WO2016199985A1 - 다채널 광수신 모듈 및 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법 - Google Patents

다채널 광수신 모듈 및 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법 Download PDF

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WO2016199985A1
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optical
silicon
optical coupling
groove
channel
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PCT/KR2015/011474
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박기성
이길동
김석태
박준희
박호산
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주식회사 지피
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/67—Optical arrangements in the receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water

Definitions

  • the present invention relates to a multi-channel optical reception module, and more particularly, to reduce production costs and light weight, and to easily align the components constituting each channel to maximize the photocurrent value of the multi-channel optical reception module.
  • An optical alignment method of a multichannel optical reception module and a multichannel optical reception module is provided.
  • optical communication system having a transmission capacity of 10 Gbps or more using one strand of optical fiber has been commercialized and used.
  • data transfer rates of more than tens of Gbps and more than 100 Gbps are required, and large Internet portal companies require large data centers and dozens of data transfer rates between servers of data centers and hundreds of Gbps. It is becoming.
  • wavelength division multiplexing WDM
  • WDM wavelength division multiplexing
  • multi-channel optical communication is widely used for signal transmission between servers in a data center, which dramatically increases data transmission capacity by connecting four or ten optical fibers in parallel. it started.
  • optical signals generated by driving a plurality of semiconductor lasers are combined and transmitted to respective corresponding optical fibers and transmitted through optical fibers.
  • the multi-channel optical reception module that detects the multi-channel optical signal in each photodetector is the most essential component.
  • an optical connection technology that inputs a plurality of light emitted from an optical fiber end or a wavelength division demultiplexing device to a plurality of photodetector devices corresponding to each channel without loss is the most important.
  • each optical fiber end portion is fixed to the V-grooves formed at regular intervals in a silicon semiconductor or glass block to fix the gaps between the respective channels. Since the V-groove is formed by a very precise semiconductor process, it is possible to precisely control the gap error within several um or 1 um, and the size of the light absorption region of the photodetecting device has a diameter of several tens of um. Errors in the spacing between the lights can be ignored.
  • an optical signal at the end of the waveguide splitting device can also be precisely adjusted to within 1um.
  • Light emitted into the air at the end of the optical fiber or at the end of the optical waveguide is emitted by the difference in refractive index with the air.
  • a convex lens is formed in order to combine the diverged light into the light absorption region of the photodetector having a diameter of several tens of um.
  • the light coupling lens must be used to convert the light into focus light. Therefore, the technology of minimizing the optical connection loss is to align and fix the optical coupling lens and the photodetector element corresponding to each channel with a precision within several um.
  • demultiplexing devices such as a fiber array block (FAB) or waveguide grating in which a plurality of optical fibers are mounted in a V-groove are usually placed parallel to the horizontal plane, and the photodetector device is also placed in the horizontal plane. Therefore, in order to vertically enter the light from the output terminal of the demultiplexing device into the light receiving region of the photodetecting device, the light traveling parallel to the horizontal plane must be refracted 90 degrees downward.
  • a reflective mirror in which a reflective film is coated on one surface is inclined 45 degrees on the photodetector.
  • the most basic structure of the multi-channel optical reception module is composed of a demultiplexing element and an optical coupling part composed of an optical coupling lens for each channel, a 45 degree reflection mirror, and a light detection element.
  • the demultiplexing element, the optical coupling lens, and the photodetector element corresponding to each channel are precisely aligned and fixed. In this alignment process, a method of optimizing the position of the optical coupling lens is used while measuring in real time a photocurrent value proportional to an electrical signal output by the photodetecting device.
  • the method of actively aligning the positions of the respective optical coupling lenses while monitoring the photocurrent values of the photodetecting devices is a complex process and a result of lowering the manufacturing yield and ultimately raising the price of the optical receiving module.
  • Methods were devised. Among them, a typical method is to fabricate each optical coupling lens into one array lens block having the same spacing between each input light, and to use the photodetector as a single chip array with the same spacing of each light absorption region. It is.
  • the optical alignment of all channels is possible by only one optical alignment.
  • the size of the array photodetector and the weight of the module are large. This is to be increased, manufacturing costs are also very expensive disadvantages.
  • the spacing between the channels is 250um corresponding to the diameter of the optical fiber, but in the case of the optical reception module, a preamplification device for amplifying the photocurrent is usually built in the back of the photodetector. Since the preamplifier has a width of 0.8 to 1 mm, the spacing between the light absorption regions of the array photodetector should also be at least the width of the preamplifier.
  • the array photodetector when the array photodetector is to be used in a structure having a large gap between the channels, it may not be possible to purchase an array photodetector having a desired interchannel gap, and even if the desired array photodetector can be purchased, the array photodetector may be used.
  • the cost of the chip may be increased compared to the process of using a single chip photodetector and an individual alignment process for each channel.
  • the optical coupling module and the optical reception module can be maximized by aligning them precisely while suppressing the cost increase. There is a need for a light alignment method.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, in the multi-channel optical reception module, in the case of using an independent photodetecting device or optical coupling lens rather than an array form, each channel through the alignment of the reflection mirror
  • the present invention provides a multi-channel optical reception module and an optical alignment method of a multi-channel optical reception module that can set the optical coupling efficiency of the optical detection device to the maximum.
  • the present invention is applied to a wavelength division multiplexing method or a multi-channel optical communication method in which a plurality of optical fibers are connected in parallel, and are divided and diverged into respective wavelengths by a plurality of optical fibers or wavelength division demultiplexing elements.
  • the multi-channel optical receiving module including an optical coupling unit for detecting and amplifying a multi-channel optical signal as an electrical signal (photocurrent)
  • the optical coupling unit is divided into each wavelength by the plurality of optical fibers or wavelength division demultiplexing elements.
  • a plurality of optical coupling lenses for converting each optical signal in the form of multi-channel divergent light into divergent focus light A plurality of independent photodetectors positioned at a rear end of the optical coupling lens and arranged horizontally with the optical signal of the divergent light type to detect an electrical signal corresponding to each optical signal of the focus light type switched by the optical coupling lens; Wow; A plurality of preamplification elements of a transfer impedance type positioned at a rear end of the photodetecting element and configured to amplify and output an electrical signal detected by the photodetecting element;
  • the optical signal of each channel positioned on the upper side of each photodetector and converted into focus light by the optical coupling lens is refracted toward the photodetector side, and is etched with V-groove on the silicon semiconductor to reflect the film on the etched inclined surface.
