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KR20030009765A - 광도파로 소자의 패키징 장치 - Google Patents

광도파로 소자의 패키징 장치 Download PDF

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KR20030009765A
KR20030009765A KR1020010044380A KR20010044380A KR20030009765A KR 20030009765 A KR20030009765 A KR 20030009765A KR 1020010044380 A KR1020010044380 A KR 1020010044380A KR 20010044380 A KR20010044380 A KR 20010044380A KR 20030009765 A KR20030009765 A KR 20030009765A
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port
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강희춘
송정환
송영휘
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명에는 광도파로 소자의 패키징 장치가 개시된다. 개시된 패키징 장치는 (a) 입력 도파로의 입력 포트와, 상기 입력 도파로의 입력 포트와 동일면에 배치되는 출력 도파로의 출력 포트를 각각 구비하며, 상기 출력 도파로의 외곽측으로 적어도 한 개 이상의 더미 도파로가 구비되고, 상기 더미 도파로의 출력 포트가 상기 입력 도파로의 입력 포트 및 상기 출력 도파로의 출력 포트와 동일면에 배치되는 평면 광도파로 소자; 및 (b) 상기 입력 도파로의 입력 포트 및 출력 도파로의 출력 포트와 정렬 결합되도록 다수의 포트들을 각각 구비한 단일 광섬유 블럭으로 구성된다. 따라서, 본 발명은 한 번의 정렬 과정으로 광도파로 소자의 입출력 포트와 단일 광섬유 블럭을 결합시킬 수 있게 되었다.

Description

광도파로 소자의 패키징 장치{PACKAGING DEVICE FOR WAVEGUIDE ELEMENT}
본 발명은 파장분할 다중화/역다중화(MUX/DEMUX) 통신 시스템에서 사용되는 광통신 모듈의 평면 광도파로 소자(PLC:Planar Lightguide Circuit)에 관한 것으로서, 특히 광도파로 소자와 블럭간을 정렬하여 하나의 광통신 모듈로 제작하기 위한 패키징 장치에 관한 것이다.
통상적으로 대용량의 정보를 전송하기 위해 흔히 사용되는 파장분할 다중화 (WDM:Waveguide Division Multiplexing)) 통신 시스템에서는 한 가닥의 광섬유를 통해 N개의 파장을 갖는 광 신호를 동시에 전송한다. 수신된 광 신호를 전기 신호로 바꾸기 위해서는 수신단에서 이를 각각의 파장을 갖는 광신호로 분리해야 한다. 단일 모드 광섬유를 기반으로 하는 파장 다중화 통신 시스템의 수신단에서는 여러 개의 파장을 갖는 광 신호를 분리하기 위해 주로 광도파로열 격자(AWG:Arrayed Waveguide Grating)를 이용한다.
이러한 광도파로열 격자를 이용한 광도파로 소자의 동작은 광 도파로열 격자를 회절 격자(diffraction grating)로 간주하고, 입사하는 광의 회절에 따른 분산 특성을 공지의 격자 방정식을 이용하여 설명될 수 있다.
특히, 최근에 광 신호의 분기, 변조, 스윗칭, 신호 다중화 등의 광신호 처리를 목적으로 평면 도파로 기술(PLC)을 이용하여 평면 기판(substrate)상에 광 도파로를 제작하는 평면 광도파로 소자의 직접화에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 광도파로 소자를 제작하기 위하여 필요한 기술로는 도파로의 설계, 제작 및 패키지 등을 예로 들수 있다. 일반적인 광도파로는 입력된 빛을 가두고 길이방향으로 손실이 적게 전파시키는 광 전송로로서, 굴절률이 큰 코아(core)와, 코아를 둘러싸고 있는 굴절률이 낮은 클래딩(cladding)으로 구성된다. 상기 광도파로 소자는 실리콘(silicon)이나 쿼츠(quartz) 기판에 여러 층의 실리카(silica) 또는 폴리머(polymer) 박막을 증착하여 코아와, 코아를 감싸는 클래딩의 굴절률 차를 이용하여 빛을 분할하거나, 빛의 경로를 변경시키거나 빛의 세기를 조절하는 등의 역할을 수행하게 된다.
