KR100492846B1

KR100492846B1 - Semiconductor light source of optical transmitter with output control

Info

Publication number: KR100492846B1
Application number: KR10-2002-0074747A
Authority: KR
Inventors: 한명근; 노병섭; 박효훈; 김덕진; 김만식
Original assignee: (주)테라디안; 학교법인 한국정보통신학원
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2005-06-02
Also published as: KR20040046743A

Abstract

본 발명은 반도체 광원의 출력 중 일부를 광검출기로 보내출력관찰 및 출력보정할 수 있는 반도체 광원의 출력 제어 광송신기에 있어서, 광원으로부터 입사되는 광을 반사하면서 집광시키도록 반사 곡면이 설치된 창이 형성되는 TO 캔과, 반사 곡면에 대해 입사 후 반사되는 광 경로의 간섭을 방지하도록 광원과 광검출기가 기울게 안착되는 경사지지판과, TO 캔의 외관을 형성하면서 반사 곡면을 투과하는 광의 진행 경로상에 중심축이 일치되도록 집속 렌즈 및 광섬유를 일체로 지지하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한 것으로, TO캔 창의 반사면의 형상을 오목하고 기울게 하여 반사되는 광을 집광시켜 광검출기의 흡수영역에 도달하도록 해 줌으로써 반사되는 광의 이용효율을 높이고, 출력 관찰에 필요한 광량을 최소화하여 광송신기의 결합효율을 증가시키고, 반사되는 광이 대부분 광 검출기로 향해 반사되는 광에 의한 광원의 동작장애를 방지할 수 있다.The present invention provides an output control optical transmitter of a semiconductor light source capable of sending part of an output of a semiconductor light source to a photodetector for output observation and output correction, wherein a window having a reflective curved surface is formed to reflect and collect light incident from the light source. A central axis on the traveling path of the light passing through the reflective curved surface while forming the exterior of the TO can, the inclined support plate on which the light source and the photodetector are inclinedly seated so as to prevent interference of the optical path reflected and incident on the reflective curved surface. And a housing for integrally supporting the focusing lens and the optical fiber so as to coincide with each other. The concave and inclined shapes of the reflecting surface of the TO-can window allow the light to be reflected to reach the absorption region of the photodetector. Coupling efficiency of optical transmitter by increasing the utilization efficiency of reflected light and minimizing the amount of light required for output observation In addition, it is possible to prevent the disturbance of the light source due to the light reflected mostly toward the light detector.

Description

Output control optical transmitter of semiconductor light source {SEMICONDUCTOR LIGHT SOURCE OF OPTICAL TRANSMITTER WITH OUTPUT CONTROL}

본 발명은 반도체 광원의 출력 중 일부를 광검출기로 보내 출력관찰 및 출력보정 할 수 있는 반도체 광원의 출력 제어 광송신기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 TO캔 창의 반사면의 형상을 오목하고 기울게 하여 반사되는 광을 집광시켜 광검출기의 흡수영역에 도달하도록 한 반도체 광원의 출력 제어 광송신기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an output controlled optical transmitter of a semiconductor light source capable of sending part of the output of the semiconductor light source to the photodetector for output observation and output correction. The present invention relates to an output control optical transmitter of a semiconductor light source that focuses light to reach an absorption region of a photodetector.

최근 인터넷을 통해서 전송할 데이터의 증가에 따라 전기신호에 의한 기존의 통신시스템이 광신호를 이용하여 대용량의 데이터를 주고 받을 수 있는 광통신 시스템으로 전환되고 있다. 이와 같은 광통신 시스템에서 사용되는 대표적인 광학소자로 광섬유, 광송신기, 그리고 광수신기가 있다. 광송신기의 경우, 고속화, 소형화, 저가화, 및 대량생산의 용이성 등이 상용화를 위한 중요한 요인으로 자리 잡고 있다. Recently, with the increase of data to be transmitted through the Internet, the existing communication system by an electric signal has been converted into an optical communication system that can exchange a large amount of data using an optical signal. Representative optical devices used in such optical communication systems are optical fibers, optical transmitters, and optical receivers. In the case of an optical transmitter, high speed, miniaturization, low cost, and ease of mass production have become important factors for commercialization.