  • a coated silicon V-groove reflective mirror And a metal optical bench having a seating portion on which an optical coupling lens, a photodetecting element, a preamplification element, and a silicon V-groove reflection mirror are mounted and aligned on an upper side thereof. Can be.
  • the seating portion, the optical coupling lens seating portion is formed to be processed to a predetermined depth so that the jaw is generated at the point where the optical coupling lens is located;
  • a plurality of protrusions are integrally processed with the metal optical bench and protrude at intervals corresponding to the size (size) of the photodetecting elements so that the photodetecting elements are seated and aligned therebetween, and a silicon V-groove reflecting mirror mounted thereon.
  • the optical coupling lens seating portion, the photodetecting portion formed on the metal optical bench by the plurality of optical coupling lenses, photodetection elements and preamplification elements Mounting and aligning and fixing the device seat and the preamplifier device; Positioning a silicon V-groove reflection mirror on the protrusion of the photodetector seating portion so as to be positioned above each seated photodetector; The optical signal is input to the photodetecting device so that an electrical signal (photocurrent) is detected, and the silicon V-groove reflection mirror is moved through linear movement and rotational movement to measure the electrical signal value detected by the photodetector in real time.
  • the optical alignment method of the multi-channel light receiving module may be provided.
  • the plurality of silicon V-groove reflection mirrors are clamped to receive the value of the electrical signal measured by the photodetecting device, and the silicon V-groove for each channel. It may be characterized in that it is made by a jig-type alignment device which is driven and controlled to adjust the position and angle of the reflection mirror.
  • an optical coupling process of each channel is performed by aligning each channel of the silicon V-groove reflection mirror.
  • the light efficiency can be set and maintained at an optimum state.
  • the optical coupling portion of the multi-channel optical reception module is composed of an independent photodetector at a relatively low cost compared to the array type, and allows easy alignment (processing) of the optical coupling lens and the photodetector and enables low-cost mass production. It is composed of silicon V-groove reflection mirror, which can reduce the manufacturing cost of the optical coupling unit and increase the trend of the module.
  • FIG. 1 is a view showing an optical coupling unit constituting a multi-channel optical reception module according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining optical refraction by the silicon V-groove reflection mirror of the optical coupling part of FIG. 1.
  • FIG 3 is a view for explaining an optical alignment method of a multi-channel optical reception module according to the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining an optimal light alignment state through the silicon V-groove reflection mirror shown in FIG. 3.
  • FIG. 1 is a view showing an optical coupling unit 100 of a multi-channel optical reception module according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining optical refraction by the silicon V-groove reflection mirror 150 of the optical coupling unit 100 of FIG. 1.
  • the multi-channel optical reception module according to the present invention is emitted from a plurality of optical fibers (not shown) seated at regular intervals on the optical fiber array block of the module, or a wavelength division demultiplexing device (not shown) And an optical coupling unit 100 for converting and amplifying an optical signal of a multi-channel divided by each wavelength into an electrical signal.
  • the optical coupling unit 100 includes an optical coupling lens 110. , Photodetector 120, preamplifier 130, metal optical bench 140, and silicon V-groove reflective mirror 150.
  • the optical coupling lens 110 is configured to convert divergent light emitted from an output terminal of a plurality of optical fibers (optical fiber arrays) or wavelength division demultiplexing elements configured in a multichannel optical reception module into focus light, and It is formed in an array structure, which can be formed functionally and structurally similar to a conventional optical coupling lens.
  • the photodetector 120 receives an optical signal converted into a focus light by the optical coupling lens 110 and receives an optical signal through the light receiving region 121 to convert the optical signal into an electrical signal (photocurrent) to detect a photocurrent value.
  • Plural pieces may be independently configured instead of structures. In this case, rather than merely interpreting the photodetector 120 to be configured independently, not in an array form, the interval between the channels of the optical coupling unit 100 is wide or the interval between the channels is not constant and an error is obtained.
  • the photodetection element of the array type structure In the case where the photodetection element of the array type structure is applied, the photodetection element independent of the structure or the conditions in which the array photodetection element is not applicable or used, such as when the price of the photodetection element is very expensive and difficult to apply. Should be interpreted to mean that is composed. That is, in the case of the above-described structure and conditions, it is natural to apply an array-type photodetector as described in the related art. However, the present invention is an array-type photodetector as described above. It is once again clarified that a multi-channel optical reception module has to be applied to an independent photodetector due to conditions such as a structure or cost that are difficult to apply.
  • the preamplifier 130 is connected to the photodetector 120 and the wire bonding 131 at the rear end side of the photodetector 120 to amplify and output the electrical signal detected by the photodetector 120.
  • the number corresponding to each photodetecting device 120 may be configured.
  • the preamplification device 130 may also be configured as an independent structure or an array type structure, the preamplification device configured in the optical coupling unit 100 of the present invention is an independent structure or array form regardless of the structure It is not particularly limited because all of the structures can be applied.
  • the metal optical bench 140 is a kind of base for mounting and aligning the components constituting the optical coupling part 100.
  • the optical coupling lens 110, the photodetecting device 120, the preamplification device 130, and the like are provided.
  • Seating parts 141, 142, and 144 are formed, which can be seated and aligned, respectively.
  • the optical coupling lens mounting portion 141 in which the optical coupling lens 110 is seated and aligned among the mounting portions 141, 142, and 144 has a predetermined depth such that a jaw is formed at a point where the optical coupling lens 110 is positioned.
  • the optical coupling lens 110 may be aligned at a predetermined position without a separate alignment process by being formed into a processed structure.
  • the photodetector seating part 142 is integrally processed with the metal optical bench 140 at the rear side 141 of the optical coupling lens seating part, and is arranged at regular intervals corresponding to the standard (size) of the photodetector device 120. Formed with a plurality of protrusions 143.
  • the protrusion 143 corresponds to the number of channels formed in the optical coupling unit 100, that is, the number of the photodetecting elements 120 (the number of the protrusions is proportional to the number n of the photodetecting elements + one more).
  • the gaps formed between the protrusions 143 are formed to correspond to the positions of the light coupling lens 110, respectively. Therefore, when the photodetecting device 120 is seated in the gap between the protrusions 143, the optical coupling lens 110 and the photodetecting device 120 may be 1: 1 aligned on the same line without a separate alignment process. Can be.
  • the preamplification device seating portion 144 may have a structure that is processed to a predetermined depth so that the preamplification device 130 may be seated and aligned.
