WO2022244914A1 - 투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진 - Google Patents

투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진 Download PDF

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WO2022244914A1
WO2022244914A1 PCT/KR2021/009471 KR2021009471W WO2022244914A1 WO 2022244914 A1 WO2022244914 A1 WO 2022244914A1 KR 2021009471 W KR2021009471 W KR 2021009471W WO 2022244914 A1 WO2022244914 A1 WO 2022244914A1
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light
optical fiber
light source
transmitting
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PCT/KR2021/009471
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김종국
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주식회사 레신저스
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4202—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements

Definitions

  • the present invention relates to an optical engine, and more particularly, to an optical engine including an optical wiring made of a light-transmitting wire.
  • Optical engines are being utilized according to high-speed and high-capacity data transmission.
  • the optical engine includes an optical signal transmission channel for providing an optical signal corresponding to the electrical signal to an optical fiber when an electrical signal is received, and an optical signal receiving channel for receiving the optical signal transmitted through the optical fiber and generating an electrical signal corresponding thereto.
  • the optical signal transmission channel includes a control element that receives an electrical signal and operates a light emitting element in response to the received electric signal, and a light emitting element (or light source chip) that generates an optical signal by emitting light in response to the control signal. It includes an optical component that provides an optical signal to an optical fiber.
  • the optical signal receiving channel includes a light receiving element that converts an incident light signal into an electrical signal, an optical component that guides an optical signal transmitted through an optical fiber to a light receiving element (or a light receiving chip), and amplifies or It includes a control element that modulates and outputs.
  • optical engines Components implementing an optical signal transmission channel and/or components implementing an optical signal reception channel are also referred to as optical engines.
  • the optical engine must include optical components that are structures for optical coupling of optical fibers and light-receiving/light-emitting elements.
  • An optical component is composed of one or a plurality of lenses, prisms, reflectors, etc., and it is difficult to miniaturize such lenses, prisms, reflectors, etc. beyond a certain limit. Therefore, miniaturization of the optical engine is difficult due to limitations in miniaturizing the optical component, which makes it difficult to increase the transmission amount per unit volume of the optical engine.
  • Patent Registration No. 10-2206368 registered on January 18, 2021 (name: connector plug and active optical cable assembly using the same) (name: connector plug and active optical cable assembly using the same) (name: connector plug and active optical cable assembly using the same) may be referred to.
  • the optical component ( 171) is disposed, and the optical component 171 is a 45° reflective mirror installed at an angle of 45° to the surface of the optical element module 101, a concave mirror having a concave shape, or a right angle reflective mirror.
  • a connector plug characterized in that it is a prism is disclosed.
  • each of the optical element 130 and the optical fiber 300 It should be placed in a fixed position facing the correct direction, and moreover, the optical component 171 should be positioned in the correct direction at the correct point between the optical element 130 and the optical fiber 300.
  • the optical fiber alignment guide member 410 and the optical component alignment guide 400 are components for locating and fixing the optical fiber 300 and the optical component 171 in the correct position and direction relative to each other. ) are provided, respectively.
  • the present invention in an optical engine, uses an optical component including one or a plurality of lenses, prisms, reflectors, etc. for optical coupling between an optical fiber and a light emitting/receiving element. Rather than doing it, we want to implement it using a completely new member.
  • An optical engine including a light-transmitting wire optical wiring for achieving the above object includes an optical fiber having an end face on one side; a light source chip disposed near the one side of the optical fiber and generating an optical signal including predetermined data; and an optical wiring made of a light-transmitting material capable of transmitting the optical signal, one end coupled to the light emitting surface of the light source chip and the other end coupled to the end surface of the optical fiber.
  • the optical wiring is made in a wire shape, and one end and the other end of the optical wiring may be directly attached to the end surface of the optical fiber and the light emitting surface of the light source chip.
  • the optical engine further includes a terminal unit that receives a predetermined electric signal from an external device and obtains a predetermined DC voltage, and a control element that controls the DC voltage applied to the light source chip in response to the electric signal.
  • a terminal unit that receives a predetermined electric signal from an external device and obtains a predetermined DC voltage
  • a control element that controls the DC voltage applied to the light source chip in response to the electric signal.
  • the optical engine may further include a fixing member for fixing the one side of the optical fiber to a specific position, and a substrate for fixing at least the fixing member and the light source chip.
  • the optical engine is disposed in the vicinity of the other side opposite to the one side of the optical fiber, and is made of a light-receiving chip that generates an electrical signal in response to the received light and a light-transmitting material capable of transmitting the optical signal
  • the optical fiber may further include another light wire having one end coupled to the other end surface of the optical fiber and the other end coupled to the light receiving surface of the light receiving chip.