일반적으로, 수직 공동 표면방출 레이저 장치(Vertical cavity surface emitting laser, 이하 'VCSEL') 같은 반도체 광원은 사용시간과 사용 중 발생되는 온도 상승 등의 외부 환경의 변화에 의해 동작특성이 영향을 받는다. 예를 들어, 외부의 온도가 상승하게 되면 VCSEL내의 온도가 같이 상승하여 동일한 구동 전압임에도 불구하고 출력광의 세기가 감소하게 된다. 이러한 출력광 세기의 변화는 BER(Bit error ratio)에 심각한 영향을 미쳐 통신 품질의 저하를 야기시킨다. 따라서, VCSEL의 출력광 세기 변화를 감지하여 이에 대응하는 신호를 VCSEL의 구동회로에 피드 백(feed-back)시켜 VCSEL의 출력광의 세기를 일정하게 하는 피드 백 시스템(feed-back system)이 필요하다. 흔히, 피드 백 시스템은 VCSEL의 출력광의 일부를 흡수하여 이 흡수된 광세기에 따른 전기신호를 출력하는 모니터링용 광검출 소자를 포함하여 구성된다.In general, a semiconductor light source such as a vertical cavity surface emitting laser device (VCSEL) is affected by changes in external environment such as use time and temperature rise during use. For example, when the outside temperature increases, the temperature in the VCSEL rises together to reduce the intensity of output light despite the same driving voltage. This change in the output light intensity severely affects the bit error ratio (BER), causing a decrease in communication quality. Accordingly, there is a need for a feed-back system that detects a change in the output light intensity of the VCSEL and feeds back a signal corresponding thereto to the driving circuit of the VCSEL to make the output light intensity of the VCSEL constant. . Often, the feedback system includes a photodetector for monitoring that absorbs a portion of the output light of the VCSEL and outputs an electrical signal in accordance with the absorbed light intensity.

일반적으로 사용되고 있는 출력광 세기 변화의 관찰 및 보정장치의 구조는 광검출기로서 포토다이오드(Photodiode)에 광원 출력의 일부를 넣어주어 그 출력의 추이를 감시토록 하는 것이다. 특히 표면 방출 레이저와 광검출기용 표면 수광 포토다이오드를 평면상에 직접시킬 경우에는 광원 출력의 일부를 포토다이오드로 보내기 위해 광원과 광섬유 사이에 부분반사면, 광속분리기(Beam splitter) 또는 회절격자를 출력의 광경로에 둔다. 이들 중 가장 널리 사용되고 산업적으로 관심을 끄는 구조로는 도 1에 도시된 바와 같이, 하니웰사에서 미국특허 등록번호 6,069,905호로 특허등록 받은 구조로서 광원(1)과 광검출기(2)를 밀폐하는 TO캔(transistor outlet;3)의 창(window;4)을 반사면으로 이용해 VCSEL 다이오드 빔(5)을 부분 반사하여 광검출기(2)로 일부 넣어줄 수 있는 구조이다. TO캔(3)의 창(4)에서 반사된 빛(6)의 분포 중심이 광검출기(2)로 향하게 하기 위해 VCSEL 다이오드(1)의 주광선 축과 TO캔(3)의 창(4)이 평행하지 않고 약 10°정도의 기울어져 있는 구조이다. 이는 TO캔(3)의 창(4)에서 반사된 빛(6)의 분포 중심이 광검출기(2)로 향하게 하는 반면에 광원(1)으로 다시 조사되어 광원(1)의 동작에 장애가 일어나는 것을 방지한다.The structure of a device for observing and correcting changes in output light intensity, which is generally used, is to put a part of a light source output into a photodiode as a photodetector to monitor the trend of the output. Particularly when directing a surface-emitting photodiode for surface-emitting lasers and photodetectors directly onto a plane, a partial reflector, beam splitter, or diffraction grating is output between the light source and the optical fiber to direct a portion of the light source output to the photodiode. Put on the path. Among the most widely used and industrially interesting structures, as shown in FIG. 1, the TO can sealing the light source 1 and the photodetector 2 as a structure registered in US Patent No. 6,069,905 at Honeywell, Inc. The window 4 of the transistor outlet 3 is used as a reflective surface to partially reflect the VCSEL diode beam 5 into the photodetector 2. The main light axis of the VCSEL diode 1 and the window 4 of the TO can 3 are directed so that the center of distribution of the light 6 reflected from the window 4 of the TO can 3 is directed to the photodetector 2. It is not parallel and is inclined about 10 °. This directs the center of distribution of the light 6 reflected from the window 4 of the TO can 3 towards the photodetector 2 while being irradiated back to the light source 1 to impair the operation of the light source 1. prevent.