  • the preamplification element mounting portion 144 is formed at the same height as the upper surface of the metal optical bench 140 on which the photodetector element 120 is mounted, the preamplification element mounting portion 144 is processed to a predetermined depth. This may be unnecessary. That is, the preamplifier seating unit 144 may not require special processing if the photodetecting device 120 and the preamplifier 130 are mounted and aligned at a similar height on the same line.
  • the silicon V-groove reflection mirror 150 is one of the main components of the optical coupling part 100 according to the present invention, and focuses the light emitted by the optical coupling lens 110 to the lower side where the photodetecting device 120 is located.
  • the silicon semiconductor may be manufactured by etching a V-groove on the etched inclined surface to coat a reflective film.
  • the silicon V-groove reflection mirror 150 is positioned above the photodetecting device 120 to be seated between a pair of adjacent protrusions 143.
  • Such a silicon V-groove reflection mirror 150 has a merit that mass production is possible at a lower cost than a conventional flat reflection mirror, and thus, the manufacturing cost of the optical coupling unit 100 is reduced compared to using a conventional reflection mirror. And in terms of weight reduction.
  • the angle of the inclined surface that appears during wet etching of silicon other than the reflection angle of 45 degrees Phosphorus is about 54.7 degrees.
  • light incident on the array photodetector 120 is incident to about 80.3 degrees instead of 90 degrees, light alignment should be required in consideration of this.
  • FIG. 3 is a view for explaining an optical alignment method of a multi-channel optical reception module according to the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining an optimal light alignment state through the silicon V-groove reflection mirror 150 shown in FIG. 3.
  • the optical coupling lens 110, the photodetecting device 120, and the preamplification device 130 are respectively mounted on the metal optical bench 140 on which the mounting parts 141, 142, and 144 are formed. 141, the photodetector seat 142, and the preamplifier seat 144, respectively.
  • the silicon V-groove reflective mirror 150 is seated and aligned on the pair of protrusions 143 on which the photodetector 120 is seated between the photodetector seating portions 142 and then fixed. .
  • the alignment of the silicon V-groove reflection mirror 150 inputs an optical signal to detect the electrical signal to the photodetector 120, while moving the silicon V-groove reflection mirror 150 through linear movement and rotational movement
  • An active alignment method of measuring and aligning the position and angle of the silicon V-groove reflection mirror 150 in which the electric signal value detected by the photodetecting device 120 is measured in real time is maximized.
  • the alignment of the silicon V-groove reflection mirror 150 is the same as that in which the focus light emitted from the optical coupling lens 110 is made to be accurately incident on the light absorption region of the photodetecting device.
  • the reflective surface of the V-groove may be moved by moving the silicon V-groove reflective mirror 150 in the left and right x-direction or the front and rear y-direction or by rotating in the ⁇ -direction (the direction in which the y-axis is the reference axis of FIG. 3).
  • the direction and angle of the optical signal reflected by the light detector 120 toward the photodetector 120 are aligned to allow as many optical signals as possible to enter the light receiving region 121 of the photodetector 120 as shown in FIG. 4.
  • the silicon V-groove reflecting mirror 150 is angle ⁇ -. Direction or must be moved back and forth in the y-direction.
  • the silicon V-groove reflection mirror 150 moves in the left and right x-directions, since there is no large change in the position of the optical signal on the bottom surface, the movement of the silicon V-groove reflection mirror 150 in the x-direction is simple. Only in relation to the stable seating on the protrusion 143 of the movement).
  • the alignment of the silicon V-groove reflection mirror 150 by the active alignment method described above is clamping the silicon V-groove reflection mirror 150 to adjust the position and angle of the silicon V-groove reflection mirror 150 Through a jig-type alignment device (not shown) to make this possible.
  • the alignment device clamps the silicon V-groove reflective mirror 150, places it on the protrusion, and then controls it automatically or manually according to the value of the electrical signal (photocurrent) measured through the photodetector element 120.
  • the silicon V-groove reflection mirror 150 is driven so that the electric signal value measured by the photodetecting device 120 is maximized for each channel.
  • both ends of the lower ends of the silicon V-groove reflection mirror 150 are fixed on the protrusion 143 through an adhesive and curing such as UV epoxy in the held state. By doing so, the optical alignment of the optical coupling unit 100 is completed.
  • the multi-channel optical reception module and the optical alignment method according to the present invention inevitably require a plurality of independent photodetector elements to be aligned for each channel of the silicon V-groove reflection mirror 150.
  • the optical coupling of each channel can be performed efficiently, and the optical efficiency of the optical coupling unit 100 can also be set and maintained in an optimal state.
  • the optical coupling unit 100 it is composed of an independent photodetector having a relatively low cost compared to an array type, and the alignment (process) of the optical coupling lens and the photodetector is easy, and the conventional flat reflection It is possible to reduce the manufacturing cost of the optical coupler by being composed of a silicon V-groove reflective mirror that can be produced in low cost instead of a mirror.
  • the optical coupling unit can be lightened, and the manufacturing process and manufacturing cost can be reduced, thereby greatly contributing to the activation of the multi-channel optical reception module market and the increase in data transmission capacity of the optical communication using the multi-channel optical communication technology.

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Abstract

본 발명은 다채널 광수신 모듈을 개시한다. 본 발명은 파장 분할 다중화 방식 또는 다수의 광섬유를 병렬로 연결하는 방식의 다채널 광통신에 적용되는 것으로, 다수의 광섬유 또는 파장 분할 역다중화 소자에 의해 각 파장으로 분할되어 발산되는 다채널의 광신호를 전기신호(광전류)로 검출 및 증폭하는 광결합부를 포함하는 다채널 광수신 모듈에 있어서, 상기 광결합부는, 상기 다수의 광섬유 또는 파장 분할 역다중화 소자에 의해 각 파장으로 분할되어 발산되는 다채널의 발산광 형태의 각 광신호를 초점광 형태의 광신호로 전환시키는 복수개의 광결합 렌즈와; 상기 광결합 렌즈의 후단에 위치하여 상기 발산광 형태의 광신호와 수평으로 배치되어 상기 광결합 렌즈에 의해 전환된 초점광 형태의 각 파장에 따른 전기신호를 검출하는 복수개의 독립적인 광검출 소자와; 상기 광검출 소자의 후단에 위치하고, 상기 광검출 소자에서 검출된 전기신호를 증폭하여 출력시키는 전달 임피던스 타입의 복수개의 전치 증폭 소자와; 상기 각 광검출 소자의 상측에 위치하여 광결합 렌즈에 의해 초점광으로 전환된 각 채널의 광신호의 방향을 광검출 소자 측으로 굴절시키며, 실리콘 반도체 위에 V-홈으로 식각하여 그 식각된 경사면에 반사막 코팅되어 형성된 실리콘 V-홈 반사거울; 및 상부측에 상기 광결합 렌즈, 광검출 소자, 전치 증폭 소자 및 실리콘 V-홈 반사거울이 안착 및 정렬되는 안착부가 형성된 금속 광학 벤치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

다채널 광수신 모듈 및 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법
본 발명은 다채널 광수신 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생산비용 절감 및 경량화가 가능하고, 다채널 광수신 모듈의 광전류 값이 최대가 되도록 하기 위한 각 채널을 구성하는 부품의 광정렬이 용이한 다채널 광수신 모듈 및 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법에 관한 것이다.
