KR100720790B1 - 페룰 광섬유의 입사각 정밀도가 개선된 양방향 광모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파장분할방식의 광신호 전송을 위한 양방향 광모듈에 관한 것으로서, 광신호의 송,수신을 위한 발광소자 및 수광소자; 상기 발광소자와 수광소자에 대하여 양면이 대응되도록 경사지게 배치되어 송신용 광파장과 수신용 광파장을 선택적으로 분리하는 파장분리필터; 및 상기 발광소자 또는 수광소자 중 어느 하나와 상기 파장분리필터를 지나는 광축상에 정렬되어 상기 파장분리필터와 대향하며, 경사지게 가공된 APC 타입의 끝단을 구비하고 상기 APC 구조 등으로 인한 필터면 입사각의 오차를 보정하도록 그 페룰 부분이 광축에 대하여 경사지게 배치되는 페룰 광섬유;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 광모듈이 개시된다.

페룰 광섬유, APC, 양방향 광모듈, CWDM

Description

페룰 광섬유의 입사각 정밀도가 개선된 양방향 광모듈{Optical module for bidirectional communication improved incident angle precision of ferruled optical fiber}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 일반적인 양방향 광모듈의 외관을 도시하는 사시도.

도 2는 도 1의 구성도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 광모듈의 구성도.

도 4는 본 발명에 따라 제공되는 필터 고정부와 페룰 고정부의 결합관계를 도시하는 종단면도.

도 5는 도 4의 페룰 고정부의 외관을 도시하는 사시도.

도 6은 도 4에서 페룰 광섬유의 배치 상태를 도시하는 횡단면도.

도 7은 본 발명에 따른 양방향 광모듈의 파장 특성 측정을 위한 시스템 구성도.

도 8은 본 발명에 따른 양방향 광모듈의 파장 특성을 APC의 위치별로 보여주 는 그래프.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

100...발광소자 101...수광소자

102...페룰 광섬유 103...파장분리필터

104...필터 고정부 105...페룰 고정부

본 발명은 파장분할방식의 광신호 전송을 위한 양방향 광모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파장분리필터에 대한 페룰 광섬유의 입사각 오차를 보정하기 위한 광섬유 배치구조를 가진 양방향 광모듈에 관한 것이다.

기존의 광전송 선로는 광섬유의 분산 특성이 상대적으로 우수한 1310nm 대역과 광손실 특성이 우수한 1550nm 대역이 주로 사용되었으나, 근래에는 예컨대 1300nm 대역으로부터 1600nm 대역까지 20nm 간격으로 16채널을 활용할 수 있는 CWDM(Coarse Wavelength Division) 방식의 전송기술을 통해 고품질, 대용량의 전송 서비스를 제공할 수 있는 수준에 이르게 되었다.

도 1 및 도 2에는 이러한 CWDM 시스템에 있어 광신호의 송, 수신을 지원하는 양방향 모듈의 구성이 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 양방향 모듈에는 광신호의 송신을 위한 레이저 다이오드(10)와 광신호의 수신을 위한 포토 다이오드(11)가 공간적으로 이격되게 배치되고, 레이저 다이오드(10)와 포토 다이오드(11)가 수직으로 교차하는 지점에는 파장분리필터(13)가 45°기울어진 상태로 배치된다. 또한, 파장분리필터(13)의 일면에는 페룰(Ferrule)이 결합된 광섬유(이하, 페룰 광섬유)(12)가 배치되어 레이저 다이오드(10)에서 출력된 후 파장분리필터(13)를 투과한 광신호를 송신하는 한편, 외부로부터 수신되는, 포토 다이오드(11)에 수광될 광신호를 파장분리필터(13)의 반사면에 입사시킨다.

여기서, 특히 페룰 광섬유(12)는 광반사에 의해 광신호가 되돌아가는 현상을 방지하기 위해 소정의 경사각을 갖도록 가공된 APC(Angled polished connector)(12a) 구조가 끝단에 형성되는 것이 일반적이다. 따라서, 비록 파장분리필터(13)와 페룰 광섬유(12)의 광축(O)이 일치하고 상기 광축(O)에 대하여 파장분리필터(13)가 45°만큼 기울어져 있더라도, 통상적으로 APC(12a)의 경사각이 약 8°로 가공되는 점을 비롯하여 광섬유 내부의 굴절률과 자유공간의 굴절률 차이 등을 감안할 때, 페룰 광섬유(12)의 APC(12a)에서 출력된 광은 4°정도의 오차(δ)가 더해져서 필터면에 대하여 약 49°만큼 기울어진 각도로 파장분리필터(13)에 입사된다.

