여 특정한 파장만을 투과시키는 필터가 사용되고 있다.
도 1은 미국특허 US 6,985,281호에 적용된 파장 가변 필터를 나타낸 것으로, 상기 미국특허의 파장 가변 필터는 기존에 사용되고 있는 유리 재질의 기판에 비정질 실리콘과 SiO2 등을 교대로 증착하여 특정한 파장만을 투과시킬 수 있도록 하고 있다. 이러한 미국특허에서 스페이서(spacer)로 사용되는 비정질 실리콘은 온도에 따른 굴절률 변화가 10-4 정도의 값을 가져, 파장 선택성 필터의 온도를 1℃ 정도 바꾸어주면 파장 선택성 필터를 투과하는 빛의 주파수가 약 10GHz 정도 바뀌게 되는 특성을 가지게 된다. 이러한 파장 가변 필터는 수십 nm의 파장 대역에서 단지 하나의 투과 피크를 가지고 있는데, 이러한 필터를 미리 정해진 4 파장의 채널에 대응시키기 위해서는 도 1의 스페이서(spacer) 층으로 사용되는 비정질 실리콘의 두께가 매우 정밀하게 제작되어야 한다. 그러나 이러한 비정질 실리콘의 두께 조절은 매우 어려우며, 이에 따라 파장 가변 필터가 원하는 파장에서 수 nm 떨어지게 제작되는 경우가 빈번하게 발생하는 등 파장 가변 필터의 제작에 어려움이 있어 왔다.
한편, NG-PON2의 규격에서는 파장 가변 필터를 통과한 파장의 빛 신호를 수신하는 광수신 소자로 APD(avalanch photo diode)를 제시하고 있다. 또한 파장 가변 광 수신기는 10Gbps급의 고속 신호를 수신하여야 하므로 신호의 왜곡이 발생하지 않도록 제작되어야 한다. 10Gbps급의 신호를 잘 수신하기 위해서는 패키지의 신호 전송선이 10Gbps급의 신호를 잘 수신하기 위해 신호 전송선로의 RF 임피던스(impedance)가 잘 매칭되어야 한다. 이러한 파장 가변 필터는 온도의 변화에 의해 투과되는 파장이 달라지는 특성이 있어 특정한 파장을 가변하여 수신하기 위해서는 파장 가변 필터의 온도를 바꾸어 주는 방법이 필요하다.
상기 도 1의 미국 특허에서는 파장 가변 필터에 박막의 형태로 제작되는 히터(heater)를 이용하여 파장 가변 필터의 온도를 조절할 수 있도록 하고 있다. 그러나 히터(heater)를 사용할 경우에 온도의 상승은 용이하게 이루어 질 수 있으나 온도의 하강은 열 방열에 의해 수동적으로 이루어지므로 온도 하강 시간을 조절하기 어려운 단점이 있다.
또한, 히터(heater)를 사용하여 파장 가변 필터의 온도를 바꾸어 일정한 온도로 유지하기 위해서는 최소한 외부 환경 온도보다 높은 온도 조건에서 파장 가변 필터의 온도를 조절하여야 한다. 그러므로 외부 환경 온도가 85℃ 까지 변화할 경우 파장 가변 필터의 온도는 최소한 85℃ 이상, 바람직하게는 105℃ 이상의 온도 조건에서 온도를 바꾸어 파장 가변 필터의 투과 파장을 조절하여야 한다. NG-PON2에서는 2.4nm의 파장이 가변 될 것을 요구하고 있으며, 이에 따라 파장 가변 필터는 최소 105℃∼130℃ 구간에서 운용되어야 한다. 하지만, 이러한 온도는 매우 높은 온도로써 에폭시 등의 고분자 계열 접착제의 온도 안정성에 문제가 일어나는 온도이므로, 파장 가변 필터의 조립시에 에폭시를 사용할 수 없는 문제가 발생한다.
NG-PON2의 통신 시스템에서는 저가의 광소자를 요구하며 TO(transistor outline)형 패키지가 저가의 광소자 패키지로 사용되고 있다. TO형 패키지는 복수개의 관통공이 뚫린 금속 판재에 유리로 절연 및 밀봉되는 전극핀을 삽입한 구조로 제작되는 스템과 스템 상부에 배치되는 광부품들을 덮는 뚜껑으로 구성되는 형태의 패키지이다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
미국특허 US 6,985,281호 (2006.01.10)
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 에탈론 필터를 이용하여 복수 개의 투과 피크 특성을 갖도록 하는 파장 가변 광 수신기를 제공하는 데 있다.
특히, 본 발명은 저가의 TO형 패키지를 사용하되 종래 규격화된 SFP 트랜시버 케이스에 장착이 가능한 크기로 제작 가능한 파장 가변 광 수신기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 파장 가변이 가능한 광 수신기에 있어서 파장 가변 필터의 온도 조절이 용이하고 초고속 통신이 가능하며 저자로 제작 가능한 TO형의 파장 가변 광 수신기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 수신기는 광섬유로부터 발산되는 레이저 빛이 투과하는 파장 가변 필터와; 상기 파장 가변 필터를 투과하는 레이저 빛을 수신하는 포토 다이오드;가 구비된 파장 가변 광 수신기로서, 상기 파장 가변 필터는 복수 개의 투과 파장을 가지는 Fabry-Perot 형의 에탈론 필터로 이루어진다.
상기 파장 가변 필터의 단면 반사율은 80∼99％, 더 바람직하게는 85∼95％인 것이 적절하다.
또한, 상기 파장 가변 필터의 주파수 간격은 광 채널 수를 n이라 할 때, (n / (n+1) × 광채널 주파수 간격) 또는 ((n+2) / (n+1) × 광채널 주파수 간격)으로 결정되는게 바람직한데, 이 파장 가변 필터의 주파수 간격은 상기 결정되는 주파수 간격에서 ±10％ 오차가 발생할 수 있다. 또한, 상기 파장 가변 필터의 주파수 간격은 광 채널 수를 n이라 할 때, ( (n+1) × 광채널 주파수 간격 / 2 )에 의해 결정될 수 있는데, 이러한 광 채널 수 n은 4 또는 8인 것이 바람직하다.
한편, 상기 파장 가변 필터는 히터 또는 열전소자에 의해 온도가 조절될 수 있다.
또한, 상기 파장 가변 필터를 투과하는 빛을 포토 다이오드의 수광부로 집중시키는 렌즈가 더 구비될 수 있다.
상기 파장 가변 필터는 실리콘, InP, GaAs 중 어느 하나의 재질을 포함하는 반도체 기판의 양면에 굴절률이 높고 낮은 유전체 박막이 적층되어 반사막이 형성된다.