그러나, 이와 같은 종래기술은 다음과 같은 문제점이 있다.However, this prior art has the following problems.

첫째, 광원의 광출력 주광선축을 중심으로 대칭성을 가지는 구조에서는 반사창에서 반사된 광자의 밀도가 가장 높은 부분이 다시 광원으로 조사되어 광원의 동작에 장애가 일어날 수 있다는 것이다. 한편으로 광검출기로 분배되는 반사된 광의 양은 작아지게 되고 충분한 광을 광검출기로 넣어주기위해 반사되는 광의 양을 늘릴 수 밖에 없다. 이는 수신단으로 향하는 광의 양을 감소시키게 되어 결과적으로 광섬유로의 광연결 효율(coupling dfficiency)을 감소시킨다.First, in the structure having a symmetry around the light output main optical axis of the light source, the highest density of photons reflected from the reflection window is irradiated back to the light source, which may cause an obstacle to the operation of the light source. On the other hand, the amount of reflected light distributed to the photodetector becomes small, and the amount of reflected light is inevitably increased to put enough light into the photodetector. This reduces the amount of light directed to the receiving end, which in turn reduces the coupling dfficiency to the optical fiber.

둘째, 광원의 출력 추이를 관찰 가능하도록 하기 위해서는 일반적으로 광검출기로 사용되는 포토다이오드의 흡수된 광에 대한 반사 성능(responsivity)이 중요하다. 일반적으로 눈사태(avalanche-type)형의 포토다이오드가 PIN(P-type-intrinsic-n-type)형의 포토다이오드에 비해 수배 이상 큰 반응 성능을 가지나 그 제작 단가가 높고 또한 포토다이오드 구동에 필요한 회로 설계상의 어려움이 있다. 상대적으로 낮은 반응 성능을 가지는 PIN형의 포토다이오드를 사용하면 낮은 반응 성능을 보상해 주기 위해 반사된 광을 흡수하는 활성영역(active area)을 크게 해 주어야 한다. 포토다이오드의 활성영역에 제한이 있게 되면 패키징시 문제가 있을 수 있고, 또한 출력 안정의 정밀도가 떨어질 수 있다. Second, in order to be able to observe the output trend of the light source, the reflection performance of the absorbed light of the photodiode generally used as a photodetector is important. Generally, the avalanche-type photodiode has a reaction performance that is several times larger than that of a P-type-intrinsic-n-type (PIN) type photodiode, but the manufacturing cost is high and the circuit required for driving the photodiode is high. There is a design difficulty. When using a PIN type photodiode having a relatively low reaction performance, the active area absorbing the reflected light must be enlarged to compensate for the low reaction performance. If the active area of the photodiode is limited, there may be a problem in packaging, and the accuracy of output stability may be degraded.