데이터의 수요가 점차 증가함에 따라 광통신의 속도와 용량 또한 가파르게 증가하는 추세에 있으며, 이미 한 가닥의 광섬유를 사용하여 10Gbps 이상의 전송 용량을 갖는 광통신 시스템이 상용화되어 사용되고 있다. 그러나 최근 메트로 및 기간 전송 망에서는 수십 Gbps 내지 100Gbps 이상의 데이터 전송 속도가 요구되고 있고, 대형 인터넷 포탈 회사의 경우 대규모의 데이터 센터를 운영하면서 데이터 센터의 서버간 수십 Gbps 내지 수백 Gbps의 데이터 전송 속도가 요구되고 있다. 이러한 대용량 광전송 요구에 대응하기 위하여 최근에는 하나의 광섬유에 10Gbps 또는 25Gbps의 전송 속도를 갖는 서로 다른 파장의 광신호를 다중화시켜 수십 Gbps 또는 100Gbps의 데이터를 전송하는 파장 분할 다중화(WDM; Wavelength Division Multiplexing) 방식의 광통신이 기간망 및 메트로 망에 사용되고 있을 뿐 아니라, 데이터 센터 내 서버 간 신호 전송에는 4개 또는 10개 이상의 광섬유를 병렬로 연결하여 데이터 전송 용량을 획기적으로 늘이는 다채널 광통신 방식이 보편적으로 사용되기 시작했다.
이러한 파장 분할 다중화 방식 또는 다수의 광섬유를 병렬로 연결하는 다채널 광통신에서는 다수의 반도체 레이저를 구동하여 발생하는 광신호를 각각의 해당하는 광섬유에 결합하여 전송하는 광송신 모듈과 광섬유를 통하여 전송되어 온 다채널의 광신호를 각각의 광검출 소자에서 검출하는 다채널 광수신 모듈이 가장 핵심적인 부품이다. 이중 다채널 광수신 모듈은 광섬유 끝 단 또는 파장 분할 역다중화 소자의 끝 단으로부터 발산되는 다수의 광을 각각의 채널에 해당되는 다수의 광검출 소자 소자에 손실이 없이 입력시키는 광접속 기술이 가장 중요한 기술이다.
다채널 광수신 모듈에서 광검출 소자와의 광접속 손실을 최소화하기 위해서는 먼저 각각의 광 채널 사이의 간격이 일정하여야 한다. 이는 광신호가 다수의 광섬유로 병렬 전송된 경우에는 각각의 광섬유 끝 부분을 실리콘 반도체 또는 유리 블록에 일정한 간격으로 형성된 V-홈에 장착하여 고정시키므로 각 채널 사이의 간격을 일정하게 유지시킬 수 있다. 이러한 V-홈은 매우 정밀한 반도체 공정에 의해 형성되므로 간격의 오차가 통상 수 um 또는 1um 이내로 정밀하게 조절하는 것이 가능하며, 광검출 소자의 광흡수 영역의 크기는 직경이 수십 um 이므로 각 채널의 입력광 사이의 간격의 오차는 무시할 수 있다. 또한, 파장 다중화된 광신호를 어레이 도파로 격자(AWG; Arrayed Guide Grating) 소자와 같은 역다중화 소자를 사용하여 각각의 채널로 분리한 파장 다중화 다채널 광수신 모듈의 경우에도 도파로 격가 소자 끝 단의 광도파로 출력 포트 사이의 간격 역시 1um 이내의 오차로 정밀하게 조절될 수 있다.
이러한 광섬유 끝 단 또는 광도파로 끝 단에서 공기 중으로 나오는 빛은 공기와의 굴절율 차이에 의해 발산하게 되며 이러한 발산광을 수십 um의 직경을 갖는 광검출 소자의 광흡수 영역으로 결합시켜 넣기 위해서는 볼록 렌즈 형태의 광결합 렌즈를 사용하여 빛을 초점광으로 변환시켜주어야 한다. 따라서 각각의 채널에 해당하는 광결합 렌즈와 광검출 소자 소자를 수 um 이내의 정밀도로 정렬하여 고정시키는 것이 광접속 손실을 최소화시키는 기술이 된다.
다채널의 광수신 모듈에서는 다수의 광섬유가 V-홈에 장착된 광섬유 어레이 블록 (FAB; Fiber Array Block) 또는 도파로 격자와 같은 역다중화 소자들이 통상 수평면에 평행하게 놓이며 광검출 소자 또한 수평면에 놓이게 되므로 역다중화 소자의 출력단으로부터 나온 빛을 광검출 소자의 수광영역으로 수직 입사시키기 위해서는 수평면에 평행하게 진행하는 빛을 아래쪽으로 90도 굴절시켜 주어야 한다. 이를 위해서는 광검출 소자 위에 일면에 반사막이 코팅된 평판 형태의 반사거울을 45도 경사지게 위치시켜야 한다. 따라서 이러한 다채널 광수신 모듈의 가장 기본적인 구조는 역다중화 소자 및 각 채널별 광결합 렌즈, 45도 반사거울, 및 광검출 소자로 구성되는 광결합부로 이루어진다. 그러나 이러한 기본적인 구성 요소를 갖는 광수신 모듈의 광결합부 각각의 채널의 광손실을 최소화하기 위해서는 각각의 채널에 해당하는 역다중화 소자, 광결합 렌즈, 그리고 광검출 소자 소자가 정밀하게 일렬로 정렬 고정되어야 하며 이러한 정렬 공정에서는 광검출 소자에 의해 출력되는 전기신호에 비례하는 광전류 값을 실시간 측정하면서 광결합 렌즈의 위치를 최적화시키는 방법이 사용된다.