  • An optical engine including a light-transmitting wire optical wiring includes an optical fiber having one end face; a light-receiving chip disposed near the end face of the optical fiber, receiving an optical signal containing predetermined data and generating a corresponding electrical signal; and an optical wiring made of a light-transmitting material capable of transmitting the optical signal, one end coupled to the light-receiving surface of the light-receiving chip and the other end coupled to the end face of the optical fiber.
  • the optical engine according to the present invention directly couples the optical fiber and the light-emitting/light-receiving element with a light-transmitting wire optical wiring, thereby eliminating the need to precisely align the optical fiber and the light-emitting/light-receiving element, and nevertheless realizing high-efficiency optical coupling. have.
  • FIG. 1 is a view showing the main parts of an active optical cable assembly according to the prior art.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic structure of an optical engine including a light-transmitting wire optical wiring according to the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing the main parts of an optical engine according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an actual embodiment of an optical engine including a light-transmitting wire optical wiring according to the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an alignment margin of an optical element, which can be obtained when an optical engine according to the present invention is used.
  • the optical engine of the present invention includes a light source chip 110, an optical fiber 140, and a light-transmitting optical wire 130.
  • the end face of the optical fiber 140 and the surface of the light source chip 110 have been described as an example in which the end face of the optical fiber 140 and the surface of the light source chip 110 are orthogonal to each other (as shown), but the end face of the optical fiber 140 and the light source
  • the surfaces of the chip 110 may be arranged to face each other in parallel, or may even be arranged to face each other at an arbitrary angle. This is possible because the two surfaces can be directly optically coupled by the wire-shaped optical wiring 130 that can extend along an arbitrary path.
  • the light source chip 110 may be mounted on the substrate 107 serving as a reference surface by soldering or the like, and the optical fiber 140 may also be disposed on the optical fiber fixing member 145 provided on the substrate.
  • the light source chip 110 may be disposed near the end surface of the optical fiber 140, that is, the end surface of one side of the optical fiber to which the optical signal is input. In addition, the light source chip 110 may be arranged to emit light toward the vertical direction of the substrate 107 .
  • Light emission of the light source chip 110 may be controlled by, for example, an input DC voltage.
  • the optical fiber 140 may be disposed and fixed to the optical fiber fixing member 145 .
  • the optical fiber fixing member 145 may be implemented in any fixing method such as a V-groove type or a plastic jumper type.
  • the optical fiber fixing member 145 may be configured to align the optical fiber 140 horizontally with respect to the substrate 107 . In this case, the end surface of the optical fiber 140 and the surface of the light source chip 110 will be orthogonal to each other.
  • the end face of the optical fiber 140 is a cut surface formed at one end of the optical fiber, and may be formed with, for example, a flat cross section. Also, the distal end of the optical fiber 140 may be gradually tapered in a tapered shape. Also, the end face of the optical fiber may be formed not at the end portion of the optical fiber but at an arbitrary portion in the middle of the optical fiber. In this case, a portion of the optical fiber may be provided in a cut or cut form.
  • the optical wiring 130 has one end coupled to the light emitting surface of the light source chip 110 and the other end coupled to the end face of the optical fiber 140 .
  • the optical wire 130 may be coupled in such a way that it directly contacts and attaches to the end surface of the optical fiber 140 and/or the light emitting surface of the light source chip 110 .
  • one end of the optical wiring 130 is coupled in the same or similar direction to the light emission direction of the light source chip 110 so that the light emitted from the light source chip is incident to the optical wiring without loss as much as possible.
  • one end of the light wiring 130 is directly bonded to the light source chip 110, it is okay to significantly deviate from the light emission direction of the light source chip 110.
  • the other end of the optical wiring 130 is also coupled in the same direction as the length direction of the optical fiber 140, and in particular, coupled perpendicularly to the end face of the optical fiber 140, the optical signal transmitted through the optical wiring 130 It is desirable to make it incident on the optical fiber 140 without loss as much as possible.
  • the other end of the optical wiring 130 is directly bonded to the surface of the optical fiber 140, even if the direction of the optical wiring and the optical fiber do not coincide with each other, and even if the optical wiring is not perpendicular to the end surface of the optical fiber 140, it is okay. do.
  • the optical wire 130 is a light-transmitting material capable of transmitting the optical signal, and is made of a long shape having an arbitrary cross-section such as a triangle, a rectangle, or an ellipse, preferably a cylindrical wire shape.
  • the optical wiring 130 preferably extends in a curved shape having a constant curvature between the end surface of the optical fiber 140 and the surface of the light source chip 110, but has a curvature that changes as needed, or at least one It may also be considered that it is implemented in a bent form in more than one place.
  • the diameter of the optical wiring 130 may be arbitrarily determined, and as shown in the drawing, it may be smaller than the end face of the optical fiber (more precisely, the end face of the optical fiber core), or may be equal to or larger than the end face of the optical fiber. It may also have a large diameter.
  • the diameter of the optical wiring 130 may be configured to gradually become thinner or, conversely, gradually thicker from the end surface of the optical fiber toward the light source chip. It can even be considered that the diameter is formed while changing to become thicker or thinner.