한편, 상기 레이저 빛이 입사하는 파장 가변 필터 단면의 수선과 입사되는 레이저 빛은 0.2∼2°의 사이각을 형성하는데, 상기 사이각은 0.4∼1°로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 광섬유와 파장 가변 필터 사이에 한쪽 방향으로만 빛을 통과시키는 아이솔레이터가 더 구비될 수 있다.
한편, 상기 파장 가변 필터는 Bridge(교각) 모양 스탠드의 상부에 부착되며, 상기 Bridge(교각) 모양 스탠드의 하부에는 포토 다이오드가 배치될 수 있다. 또한, 상기 Bridge(교각) 모양 스탠드의 하부에, 상기 파장 가변 필터를 투과하는 빛을 포토 다이오드의 수광부로 집중시키는 렌즈가 부착될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 Bridge(교각) 모양 스탠드 상부에, 상기 파장 가변 필터의 온도를 조절하는 박막형 히터 필름이 부착될 수 있으며, 이 Bridge(교각) 모양 스탠드의 상부 일측에는 상기 파장 가변 필터의 온도를 측정하기 위한 써미스터가 더 부착될 수 있다.
한편,상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 수신기는 광섬유로부터 발산되는 레이저 빛이 투과하는 파장 가변 필터와; 상기 파장 가변 필터를 투과하는 레이저 빛을 수신하는 10Gbps급의 고속 동작 속도를 가지는 APD(avalanch photo diode) 칩과 TIA(Transimpedance) 칩 및 열전소자, 열전소자의 온도를 측정하는 써미스터;가 구비된 파장 가변 광 수신기로서, 상기 파장 가변 필터는 열전소자에 의해 온도가 조절 되는 특징을 가지고 있다.
상기 파장 가변 필터는 실리콘, InP, GaAs 중 어느 하나의 재질을 포함하는 반도체 기판의 양면에 굴절률이 높고 낮은 유전체 박막이 적층되어 반사막이 형성된다.
상기 파장 가변 필터 및 APD 칩, 열전소자는 최소한 5개 이상의 유리 재질로 밀봉되는 7핀(pin) 이상의 절연된 전극핀을 가지는 TO형 패키지를 이용하여 제작되는데, 최소한 2개 이상의 전극핀은 단독으로 유리 밀봉재에 의해 TO형 패키지의 스템과 결합하고, 최소한 2개 이상의 전극핀은 50ohm으로 임피던스 매칭(impedance matching) 된 구조를 가진다.
상기 50ohm으로 임피던스 정합 된 전극핀의 TO can형 패키지 내부로 돌출된 전극핀은 금속 스탠드로 둘러 쌓여져 50ohm 임피던스 정합을 이루게 된다.
상기 APD 칩 및 파장 가변 필터는 열전소자 위에 배치되고 TIA 칩은 금속 스탠드 위에 배치된다.
본 발명에 따른 광 수신기에 적용되는 파장 가변 필터는 실리콘 등의 반도체 기판이 매우 정밀하게 두께 조절된 후 기판의 양면에 반사막이 코팅되어 제작됨으로써 파장 조절이 매우 용이한 효과가 있다. 즉, 도 1에 도시된 미국특허는 200GHz의 주파수 간격을 가지는 4 채널의 광통신에 적용할 경우, 최소 600GHz의 투과 주파수 조정이 필요하여 4 채널 중 어느 한 채널에 투과 주파수가 조정된 상태에서 최소 60℃의 온도 변화를 주어야 다른 전 채널에 동조 대응시킬 수 있게 된다. 이에 비해 본 발명에 따른 파장 가변 필터는 어느 한 채널에 동조되어 있을 때 150GHz의 투과 주파수 조정을 통하여 다른 3개의 광 채널 중 임의의 채널에 동조시킬 수 있어 단지 15℃의 온도 변화만으로도 상기 미국특허에서와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 미국특허의 경우 도 1의 스페이서(spacer) 층의 두께 조절이 매우 어려워 원하는 주파수와 1,000∼2,000GHz 정도 차이가 나는 경우가 매우 빈번한데 비해, 본 발명에서는 어떠한 경우에서도 100GHz 이상의 주파수 차이가 나는 경우가 없어 필터의 제작과 필터의 운용이 매우 용이한 장점이 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 광 수신기는 온도에 의해 조절되는 파장 가변 필터가 열전소자에 의해 온도가 조절되므로 빠른 파장 가변 특성을 가질 수 있으며, TO형 패키지 신호선의 임피던스가 TO 스템에 유리로 밀봉된 부분뿐만 아니라 TO 패키지의 내부로 돌출되는 전극핀 부분의 임피던스도 50ohm으로 임피던스 정합되어 신호 전달 특성이 좋으며, TIA 칩이 금속 스탠드 위에 배치되어 열전소자 위에 배치되는 APD 칩과의 거리가 최단 거리화되어 신호 전송 특성이 좋은 효과가 있다.
도 1은 종래 광 수신기에 적용되는 파장 가변 필터의 일례,
도 2는 종래 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기에서 원하는 광 채널을 선정하는 과정을 나타낸 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기에서 원하는 광 채널을 선정하는 과정을 나타낸 개념도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기에서 원하는 광 채널을 선정하는 과정을 나타낸 개념도,
도 5는 본 발명에 따른 파장 가변 필터가 구비된 광 수신기에서 레이저 빛을 수신하는 과정을 나타낸 개념도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기 패키지의 입체 구조도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 복수개의 전극핀을 가지는 스템 구조
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자가 내장된 파장 가변 광 수신기의 구조도,
도 9는 8개의 전극핀을 각각의 유리 밀봉재로 밀봉하였을 경우의 스템 구조,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 신호 전극핀의 노출 부분의 임피던스를 정합하기 위해 내부에 관통공이 뚫린 금속 스탠드의 관통공에 신호 전송용 전극핀을 삽입하는 과정을 보여주는 개념도이다.
[부호의 설명]
100 : 파장 가변 필터
200 : 렌즈
300 : 포토 다이오드
400 : Bridge(교각) 모양 스탠드
500 : 써미스터
600 : 박막형 히터 필름
1000 : 스템
1100 : 스템 베이스
1200 : 유리 밀봉재
1300 : 전극핀
1350 : TIA 칩 data용 전극핀
1350 : TIA 칩 data bar용 전극핀
2000 : 열전소자
2100: 써미스터
3000 : APD(avalanch photo diode) 칩
4000 : TIA(Trans impedance amplifier) 칩
5000 : 내부에 관통공이 뚫린 금속 스탠드
6000 : 온도에 의해 투과되는 파장이 변화하는 파장 가변 필터
9000 : 파장 가변 필터를 투과하는 빛
9100 : 파장 가변 필터에서 반사하는 빛
이하, 본 발명의 한정하지 않는 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 종래 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기의 파장 가변 특성을 나타낸 개념도이다. 도 2에서, 본 발명을 이해를 돕기 위해, 4 채널의 파장을 가지는 광채널을 적용하고, 각각의 채널 주파수 간격을 200GHz로 예시하며, 4개의 광 채널을 각각 a, b, c, d로 명칭하여 설명하기로 한다.