이러한 오차는, 비록 1550nm와 1310nm의 광파장을 사용하는 WDM 방식의 광전송과 같이 파장 간격이 충분히 큰 경우에는 별문제가 없지만, CWDM 방식과 같이 파장 간격이 조밀한 경우에는 입력각에 의해 필터의 특성 등이 민감하게 변하므로 원하는 파장 분리 특성을 얻을 수 없는 문제가 발생한다.

또한, 종래의 양방향 광모듈은 일반적으로 페룰 광섬유(12)를 필터 고정부( 미도시)에 압입 및 접합하는 방식으로 제작이 되므로 입력광이 필터와 이루는 입사각이 고정되어 접합 공차에 대한 보정이 곤란한 취약점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 페룰 광섬유의 끝단 APC 구조 등에 의해 발생하는 입사각 오차를 보정할 수 있는 배치 구조를 가진 양방향 광모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 파장분리필터에 대한 페룰 광섬유의 입사각 보정 및 고정 작업을 편리하게 수행할 수 있는 페룰 고정구조를 구비한 양방향 광모듈을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 광모듈은, 광신호의 송,수신을 위한 발광소자 및 수광소자; 상기 발광소자와 수광소자에 대하여 양면이 대응되도록 경사지게 배치되어 송신용 광파장과 수신용 광파장을 선택적으로 분리하는 파장분리필터; 및 상기 발광소자 또는 수광소자 중 어느 하나와 상기 파장분리필터를 지나는 광축상에 정렬되어 상기 파장분리필터와 대향하며, 경사지게 가공된 APC 타입의 끝단을 구비하고 상기 APC 구조 등으로 인한 필터면 입사각의 오차를 보정하도록 그 페룰 부분이 광축에 대하여 경사지게 배치되는 페룰 광섬유;를 포함한다.

바람직하게, 상기 파장분리필터는 광축에 대하여 45°를 이루도록 배치되고, 상기 APC 구조로 인해 필터면 입사각이 45°+δ가 되는 것을 보정하도록 상기 페룰 광섬유는 광축에 대하여 -δ의 각으로 경사지게 배치된다.

본 발명에는 상기 파장분리필터를 지지하고, 상기 광축에 그 중심이 정렬되는 장착구가 형성된 필터 고정부; 및 상기 장착구에 끼워지며, 상기 페룰 광섬유가 삽입될 수 있는 결합구가 상기 장착구의 중심에 대하여 δ만큼 경사지도록 형성된 페룰 고정부;가 구비될 수 있다.

페룰 광섬유의 APC 구조를 감안할 때, 상기 광축에 대한 페룰의 경사각 δ는 2°~ 6°인 것이 바람직하다.

상기 파장분리필터로는 1510nm와 1570nm 대역의 CWDM 파장을 분리하는 필터가 채용되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 광모듈의 구성이 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 광모듈은 발광소자(100) 및 수광소자(101)와, 송신용 광파장과 수신용 광파장을 분리하도록 경사지게 배치되는 파장분리필터(103)와, 파장분리필터(103)의 일면에 대응되게 배치되는 페룰 광섬유(102)와, 파장분리필터(103)를 고정시키기 위한 필터 고정부(도 4의 104 참조)와, 파장분리필터(103)에 대한 페룰 광섬유(102)의 입사각 오차를 보정하도록 경사지게 페룰 광섬유(102)를 고정시킬 수 있는 페룰 고정부(도 4의 105 참조)를 포함한다.

상호 공간적으로 이격되게 배치되는 발광소자(100)와 수광소자(101)는 예컨대, 1510nm나 1570nm 대역의 CWDM 광파장을 송, 수신할 수 있는 레이저 다이오드와 포토 다이오드가 채용되는 것이 바람직하다.