  • two or more optical wirings 130 may be provided in parallel with respect to the end surface of one optical fiber and one light source chip.
  • the plurality of light wires may be connected in the same path and shape, bonded to each other, have different paths, or may come into contact with each other and cross each other.
  • optical wire 130 may be formed of a single wire from one end to the other end, or may be formed of a structure in which two or more segments are connected.
  • any material may be included as long as it can form a light-transmitting wire capable of transmitting an optical signal.
  • the light source chip 110, the optical wiring 130, and the end face of the optical fiber 140 configured as described above can be used as a transmission channel of an optical engine.
  • the light source chip 110 that outputs an optical signal for displaying data by emitting light in response to an input DC voltage generates a corresponding voltage or current as the light of the incident optical signal is received, thereby generating an electrical signal. It can be replaced with a light receiving chip 120 that generates a.
  • the light receiving chip 120, the optical wire 130, and the end face of the optical fiber 140 can be used as a receiving channel of an optical engine.
  • the optical engine according to the present invention may further include a terminal unit 103 and a control element 105 as shown in FIG. 3 .
  • a portion of the optical fiber 140, the optical wiring 130, and the light source chip 110 are referred to as an optical engine, but in this specification, a general optical engine includes a terminal unit 103, a control element 105, A structure including the substrate 107 and various parts necessary for transmitting and receiving optical signals is collectively referred to as an optical engine.
  • the terminal unit 103 may include terminals for receiving an electrical signal including data to be transmitted from an external device, for example, a separate communication device.
  • the terminal unit 103 may include terminals that receive a predetermined DC voltage from the external device. This DC voltage may be used as a voltage for driving the light source chip 110 or the light receiving chip 120 of the optical engine and a voltage for driving the control element 105 .
  • the control element 105 switches the connection between the DC voltage and the light source chip 110 in order to convert data included in the electrical signal input to the terminal unit 103 into an optical signal.
  • FIG. 3(a) shows an optical engine constituting a transmission channel configured at one end of an optical fiber.
  • the optical engine constituting the transmission channel includes a terminal unit 103, a control element 105, a light source chip 110, and an optical wire 130.
  • another optical engine serving as a receiving channel may be provided at the other end opposite to the optical fiber 140 (not shown).
  • An optical engine serving as a receiving channel may have the same configuration as the optical engine serving as a transmitting channel described above, except that the receiving channel will include a light receiving chip 120 instead of a light source chip.
  • 3(b) also shows a structure in which a control element, a light source chip, an optical wiring, an optical fiber, and a fixing means are disposed on a substrate.
  • Four optical fibers 140 are fixed to the optical fiber fixing member 145 parallel to the substrate 107 and parallel to each other.
  • Four light source chips 110 are disposed in the vicinity of the end face of each optical fiber so as to correspond to the end face, and with the light emitting surface facing the direction perpendicular to the substrate.
  • Each light source chip 110 corresponding to the end surface of each optical fiber 140 is coupled with an optical wiring 130 made of each light-transmitting wire.
  • the optical engine shown in Fig. 3(b) will have two transmit channels and two receive channels.
  • FIG. 4 is a diagram showing an actual embodiment of an optical engine including a light-transmitting wire optical wiring according to the present invention.
  • the illustrated optical engine was manufactured according to the specifications of a commercially available 400G QSFP-DD SR8 optical transceiver for data centers (see FIG. 4(a)).
  • the width of the module of the optical engine here is 19 mm, and the width of the substrate 107 on which it is mounted is 14 mm.
  • the optical engine is designed with a 16-channel structure in which 16 optical fibers 140 are arranged side by side. Accordingly, it is preferable that the illustrated optical engine also includes 8 transmit channels and 8 receive channels.
  • two sets of optical engines are placed on a conventional 14 mm wide board. ) can be arranged side by side with each other (see FIG. 4 (b)).
  • one set including eight optical fibers, light source chips (VCSELs) (or light receiving chips (PD)), and optical wirings can be completely implemented in a width of only 4 mm. (See Fig. 4(c)).
  • the light source chip 110 and/or the light receiving chip 120 are arranged as densely as possible (because there is no separate optical component).
  • the size of the optical engine since it is possible to achieve good optical coupling between the optical fiber and the light source chip and/or the light receiving chip, it is advantageous to minimize the size of the optical engine.
  • 16 channels of the optical engine can be implemented in a total range of 9 mm (see FIG. 4(d)).
  • the light source chip or the light receiving chip and the end face of the optical fiber are directly connected by the light transmitting wire according to the present invention, it can be made in a free form (without using a separate optical member requiring precise light alignment). Since the light is directly transmitted through the light-transmitting wire, it is possible to secure a margin for light alignment between the light source chip or the light-receiving chip and the end surface of the optical fiber. That is, a certain degree of optical alignment error is allowed.