도 2의 (a)는 4개의 광 채널 a, b, c, d가 200GHz의 주파수 간격으로 배치되어 있는 모습을 보여준다. 도 2의 (b)는 기존의 파장 가변 필터의 투과 특성을 예시한 것으로, 기존의 파장 가변 필터가 실선(좌측)으로 표시된 주파수의 투과 특성을 가지는 경우 선택되는 광 채널은 도 2 (c)의 a 채널이 된다. 이때, 파장 가변 필터의 온도를 바꾸어 도 2 (b)의 점선(우측)과 같은 투과 특성을 가지도록 할 경우 선택되는 광 채널은 도 2 (c)의 b 채널이 된다.
이때 광 채널 간의 간격이 200GHz이므로 이러한 기존의 파장 가변 필터의 주파수 변화가 10GHz/℃라고 할 때, 파장 가변 필터의 온도를 20℃ 바꾸어 주어야 채널 a에서 채널 b로 선택 광파장이 변경될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 복수 개의 투과 주파수 특성을 가지는 Fabry-Perot 형의 에탈론 필터를 이용한 광 수신기의 동작 원리를 나타낸 개념도이다.
도 3의 (a)는 200GHz의 주파수 간격을 가지는 4 채널의 광신호 주파수 분포를 보여준다.
한편, 본 발명에 따른 광 수신기에 적용된 Fabry-Perot 형의 에탈론 필터의 주파수 간격이 160GHz라고 하면, 도 3 (b)의 실선으로 표시된 바와 같이 에탈론 필터의 투과 주파수가 채널 a와 동조되고 있을 때, 에탈론 필터의 다른 투과 주파수는 광채널의 다른 채널과 주파수가 일치하지 않기 때문에 FP형의 에탈론 필터는 복수 개의 투과 주파수 대역이 존재함에도 불구하고 다른 광채널들이 FP형의 에탈론 필터를 투과하지 못하게 된다.
이러한 도 3 (b)의 실선과 같은 투과 특성을 가지는 FP형 에탈론 필터의 온도를 바꾸어 FP형의 파장 가변 필터의 투과 주파수를 40GHz 이동시켜 도 3 (b)의 점선과 같은 FP형의 투과 주파수 특성을 가지도록 하면 채널 b의 광채널이 선택되게 된다. 즉, 파장 가변 필터의 주파수 변화가 도 2에서와 같이 10GHz/℃라면, 본 발명에서는 인접 채널을 선택하기 위해 단지 4℃의 온도만 바꾸어주면 된다. 그러므로 기존의 파장 가변 필터로는 최소 60℃의 온도를 바꾸어야 전채널을 선택할 수 있었으나, 본 발명에서는 단지 최소 12℃만의 온도를 바꾸어주어도 전채널을 선정할 수 있게 되므로, 에너지 효율이 높아질 수 있다.
이를 보다 상세히 설명하기 위해, 본 발명의 실시예로 도 3의 (a)에서 설정된 광 채널 a, b, c, d의 주파수를 각각 0GHz, 200GHz, 400GHz, 600GHz로 가정하자. 또한, FP형 에탈론 필터로 이루어진 파장 가변 필터의 투과 주파수가 ... -160GHz, 0GHz, 160GHz, 320GHz, 480GHz, ...의 주파수로 구성된다고 가정하자.
이 경우 광 채널과 파장 가변 필터의 투과 주파수가 일치하는 a 채널(0GHz)이 선정된다. 이러한 파장 가변 필터의 온도를 4℃ 증가시키면 파장 가변 필터의 투과 주파수는 40GHz 변화되어, -120GHz, 40GHz, 200GHz, 360GHz, 520GHz으로 바뀌게 되고, 이에 따라 파장 가변 필터의 투과 주파수는 b 채널(200GHz)이 된다. 이때 선택되지 않는 다른 채널들은 인접한 파장 가변 필터의 투과 주파수와 최소 40GHz 차이가 나게 되어 빛의 투과가 차단된다.
이때, 또다시 파장 가변 필터의 온도를 4℃ 증가시키면 파장 가변 필터의 투과 주파수는 -80GHz, 80GHz, 240GHz, 400GHz, 560GHz로 바뀌게 되어, 파장 가변 필터의 투과 주파수는 c 채널(400GHz)가 된다. 이때에도 선택되지 않는 다른 채널들은 인접한 파장 가변 필터의 투과 주파수와 최소 40GHz 차이가 나게 되어 빛의 투과가 차단된다.
본 발명의 다른 실시예로, 설정된 광 채널의 주파수를 a, b, c, d 채널을 각각 0GHz, 200GHz, 400GHz, 600GHz라 가정하자. 또한, FP형 에탈론 필터로 이루어진 파장 가변 필터의 투과 주파수가 ... -240GHz, 0GHz, 240GHz, 480GHz, 720GHz, ...의 주파수로 구성된다고 가정하자.
이 경우 광채널과 파장 가변 필터의 투과 주파수가 일치하는 a 채널(0GHz)이 선정된다. 이러한 파장 가변 필터의 온도를 4℃ 감소시키면, 파장 가변 필터의 투과 주파수는 -280GHz, -40GHz, 200GHz, 440GHz, 680GHz로 바뀌게 되고, 이에 따라 파장 가변 필터의 투과 주파수는 b 채널(200GHz)이 된다. 이때 선택되지 않는 다른 채널들은 인접한 파장 가변 필터의 투과 주파수와 최소 40GHz 차이가 나게 되어 빛의 투과가 차단된다.
이때, 또다시 파장 가변 필터의 온도를 4℃ 감소시키면 파장 가변 필터의 투과 주파수는 -320GHz, -80GHz, 160GHz, 400GHz, 640GHz로 바뀌게 되어 파장 가변 필터의 투과 주파수는 c 채널(400GHz)이 된다. 이때에도 선택되지 않는 다른 채널들은 인접한 파장 가변 필터의 투과 주파수와 최소 40GHz 차이가 나게 되어 빛의 투과가 차단된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 FP형 에탈론 필터가 적용된 파장 가변 필터에서 고려하는 광 파장의 채널 수를 n이라 하고, 고려되는 광통신 채널의 주파수 간격을 dL GHz라 하면, 상기 파장 가변 필터의 주파수 간격은 다음의 수학식 1 또는 수학식 2로 설정할 경우, 투과되지 않아야 할 광 채널과 파장 가변 필터의 다른 투과 주파수와의 파장 간격을 극대화할 수 있게 된다.