그러나 이러한 광검출 소자의 광전류 값을 모니터하면서 각각의 광결합 렌즈의 위치를 능동 정렬시키는 방법은 복잡한 공정과 이에 따른 제조 수율 저하 및 궁극적으로 광수신 모듈의 가격 상승의 원인이 되므로 이를 개선하기 위한 다양한 방법들이 고안되었다. 이들 중 대표적인 방법이 각각의 광결합 렌즈를 각각의 입력광 사이와 동일한 간격을 갖는 하나의 어레이 렌즈 블록으로 제작하고 아울러 광검출 소자 또한 각각의 광흡수 영역의 간격이 동일한 단일 칩 어레이로 제작하여 사용하는 것이다.
이와 같이 어레이 광결합 렌즈와 어레이 광검출 소자를 사용할 경우 단 한차례의 광정렬에 의해 전체 채널의 광정렬이 가능하다는 장점이 있으나 채널 사이의 간격이 큰 경우에는 어레이 광검출 소자의 크기 및 모듈의 중량이 증가되게 되며, 제조단가 또한 매우 비싸지는 단점이 있다.
금형으로 대량 생산이 가능한 어레이 렌즈의 경우에는 통상 광통신 모듈에 사용되는 부품의 크기가 매우 작으므로 채널 사이 간격이 크더라도 비교적 낮은 가격으로 제작 가능하나 광검출 소자의 경우 칩의 대량 생산 가격은 광검출 소자의 면적에 비례하기 때문에 채널 사이 간격이 큰 넓은 면적의 어레이 소자는 채널당 가격이 채널 사이의 간격에 비례하여 올라가게 된다.
따라서 통상의 어레이 모듈의 경우 채널 사이의 간격은 광섬유의 지름에 해당하는 250um를 갖도록 하고 있으나, 광수신 모듈의 경우 통상 광검출 소자 뒤단에 광전류를 증폭하기 위한 전치 증폭 소자를 함께 내장하는 경우가 대부분이며 이 전치 증폭 소자는 0.8 내지 1mm의 폭을 갖으므로 어레이 광검출 소자의 광흡수 영역 사이 간격도 최소한 전치 증폭 소자의 폭 이상이 되도록 하여야 한다.
이와 같이 채널 사이의 간격이 큰 구조에서 어레이 광검출 소자를 사용하여야 할 경우, 원하는 채널 사이 간격을 갖는 어레이 광검출 소자의 구입이 불가능할 수도 있으며 원하는 어레이 광검출 소자의 구입이 가능하더라도 어레이 광검출 소자의 가격이 단일 칩 광검출 소자를 사용하면서 각 채널별로 개별적인 정렬 공정을 거치는 공정에 비해 상대적으로 비용이 상승되는 문제점 발생할 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다수의 개별 광검출 소자를 사용하면서 단 한차례의 광정렬 공정만으로 다채널 광수신 모듈을 제작하기 위한 구조로, 다수의 개별 광검출 소자들을 별도의 서브 마운트 위에 플립 칩 본딩 공정을 이용하여 부착한 후 이를 단 한차례의 정렬 공정으로 조립하는 방법이 고안되었다.
그러나 이 방법의 경우에는 플립칩 본딩이 가능하도록 광검출 소자가 미리 설계 제작되어야 할 뿐 아니라 채널당 10Gbps 이상의 고속 모듈의 경우에는 플립 칩 본딩을 하기 위한 서브 마운트에서 발생하는 기생 용량이 수신감도를 저하시키는 문제점이 있었다.
따라서, 어레이 구조가 아닌 각각 개별적인 광검출 소자 또는 광결합 렌즈가 요구되는 광결합부의 경우, 비용상승을 억제하면서 이들을 정밀하게 정렬시켜 광결합 효율이 최대가 될 수 있는 광수신 모듈 및 광수신 모듈의 광정렬 방법이 요구되는 실정이다.
본 발명은 상기에서 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 다채널 광수신 모듈에 있어서, 어레이 형태가 아닌 각각 독립된 광검출 소자 또는 광결합렌즈를 사용해야 하는 경우, 반사거울의 정렬을 통해 각 채널의 광검출 소자에 대한 광결합 효율을 최대로 설정할 수 있는 다채널 광수신 모듈 및 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 파장 분할 다중화 방식 또는 다수의 광섬유를 병렬로 연결하는 방식의 다채널 광통신에 적용되는 것으로, 다수의 광섬유 또는 파장 분할 역다중화 소자에 의해 각 파장으로 분할되어 발산되는 다채널의 광신호를 전기신호(광전류)로 검출 및 증폭하는 광결합부를 포함하는 다채널 광수신 모듈에 있어서, 상기 광결합부는, 상기 다수의 광섬유 또는 파장 분할 역다중화 소자에 의해 각 파장으로 분할되어 발산되는 다채널의 발산광 형태의 각 광신호를 초점광으로 전환시키는 복수개의 광결합 렌즈와; 상기 광결합 렌즈의 후단에 위치하여 상기 발산광 형태의 광신호와 수평으로 배치되어 상기 광결합 렌즈에 의해 전환된 초점광 형태의 각 광신호에 따른 전기신호를 검출하는 복수개의 독립적인 광검출 소자와; 상기 광검출 소자의 후단에 위치하고, 상기 광검출 소자에서 검출된 전기신호를 증폭하여 출력시키는 전달 임피던스 타입의 복수개의 전치 증폭 소자와; 상기 각 광검출 소자의 상측에 위치하여 광결합 렌즈에 의해 초점광으로 전환된 각 채널의 광신호의 방향을 광검출 소자 측으로 굴절시키며, 실리콘 반도체 위에 V-홈으로 식각하여 그 식각된 경사면에 반사막 코팅되어 형성된 실리콘 V-홈 반사거울; 및 상부측에 상기 광결합 렌즈, 광검출 소자, 전치 증폭 소자 및 실리콘 V-홈 반사거울이 안착 및 정렬되는 안착부가 형성된 금속 광학 벤치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다채널 광수신 모듈이 제공될 수 있다.