파장분리필터(103)는 발광소자(100)와 수광소자(101)에 대하여 균등하게 양면이 대응되도록 상기 발광소자(100)와 수광소자(101)가 상호 수직으로 만나는 지점에 광축(O)에 대하여 45°경사지도록 배치된다. 이러한 파장분리필터(103)로는 다층의 유전체 박막을 증착함으로써 제작되는 통상의 박막필터가 채용 가능하다. 또한, CWDM 방식에서의 광전송을 감안할 때, 파장분리필터(103)의 분리 및 차단 특성은 통과대역과 분리대역이 15dB 이상 차이가 나는 것이 바람직하며, 입력각 1°의 변화에 대하여 10nm의 파장 이동 특성을 갖는 필터가 채용되는 것이 바람직하다.

파장분리필터(103)는 필터 고정부(104)에 의해 지지됨으로써 그 고정상태를 유지한다. 여기서, 필터 고정부(104)는, 페룰 고정부(105)가 끼워질 수 있는 장착 구(미도시)를 구비하며, 발광소자(100) 또는 수광소자(101) 중 어느 하나와 파장분리필터(103)를 지나는 광축(O)이 장착구의 중심에 위치하도록 정렬된다.

파장분리필터(103)를 기준으로 어느 한쪽에는 APC(102a) 구조의 끝단을 가진 페룰 광섬유(102)가 광축(O)상에 위치하도록 페룰 고정부(105)에 고정된다. 여기서, 페룰 광섬유(102)는, 상기 페룰 광섬유(102)에서 출력된 광이 APC(102a), 굴절률차 등에 의해 45°+δ의 필터면 입사각으로 파장분리필터(103)의 필터면에 입사되는 것을 감안하여 광축(O)에 대하여 -δ만큼 경사지게 배치된다. 즉, 통상적으로 APC(102a) 구조가 8°의 경사각을 갖도록 가공되고, 광섬유와 공기의 굴절률차, 페룰 고정부(105)의 가공 공차, 필터 고정부(104)의 가공 공차, 패키징시 접합 공차 등에 의해 상기 오차 δ가 4°인 경우 페룰 광섬유(202)는 광축(O)에 대하여 오차각의 반대방향으로 4°만큼 기울어지게 배치된다.

상기와 같은 배치구조를 위해, 페룰 고정부(105)는 도 5에 도시된 바와 같이 페룰 광섬유(102)의 페룰 부분이 삽입될 수 있는 결합구(106)가 형성된 원통형 몸체를 구비한다. 여기서, 페룰 고정부(105) 몸체의 외형은 소정의 다각형으로 형성될 수도 있다.

페룰 고정부(105)의 결합구(106)는 원통형 몸체의 중심축(C)에 대하여 상기 δ만큼 경사지게 형성된다. 여기서, δ는 상술한 바와 같이 페룰 광섬유(102)의 APC(102a)가 통상적으로 8°의 경사각을 가진다는 것과, 상기 굴절률차, 각종 가공 공차 등을 감안할 때 2°~ 6°의 범위로 설정되고, 보다 정확하게는 4°로 설정되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성에 따르면, 페룰 고정부(105)를 필터 고정부(104)의 장착구에 끼운 후 페룰 고정부(105)를 돌려서 조정했을 때 페룰 광섬유(102)의 APC(102a) 구조 등에 의한 오차 δ를 보정할 수 있으며, 오차가 보정된 후에는 필터 고정부(104)와 페룰 고정부(105)를 접합함으로써 필터 고정이 이루어진다. 도 6에는 코어(102a)와 클래드(102b)가 마련된 페룰 광섬유(102), 페룰 고정부(105) 및 필터 고정부(104) 간의 결합관계가 도시되어 있다.

도 7에는 파장분리필터(103)에 대한 페룰 광섬유(102)의 정렬 방향에 따른 필터 특성을 측정하기 위한 측정 시스템 구성이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 측정 시스템에는 출력파장의 조절이 가능한 튜너블 레이저(Tunable Laser)(200)와, 상술한 바와 같은 파장분리필터(103) / 페룰 광섬유(102) 배치구조를 가진 양방향 광모듈(201)과, 광검출을 위한 감지셀(Detecting Cell)(202)과, 광파워미터(Optical power meter)(203) 등이 구비된다. 이러한 측정 시스템에 따르면, 필터 고정부(104)를 기준으로 페룰 고정부(105)를 회전시킴으로써 페룰 광섬유(102)로부터 파장분리필터(103)로 입력되는 레이저광의 입사각을 조정할 수 있으며, 그 입사각 변화에 따른 필터 특성을 정량적으로 측정하여 입사각 오차를 보정할 수 있다.