셋째, 광원의 광출력 주광선 축과 기울어진 반사면을 사용하는 경우에는 그 광출력이 반사면을 통과한 뒤 경로가 굴절되거나 공간적인 광 단면 분포가 왜곡되어 광섬유로의 광연결 효율이 감소된다. Third, in the case of using the light output main light axis of the light source and the inclined reflecting surface, the light output passes through the reflecting surface and the path is refracted or the spatial light cross-sectional distribution is distorted, thereby reducing the optical connection efficiency to the optical fiber.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 단점을 해소하기 위한 것으로, TO캔 창의 반사면의 형상을 오목하고 기울게 하여 반사되는 광을 집광시켜 광검출기의 흡수영역에 도달하도록 해 줌으로써 반사되는 광의 이용효율을 높이고, 출력 관찰에 필요한 광량을 최소화하여 광송신기의 결합효율을 증가시키고, 반사되는 광이 대부분 광 검출기로 향해 반사되는 광에 의한 광원의 동작장애를 방지할 수 있는 반도체 광원의 출력 제어 광송신기를 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention is to solve the above disadvantages, concave and inclined the shape of the reflective surface of the TO can window to collect the reflected light to reach the absorption region of the photodetector to improve the utilization efficiency of the reflected light The output control optical transmitter of the semiconductor light source can increase the coupling efficiency of the optical transmitter by minimizing the amount of light required to observe the output, and prevent the operation disturbance of the light source due to the light reflected mostly toward the optical detector. The purpose is to provide.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 광원의 출력 중 일부를 광검출기로 보내출력관찰 및 출력보정할 수 있는 반도체 광원의 출력 제어 광송신기에 있어서, 광원으로부터 입사되는 광을 반사하면서 집광시키도록 반사 곡면이 설치된 창이 형성되는 TO 캔과, 반사 곡면에 대해 입사 후 반사되는 광 경로의 간섭을 방지하도록 광원과 광검출기가 기울게 안착되는 경사지지판과, TO 캔의 외관을 형성하면서 반사 곡면을 투과하는 광의 진행 경로상에 중심축이 일치되도록 집속 렌즈 및 광섬유를 일체로 지지하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an output control optical transmitter of a semiconductor light source capable of sending part of an output of a semiconductor light source to a photodetector for output observation and output correction, so as to focus and reflect light incident from the light source. A TO can having a reflective curved window formed thereon, an inclined support plate on which the light source and the photodetector are inclinedly seated so as to prevent interference of the optical path reflected after the incidence with respect to the reflective curved surface, and a transparent curved surface which forms the exterior of the TO can And a housing integrally supporting the focusing lens and the optical fiber such that the central axis coincides on the path of the light.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다. The above objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3은 본 발명의 제 1, 2 실시예에 따른 광검출기의 출력 관찰을 도시한 단면도로서, 광원(16)에 의한 광출력의 TO캔(transistor outlet;19)의 창(window;18)을 통한 진행을 나타내고 있다. 광원(16)은 전체 구조의 회전대칭 중심에 위치하고, 출력은 TO캔(19)의 창(18)으로 향하도록 구성되어 있다. TO캔(19)의 창(18)은 borosilicate, fused silica 또는 광학용 고분자로서 형성될 수 있으며, 광원(16)을 향해 오목한 곡면의 형태를 가진다. 오목한 곡면은 미리 설계되어진 TO캔(19)에 렌즈용 물질을 고온으로 가열하여 사출성형하는 방법으로 만들어 질 수 있다. TO캔(19)의 창(18)은 광원(16)의 빔 출력 일부를 반사시켜 광검출기(17)가 위치한 방향으로 조사되도록 구성되어 있다. 도 2 및 도 3에서의 도면부호 14, 15는 각각 광검출기(17)와 광원(16)을 전기적으로 절연하기 위한 하부지지판이며, 도면부호 11,12,13은 광검출기(17)와 광원(16)을 구동하기 위한 입, 출력 단자이다. 2 and 3 are sectional views showing the output observation of the photodetectors according to the first and second embodiments of the present invention, wherein a window of a TO outlet (transistor outlet) 19 of light output by the light source 16 is shown; 18 shows progress through. The light source 16 is located at the rotationally symmetric center of the entire structure, and the output is configured to direct to the window 18 of the TO can 19. The window 18 of the TO can 19 may be formed as a borosilicate, fused silica or optical polymer, and has a concave curved surface toward the light source 16. The concave curved surface may be made by a method of injection molding by heating the material for the lens to a pre-designed TO can 19 at a high temperature. The window 18 of the TO can 19 is configured to reflect a part of the beam output of the light source 16 to be irradiated in the direction in which the photodetector 17 is located. In FIGS. 2 and 3, reference numerals 14 and 15 denote lower support plates for electrically insulating the photodetector 17 and the light source 16, respectively, and reference numerals 11, 12 and 13 denote the photodetector 17 and the light source ( 16) Input and output terminals for driving.

도 2에 도시된 제 1 실시예는 광원(16)과 광검출기(17)를 동일한 하부지지판(14) 상에 집적시킨 경우이며, 도 3에 도시된 제 2 실시예는 광원(16)과 광검출기(17)를 분리된 형태로 각각 하부지지판(15)을 이용하여 집적시킨 경우를 나타낸 것이다.The first embodiment shown in FIG. 2 is a case where the light source 16 and the photodetector 17 are integrated on the same lower support plate 14, and the second embodiment shown in FIG. 3 is the light source 16 and the light. The case where the detector 17 is integrated using the lower support plate 15 in the separated form is shown.