이때, 상기 안착부는, 광결합 렌즈가 위치되는 지점에 턱이 생성되도록 일정 깊이로 가공 형성되는 광결합 렌즈 안착부와; 상기 금속 광학 벤치와 일체 가공되고, 사이에 광검출 소자가 안착되어 정렬되도록 광검출 소자의 규격(사이즈)에 대응되는 간격으로 돌출되며, 상부에는 실리콘 V-홈 반사거울이 안착되는 복수개의 돌출부로 형성되는 광검출 소자 안착부; 및 상기 전치 증폭 소자가 배열되어 안착될 수 있는 전치 증폭 소자 안착부로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법에 있어서, 상기 복수개의 광결합 렌즈, 광검출 소자 및 전치 증폭 소자를 상기 금속 광학 벤치 상에 형성된 광결합 렌즈 안착부, 광검출 소자 안착부 및 전치 증폭 소자 안착부에 각각 안착 및 정렬시켜 고정하는 단계와; 상기 안착된 각 광검출 소자의 상측에 위치되도록 상기 광검출 소자 안착부의 돌출부 위에 실리콘 V-홈 반사거울을 위치시키는 단계와; 상기 광검출 소자에 전기신호(광전류)가 검출되도록 광신호를 입력시키고, 상기 실리콘 V-홈 반사거울을 직선이동 및 회전이동을 통해 움직이면서 광검출 소자에서 검출되는 전기신호 값을 실시간 측정하여, 측정되는 전기신호 값이 최대가 되는 실리콘 V-홈 반사거울의 위치 및 각도를 찾아 정렬시키는 단계; 및 정렬된 상기 실리콘 V-홈 반사거울의 양단을 한 쌍의 돌출부 상에 고정시키는 단계;를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법이 제공될 수 있다.
이때, 상기 실리콘 V-홈 반사거울의 위치 및 정렬 단계에 있어서, 상기 복수개의 실리콘 V-홈 반사거울을 클램핑하여, 광검출 소자에서 측정되는 전기신호의 값을 입력받아 각 채널별로 실리콘 V-홈 반사거울의 위치 및 각도의 조절이 이루어지게 구동 제어되는 지그형 정렬장치에 의해 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 다채널 광수신 모듈에 부득이하게 다수의 독립적인 광검출 소자를 사용해야 하는 경우, 실리콘 V-홈 반사거울의 각 채널별 정렬을 통해 각 채널의 광결합 공정이 수행되도록 할 수 있으며, 광효율 또한 최적의 상태로 설정 및 유지 할 수 있다.
또한, 다채널 광수신 모듈의 광결합부가 어레이 형태에 비해 상대적으로 낮은 가격의 독립적인 광검출 소자로 구성되고, 광결합 렌즈, 광검출 소자의 정렬(공정)이 용이하며, 저가격 대량 생산이 가능한 실리콘 V-홈 반사거울로 구성됨에 따라 광결합부의 제조단가의 절감과 모듈의 경향화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다채널 광수신 모듈을 구성하는 광결합부를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 광결합부의 실리콘 V-홈 반사거울에 의한 광 굴절을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 실리콘 V-홈 반사거울을 통한 최적의 광정렬 상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 아울러, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다채널 광수신 모듈의 광결합부(100)를 보여주는 도면이다. 도 2는 도 1의 광결합부(100)의 실리콘 V-홈 반사거울(150)에 의한 광 굴절을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 2를 참고하면, 본 발명에 따른 다채널 광수신 모듈은 모듈에 구성되는 광섬유 어레이 블록 위에 일정한 간격으로 안착된 다수의 광섬유(미도시)로부터 발산되거나, 또는 파장 분할 역다중화 소자(미도시)에 의해 각 파장으로 분할되어 발산되는 다채널의 광신호를 전기신호로 변환 및 증폭하는 광결합부(100)를 특징으로 하며, 상기 광결합부(100)는, 광결합 렌즈(110), 광검출 소자(120), 전치 증폭 소자(130), 금속 광학 벤치(140) 및 실리콘 V-홈 반사거울(150)을 포함하여 구성될 수 있다.
광결합 렌즈(110)는 다채널 광수신 모듈에 구성되는 다수의 광섬유(광섬유 어레이) 또는 파장 분할 역다중화 소자의 출력단으로부터 발산되는 발산광을 초점광으로 전환시키는 구성으로 각각 독립적으로 구성되는 구조와 어레이 형태의 구조로 형성되며, 이는 종래의 광결합 렌즈와 기능적, 구조적으로 유사하게 형성될 수 있다.
광검출 소자(120)는 광결합 렌즈(110)에 의해 초점광으로 전환된 광신호를 수광영역(121)을 통해 입력받아 전기신호(광전류)로 전환시켜 광전류 값을 검출하는 것으로, 어레이 형태의 구조가 아닌 각각 독립적으로 복수개가 구성될 수 있다. 이때, 광검출 소자(120)를 단순히 어레이 형태가 아닌 독립적으로 구성한다는 의미로만 해석하기 보다는, 광결합부(100)의 각 채널 사이의 간격이 넓거나, 각 채널 사이의 간격이 일정하지 않고 오차가 있는 경우, 어레이 형태 구조의 광검출 소자를 적용하기에는 광검출 소자의 가격이 매우 고가인 경우여서 적용하기 어려운 경우와 같이 어레이 광검출 소자를 적용 또는 이용하지 못하는 구조 또는 여건에서 독립적인 광검출 소자가 구성되는 것을 의미하는 것으로 해석되어야 할 것이다. 즉, 상기에서 언급한 구조 및 여건이 아닌 경우에는 종래기술에서 설명한 바와 같이 어레이 형태의 광검출 소자를 적용하는 것이 효과적임은 당연하다 할 수 있으나, 본 발명은 상기와 같이 어레이 형태의 광검출 소자가 적용되기 어려운 구조나 비용적 측면과 같은 여건 때문에 독립적인 광검출 소자가 적용될 수 밖에 없는 다채널 광수신 모듈임을 다시 한번 명확히 하는 바이다.
전치 증폭 소자(130)는 광검출 소자(120)의 후단측에 광검출 소자(120)와 각각 와이어 본딩(131)에 의해 연결되어 광검출 소자(120)에 의해 검출된 전기신호를 증폭하여 출력하는 구성으로, 각 광검출 소자(120)에 대응되는 수만큼 구성될 수 있다. 또한, 전치 증폭 소자(130) 역시 각각 독립적인 구조 또는 어레이 형태의 구조로 구성될 수 있으며, 본 발명의 광결합부(100)에 구성되는 전치 증폭 소자는 구조에 상관없이 독립적인 구조 또는 어레이 형태의 구조 모두 적용될 수 있음으로 특별히 한정하지 않는다.
금속 광학 벤치(140)는 광결합부(100)를 구성하는 구성요소들이 안착 및 정렬되기 위한 일종의 베이스로 상기 광결합 렌즈(110), 광검출 소자(120), 전치 증폭 소자(130) 등이 각각 안착 및 정렬될 수 있는 안착부(141, 142, 144)가 형성되어 있다.
