KR20170008360A

KR20170008360A - 양방향 광송수신 모듈

Info

Publication number: KR20170008360A
Application number: KR1020150099254A
Authority: KR
Inventors: 신동진; 황미희; 한세희
Original assignee: 주식회사 오이솔루션
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2017-01-24
Also published as: KR101741039B1

Abstract

실시 예는, 광학적 인터페이스를 포함하는 홀더; 송신신호를 출력하는 광송신부; 수신신호를 수신하는 광수신부; 상기 홀더와 광송신부 사이에 배치되어, 상기 송신신호는 투과하고 상기 수신신호는 반사하는 제1광학필터; 상기 제1광학필터와 광수신부 사이에 배치되는 제2광학필터; 및 상기 제1광학필터와 제2광학필터 사이에 배치되는 평행광 렌즈를 포함하고, 상기 홀더는 상기 제1광학필터가 배치되는 제1체결부, 및 상기 평행광 렌즈가 배치되는 제2체결부를 포함하는 광송수신 모듈을 개시한다.

Description

양방향 광송수신 모듈{Bi-directional optical module}

실시 예는 광통신에 사용되는 광송수신 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 광송수신 모듈은 각종 광통신 기능을 하나의 패키지 내에 수용하여 광섬유와 연결이 가능하도록 모듈화한 것을 말한다. 최근에는 전력 소비가 적고 장거리에 활용 가능한 레이저 다이오드를 광원으로 이용한 광송신기와, 포토 다이오드를 이용하여 광통신을 하는 광 수신기를 하나로 모듈화한 양방향 광모듈이 주로 사용되고 있다.

양방향 광모듈은 광송신기, 광수신기, 스플리터(Splitter), 스터브를 포함한다. 광송신기에서 출력된 송신신호는 스플리터를 통과하여 스터브로 입사된다. 스터브에서 출력된 수신신호는 스플리터에 의해 반사되어 광수신기로 입사된다.

광수신부는 수신신호의 파장대역만을 필터링하기 위해 밴드 패스 필터, 및 평행광 렌즈의 구성을 더 추가할 수 있다. 이러한 구조에 의하면 평행광 렌즈에 의해 발산광이 평행광으로 변환되므로 밴드 패스 필터가 수신신호의 파장대역만을 통과시킬 수 있다.

그러나, 밴드 패스 필터에 입사되는 광의 입사각이 변화하는 경우, 밴드 패스 필터의 투과 대역 특성이 변화하여 통신 감도가 떨어지는 문제가 있다.

실시 예는 밴드 패스 필터에 입사되는 광의 입사각이 변화하여도 동일한 투과 대역 특성을 유지할 수 있는 광송수신 모듈을 제공한다.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예는, 광학적 인터페이스를 포함하는 홀더; 송신신호를 출력하는 광송신부; 수신신호를 수신하는 광수신부; 상기 홀더와 광송신부 사이에 배치되어, 상기 송신신호는 투과하고 상기 수신신호는 반사하는 제1광학필터; 상기 제1광학필터와 광수신부 사이에 배치되는 제2광학필터; 및 상기 제1광학필터와 제2광학필터 사이에 배치되는 평행광 렌즈를 포함하고, 상기 홀더는 상기 제1광학필터가 배치되는 제1체결부, 및 상기 평행광 렌즈가 배치되는 제2체결부를 포함하는 광송수신 모듈을 개시한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밴드 패스 필터에 입사되는 광의 입사각이 변화하여도 동일한 투과 대역 특성을 유지되어 통신 감도가 저하되지 않는다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신 모듈의 개략적인 구성을 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신 모듈에서 수광소자에 광이 입사되는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신 모듈의 홀더에 제1광학필터와 아이솔레이터가 장착되는 구성을 설명하기 위한 도면이고,
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신 모듈의 홀더에 제2광학필터 가 장착되는 구성을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신 모듈에서 제2광학필터에 입사되는 입사각에 따라 제2광학필터의 각도가 조절되는 상태를 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 도 1의 A부분의 확대도이고,
도 6은 입사각 변화에 따라 제2광학필터의 기울기가 조절된 상태에서 투과 대역 특성을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 평행광 렌즈와 제2광학필터의 광축이 일치된 상태에서 입사각의 변화에 따른 투과 대역 특성을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.