오목 곡면으로부터 반사되어 진 광원(16)의 광출력의 일부는 광원(16)이 가지는 가우시안 분포를 가지며 광검출기(17)로 집광된다. 최종적으로 광검출기(17)에 조사되는 출력의 빔 허리(beam waist)는 TO캔(19)의 오목한 정도에 의해 결정된다. 반사되는 광량은 반사면에 반사도를 높일 수 있는 금속 코팅 등을 이용하여 변화시킬 수 있다. TO캔(19)의 창(18)에서 반사된 빔 허리를 광검출기(17)의 활성영역에서 모두 수광할 수 있도록 TO캔(19)의 창(18)의 곡률 반경을 설계한다. 반사된 광을 모두 광검출기(17)로 집광시킨다는 것은 TO캔(19)의 창(18)에서 반사된 광의 사용효율이 종래의 기술에 비해 크게 향상되므로 모니터링에 필요한 반사광의 양을 줄여 상대적으로 광섬유(20)에 전달되는 광의 양이 늘어나게 된다는 것을 의미한다. A part of the light output of the light source 16 reflected from the concave curved surface has a Gaussian distribution of the light source 16 and is concentrated by the photodetector 17. The beam waist of the output irradiated to the photodetector 17 is finally determined by the degree of concaveness of the TO can 19. The amount of light reflected can be changed using a metal coating or the like that can increase the reflectivity on the reflective surface. The radius of curvature of the window 18 of the TO can 19 is designed to receive all the beam waist reflected from the window 18 of the TO can 19 in the active region of the photodetector 17. Condensing all the reflected light with the photodetector 17 reduces the amount of reflected light required for monitoring, since the use efficiency of the light reflected from the window 18 of the TO can 19 is significantly improved compared with the conventional art. This means that the amount of light transmitted to 20 is increased.

TO캔(19)의 창(18)을 오목하게만 하고 중심축(21)에서 대칭의 곡면을 갖게 하면 반사된 광이 광원(16)으로 향하게 되어 광원(16)의 구동에 장애를 초래할 수 있으므로, TO캔(19)의 창(18)을 광원(16)의 수직면과 TO캔(19)의 창(18)의 수직면 간에 기울어지도록 하기 위해 광원(16)과 광검출기(17)를 경사진 지지물 예컨대, 경사지지판(22) 위에 설치하여 반사된 광이 광검출기(17)로만 향하게 함으로써 반사된 광에 의한 광원(16)의 동작 장애를 방지한다. If only the window 18 of the TO can 19 is concave and has a symmetrical curved surface at the central axis 21, the reflected light is directed to the light source 16, which may cause a failure in driving the light source 16. A support inclining the light source 16 and the photodetector 17 to tilt the window 18 of the TO can 19 between the vertical plane of the light source 16 and the vertical plane of the window 18 of the TO can 19. For example, it is provided on the inclined support plate 22 so that the reflected light is directed only to the photodetector 17, thereby preventing the operation failure of the light source 16 due to the reflected light.

한편, 본 발명에 따른 광송신기는 TO캔(19)의 창(18)이 광원(16)의 주광선축에 대해 기울어져 있어 창(18)을 투과하여 광섬유로 전달되는 광분포가 왜곡될 수 있고 주광선축의 진행 경로도 굴절된다는 점이다. 공간적 광 분포의 왜곡과 주광선축의 굴절은 광섬유로의 결합효율(coupling efficiency)에 영향을 줄 수 있다. On the other hand, in the optical transmitter according to the present invention, the window 18 of the TO can 19 is inclined with respect to the main light axis of the light source 16, so that the light distribution transmitted through the window 18 to the optical fiber may be distorted. The propagation path of the chief ray axis is also refracted. The distortion of the spatial light distribution and the refraction of the chief ray axis can affect the coupling efficiency into the optical fiber.

본 발명에서는 광분포의 왜곡은 오목한 TO캔(19)의 창(18)의 첫 오목 반사면의 곡률 중심과 두번째 오목면의 곡률 반경을 적절히 설계하여 최소화한다. 또한, 주 광선축의 경로 굴절로 인한 광섬유의 결합손실은 광섬유를 굴절된 새로운 주광선축으로 정렬시킴으로써 최소화하였다. In the present invention, the distortion of the light distribution is minimized by appropriately designing the center of curvature of the first concave reflection surface of the window 18 of the concave TO can 19 and the radius of curvature of the second concave surface. In addition, the coupling loss of the optical fiber due to the path deflection of the main optical axis was minimized by aligning the optical fiber with the new primary optical axis refracted.

특히, 도 2에 도시된 제 1 실시예에서와 같이, 광원(16)과 광검출기(17) 간의 간격이 수십에서 수백 마이크로미터(㎛)로 아주 작은 집적 칩인 경우에는 TO캔(19)의 창(18)의 기울임 각도가 작아 광분포 왜곡이나 주광선축 굴절이 크지 않게 되어 결합효율의 감소를 더욱 줄일 수 있다. In particular, as in the first embodiment shown in FIG. 2, the window of the TO can 19 when the spacing between the light source 16 and the photodetector 17 is a very small integrated chip with tens to hundreds of micrometers (μm). The tilt angle of (18) is small so that the light distribution distortion and the chief axis axis refraction are not large, so that the reduction in coupling efficiency can be further reduced.