  • one end of the light transmitting wire is brought into contact with at least a part of the light emitting surface of the light source chip 110. If it can be formed and its other end can be formed to contact at least a part of the end face of the optical fiber 140, good optical coupling can still be achieved.
  • the optical engine can be implemented inexpensively with a simple structure.
  • a control process for aligning a light source chip (or light receiving chip), an optical component, and an optical fiber in an accurate position is unnecessary, there are various advantages in terms of a manufacturing process.

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Abstract

본 발명은, 투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진을 개시한다. 상기 광학 엔진은, 일측에 말단면을 구비한 광섬유, 상기 광섬유의 상기 일측의 근방에 배치되며, 소정의 데이터를 포함하는 광신호를 발생시키는 광원칩, 및 상기 광신호를 전달할 수 있는 투광성 물질로 만들어지며, 일측단부는 상기 광원칩의 발광면에 결합되고 타측단부는 상기 광섬유의 상기 말단면에 결합된 광배선을 포함한다.

Description

투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진
본 발명은 광학 엔진에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 투광성 와이어로 만들어진 광배선을 포함하는 광학 엔진에 관한 것이다.
데이터 전송의 고속화 및 고용량화에 따라 광학 엔진이 활용되고 있다.
광학 엔진은, 전기신호를 수신하면 그에 대응하는 광신호를 광섬유에 제공하는 광신호 송신 채널과, 광섬유를 통해 전송된 광신호를 수신하여 그에 대응하는 전기신호를 생성하는 광신호 수신 채널을 포함한다.
광신호 송신 채널은, 전기신호를 수신하고 수신된 전기신호에 대응하여 발광 소자를 동작시키는 제어 소자와, 제어 신호에 대응하여 발광함으로써 광신호를 생성하는 발광 소자(또는, 광원칩)와, 생성된 광신호를 광섬유에 제공하는 광학 부품을 포함한다.
광신호 수신 채널은, 입사하는 광신호를 전기신호로 변환하는 수광 소자와, 광섬유를 통해 전송되는 광신호를 수광 소자(또는, 수광칩)로 유도하는 광학 부품과, 생성된 전기신호를 증폭하거나 변조하여 출력하는 제어 소자를 포함한다.
광신호 송신 채널을 구현하는 구성부들 및/또는 광신호 수신 채널을 구현하는 구성부들은, 광학 엔진(Optical Engine)이라고도 지칭된다.
한편, 최근에는, 광학 엔진의 크기를 줄이면서 단위 부피당 전송량을 늘리기 위한, 특히, 광학 엔진에 구비된 광학 부품의 크기를 줄이고자 하는 연구가 진행되고 있다.
광학 엔진은 광섬유와 수광/발광 소자를 광결합하기 위한 구조물인 광학 부품들을 반드시 포함해야 한다. 광학 부품은 하나 또는 다수의 렌즈, 프리즘 또는 반사경 등으로 구성되는데, 이러한 렌즈, 프리즘, 반사경 등은 어느 한계 이상으로 소형화하는 것이 어렵다. 따라서, 광학 부품을 소형화할 수 있는 한계 때문에 광학 엔진의 소형화가 어렵고, 이는 광학 엔진의 단위 부피당 전송량을 높이는 것을 어렵게 한다.
한편, 광학 엔진과 관련한 종래 기술로서는, 등록특허 제10-2206368호(2021.01.18. 등록)(명칭: 커넥터 플러그 및 이를 이용한 액티브 광 케이블 조립체)를 참고할 수 있다.
상기 종래 기술에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 광 소자 모듈(101)의 일면에 일체로 형성되며 광 엔진(110)의 광 소자(130)와 광섬유(300) 사이의 직교 지점에 광학 부품(171)이 배치되고, 이 광학 부품(171)은 광 소자 모듈(101)의 표면에 45°로 경사지게 설치되는 45° 반사 미러 또는 반사면이 콘케이브(concave) 형태로 이루어진 콘케이브형 미러 또는 직각 프리즘인 것을 특징으로 하는, 커넥터 플러그를 개시하고 있다.
이러한 종래 기술과 같이, 렌즈, 프리즘 또는 반사경 등의 광학 부품(171)으로 광 소자(130)와 광섬유(300) 사이의 광을 유도하는 경우에는, 광 소자(130)와 광섬유(300) 각각이 고정된 위치에 정확한 방향을 향하도록 배치되어야 하고, 더욱, 광학 부품(171)이 광 소자(130)와 광섬유(300) 사이의 정확한 지점에 정확한 방향으로 위치되어야 한다.
따라서, 종래 기술에서는, 광섬유(300)와 광학 부품(171)을 서로에 대해 정확한 위치에 정확한 방향으로 위치시키고 또한 고정시키기 위한 구성부로서, 광섬유 정렬 가이드 부재(410)와 광학 부품 정렬 가이드(400)를 각각 제공한다.