이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신 모듈의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 광송수신 모듈은 케이스(100)와, 광학적 인터페이스를 포함하는 홀더(310)와, 송신신호를 출력하는 광송신부(200)와, 수신신호를 수신하는 광수신부(400)와, 제1광학필터(510)와, 제2광학필터(450), 및 평행광 렌즈(530)를 포함한다.

광송수신 모듈은 SFP(Small Form Factor Pluggable) 타입일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 MSA 규약(Multiple Source Agreement)을 만족하는 다양한 타입의 광모듈일 수도 있다.

케이스(100)는 홀더(310), 광송신부(200), 및 광수신부(400)가 삽입되는 복수 개의 삽입홀이 형성된다. 홀더(310)에 삽입된 스터브(320, stub)와 광송신부(200)는 케이스(100) 내에서 서로 마주보도록 배치되며, 광수신부(400)는 홀더(310)가 삽입된 방향과 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제1광학필터(510)의 특성에 따라 광송신부(200)는 홀더(310)가 삽입된 방향과 수직한 방향으로 배치될 수도 있다.

리셉터클(400)은 케이스(100)의 일측에 배치된다. 리셉터클(400)은 광학적 인터페이스를 구비한 홀더(310)를 포함한다. 구체적으로 스터브(320)의 광섬유는 외부의 광커넥터와 광학적으로 연결되어 송신신호를 외부로 전송하거나 외부로부터 수신된 수신신호를 출력할 수 있다. 홀더(310)의 타측에는 광커넥터가 결합하는 커넥터 하우징(330)이 마련될 수 있다. 광학적 인터페이스는 스터브와 커넥터 하우징 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

광송신부(200)는 스터브(320)를 통해 외부로 송신신호를 전송한다. 송신신호는 광섬유에서 출력되는 수신신호의 파장과 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 송신신호와 수신신호의 파장 간격은 광송수신 모듈이 장착되는 광통신 시스템에 따라 조정될 수 있다. 광송신부(200)는 광원(210), 헤더(220), 및 렌즈(230)를 포함하는 일반적인 티오 캔(TO CAN)의 구조가 모두 적용될 수 있다. 송신신호의 파장을 안정화하는 온도 조절부(TEC)가 더 포함될 수 있다.

광수신부(400)는 스터브(320)에서 출력된 수신신호를 전기적 신호로 변환한다. 광수신부(400)는 포토 다이오드(Photo Diode)와 같은 수광소자(410)를 포함한다. 포토 다이오드에 광신호가 입사하면, 입사 광량에 비례하는 역방향 전류가 흐른다. 즉, 광수신부(400)는 입사하는 광량에 따라 출력 전류를 변화시켜 광신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다.

아이솔레이터(520)는 광섬유 또는 광모듈 내에 구비된 광부품에 의해 반사되는 광신호를 차단한다. 외부로부터 정상적으로 수신된 수신신호는 송신신호와 다른 파장을 가지기 때문에 제1광학필터(510)에 의해 반사되어 광수신부(400)로 전달될 수 있다. 하지만, 송신신호는 광섬유나 기타 광부품에 의해 반사될 수 있고, 반사된 송신신호는 다시 광송신부(200)로 전달될 수 있다. 따라서, 아이솔레이터(520)는 광섬유 또는 광부품에 의해 반사된 광신호를 차단하여 반사노이즈를 제거할 수 있다.

제1광학필터(510)는 광필터(Optical Filter)로서, 홀더(310)에 장착되어 광송신부(200)와 스터브(320) 사이에 배치될 수 있다. 제1광학필터(510)는 특정한 파장의 광신호만 통과시키도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 제1광학필터(510)는 송신신호는 통과시키고, 수신신호는 반사할 수 있다.

제2광학필터(450)는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter)로서, 제1광학필터(510)에 의해 반사된 광 중에서 수신신호의 파장대역만을 통과시킨다. 제2광학필터(450)를 통과한 수신신호는 수광소자(410)에 의해 전기 신호로 변환된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신 모듈에서 수광소자에 광이 입사되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참고하면, 스터브(320)에서 출사된 수신신호는 제1광학필터(510)에 의해 반사된다. 이때, 수신신호는 메인광(L11)과 발산광(L12, L13)을 포함한다. 메인광(L11)은 광의 주경로(광축)를 따라 진행하는 광으로 정의할 수 있고, 발산광(L12, L13)은 주경로와 소정의 각도를 갖고 진행하는 광으로 정의할 수 있다.