본 발명에서는 반사되는 빔의 90%이상 또는 전부를 광검출기(17)의 활성영역으로 향하게 하므로 광분포의 왜곡이나 주광선축의 경로 굴절에 의한 결합효율의 감소가 어느 정도 발생하더라도 궁극적인 광섬유로의 결합효율은 높일 수 있다. In the present invention, since more than 90% or all of the reflected beams are directed to the active region of the photodetector 17, the coupling to the ultimate optical fiber may occur even if the reduction of the coupling efficiency due to distortion of the light distribution or path deflection of the chief ray axis occurs to some extent. The efficiency can be increased.

한편, 도 3에 도시된 제 2 실시예에서와 같이, 광원(16)과 광검출기(17)를 분리된 형태로 각각 하부지지판을 이용하여 사용하게 되면 그 간격을 백 마이크론 이내로 줄이기는 힘들다. 따라서, 이와 같은 경우에 하우징(33)은 광섬유(20) 및 집광 렌즈(24)의 중심축이 광원(16)으로부터 조사되는 광 경로에 일치하도록 기울여 지지하는 구조를 가짐으로써 결합손실을 최소화할 수 있다.On the other hand, as in the second embodiment shown in FIG. 3, when the light source 16 and the photodetector 17 are used in separate forms using the lower support plates, it is difficult to reduce the interval to within 100 microns. Therefore, in such a case, the housing 33 has a structure in which the central axes of the optical fiber 20 and the condenser lens 24 are tilted and supported to coincide with the optical path irradiated from the light source 16, thereby minimizing the coupling loss. have.

광송신기가 설치되는 TO캔(19)과 광섬유(20)가 실장될 하우징(23,33)은 광학 고분자 등으로 미리 설계되어진 주형을 이용하여 제작할 수 있다. The TO can 19 in which the optical transmitter is installed and the housings 23 and 33 in which the optical fiber 20 is to be mounted may be manufactured by using a mold designed in advance by an optical polymer.

광원(16)과 광검출기(17)의 기하학적인 위치에 대한 구체적인 설명은 다음과 같다.Detailed description of the geometric position of the light source 16 and the photodetector 17 is as follows.

오목한 TO캔(19)의 창(18)에서 반사되어 집광되는 광이 광검출기(17)의 활성영역으로 넣어져야 하므로 오목한 TO캔(19)의 창(18)에 의해 집광된 광은 광검출기(17)의 활성영역 중심에 와야 한다. 광원(16)과 광검출기(17) 간의 거리는 광원(16)과 TO캔(19)의 창(18)의 거리와 수학식 1과 같은 상관 관계를 가진다. Since the light reflected by the window 18 of the concave TO can 19 must be put into the active area of the photodetector 17, the light collected by the window 18 of the concave TO can 19 is converted into a photodetector ( It should come to the center of the active area of 17). The distance between the light source 16 and the photodetector 17 has a correlation with the distance between the light source 16 and the window 18 of the TO can 19 as shown in equation (1).

여기서, L은 광원(16)과 광검출기(17) 사이의 거리이고, H는 광원(16)과 TO캔(19)의 창(18)과의 수직거리, 그리고 θ는 광원(16)과 TO캔(19)의 창(18)의 각 수직면이 이루는 기울어진 각도이다. TO캔(19)의 창(18)은 광원(16)에서 출력된 광이 투과할 때의 경로 굴절이 최소가 되도록 윗면을 오목한 반사면의 곡률 반경을 적절히 설계한다. 하우징 집속 렌즈(24)의 곡률은 렌즈 뒤에 위치하게 될 광섬유(20)와의 거리와 광원(16)과 집속 렌즈(24)간 거리를 고려하여 설계된다. Where L is the distance between the light source 16 and the photodetector 17, H is the vertical distance between the light source 16 and the window 18 of the TO can 19, and θ is the light source 16 and TO It is an angle of inclination made by each vertical plane of the window 18 of the can 19. The window 18 of the TO can 19 appropriately designs the radius of curvature of the reflective surface which is concave at the top so that the path refraction when the light output from the light source 16 is transmitted is minimized. The curvature of the housing focusing lens 24 is designed in consideration of the distance from the optical fiber 20 to be located behind the lens and the distance between the light source 16 and the focusing lens 24.