수학식 1
Figure PCTKR2014004245-appb-M000001
수학식 2
Figure PCTKR2014004245-appb-M000002
하지만, 파장 가변 필터의 주파수 간격이 꼭 상기 식으로 제한될 필요는 없으며, 상기 식으로 얻어지는 주파수 간격의 10％ 정도 차이가 나더라도, 본 발명이 구하고자 하는 특성인 특정 채널 선정시 다른 채널은 차단되는 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 도 2에 적용된 종래의 파장 가변 필터는 도 1의 스페이서(spacer) 층의 두께에 따라 투과 주파수의 위치가 매우 넓은 범위에서 변화하게 되므로, 특정 주파수에 인접하게 투과 파장을 조절하기는 매우 어려운 문제가 있다. 그러나 본 발명에서는 무한히 연속되는 FP형 에탈론 필터의 투과 특성으로 인하여 제작되는 파장 가변 필터의 투과 주파수가 특정 광 채널과 최소 100GHz 이상 벌어지지 않게 된다. 그러므로 본 발명에 의한 파장 가변 필터를 이용하는 광 수신기의 제작이 용이해질 수 있다.
상기 도 3의 설명을 통하여, 파장 간격이 200GHz인 광신호 중 특정 파장을 선택하여 수신할 수 있는 파장 가변 필터의 채널 간격을 입사하는 광신호의 채널 간격과 채널수로 설정하는 방법에 대하여 설명하였다. 하지만, 상기 파장 가변 필터의 채널 간격은 도 3의 방법 이외에도 다른 방법으로 설정할 수도 있는데, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기에서 원하는 광 채널을 선정하는 과정을 나타낸 개념도이다.
본 발명에 따른 FP형 에탈론 필터가 적용된 파장 가변 필터에서 고려하는 광 파장의 채널 수를 n이라 하고, 고려되는 광통신 채널의 주파수 간격을 dL GHz라 하면, 상기 파장 가변 필터의 주파수 간격은 다음의 수학식 3으로 설정할 수 있다.
수학식 3
Figure PCTKR2014004245-appb-M000003
도 4는 고려되는 광통신 채널수가 4개이며, 광통신 주파수 간격이 100GHz의 경우, 파장 가변 필터의 주파수 간격이 상기 수학식 3을 따를 때의 동작 특성을 보이고 있다. 즉, 광통신 채널수(n)가 4개이고, 광통신 주파수 간격(dL)이 100GHz 일때, 도 4의 파장 가변 필터의 주파수 간격은 다음의 수학식 4와 같이 계산된다.
수학식 4
Figure PCTKR2014004245-appb-M000004
상기 수학식 4에 의해 결정된 파장 가변 필터의 주파수 간격 250GHz를 이용하여 100GHz 4채널의 광통신 주파수 중 특정 주파수를 선정하는 방법은 다음과 같다. 특정 온도(T = Tref)에서 파장 가변 필터가 채널 2(ch2)의 주파수를 선정할 때 파장 가변 필터의 인접 투과 주파수 대역은 광통신 주파수 대역과 50GHz의 주파수 차이가 발생하게 된다. 그러므로 채널 2 이외의 다른 광통신 채널은 파장 가변 필터를 투과하지 못하게 된다. 파장 가변 필터의 온도를 T = Tref - 5℃로 조정할 경우 파장 가변 필터의 투과 주파수는 50GHz 정도 이동되게 되어 채널 2는 투과하지 못하고 채널 4 주파수가 투과하게 된다. 파장 가변 필터의 온도를 T = Tref + 10℃로 조정할 경우 파장 가변 필터의 투과 주파수는 채널 3 주파수가 투과하게 된다. 파장 가변 필터의 온도를 T = Tref - 10℃로 조정할 경우 파장 가변 필터의 투과 주파수는 채널 1 주파수가 투과하게 된다. 그러므로 파장 가변 필터의 온도 20℃의 변화로 100GHz 간격 4채널의 주파수중 임의의 주파수 하나를 선택하여 투과시킬 수 있다. 이는 단일 투과 주파수 특징을 가지는 파장 가변 필터를 이용하여 100GHz 주파수 간격 4 채널을 동조 선택하기 위해서는 최소 30℃의 파장 가변 필터 온도 변화가 필요함에 비해 온도의 변화폭이 적어 에너지 소모량이 줄어드는 효과가 있다.
한편, 에탈론 필터는 투과 주파수 특성이 빛의 입사 각도에 따라 달라지게 되므로, 높은 신호-잡음 비율을 얻기 위해서는 에탈론 필터로 이루어지는 파장 가변 필터로 입사하는 레이저 빛이 시준화가 되어 있는 것이 바람직하다. 광섬유를 통하여 전달되는 광신호는 광섬유를 벗어나면서 발산하게 되는데, 이렇게 발산하는 레이저 빛을 시준화 시키기 위해 Graded Index lens를 광섬유 종단에 부착하여 사용하는 것이 바람직하다.
특히, 시준화 되어 파장 가변 필터를 통과하는 레이저 빛의 경우 통상적으로 직경이 수백 um 정도 되는데 비해, 고속 통신용 광 수신기에 있어 빛을 수신하는 포토 다이오드의 수광 영역은 수십 um에 불과하므로, 도 5에서와 같이 파장 가변 필터(100)를 투과하는 레이저 빛이 포토 다이오드(300)의 수광 영역으로 집중될 수 있도록 렌즈(200)를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 도 3과 도 4에서 어느 한 채널이 선정될 경우 다른 채널의 광신호는 차단되어야 하며, 이러한 차단율은 FP형 에탈론 필터의 투과 주파수 특성의 급준(sharpness)으로 결정되어 진다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 FP형 에탈론 필터는 실리콘, InP, GaAs 등의 반도체 기판 양면에 굴절률이 높고 낮은 유전체 박막이 적층되어 제작되는데, 이렇게 제작된 FP형 에탈론 필터는 레이저 빛이 입사하는 단면에 반사막이 형성되며, 이 FP형 에탈론 필터의 단면에 형성된 반사막은 그 반사율에 따라 투과 주파수 특성을 결정되게 된다. 본 발명의 실시예에서 상기 FP형 에탈론 필터의 단면 반사율은 80∼99％의 반사율을 가지는 것이 적절하며, 더 나아가 85∼95％의 반사율을 가지는 것이 바람직하다. 이는 반사율이 낮을 경우 파장 가변 필터의 투과 주파수 특성이 급격하게 변화하지 않아 투과하지 않아야 할 인접 채널에서 누화가 일어나고, 반대로 파장 가변 필터의 단면 반사율이 너무 높을 경우에는 파장 가변 필터의 삽입 손실이 커지기 때문이다. 이러한 FP형 에탈론 필터의 반사막은 실리콘, InP, GaAs 등의 반도체 기판 양면에 굴절률이 높고 낮은 유전체 박막이 적층되어 형성되게 된다.