이때, 안착부(141, 142, 144) 중 광결합 렌즈(110)가 안착 및 정렬되는 광결합 렌즈 안착부(141)는 광결합 렌즈(110)가 위치되는 지점에 턱이 생성되도록 일정 깊이로 가공된 구조로 형성되어 광결합 렌즈(110)가 별도의 정렬공정 없이 정해진 위치에 정렬되도록 할 수 있다. 또한, 광검출 소자 안착부(142)는 광결합 렌즈 안착부 후측(141)에 금속 광학 벤치(140)와 일체 가공되고, 광검출 소자(120)의 규격(사이즈)에 대응되는 일정 간격으로 배열된 다수개의 돌출부(143)로 형성된다. 이러한 돌출부(143)는 광결합부(100)의 형성 채널의 수, 즉 광검출 소자(120)의 수에 대응(돌출부의 수는 광검출 소자의 수(n) + 1개 많도록 비례)되도록 형성되며, 돌출부(143) 사이에 형성되는 간격이 광결합 렌즈(110)의 위치와 각각 대응되도록 형성된다. 따라서, 돌출부(143) 사이의 간격에 광검출 소자(120)가 안착되면, 별도의 정렬공정이 없이도 광결합 렌즈(110)와 광검출 소자(120)가 동일 선상으로 각각 1:1 정렬이 될 수 있다. 아울러, 전치 증폭 소자 안착부(144)는 전치 증폭 소자(130)가 안착 및 정렬될 수 있도록 일정 깊이 가공되는 구조를 취할 수 있다. 다만, 전치 증폭 소자 안착부(144)가 광검출 소자(120)가 안착되는 금속 광학 벤치(140)의 상면과 동일한 높이로 형성되는 경우, 전치 증폭 소자 안착부(144)를 일정 깊이로의 가공이 불필요할 수 있다. 즉, 전치 증폭 소자 안착부(144)는 광검출 소자(120)와 전치 증폭 소자(130)가 동일선상의 유사 높이로 안착 및 정렬될 수 있는 구조를 취하면 특별한 가공이 불필요할 수 있다.
실리콘 V-홈 반사거울(150)은 본 발명에 따른 광결합부(100)의 주요한 구성요소 중 하나로, 광결합 렌즈(110)에 의해 발산되는 초점광을 광검출 소자(120)가 위치한 아래쪽으로 굴절시켜주기 위한 구성으로, 실리콘 반도체 위에 V-홈으로 식각하여 그 식각된 경사면에 반사막 코팅을 하여 제작된 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, 실리콘 V-홈 반사거울(150)은 광검출 소자(120)의 상측에 위치되어 인접한 한 쌍의 돌출부(143) 사이에 안착되는 구조를 취한다.
이러한, 실리콘 V-홈 반사거울(150)은 종래의 평판형 반사거울에 비해 낮은 단가로 대량 생산이 가능한 장점이 있어, 종래의 반사거울을 이용하는 것과 비교하여 광결합부(100)의 제조단가 절감 및 경량화 측면에서 보다 효율적으로 작용될 수 있다.
다만, 실리콘 V-홈 반사거울(150)을 사용하여 초점광을 광검출 소자(120) 측으로 굴절시켜줄 경우에는 도 2로 도시한 바와 같이 반사각도가 45도가 아닌 실리콘의 습식 식각 시 나타나는 경사면의 각도인 약 54.7도를 갖게 된다. 이럴 경우 어레이 광검출 소자(120)로 입사되는 빛이 90도가 아닌 약 80.3도로 입사되는 특징이 있음에 따라, 이를 고려하여 광정렬이 요구되어야 한다.
이하에서는 상기에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 다채널 광수신 모듈의 광결정렬 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 도 3에 도시된 실리콘 V-홈 반사거울(150)을 통한 최적의 광정렬 상태를 설명하기 위한 도면이다.
우선, 안착부(141, 142, 144)들이 가공 형성된 금속 광학 벤치(140) 상에 광결합 렌즈(110), 광검출 소자(120) 및 전치 증폭 소자(130)를 각각 광결합 렌즈 안착부(141), 광검출 소자 안착부(142) 및 전치 증폭 소자 안착부(144)에 각각 안착 및 정렬시킨다. 이때, 안착 및 정렬된 광결합 렌즈(110), 광검출 소자(120) 및 전치 증폭 소자(140)는 별도의 정렬 공정 없이 단순 안착(= 자동 정렬)되어 접착제에 의해 고정된다.
다음으로, 광검출 소자 안착부(142)의 사이에 광검출 소자(120)가 안착된 한 쌍의 상기 돌출부(143) 상에 실리콘 V-홈 반사거울(150)을 안착 및 정렬한 후 고정 시킨다.
이때, 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 정렬은 광검출 소자(120)에 전기신호가 검출되도록 광신호를 입력시키고, 실리콘 V-홈 반사거울(150)을 직선이동 및 회전이동을 통해 움직이면서 광검출 소자(120)에서 검출되는 전기신호 값을 실시간 측정하여, 측정되는 전기신호 값이 최대가 되는 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 위치 및 각도를 찾아 정렬시키는 능동 정렬 방식을 사용한다. 구체적으로 설명하면, 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 정렬은 광결합 렌즈(110)로부터 발산되는 초점광을 광검출 소자의 광 흡수영역에 정확하게 입사되도록 이루어지는 것과 동일함에 따라, 도 3으로 도시한 바와 같이 실리콘 V-홈 반사거울(150)을 좌우 x-방향 또는 앞뒤 y-방향으로 이동시키거나 θ-방향(도 3기준 y-축을 회전축으로 하는 방향)으로 회전시켜 V-홈의 반사면에 반사되어 광검출 소자(120)로 향하는 광신호의 방향과 각도가 도 4와 같이 광검출 소자(120)의 수광영역(121)으로 최대한 많은 광신호가 들어갈 수 있도록 정렬시킨다.
이때, 광검출 소자(121)가 위치한 금속 광학 벤치(140) 바닥 면 기준 광신호의 위치가 좌우 a-방향 혹은 앞뒤 b-방향으로 움직이게 하기 위해서는 실리콘 V-홈 반사거울(150)이 각 θ-방향으로 회전되거나 앞뒤 y-방향으로 이동되어야 한다. 단, 실리콘 V-홈 반사거울(150)이 좌우 x-방향으로 이동하는 경우에는 바닥 면에서 광신호의 위치에는 큰 변화가 없음에 따라 x-방향의 이동은 단순 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 돌출부(143) 상의 안정적인 안착과 관련해서만 고려하여 이동시킨다.