도 1, 도 2를 참조하여 종래의 실시 예에 따른 평면 광도파로 소자의 패키징 장치에 대해서 설명하기로 한다. 도 2는 접착제(B)를 삭제하였다. 도 2에 도시된평면 광도파로 소자는 WDM 통신에 사용되는 광소자이다.
도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 평면 광도파로 소자(10)(PLC)는 빛을 입력하고, 출력하기 위하여 광섬유 블럭(20,30)(optical fiber block)과의 정렬되고, 결합되는 구성이다. 상기 평면 광도파로 소자(10)의 입력 포트(12a)와 출력 포트(18a)에 각각 정렬되는 입력측 및 출력측 광섬유 블럭(20,30)은 광섬유[단일 광섬유(F1)나 리본 광섬유(F2)]를 지지하기 위한 블럭으로서, 보통의 실리콘 기판(silicon substrate)에 V-형 홈(V-groove)(미 도시됨)들을 형성하여 단일 광섬유(F1)나 리본 광섬유(F2)를 각각 배열하고, 접착제(B)(또는 에폭시 수지)를 이용하여 단일 광섬유(F1)(single optical fiber) 또는 리본 광섬유(F2)(ribbon-type optical fiber)를 고정하여 제작완료되는 것이 일반적이다.
상기 평면 광도파로 소자(10)는 파장을 다중화하는 기능(multiplexing)을 수행하는 칩으로서, 여러 개의 파장이 입력 도파로(12)로 입력되고, 각각의 파장이 각각의 출력 도파로(18)들로 출력되어 필요로 하는 다 채널에 대응한다.
구체적인 구성을 살펴보면, 상기 평면 광도파로 소자(10)는 광도파로열 격자(AWG)를 중심으로 일단으로 입력 도파로(12)(input waveguide)가 위치하고, 타단으로 출력 도파로(18)(output waveguide)들이 위치하고 있으며, 상기 입력 도파로(12)와 출력 도파로(18)들사이에 제1,2성형 결합기(14,16)(star coupler)가 배열된다. 상기 광도파로열 격자(AWG)는 하나의 중심 파장에 대하여 각각의 광도파로열 격자를 구성하는 광도파로들로 진행하는 광파들 사이의 광로 정차들이 상기 중심 파장의 정수배가 되도록 디자인을 하여 제작된다. 따라서, 진행하는 광신호는 각각의 디자인된 광로를 따라서 전진하고, 각각의 디자인된 위치에 제작되는 출력 도파로들로 입사되어 출력되는 구성이다. 여기서 상기 광로 정차는 광파들이 진행한 거리들에의 차에 그 진행 매질의 굴절율을 곱한 것을 말한다.
상기 평면 광도파로 소자의 패키징은 상기 입력 도파로의 입력 포트(12a)(input port)에 입력측 광섬유 블럭(20)이 정렬(미 도시된 정밀 위치제어장치를 이용)되어 고정되고, 상기 출력 도파로들의 출력 포트(18a)(output port)들에 출력측 광섬유 블럭(20)이 정렬(미 도시된 정밀 위치제어장치를 이용)되어 고정되며, 미 도시된 하우징에 밀봉되어 패키징이 완료된다.
이로써 상기 단일 광섬유(F1)를 통과하는 다수의 광신호들은 입력 포트(12a), 입력 도파로(12), 제1성형 결합기(14), 광도파로열 격자(AWG), 제2성형 결합기(16), 출력 도파로(18)들 및 출력 포트(18a)들을 거쳐 리본 광섬유(F2)로 향하여 출력된다. 부가적으로, 평면 광도파로 소자(10)나 입력측 또는 출력측 광섬유 블럭(20,30)의 가공성을 위하여 유리 상판(G1,G2,G3,G4)이 부착될 수 있다.