또한, FP형의 에탈론 필터는 에탈론 필터로 입사하는 광축과 수직으로 배치되는 것이 바람직하다. 이는 빛의 입사각이 수직에 가까울 때 입사하는 레이저 빛의 발산각에 따른 투과 파장 오차가 줄어들어 신호 대 잡음 비율이 높아지기 때문이다. 하지만, 레이저 빛이 정확히 FP형 에탈론 필터에 수직으로 입사하게 되면, 입사하는 레이저 빛 중 반사하는 성분이 다시 광섬유로 돌아가는 문제가 발생하므로, FP형의 에탈론 필터 단면의 수선과 레이저 빛의 입사각을 0.2∼2°정도로 조절하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 에탈론 필터 단면의 수선과 레이저 빛의 입사각을 0.4∼1.0°정도로 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 레이저 빛과 종래의 파장 가변 필터는 투과 파장의 피크가 설계에서 수 nm 벗어나는 일이 발생할 수 있고, 이를 온도로 보상하기 위해서는 추가적으로 수십도의 온도 조절이 필요하다. 그러므로 이러한 큰 온도차이를 적용하지 않고 종래의 파장 가변 필터의 배치를 바꾸어 각도로 투과 파장을 조절하는 일이 발생하였다. 그러나 본 발명에서는 FP형 에탈론 필터의 주기를 160GHz로 하였을 경우 어떠한 경우에도 특정 파장의 ±80GHz 이내에 복수 개의 에탈론 투과 피크 중 어느 하나가 존재하게 되므로 ±8℃의 온도 조절로 에탈론 필터의 파장 조절이 가능해진다. 더 나아가, 추가로 16℃의 온도 조절로 모든 채널을 동조 투과시킬 수 있으므로 최대 24℃의 온도 조절만으로 FP형 에탈론 필터를 모든 채널에 동조시킬 수 있게 된다.
또한, 광섬유에서 출사된 레이저 빛이 FP형의 에탈론 필터에서 반사되어 다시 광섬유로 입사하는 것을 방지하기 위하여 광섬유와 FP형의 에탈론 필터 사이에 레이저 빛 아이솔레이터를 더 구비할 수 있다. 상기 아이솔레이터는 빛의 편광을 이용하여 한쪽 방향으로만 빛을 통과시키는 기기를 의미한다.
한편, 본 발명에 따른 파장 가변 필터의 온도를 바꾸어주기 방안으로 여러 가지 온도 조절 수단이 강구될 수 있는데, 예를 들면 파장 가변 필터에 히터를 장착하는 방법과 파장 가변 필터를 열전 소자 상부에 배치하는 방법이 있을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 파장 가변 필터를 포함하는 광 수신기는 TO can형의 패키지 외형을 가지는 패키지에 장착되는 것이 바람직한데, 이는 TO can형 패키지가 저가로서 제작 비용을 낮출 수 있기 때문이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유로부터 포토 다이오드로 수광되는 빛의 경로를 나타낸 개념도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광섬유로부터 발산되는 레이저 빛은 수직으로 파장 가변 필터(100)을 투과한다. 상기 파장 가변 필터(100)를 투과된 평행광은 렌즈(200)에서 포커싱(Focusing) 되어 포토 다이오드(300)에 수광되게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기의 기능을 갖는 티오(Transistor outline ; TO)형 패키지의 내부 입체 구조도를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 광 수신기의 기능을 갖는 티오형 패키지는 티오형 스템 베이스(stem base)의 상부에 포토 다이오드(300)가 부착되고, 이 포토 다이오드(300) 위쪽으로 렌즈(200)와 파장 가변 필터(100)가 설치된다. 본 발명의 실시예에서 상기 렌즈(200) 및 파장 가변 필터(100)를 포토 다이오드(300) 상부에 일렬로 정렬시키기 위해 Bridge(교각) 모양의 스탠드(400)를 이용하게 되는데, 이 Bridge(교각) 모양 스탠드(400)는 교각 또는 책상 다리 등의 형태로 이루어지며, 유리(glass), 쎄라믹(ceramic) 등과 같이 열전도율이 낮은 어느 하나의 재질을 포함하여 이루어진다. 상기의 구성으로 이루어진 Bridge(교각) 모양 스탠드(400)의 상부면 상부에는 파장 가변 필터(100)가 배치되고, Bridge(교각) 모양 스탠드(400)의 상부면 저면에는 렌즈(200)가 배치된다.
상기 Bridge(교각) 모양의 스탠드(400)의 중심부에는 광섬유로부터 나오는 레이저 빛이 포토 다이오드(300) 수광부에 수광될 수 있도록 관통되는 홀(Hole)이 형성되고, 이 Bridge(교각) 모양의 스탠드(400)의 상부에는 박막형 히터 필름(600)이 부착되어 있어 파장 가변 필터(100)에 열을 가해줄 수 있는데, 이 박막형 히터 필름(600)은 써미스터(500)를 통하여 온도 조절이 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에서는 상기 Bridge(교각) 모양 스탠드(400)의 상부에 부착된 파장 가변 필터(100)와 하부에 부착된 렌즈(200)의 배치를 하나의 블록으로 형성하여, 광섬유로부터 나온 레이저 빛이 포토 다이오드(300)의 수광부에 안정적으로 수신될 수 있도록 설계하였다.
한편, 상기 도 6과 같은 TO형 패키지의 스템 베이스에는 복수의 전극핀이 형성되는데, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 TO can형 패키지의 스템 구조를 나타낸 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 스템(1000)은 철 또는 코바 등의 원형 판재 금속으로 이루어진 스템 베이스(1100)에 복수개의 관통공을 형성한 후, 관통공에 전극핀(1300)을 유리 밀봉재(1200)로 밀봉하여 결합한 형태로 제작된다. 도 7에서, 도면부호 1350은 추후 설명된 TIA 칩 data용 전극핀을 나타내고, 도면부호 1360은 TIA 칩 data bar용 전극핀을 나타낸다.