도 2에 도시된 제 1 실시예에서와 같이, 광원(16)과 광검출기(17)를 동일한 하부지지판(14)상에 집적시킨 경우에는 광원(16)과 광검출기(17)간의 거리가 수십에서 수백 마이크론 정도이므로 TO캔(19)의 창(18)의 높이를 2∼4mm 정도라고 할때 기울어진 각 θ는 2°이내가 된다. 2°이내로 기울어진 각도가 작게 되면 출력광 분포가 TO캔(19)의 창(18)을 통과하여 왜곡되는 것에 의해 광섬유로의 결합효율이 심각하게 감소하지 않는다. As in the first embodiment shown in FIG. 2, when the light source 16 and the photodetector 17 are integrated on the same lower support plate 14, the distance between the light source 16 and the photodetector 17 is several tens. The angle of inclination θ is within 2 ° when the height of the window 18 of the TO can 19 is about 2 to 4 mm. If the angle of inclination is less than 2 °, the output light distribution is distorted through the window 18 of the TO can 19, so that the coupling efficiency to the optical fiber is not seriously reduced.

한편, 도 2에 도시된 제 2 실시예에서와 같이, 광원(16)과 광검출기(17)를 분리된 형태로 각각 하부지지판(15)을 이용하여 사용하게 되면 그 간격을 백 마이크론 이내로 줄이기는 힘들다. 제조상의 편의를 고려할 때 광원(16)과 광검출기(17)의 간격을 1 mm로 하고 TO캔(19)의 창(18)의 높이를 2∼4mm 정도라고 할때 기울어진 각 θ는 약 10°정도가 된다. 이 경우에는 TO캔(19)의 창(18)을 통한 출력 광분포의 왜곡과 주광선축의 경로굴절로 인한 광섬유로의 결합손실이 커지는데, 하우징(33)에 의해 광섬유(20)가 광원(16)의 수직면과 정렬하도록 기울여 줌으로써 결합손실을 최소화할 수 있다.On the other hand, as in the second embodiment shown in Figure 2, when using the light source 16 and the photo detector 17 in a separate form using the lower support plate 15, respectively, the spacing is reduced to within 100 microns Hard. In consideration of manufacturing convenience, when the distance between the light source 16 and the photodetector 17 is 1 mm and the height of the window 18 of the TO can 19 is about 2 to 4 mm, the inclined angle θ is about 10 It becomes about degree. In this case, the coupling loss to the optical fiber due to the distortion of the output light distribution through the window 18 of the TO can 19 and the path refraction of the chief ray axis is increased, and the optical fiber 20 is connected to the light source 16 by the housing 33. Coupling loss can be minimized by tilting it to align with the vertical plane.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 광송신기의 작동원리를 설명하면 다음과 같다. Referring to the operation principle of the optical transmitter according to the present invention configured as described above are as follows.

광원(16)의 출력은 TO캔(19)의 창(18)에서 일부는 반사되고 일부는 투과되어 진행된다. TO캔(19)의 창(18)이 광원(16)과는 기울어지고 광검출기(17)와는 마주보도록 위치하고 있어 반사된 광은 TO캔(19)의 창(18)의 오목한 면에 의해 집광되고 집광된 광의 대부분이 광검출기(17)의 활성영역에서 흡수된다. 광검출기(17)에서 검출되는 광신호의 세기는 광섬유로 전달되는 광원(16)의 출력세기와 비례한다. 광검출기(17)에서 검출되는 광신호의 세기가 낮아지면 광원(16)의 구동전류를 증가시켜 광원(16)의 광출력을 증가시키고, 광검출기(17)에서 검출되는 광신호의 세기가 커지면 광원(16)의 구동전류를 감소시켜 광원(16)의 광출력을 감소시키는 방법으로 광송신기의 출력을 일정하게 유지할 수 있다. The output of the light source 16 is partially reflected and partially transmitted through the window 18 of the TO can 19. The window 18 of the TO can 19 is positioned to be inclined with the light source 16 and to face the photodetector 17 so that the reflected light is collected by the concave surface of the window 18 of the TO can 19. Most of the collected light is absorbed in the active region of the photodetector 17. The intensity of the optical signal detected by the photodetector 17 is proportional to the output intensity of the light source 16 transmitted to the optical fiber. When the intensity of the optical signal detected by the photodetector 17 is lowered, the driving current of the light source 16 is increased to increase the light output of the light source 16, and when the intensity of the optical signal detected by the photodetector 17 is increased The output of the optical transmitter can be kept constant by reducing the driving current of the light source 16 to reduce the light output of the light source 16.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다. In the above description, it should be understood that those skilled in the art can only make modifications and changes to the present invention without changing the gist of the present invention as it merely illustrates a preferred embodiment of the present invention.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, TO캔의 창에 오목한 반사면을 두어 표면 방출 레이저의 출력을 감시할 광검출기로 반사된 광이 집속하므로 광검출기의 활성영역 크기에 제한이 없고, 광검출기의 반응도(responsivity)가 낮더라도 출력관찰을 수행할 수 있다.As described above, according to the present invention, there is no limitation on the size of the active area of the photodetector since the reflected light is focused on the photodetector to monitor the output of the surface emitting laser by placing a concave reflective surface in the window of the TO can. Even if the responsivity of is low, output observation can be performed.