그리고 이러한 추가 부재들은 커넥터 플러그의 크기를 소형화하는 데에 추가적인 제약으로서 작용한다.
상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명은, 광학 엔진에 있어서, 광섬유와 발광/수광 소자의 광결합을, 하나 또는 다수의 렌즈, 프리즘 또는 반사경 등을 포함하는 광학 부품을 사용하는 것이 아니라, 전혀 새로운 부재를 사용하여 구현하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진은, 일측에 말단면을 구비한 광섬유; 상기 광섬유의 상기 일측의 근방에 배치되며, 소정의 데이터를 포함하는 광신호를 발생시키는 광원칩; 및 상기 광신호를 전달할 수 있는 투광성 물질로 만들어지며, 일측단부는 상기 광원칩의 발광면에 결합되고 타측단부는 상기 광섬유의 상기 말단면에 결합된 광배선을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 광배선은 와이어 형상으로 만들어지며, 상기 광배선의 일측단부 및 타측단부는, 상기 광섬유의 말단면 및 상기 광원칩의 발광면에, 직접 접촉하여 부착될 수 있다.
또한, 상기 광학 엔진은, 외부장치로부터 소정의 전기신호를 수신하고 또한 소정의 직류전압을 획득하는 단자부, 그리고 상기 전기신호에 대응하여 상기 광원칩에 인가되는 상기 직류전압을 제어하는 제어 소자를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학 엔진은, 상기 광섬유의 상기 일측을 특정 위치에 고정시키기 위한 고정 부재, 그리고 적어도 상기 고정 부재 및 상기 광원칩을 고정시키기 위한 기판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학 엔진은, 상기 광섬유의 상기 일측의 반대쪽인 타측의 근방에 배치되며, 수광하는 광에 대응하여 전기신호를 발생시키는 수광칩, 및 상기 광신호를 전달할 수 있는 투광성 물질로 만들어지며, 일측단부는 상기 광섬유의 상기 타측의 말단면에 결합되고, 타측단부는 상기 수광칩의 수광면에 결합된 또 하나의 광배선을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진은, 일측의 말단면을 구비한 광섬유; 상기 광섬유의 말단면의 근방에 배치되며, 소정의 데이터를 포함하는 광신호를 수신하여 대응하는 전기신호를 발생시키는 수광칩; 및 상기 광신호를 전달할 수 있는 투광성 물질로써 만들어지며, 일측단부는 상기 수광칩의 수광면에 결합되고 타측단부는 상기 광섬유의 상기 말단면에 결합된 광배선을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 광학 엔진은, 광섬유와 발광/수광 소자를 투광성 와이어 광배선으로 직접 결합시킴으로써, 광섬유와 발광/수광 소자를 고정밀도로 정렬시킬 필요가 없게 되고, 그럼에도 불구하고 고효율의 광결합을 실현할 수 있다.
또한, 하나 또는 다수의 렌즈, 프리즘 또는 반사경 등으로 이루어지는 기존의 광학 부품을 사용하지 않음에 따라, 광학 엔진의 혁신적인 소형화 및 저비용화를 달성할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 액티브 광 케이블 조립체의 주요부를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진의 개략적인 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 광학 엔진의 주요부를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진의 실제 구현예를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 광학 엔진을 이용하는 경우에 얻어질 수 있는, 광 소자의 정렬 마진을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 각 구성 요소를 지칭하는 용어들은 그 기능을 고려하여 예시적으로 명명된 것이므로, 용어 자체에 의하여 본 발명의 기술 내용을 예측하고 한정하여 이해해서는 안될 것이다.
더욱, 이하에서 설명되어질 본 발명의 다양한 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여주기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형을 설계할 수 있을 것이므로, 본 발명의 권리범위는 본 발명과 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상을 포괄하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 2는, 본 발명에 따른 투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진의 개략적인 구조를 보여주는 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명은, 광섬유(140)의 말단면과 광원칩(110)을 투광성 와이어(130)를 이용하여 직접 연결시키는 것을 기본 개념으로 한다. 따라서, 본 발명의 광학 엔진은, 광원칩(110)과 광섬유(140)와 투광성 와이어 광배선(130)을 포함하여 이루어진다.
한편, 본 명세서에서는, 광섬유(140)의 말단면과 광원칩(110)의 표면이, (도시된 바와 같이) 서로 직교하도록 배치된 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 광섬유(140)의 말단면과 광원칩(110)의 표면은 평행하게 마주하도록 배치될 수도 있으며, 심지어, 임의의 각도로 대향하도록 배치되어도 무방하다. 이것은, 임의의 경로를 따라 연장될 수 있는 와이어 형상의 광배선(130)에 의해 두 표면을 직접 광결합시킬 수 있기 때문에 가능한 것이다.
광원칩(110)은 기준면이 되는 기판(107)에 납땜 등으로 실장될 수 있으며, 광섬유(140)도 역시 기판에 구비된 광섬유 고정 부재(145)에 배치될 수 있다.