상기 평면 기판(S)상에 광도파로열 격자(AWG)를 제작하고자 할 때, 종래에는 평면 광도파로 소자(10)의 입출력 포트(12a,18a)들에 입력측/출력측 광섬유 블럭(20,30)을 각각 정렬시키고, 광대역 레이져 신호를 입력한 후, 다음 소자에 출력되는 빛을 광학 렌즈(미 도시됨)를 이용하여 각 도파로의 신호를 광 파워메타로 측정함으로써, 소망하는 광도파로열 격자(AWG)를 제작하여 왔다.
종래의 또 다른 실시 예로서 평면 광도파로 기슬을 이용한 빔 스플리터(110)의 패키징 장치의 구성에 대해서 조 3, 도 4를 참조하여 설명하기로 한다. 도 3,도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 패키징 장치는 빔 스플릿터(110)와, 상기 빔 스플릿터(110)의 입력단과 출력단에 각각 정렬되어 결합되는 입출력측 광섬유 블럭(120,130)으로 구성된다. 상기 빔 스플릿터(110)는 입력 도파로(112)와, 상기 입력 도파로(112)로부터 두번 Y형으로으로 분기된 출력 도파로(114)들이 제공된다. 아울러, 상기 입력측 광섬유 블럭(120)은 단일 광섬유(122)가 연결되고, 상기 출력측 광섬유 블럭(130)은 리본형 광섬유(132)가 연결된다. 이때, 상기 빔 스플릿터(110)는 입력 포트(112a)와 출력 포트(114a)가 각각 대향하는 면에 제공됨으로써, 상기 빔 스플릿터(110)의 입력 포트(112a)는 상기 입력측 광섬유 블럭(120)과 대면하고, 상기 빔 스플릿터의 출력 포트들(114a)은 상기 출력측 광섬유 블럭(130)과 대면한 상태로 정렬되어 결합되는 구성이다.
그러나, 종래의 실시 예에 따른 광도파로 소자(빔 스플릿터 포함)의 서로 대향하는 이격된 입출력 포트에 각각 입력측 및 출력측 광섬유 블럭이 정렬되어 고정되는 구조는 복잡하여 조립성이나 생산성 또는 제품의 신뢰성을 저하시키는 원인이 되었다. 구체적으로 종래에는 입력측 및 출력측 광섬유 블럭을 각각의 입력 포트와 출력 포트에 정렬시키는 과정에 시간이 많이 소요되는 단점이 있었다. 즉, 종래에는 입출력측 광섬유 블럭을 각각 순차적으로 평면 광도파로 소자에 정렬하는 과정이 두 번 소요되었다. 이러한 광섬유 블럭의 정렬 과정은 고도의 정밀성을 요구하기 때문에 정렬 시간의 증가는 소자의 생산성 저하의 원인이 된다. 특히 정렬 과장 중, 접착제나 에폭시 수지를 이용하여 접착하는 과정에서 열변형이 발생하여 정렬 장치의 신뢰성을 저하시키는 원인이 되었다. 결과적으로 평면 광도파로 소자와 광섬유 블럭간의 정렬 과정은 단 한번에 수행될 수 있는 정렬 장치가 요구되었다.
더욱이, 종래의 광도파로 소자의 정렬 구조는 서로 대향하는 이격된 두 개의 광섬유 블럭을 필요로 하기 때문에 모듈 자체의 크기나 부피가 커지는 문제도 있다. 통상적인 모듈의 크기는 소형화되는 것이 일반적인 추세이다.