발산광(L12, L13)은 평행광 렌즈(530)를 통과하면서 평행광으로 변환된다. 즉, 평행광 렌즈(530)를 통과하면서 메인광(L11)과 발산광(L12, L13)은 모두 평행광으로 변환된다.

제2광학필터(450)는 소정의 입사각을 기준으로 수신신호의 파장 대역만을 통과시키고 나머지 파장 대역은 차단하도록 설계될 수 있다. 따라서, 평행광 렌즈(530)를 통과한 광은 실질적으로 평행광으로 변환되므로 제2광학필터(450)는 수신신호의 파장대역만을 통과시킨다. 이후, 평행광은 집광렌즈(440)에 의해 집광되어 수광소자(410)에 전달될 수 있다.

만약, 발산광(L12, L13)이 평행광으로 변환되지 않아 소정의 기울기를 갖고 제2광학필터(450)에 입사되는 경우, 제2광학필터(450)의 투과 대역 특성이 변화하여 수신신호가 반사되는 문제가 발생할 수 있다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신 모듈의 홀더에 제1광학필터와 아이솔레이터가 장착되는 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신 모듈의 홀더에 제2광학필터가 장착되는 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a를 참고하면, 홀더(310)는 원통 형상을 갖고, 전단부에 아이솔레이터(520)가 삽입되는 공간부(312)를 포함할 수 있다. 공간부(312)를 향해 경사진 제1체결부(311)에는 제1광학필터(510)가 장착될 수 있다. 또한, 도 3b를 참고하면, 제1체결부(311)의 반대측에는 평행광 렌즈(530)가 장착되는 제2체결부(313)가 형성될 수 있다. 제1체결부(311)와 제2체결부(313) 사이에는 관통홀(314)이 형성되어 수신신호가 통과하는 채널을 형성할 수 있다.

실시 예에 따르면, 제1광학필터(510)와 평행광 렌즈(530)가 홀더(310)에 장착되므로, 홀더(310)와 광수신부(400) 사이에 평행광 렌즈(530)를 별도로 배치하는 구성에 비해 소형화가 가능해질 수 있다. 또한, 제1광학필터(510)와 평행광 렌즈(530)가 정확한 위치에 장착될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신 모듈에서 제2광학필터에 입사되는 입사각에 따라 제2광학필터의 각도가 조절되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참고하면, 스터브(320)에서 출력된 이상적인 수신신호(L1)는 제1광학필터(510)에 의해 반사된 후 수광소자(410)에 입사된다. 이때, 반사된 수신신호는 제2광학필터(450)에 거의 수직하게 입사된다. 여기서는 발산광의 개념은 생략하며 메인광을 중심으로 설명한다.

스터브(320)에서 발산되는 광의 각도는 스터브(320)와 홀더(310)의 공차에 의해 변화될 수 있다. 실제 제작시 발생할 수 있는 스터브(320)와 홀더(310)의 공차는 ±0.5도일 수 있다. 일반적으로 스터브(320)에서 발산되는 광의 각도는 광축(광섬유의 연장방향)을 기준으로 약 3도 내지 4도이나 스터브(320)와 홀더(310)의 결합 공차에 따라 ±0.5도 오차가 발생할 수 있다.

변화된 출사 각도에 따라 실제 수신신호(L2)는 제2광학필터(450)의 입사각이 변화할 수 있다. 즉, 광출사 각도가 θ1만큼 변화하면 제2광학필터(450)의 입사각도는 θ3만큼 변화하게 된다. 여기서, 제2광학필터(450)의 입사각(θ3)은 제2광학필터(450)의 법선(또는 평행광 렌즈의 중심축)을 기준으로 기울어진 각도로 정의한다.

제2광학필터(450)의 입사각이 변화함에 따라 제2광학필터(450)의 투과 파장 대역이 변화할 수 있다. 따라서, 수신신호(L2)는 제2광학필터(450)에 의해 반사되어 통신 불능 상태가 될 수 있다.