광원칩(110)은 광섬유(140)의 말단면, 즉, 광신호가 입력되는 광섬유의 일측의 말단면 근방에 배치될 수 있다. 또한, 광원칩(110)은 기판(107)의 수직 방향을 향해 광을 방출하도록 배치될 수 있다.
광원칩(110)은 예를 들면 입력되는 직류전압에 의해 발광이 제어될 수 있다.
광섬유(140)는 광섬유 고정 부재(145)에 배치 및 고정될 수 있다. 광섬유 고정 부재(145)는 V-그루브 형식 또는 플라스틱 점퍼 형식 등 임의의 고정 방식으로 구현될 수 있다. 광섬유 고정 부재(145)는 광섬유(140)를 기판(107)에 대해 수평으로 배열시키도록 구성될 수 있다. 이 경우, 광섬유(140)의 말단면과 광원칩(110)의 표면이 서로 직교하게 될 것이다.
광섬유(140)의 말단면은 광섬유의 일측 말단에 형성된 절단면으로서, 예를 들면, 평탄한 단면으로 형성될 수 있다. 또한, 광섬유(140)의 말단 부분은 테이퍼 형태로 점차 가늘어지게 가공될 수도 있다. 또한, 광섬유의 말단면은, 광섬유의 말단 부분이 아니라, 광섬유의 중간 임의의 부분에 형성될 수도 있는데, 이 경우, 광섬유의 일부가 절개되거나 깎여진 형태로서 제공될 수도 있다.
광배선(130)은, 일측단부는 상기 광원칩(110)의 발광면에 결합되고 타측단부는 상기 광섬유(140)의 말단면에 결합된다. 예를 들면, 광배선(130)은 광섬유(140)의 말단면 및/또는 광원칩(110)의 발광면에 직접 접촉하여 부착되는 방식으로 결합될 수 있다.
이때, 광배선(130)의 일측단부는 광원칩(110)의 광방출 방향과 동일하거나 비슷한 방향으로 결합되어 광원칩으로부터 방출되는 광이 최대한 손실없이 광배선으로 입사되도록 하는 것이 바람직하다. 하지만, 광배선(130)의 일측단부는 광원칩(110)에 직접 접합되는 것이기 때문에, 광원칩(110)의 광방출 방향과 상당히 어긋나더라도 무방하다.
마찬가지로, 광배선(130)의 타측단부도 광섬유(140)의 길이 방향과 동일한 방향으로 결합되고, 특히, 광섬유(140)의 말단면에 수직하게 결합되어 광배선(130)을 통해 전송되는 광신호가 최대한 손실없이 광섬유(140)로 입사되도록 하는 것이 바람직하다. 하지만, 광배선(130)의 타측단부가 광섬유(140)의 표면에 직접 접합되는 것이기 때문에, 광배선과 광섬유의 방향이 서로 일치하지 않더라도 또한 광배선이 광섬유(140)의 말단면과 수직하지 않더라도 무방하다.
따라서, 광원칩(110)과 광섬유(140)의 광정렬을 위한 위치정렬에 있어서, 어느 정도의 오차를 허용할 수 있게 된다.
광배선(130)은, 상기 광신호를 전달할 수 있는 투광성 물질로써, 삼각형, 사각형 또는 타원형 등 임의의 단면 형태를 갖는 긴 형태로, 바람직하게는 원통형의 와이어 형태로 만들어진다.
또한, 광배선(130)은 광섬유(140)의 말단면과 광원칩(110)의 표면 사이에서 곡률이 일정한 곡선 형태로 연장되는 것이 바람직하지만, 필요에 따라서는 변화하는 곡률을 갖거나, 적어도 한 군데 이상에서 꺾어진 형태로 구현되는 것도 고려할 수 있다.
광배선(130)의 지름은 임의로 결정될 수 있는데, 도면에 도시된 바와 같이 광섬유의 말단면(더욱 정확하게는 광섬유 코어의 말단면)보다 작은 지름으로 구성될 수도 있고, 광섬유의 말단면과 같거나 그보다 큰 지름을 가질 수도 있다. 또한, 광배선(130)의 지름은, 광섬유의 말단면으로부터 광원칩을 향하여 점차 가늘어지거나 반대로 점차 굵어지도록 구성될 수도 있다. 심지어는 지름이 굵어지거나 가늘어지게 변화하면서 구성되는 것도 고려할 수 있다.
또한, 광배선(130)은 하나의 광섬유의 말단면과 하나의 광원칩에 대해 2개 이상의 복수 개가 병렬로 제공될 수도 있다. 이때, 복수 개의 광배선들은 동일한 경로 및 형태로 연결되거나 또는 서로 접합되어 있거나, 서로 다른 경로를 가지거나 일부분에서 서로 접촉하여 교차할 수도 있다.