이러한 전극핀(1300)의 개수는 TO can형 패키지에 내장되는 전기 소자의 숫자와 필요한 전극의 개수에 의해 결정된다. 하지만, 현재 통상적으로 사용되는 광 수신기의 경우 직경 6mm 이하의 규격을 가지고 있어 전극핀(1300)을 실장 할 수 있는 면적이 제한되는데, 전극핀(1300)의 규격은 통상적으로 직경 0.2∼0.4mm 정도를 가지고 있으며, 전극핀(1300)과 스템 베이스(1100) 사이를 결합시키는 유리 재질의 유리 밀봉재(1200)의 폭 또한 0.3mm 이상의 두께를 가져야 유리 밀봉재(1200)의 안정성을 확보할 수 있다.
이러한 외형적인 제한 조건 때문에 TO형 패키지의 스템 베이스(1100)에 여러 개의 전극핀(1300)을 배치할 경우에는 전극핀(1300)의 수와 전극핀(1300)이 가져야 할 특성 때문에 특정한 배열의 전극핀 배열이 필요해진다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 TO형 패키지의 스템 베이스 상부에 배치되는 열전소자가 내장된 파장 가변 광 수신기의 구조를 나타낸 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 열전소자(2000)는 스템 베이스(1100)의 상부 일측에 배치되고, 열전소자(2000) 상부 일측에는 APD 칩(3000)과 열전소자(2000)의 온도를 측정할 수 있는 써미스터(2100)가 부착된다. 상기 열전소자(2000)와 열적으로 접촉하고 있으며 파장 가변 필터(6000)를 지지할 수 있는, 도면에 표시되지 않은 지지대에 의해 지지되는 파장 가변 필터(6000)는 APD(Avalanch Photo Diode) 칩(3000) 상부에 배치되어 있다. 열전소자(2000)의 측면에는 TIA(Trans Impedance Amplifier) 칩(4000)이 배치되는데, 이 TIA 칩(4000)은 내부에 관통공이 뚫려 도면에 도시되지 않은 전극핀을 수용하는 구조의 금속 스탠드(5000) 상부에 배치된다. 상기 금속 스탠드(5000)는 스템 베이스(1100) 상부에 부착된다.
이와 같은 본 발명의 구성을 위해서 1)열전소자 +, 2)열전소자 -, 3) 써미스터, 4) APD 칩 바이어스 전극, 5) TIA 칩 VCC, 6) TIA 칩 data, 7) TIA 칩 data bar, 8) TIA 칩 Vmon 등 8개 전극의 스템 베이스(1100)와 전기적으로 절연된 전극핀이 필요하다. 경우에 따라서는 TIA 칩 Vmon은 생략될 수 있다. 상기 "열전소자 +" 및 "열전소자 -"는 열전소자(2000)에 전기를 가하여 열전소자(2000)를 가열 또는 냉각시키는데 필요한 전극이며, 써미스터 전극핀은 열전소자(2000)의 상부판의 온도를 측정하는 소자인 써미스터(2100)의 신호를 받기 위한 전극핀이다. 또한, APD 칩 바이어스 전극은 APD 칩(3000)의 경우 수십 볼트의 전압을 가해야 소자가 동작하는데 이를 위한 전극핀이며, Vcc는 패키지에 내장되는 TIA 칩(4000)에 전력을 인가하기 위한 전극핀이다. TIA 칩(4000)에서는 통상적으로 data 신호인 + 전압과 이 전압의 역전압인 - 전압의 차동 전압 형태로 데이터가 출시되므로, APD 칩 data 전극핀과 APD 칩 data bar 전극핀이 필요하다. Vmon은 APD 칩(3000)으로 흐르는 전류를 감시하는 전극핀이다.
이러한 7개 또는 8개의 전극핀 중에서 TIA 칩 data, TIA 칩 data bar 전극핀은 50ohm 임피던스 정합되는 것이 바람직하며, 잡음의 제거를 위해 단독으로 유리 밀봉재(1200)에 의해 스템 베이스(1100)에 결합되는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이 현재 NG-PON2용의 광소자의 크기는 직경 6mm 이내로 제한되고 있다. 전극핀은 스템 베이스(1100)의 중심축을 기준으로 가능하면 원형으로 배치되는 것이 바람직하다. 유리 밀봉재(1200)와 유리 밀봉재(1200) 사이의 스템 베이스(1100) 살 두께는 0.5mm 이상이 바람직하다. 이는 열전소자(2000)에서 발생하는 열을 효과적으로 방출시키는 역할을 한다.
도 9는 이러한 8개의 전극핀이 8개의 유리 밀봉재로 독립적으로 밀봉되는 경우의 배치예를 나타낸 것이다. 이러한 경우 8개의 유리 밀봉재(1200) 사이에는 8개의 스템 베이스(1100) 살이 존재하여야 하므로 유리 밀봉재(1200) 사이의 간격이 좁아져서 열전소자(2000) 등의 TO 패키지 내부 소자에서 방출되는 열을 효과적으로 방열하기 어렵다. 그러므로 이러한 소형의 패키지에 일정한 크기 이상의 유리 재질로 밀봉되는 7핀 이상 더 나아가서는 8핀의 전극핀(1300)을 배치하되, 최소한 2개의 전극핀(1300)은 독립적으로 유리 밀봉재(1200)로 밀봉하되 유리 밀봉재(1200)의 수는 줄여주며 전극핀(1300)들이 가능하면 TO 패키지의 중심점을 기준으로 원형으로 배치될 수 있는 특별한 배치 방법이 필요하다.
상술한 도 7에서는 본 발명에서 요구되는 특성을 만족하기 위한 전극핀 배치를 보여주고 있다. 8개의 전극핀(1300)은 5개의 유리 밀봉재(1200)로 밀봉되되, 최소한 2개 이상의 전극핀(1350)(1360)은 독립적인 유리 밀봉재(1200)로 밀봉되며 6개의 전극핀(1300)은 3개의 유리 밀봉재(1200)로 분산되어 배치되되, 각각의 유리 밀봉재(1200)에 2개의 전극핀(1300)이 동시에 하나의 유리 밀봉재(1200)로 밀봉되는 구조를 가진다. 이러한 배치는 유리 밀봉재(1200)와 유리 밀봉재(1200) 사이의 거리를 최대화 할 수 있어 열 방출이 쉬우며 전극핀(1300) 배치가 스템(1000) 중심점을 기준으로 원형으로 배치되어 각 소자와의 전극핀(1300) 연결이 우수한 특징을 가지며, 2개의 전극핀(1350)(1360)은 독립적인 유리 밀봉재(1200)로 밀봉되어 우수한 전송 품질을 필요로 하는 TIA data 및 TIA data bar 용 전극핀으로 사용된다. 본 발명의 실시예에서 상기 스템 베이스(1100)에는 스템 베이스(1100)에 장착된 케이스 전극핀이 더 존재할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서 본 발명의 가장 효과적인 활용 방법으로 열전소자(2000)에 의한 온도 조절 방법을 제시하였지만, 파장 가변 필터(6000)를 히터(heater)로 온도 조절하는 방법도 본 발명에서 제시된 전극핀 구조로 구현할 수 있다. 히터(heater)의 경우 하나의 전극핀(1300)과 여러 소자에 동시 적용되는 공통 접지선으로 구동이 가능하므로 이 경우에는 7핀의 전극핀(1300) 배치가 필요하다. 이 경우 유리 밀봉재(1200)는 5개를 사용하며 3 개의 전극핀(1300)은 각각의 유리 밀봉재(1200)로 독립적으로 밀봉되며 4개의 전극핀(1300)은 2개씩 묶어 각각 하나의 유리 밀봉재(1200)로 밀봉되는 구조를 가지게 된다.