따라서, 본 발명의 목적은 평면 광도파로 소자의 입력 포트와 출력 포트를 동일한 방향으로 동일한 면에 설계함으로써, 평면 광도파로 소자와 광섬유 블럭과의 정렬 시간 및 접착 시간을 단축시킬 수 있는 평면 광도파로 소자의 패키징 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 소형화 및 구조 단순화에 유리한 평면 광도파로 소자의 패키징 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 원가 절감에 유리한 평면 광도파로 소자의 패키징 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 제1실시 예는 평면 광도파로 소자와 광섬유 블럭간을 연결하는 패키징 장치에 있어서,
(a) 입력 도파로의 입력 포트와, 상기 입력 도파로의 입력 포트와 동일면에 배치되는 출력 도파로들의 출력 포트들을 각각 구비하며, 상기 출력 도파로들의 외곽측으로 적어도 한 개 이상의 더미 도파로들이 구비되고, 상기 더미 도파로들의 출력 포트들이 상기 입력 도파로의 입력 포트 및 상기 출력 도파로들의 출력 포트들과 동일면에 배치되는 평면 광도파로 소자; 및
(b) 상기 입력 도파로의 입력 포트 및 출력 도파로들의 출력 포트들와 대면하여 정렬 결합되도록 상응하는 다 수의 포트들을 구비한 단일 광섬유 블럭으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 제2실시 예는 평면 광도파로 소자와 광섬유 블럭을 연결하는 패키징 장치에 있어서,
(a) 입력 도파로의 입력 포트와, 상기 입력 포트와 동일한 면에 배치되는 출력 도파로의 출력 포트와, 상기 입력 도파로의 입력 포트와 상기 출력 도파로의 출력 포트와 동일한 면에 배치되는 적어도 하나 이상의 정렬 포트를 구비한 정렬 도파로를 포함하는 평면 광도파로 소자; 및
(b) 상기 입력 도파로의 입력 포트, 상기 출력 도파로의 출력 포트 및 상기 정렬 포트와 대면하여 정렬 결합되도록 상응하는 다 수의 포트들을 구비한 단일 광섬유 블럭으로 구성되는 것이 바람직하다.
도 1은 종래의 일 실시 예에 따른 평면 광도파로 소자의 패키징 장치를 확대하여 나타내는 사시도.
도 2는 종래의 일 실시 예에 따른 평면 광도파로 소자와 입출력측 광섬유 블럭간의 정렬 부분을 확대하여 나타내는 평면도.
도 3은 종래의 다른 일 실시 예에 따른 빔 스플릿터와 입출력측 광섬유 블럭간의 패키징 장치를 확대하여 나타내는 사시도.
도 4는 종래의 다른 일 실시 예에 따른 빔 스플릿터와 입출력측 광섬유 블럭간의 정렬 부분을 확대하여 나타내는 평면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 평면 광도파로 소자의 패키징 장치를 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 평면 광도파로 소자와 단일 광섬유 블럭간의 정렬 부분을 확대하여 나타내는 평면도.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 평면 광도파로 소자의 패키징 장치를 나타내는 사시도.
도 8은 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 평면 광도파로 소자와 단일광섬유 블럭간의 정렬 부분을 확대하여 나타내는 평면도.
도 9는 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 평면 광도파로 소자의 패키징 장치를 나타내는 사시도.
도 10은 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 평면 광도파로 소자와 단일 광섬유 블럭간의 정렬 부분을 확대하여 나타내는 평면도.
도 11은 본 발명의 바람직한 제4실시 예에 따른 빔 스플릿터와 단일 광섬유 블럭의 패키징 장치를 확대하여 나타내는 사시도.
도 12는 본 발명의 바람직한 제4실시 예에 따른 빔 스플릿터와 단일 광섬유 블럭간의 정렬 부분을 확대하여 나타내는 평면도.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 평면 광도파로 소자의 정렬 장치를 나타내는 사시도이다. 도 6은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 평면광도파로 소자와 단일 광섬유 블럭간의 정렬 상태를 확대하여 나타내는 평면도이다. 도 5, 도 6을 참조하여 본 발명의 제1실시 예에 따른 평면 광도파로 소자(40)의 정렬 장치에 대해서 설명하기로 한다.