일 예로, 100G DWDM 시스템의 경우 채널대역폭은 0.8nm로 할당될 수 있고, 송신신호와 수신신호의 중심파장은 0.8nm의 범위 내에 위치할 수 있다. 즉, 수신신호의 파장과 송신신호의 파장은 매우 가깝게 할당된다. 따라서, 제2광학필터(450)의 입사각이 약간만 변화하여도 수신신호는 반사될 수 있다.

제2광학필터(450)의 입사각(θ3)과 스터브(320)와 홀더(310)의 오차각(θ1)은 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.

[관계식 1]

θ3=a(θ1)

여기서, a는 0.45≤a≤0.5를 만족하는 상수이다.

일 예로, 스터브(320)에서 발산되는 광의 각도가 미리 정해진 각도(약 3도 내지 4도)보다 0.5도 변화하면 실제 제2광학필터(450)의 입사각(θ3)은 0.23~0.25도만큼 오차를 가질 수 있다.

또한, 제2광학필터(450)가 미리 정해진 반사각(θ2)을 기준으로 오차가 발생한 경우에도 제2광학필터(450)의 입사각(θ3)은 변화할 수 있다. 일 예로, 제1광학필터(510)의 반사각(θ2)이 미리 정해진 각도(예: 45도)보다 0.5도 변화하면 입사각(θ3)의 변화는 약 1도만큼 오차를 더 갖게 된다. 따라서, 제2광학필터(450)의 입사각(θ3)은 최대 ±1.25도 만큼 기울어질 수 있다.

따라서, 제2광학필터(450)의 입사각(θ3), 스터브(320)와 홀더(310)의 오차각(θ1), 및 제1광학필터(510)의 오차 각도(θ2')는 하기 관계식 2를 만족할 수 있다. 제1광학필터(510)의 오차 각도(θ2')는 미리 정해진 반사각의 오차각이다.

[관계식 2]

θ3=a(θ1)+b(θ2')

여기서, a는 0.45≤a≤0.5를 만족하는 상수이고, b는 0.8≤b≤1.2를 만족하는 상수이다.

실시 예에 따르면, 제2광학필터(450)는 광수신부(400)에 배치될 수 있다. 따라서, 변화된 입사각(θ3)만큼 제2광학필터(450)를 기울여 입사각이 0도가 되도록 조절할 수 있다. 그 결과, 제2광학필터(450)은 투과 파장 대역을 그대로 유지할 수 있다.

도 5를 참고하면, 광수신부(400)는 수광소자(410)가 배치되는 기판(420), 및 제2광학필터(450)가 배치되는 커버(430)를 포함한다. 구체적으로 커버(430)는 제2광학필터(450)가 배치되는 제1커버(431)와, 집광렌즈(440)가 배치되는 제2커버(432)를 포함한다.

수광소자(410)의 중심축(P1)과, 제2광학필터(450)의 중심축(P1)과 집광렌즈의 중심축(P1)은 서로 일치하게 배치된다. 또한, 이들의 중심축(P1)은 평행광 렌즈(530)의 중심축(P2)과 소정의 각도를 갖도록 어긋나게 배치된다. 여기서, 중심축(P1, P2)은 각 오브젝트의 중심을 관통하는 법선으로 정의할 수 있다.

본 발명에 따르면, 케이스(100)와 광수신부(400) 사이에는 고정부재(460)가 배치될 수 있다. 고정부재(460)는 내부가 빈 원통부재로서 그 내부에 광수신부(400)가 결합된다. 이때, 고정부재(460)의 중심축(P2)과 광수신부(400)의 중심축(P1)은 서로 어긋나게 배치된다. 따라서, 제2광학필터(450)의 중심축(P1)과 평행광 렌즈(530)의 중심축(P2)은 일치하지 않는다.

고정부재(460)의 중심축(P2)과 광수신부(400)의 중심축(P1) 사이의 각도는 상기 θ3과 동일할 수 있다. θ3의 조절은 먼저 실험적으로 오차각을 측정한 후, 변화된 각도만큼 광수신부(400)를 기울여 고정부재(460)에 결합할 수 있다.

그러나, 광수신부(400)를 기울여 배치하는 방법은 반드시 이에 한정하지 않는다. 일 예로, 접착성 수지를 이용하여 케이스(100)에 광수신부(400)를 고정할 수도 있다. 이 경우 원하는 각도로 광수신부(400)를 고정할 수 있고, 케이스(100)와 광수신부(400)의 절연성을 유지할 수 있는 장점이 있다.