더욱, 광배선(130)은, 일측단부로부터 타측단부에 이르기까지 단일의 와이어로 이루질 수 있으며, 2개 이상의 세그먼트들이 연결된 구조로 이루어질 수도 있다.
한편, 광배선(130)을 구성하는 물질로는, 광신호를 전송할 수 있는 투광성 와이어를 형성할 수 있다면, 모든 물질을 포함할 수 있다.
이와 같이 구성되는 광원칩(110)과 광배선(130)과 광섬유(140)의 말단면은, 광학 엔진의 송신 채널로서 사용될 수 있다.
한편, 입력되는 직류전압에 대응하여 광을 방출함으로써 데이터를 표시하기 위한 광신호를 출력하는 광원칩(110)은, 입사하는 광신호의 광을 수신함에 따라 대응하는 전압 또는 전류를 발생시켜 전기신호를 생성하는 수광칩(120)으로 대체될 수 있다.
그렇다면, 수광칩(120)과 광배선(130)과 광섬유(140)의 말단면은 광학 엔진의 수신 채널로서 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 광학 엔진은, 도 3에 도시된 바와 같이, 단자부(103)와 제어 소자(105)를 더 포함할 수도 있다. 일반적으로는, 광섬유(140)의 일부, 광배선(130), 광원칩(110)을 광학 엔진으로 구분하여 지칭하지만, 본 명세서에서는, 일반적인 광학 엔진에 단자부(103), 제어 소자(105), 기판(107), 그리고 광신호의 송수신에 필요한 다양한 부품들을 포함하는 구조물을 통칭하여 광학 엔진이라고 한다.
단자부(103)는, 외부 장치, 예를 들면, 별도의 통신 디바이스 등으로부터, 전송할 데이터를 포함하는 전기신호를 수신하기 위한 단자들을 포함할 수 있다. 또한, 단자부(103)는, 상기 외부 장치로부터 소정의 직류전압을 입력받는 단자들을 포함할 수 있다. 이 직류전압은 광학 엔진의 광원칩(110) 또는 수광칩(120)을 구동하기 위한 전압 및 제어 소자(105)를 구동하기 위한 전압으로 사용될 수 있다.
제어 소자(105)는, 단자부(103)에 입력된 전기신호에 포함된 데이터를 광신호로 변환하기 위하여, 직류전압과 광원칩(110)과의 연결을 스위칭한다.
도 3(a)은 광섬유의 일측의 단부에 구성된 송신 채널을 구성하는 광학 엔진을 보여준다. 송신 채널을 구성하는 광학 엔진은 단자부(103)와 제어 소자(105)와 광원칩(110)과 광배선(130)을 포함한다. 한편, 상기 광섬유(140)의 반대쪽이 되는 타측의 단부에는, 수신 채널이 되는 또 하나의 광학 엔진이 구비될 수 있다(도시하지 않음). 수신 채널이 되는 광학 엔진은, 상기한 송신 채널이 되는 광학 엔진의 구성부와 동일하게 구성될 수 있는데, 다만, 수신 채널은 광원칩 대신에 수광칩(120)을 포함하게 될 것이다.
도 3(b)은 기판에 제어 소자와 광원칩과 광배선과 광섬유와 고정 수단이 배치된 구조를 또한 보여준다. 4개의 광섬유(140)가, 기판(107)에 평행하게 및 서로에게 평행하게 광섬유 고정 부재(145)에 고정되어 있다. 4개의 광원칩(110)이 각각의 광섬유의 말단면에 대응하도록 상기 말단면의 근방에, 및 발광면이 기판에 수직한 방향을 향하도록 배치되어 있다. 각각의 광섬유(140)의 말단면과 대응하는 각각의 광원칩(110)은 각각의 투광성 와이어로 이루어진 광배선(130)으로 결합되어 있다.
한편, 변형예로서, 4개의 광원칩 중 일부, 예를 들면, 2개는 수광칩으로 대체될 수도 있다. 그렇다면, 도 3(b)에 도시된 광학 엔진은 2개의 송신 채널과 2개의 수신 채널을 갖게 될 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진의 실제 구현예를 보여주는 도면이다. 도시된 광학 엔진은, 시중에서 구할 수 있는 데이터센터용 400G QSFP-DD SR8 광트랜시버의 규격에 맞추어 제작되었다(도 4(a) 참조).
여기서의 광학 엔진은 모듈의 폭이 19mm이며, 탑재되는 기판(107)의 폭은 14mm이다.
한편, 최근의 400Gbps의 고용량 데이터 전송을 실현하기 위해서, 광학 엔진은 16개의 광섬유(140)를 나란히 배열한 16채널 구조로 설계되고 있다. 따라서, 도시된 광학 엔진도 8개의 송신 채널과 8개의 수신 채널을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 광학 엔진의 크기를 최대한 작게 구현할 수 있으므로, 기존의 14mm 폭 기판에 2개 세트의 광학 엔진(하나의 세트는 4개의 송신 채널과 4개의 수신 채널을 구성하는 8개의 광섬유를 구비함)을 서로 나란하게 배치할 수 있게 된다(도 4(b) 참고).