상기 도 7에서 TIA data 전극핀(1350) 및 TIA data bar 전극핀(1360)은 유리 밀봉재(1200)로 밀봉되는 부분과 TO 형 패키지의 내부로 돌출되는 부분의 전극핀 영역으로 분리되게 된다. 이때, TIA data 전극핀(1350) 부분 중에서 유리 밀봉재(1200)로 밀봉되는 부분의 임피던스는 50ohm으로 정합이 손 쉬우나, TO 패키지 내부로 돌출되는 전극핀 부분의 임피던스 정합은 어렵게 된다. TO 패키지 내부로 돌출되는 전극핀 부분의 임피던스는 도 10과 같이 내부에 관통공이 뚫린 금속 스탠드(5000)를 부착함으로써 신호 전송용 전극핀인 TIA data 전극핀(1350)과 TIA data bar 전극핀(1360)의 TO 패키지 내부로 돌출되는 전극핀 부분의 임피던스를 50ohm에 효과적으로 정합시킬 수 있어 10Gbps급의 고속 동작이 가능하여진다.
상술한 열전소자를 포함하는 파장 가변 광 수신기의 일례를 나타낸 도 8에서는 도면 설명을 간략하게 하기 위해 스템 베이스(1100)의 관통공 및 유리 밀봉재, 전극핀, 금속 스탠드(5000)의 관통공 등은 도시하지 아니하였다. 그러나 스템 베이스(1100)에는 관통공이 뚫려 있고 유리 밀봉재로 밀봉 결합되는 전극핀이 더 존재하는 것은 자명하며, 금속 스탠드(5000) 또한 관통공이 뚫려 있고 관통공 내부에는 전극핀이 통과하고 있음은 자명하다.
상기 도 8에서 스템 베이스(1100) 상부 일측에는 열전소자(2000)가 배치되고, 열전소자(2000)의 상부 일측에는 APD 칩(3000)이 배치되며, 상기 APD 칩 (3000) 상부에는 도면에는 표시되지 않은 파장 가변 필터 지지대에 의해 파장 가변 필터(6000)가 배치되고 있음을 도 8의 설명에서 전술한 바 있다. 상기 파장 가변 필터(6000)를 투과하는 파장의 빛(9000)은 파장 가변 필터(6000) 하부에 있는 APD 칩(3000)의 광 수광 부위로 입사하여 수신광에 해당하는 전기신호를 TIA 칩(4000)으로 전달하게 된다. 한편, 파장 가변 필터(6000)에서 반사되는 파장의 빛(9100)은 파장 가변 필터(6000)에서 반사되어 APD 칩(3000)으로 입사하지 못하게 된다.
통상적으로 열전소자(2000)는 높이가 1mm 정도가 되며, APD 칩(3000)은 열전소자(2000) 상부에 배치되므로 APD 칩(3000)의 높이는 1.2mm 정도가 된다. TIA 칩(4000)이 스템 베이스(1100) 상부면에 접합될 경우 APD 칩(3000)과 TIA 칩(4000) 사이에는 큰 높이 차가 발생하게 되며 이에 따라 Au wire에 의해 APD 칩(3000)의 전기 신호를 TIA 칩(4000)으로 연결하는 과정에서 심각한 신호 손실이 발생한다. TIA 칩(3000)은 발열량이 300mW 정도로 매우 많아 열전소자(2000) 상부에 배치하면 열전소자(2000)가 열 부하를 감당할 수 없어 열전소자(2000)의 기능이 상실되게 된다. 이러한 문제는 금속 스탠드(5000) 위에 TIA 칩(4000)을 배치함으로써 해결할 수 있다. 금속 스탠드(5000)는 TIA 칩(4000)을 열전소자(2000) 위에 배치된 APD 칩(3000)과 유사한 높이로 배치하게 함으로써 APD 칩(3000)과 TIA 칩(4000)을 가장 가까운 거리로 인접시킬 수 있어 신호 손실을 줄일 수 있다. TIA 칩(4000)에서 방출되는 열은 열 전도성이 좋은 금속 재질의 금속 스탠드(5000)에 배치되므로 TIA 칩(4000)에서 발열된 열은 효과적으로 스템 베이스(1100)를 통하여 외부로 방출된다. 금속 스탠드(5000)는 내부에 관통공이 있어 TIA 전송 신호 전극핀(1350)(1360)의 임피던스를 정합시켜 고속 신호 전송이 원활하게 하여준다.
그러므로 본 발명의 실시예에서와 같이 5개의 관통공이 뚫린 스템 베이스(1100)에 7핀 또는 8핀의 전극핀(1300)을 형성하고, 열전소자(2000)와 온도에 따라 투과하는 파장이 달라지는 파장 선택성 필터(3000)와 APD 칩(3000)과 TIA 칩(4000)을 배치하되 TIA 칩(4000)은 금속 스탠드(5000) 위에 배치하여 APD 칩(3000)과 TIA 칩(4000)의 이격 거리를 최소화하여 신호 품질을 개선하고, 금속 스탠드(5000)에는 관통공이 뚫려 있어 이러한 금속 스탠드(5000)의 관통공으로 삽입된 전극핀(1350)(1360)의 임피던스를 미리 정하여진 값으로 정합시켜 전극핀(1350)(1360)으로 전송되는 신호 품질을 향상시키는 장점이 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예에서 금속 스탠드(5000)는 하나의 금속 스탠드에 2개의 관통공을 뚫어 2개의 전극핀(1350)(1360)의 임피던스를 정합시키는 것으로 설명하였으나, 이는 각각 하나의 관통공이 뚫린 2개의 금속 스탠드를 신호 전송 전극핀(1350)(1360)에 끼우는 방법도 가능하다. 또한, 본 발명의 실시예에서 APD 칩(3000)을 이용하여 광 수신을 하는 경우를 예로 들었으나, 이는 APD 칩(3000) 대신에 PIN 구조를 가지는 포토 다이오드를 사용하여서도 그 기능을 발휘할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 파장 가변 필터(6000)는 지지대를 이용하여 열전소자(2000) 상부에 고정 부착되는 것으로 설명하였는데, 이러한 파장 가변 필터 고정용 지지대는 온도에 따라 팽창이 적으며 열전달율이 좋은 물질이 적절하며, 이러한 물질로 실리콘 또는 AlN 기판 등을 적용할 수 있다.