도 8에는 도 7의 측정 시스템에 의해 제공되는 양방향 광모듈의 파장 특성 측정 결과 그래프가 도시되어 있다. 도면에서, 영역 Ⅰ은 파장분리필터(103)에서 반사되어 수광소자(101)로 입력되는 파장대역을, 영역 Ⅱ는 발광소자(100)에서 출력되어 파장분리필터(103)를 투과하는 파장대역을 나타낸다. 또한, 그래프 A 내지 그래프 D는 페룰 고정부(105)를 90도씩 회전시킴에 따른 입사각의 변화에 대응하는 파장대별 투과 특성을 나타낸다.

도 8을 참조하면, 페룰 고정부(105)를 회전시킴에 따른 1°의 입사각 변화에 대하여 5㎚의 파장 이동이 있음을 알 수 있다. 따라서, 측정 시스템의 광파워미터(203)를 통해 파장 특성을 모니터링 하면서 APC(102a) 구조 등에 의한 오차를 보정하도록 페룰 광섬유(102)의 위치를 조정할 수 있으며, 희망하는 파장 특성이 확보된 후에는 페룰 고정부(105)와 필터 고정부(104)를 접합 고정하고, 또한 파장분리필터(103)를 기준으로 발광소자(100)와 수광소자(101)를 정렬한 후 접합하면 파장분리필터(103)의 필터면에 대하여 정확히 45°를 이루면서 광입사가 이루어질 수 있는 CWDM 광전송용 양방향 모듈이 제작된다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명은 광섬유의 APC 구조에 기인하여 파장분리필터에서 발생하는 입사각 오차를 보정할 수 있으므로 약 20nm의 조밀한 파장 간격을 갖는 CWDM 전송 시스템에 유용하게 사용될 수 있다.

또한, 입사각 보정을 위해 제공되는 페룰 고정부를 사용하여 보정작업을 수행함으로써 입사각 보정의 정밀도를 높일 수 있으며, 페룰 고정부를 최적 방향까지 회전시킨 후 고정하는 방식을 사용하게 되므로 작업성이 우수한 장점이 있다.

Claims (5)

1. 파장분할방식의 광신호 전송을 위한 양방향 광모듈에 있어서,

   광신호의 송,수신을 위한 발광소자 및 수광소자;

   상기 발광소자와 수광소자에 대하여 양면이 대응되도록 경사지게 배치되어 송신용 광파장과 수신용 광파장을 선택적으로 분리하는 파장분리필터; 및

   상기 발광소자 또는 수광소자 중 어느 하나와 상기 파장분리필터를 지나는 광축상에 정렬되어 상기 파장분리필터와 대향하며, 경사지게 가공된 APC 타입의 끝단을 구비하고 상기 APC 구조 등으로 인한 필터면 입사각의 오차를 보정하도록 그 페룰 부분이 광축에 대하여 경사지게 배치되는 페룰 광섬유;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 광모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 파장분리필터는 광축에 대하여 45°를 이루도록 배치되고,

   상기 APC 구조로 인해 필터면 입사각이 45°+δ가 되는 것을 보정하도록 상기 페룰 광섬유의 페룰 부분이 광축에 대하여 -δ의 각으로 경사진 것을 특징으로 하는 양방향 광모듈.
3. 제2항에 있어서,

   상기 파장분리필터를 지지하고, 상기 광축에 그 중심이 정렬되는 장착구가 형성된 필터 고정부; 및

   상기 장착구에 끼워지며, 상기 페룰 광섬유가 삽입될 수 있는 결합구가 상기 장착구의 중심에 대하여 δ만큼 경사지도록 형성된 페룰 고정부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 광모듈.
4. 제3항에 있어서,

   상기 광축에 대한 페룰의 경사각 δ는 2°~ 6°인 것을 특징으로 하는 양방향 광모듈.
5. 제1항에 있어서,

   상기 파장분리필터는 1510nm와 1570nm 대역의 CWDM 파장을 분리하는 것을 특징으로 하는 양방향 광모듈.

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