구체적으로, 광수신부(400)를 원하는 각도로 기울여 배치한 후 접착성 수지를 경화시킬 수 있다. 접착성 수지는 에폭시 수지일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.

도 6은 입사각 변화에 따라 제2광학필터의 기울기가 조절된 상태에서 투과 대역 특성을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 평행광 렌즈와 제2광학필터의 광축이 일치된 상태에서 입사각의 변화에 따른 투과 대역 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참고하면, 제2광학필터(450)에 의해 반사된 반사광의 기울어진 각도에 따라 광수신부(400)의 각도를 조절하는 경우, 입사각이 0도 인 경우의 투과 대역 특성과 입사각이 0.75도인 경우의 투과 대역 특성이 동일함을 알 수 있다.

즉, 제2광학필터(450)와 광수신부(400)가 일체형이므로 광수신부(400)의 각도를 조절함으로써 입사각의 변화를 상쇄하는 효과를 얻을 수 있다.

이에 반해 도 7을 참고하면, 평행광 렌즈(530)와 제2광학필터(450)의 광축이 일치하도록 고정한 경우, 제2광학필터(450)의 입사각이 0.75도 기울어지면 제2광학필터(450)의 투과 대역 특성이 변화하는 것을 알 수 있다.

일 예로, 이상적인 투과 대역 특성이 1304.5 내지 1308nm인 경우, 제2광학필터(450)에 입사하는 광의 입사각이 기울어진 경우 투과 대역 특성이 1306.5 내지 1308nm로 시프트됨을 알 수 있다. 따라서, 수신신호가 광수신부에 수신되지 않아 통신 장애가 발생한다.

특히, CWDM 시스템과 DWDM 시스템에서 채널을 확장하기 위해 송신신호와 수신신호를 동일 채널에서 할당된 경우, 수광소자(410)가 수신신호를 수신하지 못해 통신 불능인 상태가 발생할 수 있다.

100: 케이스
200: 광송신부
300: 리셉터클
400: 광수신부
410: 수광소자
450: 제2광학필터
510: 제1광학필터
530: 평행광 렌즈

Claims

광학적 인터페이스를 포함하는 홀더;
송신신호를 출력하는 광송신부;
수신신호를 수신하는 광수신부;
상기 홀더와 광송신부 사이에 배치되어, 상기 송신신호는 투과하고 상기 수신신호는 반사하는 제1광학필터;
상기 제1광학필터와 광수신부 사이에 배치되는 제2광학필터; 및
상기 제1광학필터와 제2광학필터 사이에 배치되는 평행광 렌즈를 포함하고,
상기 홀더는 상기 제1광학필터가 배치되는 제1체결부, 및 상기 평행광 렌즈가 배치되는 제2체결부를 포함하는 광송수신 모듈.
제1항에 있어서,
상기 광수신부는,
수광소자가 배치되는 기판; 및
상기 제2광학필터가 배치되는 커버를 포함하는 광송수신 모듈.
제2항에 있어서,
상기 커버는 제2광학필터가 배치되는 제1커버와, 집광렌즈가 배치되는 제2커버를 포함하고,
상기 수광소자의 중심축과, 상기 제2광학필터의 중심축과 상기 집광렌즈의 중심축은 서로 일치하는 광송수신 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제2광학필터의 중심축과 상기 평행광 렌즈의 중심축은 소정의 각도를 갖는 광송수신 모듈.
제1항에 있어서,
상기 홀더는 수신신호를 출력하는 스터브를 포함하고,
상기 스터브와 홀더의 오차각(θ1)과 상기 제2광학필터의 중심축이 상기 평행광 렌즈의 중심축과 이루는 입사각(θ3)은 하기 관계식 1을 만족하는 광송수신 모듈.
[관계식 1]
θ3=a(θ1)
여기서, a는 0.45≤a≤0.5를 만족하는 상수이다.
제1항에 있어서,
상기 홀더, 광송신부, 광수신부가 수용되는 케이스를 포함하는 광송수신 모듈.
제6항에 있어서,
상기 케이스는 상기 광수신부와 마주보는 면에 배치되는 광흡수부를 포함하는 광송수신 모듈.
제6항에 있어서,
상기 케이스와 상기 광수신부 사이를 고정하는 접착성 수지를 포함하는 광송수신 모듈.