이러한 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

Claims (26)

  1. 광섬유로부터 발산되는 레이저 빛이 투과하는 파장 가변 필터(100)와; 상기 파장 가변 필터(100)를 투과하는 레이저 빛을 수신하는 포토 다이오드(300);가 구비된 파장 가변 광 수신기로서,
    상기 파장 가변 필터(100)는 복수 개의 투과 파장을 가지는 Fabry-Perot 형의 에탈론 필터인 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 가변 필터(100)의 단면 반사율은 80∼99％인 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 가변 필터(100)의 단면 반사율은 85∼95％인 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 가변 필터(100)의 주파수 간격은
    광 채널 수를 n이라 할 때,
    (n / (n+1) × 광채널 주파수 간격) 또는 ((n+2) / (n+1) × 광채널 주파수 간격)으로 결정되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 가변 필터(100)의 주파수 간격은
    광 채널 수를 n이라 할 때,
    (n / (n+1) × 광채널 주파수 간격) 또는 ((n+2) / (n+1) × 광채널 주파수 간격)의 ±10％ 이내에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 가변 필터(100)의 주파수 간격은
    광 채널 수를 n이라 할 때,
    ( (n+1) × 광채널 주파수 간격 / 2 )에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  7. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 채널 수 n은 4 또는 8인 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 가변 필터(100)는 히터 또는 열전소자에 의해 온도가 조절되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 가변 필터(100)를 투과하는 빛을 포토 다이오드(300)의 수광부로 집중시키는 렌즈(200)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 가변 필터(100)는 실리콘, InP, GaAs 중 어느 하나의 재질을 포함하는 반도체 기판의 양면에 굴절률이 높고 낮은 유전체 박막이 적층되어 반사막이 형성된 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 빛이 입사하는 파장 가변 필터(100) 단면의 수선과 입사되는 레이저 빛은 0.2∼2°의 사이각을 형성하는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 빛이 입사하는 파장 가변 필터(100) 단면의 수선과 입사되는 레이저 빛은 0.4∼1°의 사이각을 형성하는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유와 파장 가변 필터(100) 사이에 한쪽 방향으로만 빛을 통과시키는 아이솔레이터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 가변 필터(100)는 Bridge(교각) 모양 스탠드(400)의 상부에 부착되며,
    상기 Bridge(교각) 모양 스탠드(400)의 하부에는 포토 다이오드(300)가 배치되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 Bridge(교각) 모양 스탠드(400)의 하부에, 상기 파장 가변 필터(100)를 투과하는 빛을 포토 다이오드(300)의 수광부로 집중시키는 렌즈(200)가 부착되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 Bridge(교각) 모양 스탠드(400) 상부에, 상기 파장 가변 필터(100)의 온도를 조절하는 박막형 히터 필름(600)이 부착되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 Bridge(교각) 모양 스탠드(400)의 상부 일측에는 상기 파장 가변 필터(100)의 온도를 측정하기 위한 써미스터(500)가 더 부착되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  18. TO형 패키지의 광 수신기에 있어서,
    스템 베이스(1100)의 상부에 열전소자(2000)가 배치되고, 상기 열전소자(2000)의 상부에 수광용 포토 다이오드 칩이 배치되며, 상기 수광용 포토 다이오드 칩의 상부에 열전소자(2000)의 온도에 따라 투과되는 파장이 달라지는 파장 가변 필터(6000)가 배치된 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 스템 베이스(1100)는 최소 7핀 이상의 절연된 전극핀(1300)을 가지는 TO형 패키지 구조로서, 5개 이상의 유리 밀봉재(1200)로 전극핀(1300)을 밀봉하되 최소 2개 이상의 전극핀(1300)은 각각 별도의 유리 밀봉재(1200)로 개별 밀봉되며, 최소 2개 이상의 유리 밀봉재(1200)는 2개의 전극핀(1300)이 하나의 유리 밀봉재(1200)로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 스템 베이스(1100)에는 5개의 관통공이 형성되어, 2개의 관통공은 각각 1개의 전극핀(1300)이 유리 밀봉재(1200)로 밀봉되고, 3개의 관통공은 각각 2개의 전극핀(1300)이 하나의 유리 밀봉재(1200)로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  21. 제 18항에 있어서,
    상기 스템 베이스(1100)에는 5개의 관통공이 형성되어, 3개의 관통공은 각각 1개의 전극핀(1300)이 유리 밀봉재(1200)로 밀봉되고, 2개의 관통공은 각각 2개의 전극핀(1300)이 하나의 유리 밀봉재(1200)로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  22. 제 18항에 있어서,
    고속의 신호 전송 선로로 사용되는 전극핀이 내부에 관통공이 형성된 금속 스탠드(5000)의 관통공에 삽입되어 설치되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 금속 스탠드(5000)에는 2개의 관통공이 형성되고, 이 2개의 관통공에 TIA(Trans Impedance Amplifier) 칩(4000)에서 발생하는 고속 신호를 전달하는 전극핀(1350)(1360)이 삽입되어 설치되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  24. 제 22항에 있어서,
    상기 금속 스탠드(5000)의 상부에는 TIA(Trans Impedance Amplifier) 칩(4000)이 배치되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  25. 제 18항에 있어서,
    상기 포토 다이오드 칩은 APD(Avalanch Photo Diode) 칩(300)인 것을 특징으로 하는 광 수신기.
  26. 제 18항에 있어서,
    상기 스템 베이스(1100)는 유리 밀봉재(1200)로 밀봉된 8개의 절연된 전극핀(1300)을 가지고, 각각의 절연핀(1300)은 열전소자 +, 열전소자 -, 써미스터(thermistor), APD(Avalanch Photo Diode) 칩 바이어스(bias), TIA(Trans Impedance Amplifier) 칩 Vcc, TIA 칩 data, TIA 칩 data bar, TIA 칩 Vmon 전극으로 지정되는 것을 특징으로 하는 광 수신기.
PCT/KR2014/004245 2013-06-26 2014-05-13 파장 가변 필터를 이용한 광 수신기 WO2014208892A1 (ko)

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