또한, TO캔의 창에서 반사된 광이 집광되어 광검출기의 활성영역에 흡수되므로 출력관찰을 위해 반사되는 광량을 줄일 수 있고, 결과적으로 동일한 출력의 광원으로 광섬유로 전달되는 광량을 늘릴 수 있어 높은 연결 효율의 광송신기를 제작할 수 있다. In addition, since the light reflected from the window of the TO can is collected and absorbed in the active area of the photodetector, the amount of light reflected for output observation can be reduced, and as a result, the amount of light transmitted to the optical fiber with the same output light source can be increased. The optical transmitter of connection efficiency can be manufactured.

또한, 기울어진 오목한 TO캔의 창을 사용하여 광원의 출력 광이 TO캔의 창에서 반사된 후 다시 광원의 활성영역으로 조사되지 않도록 하여 반사된 광의 재흡수로 인한 광원의 구동장애를 방지할 수 있다.In addition, by using the inclined concave window of the TO can prevent the output light of the light source is reflected from the window of the TO can not be irradiated back to the active region of the light source to prevent driving disturbance of the light source due to the reabsorption of the reflected light. have.

또한, 경사지지판과 정렬된 하우징 구조를 이용하여 기울어지지 않은 표준화된 TO캔 구조를 사용할 수 있다.It is also possible to use a standard TO can structure which is not tilted using a housing structure aligned with the inclined support plate.

도 1은 종래기술에 따른 반도체 광원의 출력 제어 광송신기를 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing an output control optical transmitter of a semiconductor light source according to the prior art;

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광검출기의 출력 관찰을 도시한 단면도, 2 is a cross-sectional view showing output observation of the photodetector according to the first embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광검출기의 출력 관찰을 도시한 단면도, 3 is a cross-sectional view showing output observation of a photodetector according to a second embodiment of the present invention;

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

11, 12, 13 ; 단자 14, 15 ; 하부지지판11, 12, 13; Terminals 14 and 15; Lower support plate

16 ; 광원 17 ; 광검출기16; Light source 17; Photodetector

18 ; 창 19 ; TO캔18; Genesis 19; TO can

20 ; 광섬유 21 ; 중심축20; Optical fiber 21; Central axis

22 ; 경사지지판 23 ,33 ; 하우징22; Inclined support plates 23, 33; housing

24 ; 하우징 집속 렌즈24; Housing focusing lens

Claims

In the output control optical transmitter of the semiconductor light source capable of sending part of the output of the semiconductor light source to the photodetector for output observation and output correction,

A TO can having a window provided with a reflective curved surface for condensing while reflecting light incident from the light source;

An inclined support plate on which the light source and the photodetector are inclined and mounted so as to prevent interference of the light path reflected after the incident light with respect to the reflective curved surface;

A housing for integrally supporting the focusing lens and the optical fiber such that the central axis is coincident with the traveling path of the light passing through the reflective curved surface while forming the exterior of the TO can.

Output control optical transmitter of the light source comprising a.

The method of claim 1,

Output control optical transmitter of a semiconductor light source, characterized in that the gap between the light source and the photodetector is set on the same lower support plate in the case of a very small integrated chip with tens to hundreds of micrometers (µm).

The method of claim 1,

And a light source and a photodetector, each of which is installed on a lower support plate in a separated form, so that the optical fiber is inclined to align the housing so that the optical fiber is aligned with the vertical plane of the light source.