한편, 상기에서 설명한 능동 정렬방식에 의한 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 정렬은 실리콘 V-홈 반사거울(150)을 클램핑하여 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 위치 및 각도의 조절이 가능하게 하는 지그형 정렬장치(미도시)를 통해 이루어질 수 있다.
상기 정렬장치는 실리콘 V-홈 반사거울(150)을 클램핑하여, 돌출부 상에 위치시킨 후, 광검출 소자(120)를 통해 측정되는 전기신호(광전류)의 값에 따라 자동 또는 수동으로의 제어되며, 각 채널별로 광검출소자(120)에 의해 측정되는 전기신호 값이 최대가 되도록 실리콘 V-홈 반사거울(150)이 정렬되도록 구동된다. 이후, 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 정렬이 이루어지면 홀딩된 상태에서 UV 에폭시와 같은 접착제 및 경화를 통해 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 하단측 양단을 돌출부(143) 상에 고정되도록 함으로써 광결합부(100)의 광정렬을 완료하게 된다.
이상 상기에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 다채널 광수신 모듈 및 광정렬 방법은 부득이하게 다수의 독립적인 광검출 소자를 사용해야 하는 경우, 실리콘 V-홈 반사거울(150)의 각 채널별로 정렬됨에 따라 각 채널의 광결합을 효율적으로 수행되도록 할 수 있으며, 광결합부(100)의 광효율 또한 최적의 상태로 설정 및 유지할 수 있다.
또한, 광결합부(100)에 있어서, 어레이 형태에 비해 상대적으로 낮은 가격의 독립적인 광검출 소자로 구성되고, 광결합 렌즈, 광검출 소자의 정렬(공정)이 용이하며, 종래의 평판형 반사거울 대신 저가격 대량 생산이 가능한 실리콘 V-홈 반사거울로 구성됨에 따라 광결합부의 제조단가를 현저히 감소시킬 수 있다.
아울러, 광결합부의 경량화가 가능하고, 제조 공정 및 제조 단가를 절감할 수 있어 다채널 광수신 모듈 시장 활성화와 다채널 광통신 기술을 이용하여 광통신의 데이터 전송 용량을 늘리는 데 크게 기여할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.

Claims (4)

  1. 파장 분할 다중화 방식 또는 다수의 광섬유를 병렬로 연결하는 방식의 다채널 광통신에 적용되는 것으로, 다수의 광섬유 또는 파장 분할 역다중화 소자에 의해 각 파장으로 분할되어 발산되는 다채널의 광신호를 전기신호(광전류)로 검출 및 증폭하는 광결합부를 포함하는 다채널 광수신 모듈에 있어서,
    상기 광결합부는,
    상기 다수의 광섬유 또는 파장 분할 역다중화 소자에 의해 각 파장으로 분할되어 발산되는 다채널의 발산광 형태의 각 광신호를 초점광으로 전환시키는 복수개의 광결합 렌즈와;
    상기 광결합 렌즈의 후단에 위치하여 상기 발산광 형태의 광신호와 수평으로 배치되어 상기 광결합 렌즈에 의해 전환된 초점광 형태의 각 광신호 따른 전기신호를 검출하는 복수개의 독립적인 광검출 소자와;
    상기 광검출 소자의 후단에 위치하고, 상기 광검출 소자에서 검출된 전기신호를 증폭하여 출력시키는 전달 임피던스 타입의 복수개의 전치 증폭 소자와;
    상기 각 광검출 소자의 상측에 위치하여 광결합 렌즈에 의해 초점광으로 전환된 각 채널의 광신호의 방향을 광검출 소자 측으로 굴절시키며, 실리콘 반도체 위에 V-홈으로 식각하여 그 식각된 경사면에 반사막 코팅되어 형성된 실리콘 V-홈 반사거울; 및
    상부측에 상기 광결합 렌즈, 광검출 소자, 전치 증폭 소자 및 실리콘 V-홈 반사거울이 안착 및 정렬되는 안착부가 형성된 금속 광학 벤치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다채널 광수신 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 안착부는,
    광결합 렌즈가 위치되는 지점에 턱이 생성되도록 일정 깊이로 가공 형성되는 광결합 렌즈 안착부와;
    상기 금속 광학 벤치와 일체 가공되고, 사이에 광검출 소자가 안착되어 정렬되도록 광검출 소자의 규격(사이즈)에 대응되는 간격으로 돌출되며, 상부에는 실리콘 V-홈 반사거울이 안착되는 복수개의 돌출부로 형성되는 광검출 소자 안착부; 및
    상기 전치 증폭 소자가 배열되어 안착될 수 있는 전치 증폭 소자 안착부로 형성되는 것을 특징으로 하는 다채널 광수신 모듈.
  3. 청구항 1 또는 2에 따른 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법에 있어서,
    상기 복수개의 광결합 렌즈, 광검출 소자 및 전치 증폭 소자를 상기 금속 광학 벤치 상에 형성된 광결합 렌즈 안착부, 광검출 소자 안착부 및 전치 증폭 소자 안착부에 각각 안착 및 정렬시켜 고정하는 단계와;
    상기 안착된 각 광검출 소자의 상측에 위치되도록 상기 광검출 소자 안착부의 돌출부 위에 실리콘 V-홈 반사거울을 위치시키는 단계와;
    상기 광검출 소자에 전기신호(광전류)가 검출되도록 광신호를 입력시키고, 상기 실리콘 V-홈 반사거울을 직선이동 및 회전이동을 통해 움직이면서 광검출 소자에서 검출되는 전기신호 값을 실시간 측정하여, 측정되는 전기신호 값이 최대가 되는 실리콘 V-홈 반사거울의 위치 및 각도를 찾아 정렬시키는 단계; 및
    정렬된 상기 실리콘 V-홈 반사거울의 양단을 한 쌍의 돌출부 상에 고정시키는 단계;를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 실리콘 V-홈 반사거울의 위치 및 정렬 단계에 있어서,
    상기 복수개의 실리콘 V-홈 반사거울을 클램핑하여, 광검출 소자에서 측정되는 전기신호의 값을 입력받아 각 채널별로 실리콘 V-홈 반사거울의 위치 및 각도의 조절이 이루어지게 구동 제어되는 지그형 정렬장치에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 다채널 광수신 모듈의 광정렬 방법.
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