본 발명에 의하면, 8개씩의 광섬유와 광원칩(VCSEL)(또는, 수광칩(PD))과 광배선을 포함하는 하나의 세트가, 단지 4mm의 폭에 완전하게 구현될 수 있음을 확인할 수 있다(도 4(c) 참고).
즉, 본 발명에 따라 광원칩과 광섬유의 말단면을 직접 광배선으로 연결하게 되면, (별도의 광학 부품이 없기 때문에,) 광원칩(110) 및/또는 수광칩(120)을 최대한 밀집시켜 배열하면서도 광섬유와 광원칩 및/또는 수광칩 간의 양호한 광결합을 달성할 수 있게 되므로, 광학 엔진의 크기를 최소화하는 데에 유리하다. 본 발명에서는, 광학 엔진의 16개의 채널들을 총 9mm 범위에 구현할 수 있게 되었다(도 4(d) 참고).
전술한 바와 같이, 본 발명에 따라 광원칩 또는 수광칩과 광섬유의 말단면을 투광성 와이어에 의해 직접 연결하게 되면, (정확한 광 정렬이 요구되는 별도의 광학 부재를 사용하지 않고) 자유로운 형태로 만들어질 수 있는 투광성 와이어를 통해 직접적으로 광 전송이 이루어지므로, 광원칩 또는 수광칩과 광섬유의 말단면 사이의 광 정렬에 마진을 확보할 수 있게 된다. 즉, 어느 정도의 광정렬의 오차는 허용된다.
예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 광원칩(110)이 정확한 위치에서 어긋난 상태로 기판상에 배치되었더라도, 투광성 와이어의 일측단부를 광원칩(110)의 발광면의 적어도 일부에 접촉하게 형성하고 그의 타측단부를 광섬유(140)의 말단면의 적어도 일부에 접촉하게 형성할 수 있다면, 여전히 양호한 광결합을 달성할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 광학 부품을 광섬유(140)의 말단면과 광원칩(또는, 수광칩) 사이에서 정확하게 위치맞춤하기 위한 부재(예를 들면, 광학 부품 정렬 가이드)가 불필요하므로, 광학 엔진을 단순한 구조로 저렴하게 구현할 수 있게 된다. 또한, 광원칩(또는, 수광칩), 광학 부품, 광섬유를 정확한 위치에 정렬시키기 위한 제어 공정이 불필요하므로, 제조 공정상의 다양한 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 일측에 말단면을 구비한 광섬유;
    상기 광섬유의 상기 일측의 근방에 배치되며, 소정의 데이터를 포함하는 광신호를 발생시키는 광원칩; 및
    상기 광신호를 전달할 수 있는 투광성 물질로 만들어지며, 일측단부는 상기 광원칩의 발광면에 결합되고 타측단부는 상기 광섬유의 상기 말단면에 결합된 광배선을 포함하는, 투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광배선은 와이어 형상으로 만들어지며, 상기 광배선의 일측단부 및 타측단부는,
    상기 광섬유의 상기 말단면 및 상기 광원칩의 상기 발광면에, 직접 접촉하여 부착된 것을 특징으로 하는, 투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    외부장치로부터 소정의 전기신호를 수신하고 또한 소정의 직류전압을 획득하는 단자부; 그리고
    상기 전기신호에 대응하여 상기 광원칩에 인가되는 상기 직류전압을 제어하는 제어 소자를 더 포함하는, 투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광섬유의 상기 말단면을 특정 위치에 고정시키기 위한 고정 부재; 그리고
    적어도 상기 고정 부재 및 상기 광원칩을 고정시키기 위한 기판을 더 포함하는, 투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유의 상기 일측의 반대쪽인 타측의 근방에 배치되며, 수광하는 광에 대응하여 전기신호를 발생시키는 수광칩; 및
    상기 광신호를 전달할 수 있는 투광성 물질로 만들어지며, 일측단부는 상기 광섬유의 상기 타측의 말단면에 결합되고, 타측단부는 상기 수광칩의 수광면에 결합된 또 하나의 광배선을 더 포함하는, 투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진.
  6. 일측의 말단면을 구비한 광섬유;
    상기 광섬유의 말단면의 근방에 배치되며, 소정의 데이터를 포함하는 광신호를 수신하여 대응하는 전기신호를 발생시키는 수광칩; 및
    상기 광신호를 전달할 수 있는 투광성 물질로써 만들어지며, 일측단부는 상기 수광칩의 수광면에 결합되고 타측단부는 상기 광섬유의 상기 말단면에 결합된 광배선을 포함하는, 투광성 와이어 광배선을 포함하는 광학 엔진.
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