본 발명의 바람직한 제1실시 예 따른 정렬 장치는 동일면(S1)에 위치하고, 소정의 거리로 이격된 위치에 제공된 입출력 포트(41a,44a)를 포함하는 평면 광도파로 소자(40)와, 상기 평면 광도파로 소자(40)의 복수 개의 도파로의 포트들에 정렬되어 접착제(B1)(에폭시 수지나 열경화형 접착제 또는 용접) 등을 이용하여 결합되는 단일 광섬유 블록(50)(single optical fiber block)으로 구성된다.
상기 단일 광섬유 블럭(50)은 평면 광도파로 소자(40)의 입력 도파로(41)의 입력 포트(41a)와, 출력 도파로(44)의 출력 포트(44a)들과 정렬되어 결합되어져야 하며, 상기 평면 광도파로 소자(40)는 입력 포트(41a)와 출력 포트(44a)들이 동일한 방향, 구체적으로 평면 광도파로 소자(40)의 동일면(S1)에 위치된다. 바람직하게 상기 입력 도파로(41)의 입력 포트(41a)와 출력 도파로(44)의 출력 포트(44a)들은 단일 광섬유 블럭(50)과 정렬되어 결합되어 질 수 있는 위치, 즉 상기 입력 도파로의 입력 포트와 출력 도파로의 출력 포트의 거리가 상기 광섬유 블록의 결합면내에 제공된다.
상기 평면 광도파로 소자(40)는 광신호가 진행하는 광섬유와 정렬된 상태로 결합되기 위하여 광섬유 블럭을 필요로 한다. 상기 평면 광도파로 소자(40)는 실리콘이나 퀄츠 기판(S)에 여러 층의 실리카 또는 폴리머 박막을 증착하여 코아와, 이를 감싸고 있는 클래딩의 굴절률 차를 이용하여 도파로라고 불리는 코어의 설계에따라서 빛이 진행하도록 설계되는 소자이다. 공지의 코아와 클래딩 및 광도파로열 격자에 대해서는 당해분야에서 통상의 지식을 가진자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
상기 평면 광도파로 소자(40)와 단일 광섬유 블럭(50)을 상호 정렬 시, 상기 평면 광도파로 소자(40)의 입출력 포트(41a,44a)들과 단일 광섬유 블럭(50)은 대면하여 결합된다. 또한, 상기 평면 광도파로 소자(40)는 상기 평면 광도파로 소자(40)와 단일 광섬유 블럭(50)간의 정렬 시, 상호간의 초기 정렬을 수행하기 위하여 부가적으로 적어도 하나 이상의 정렬 도파로(45)(aligning waveguide)들을 더 구비하며, 상기 출력 도파로(44)의 양측으로 적어도 하나 이상의 더미 도파로(46)(dummy waveguide)들을 추가하여 버어니어 형식의 소자를 구비한다. 도 5, 도 6에는 한 개의 정렬 도파로(45)와 한 개의 더미 도파로(46)가 제공된 평면 광도파로 소자가 도시되었다.
이때, 상기 정렬 도파로(45)는 입력 정렬 포트(45a)(input aligning port)와 출력 정렬 포트(45b)(output aligning port)를 구비하며, 상기 입력 정렬 포트(45a)는 단일 광섬유 블럭(50)과 정렬되어 결합되지만, 상기 출력 정렬 포트(45b)는 상기 입력 정렬 포트(45a)와 동일한 면(S1)에 배치되지 않는다. 상기 출력 정렬 포트(45b)는 상기 면(S1)에 반대방향에 위치하는 면(S2)에 배치된다. 즉, 상기 정렬 도파로(45)는 직선 도파로로 구성되어 서로 상이한 면에 위치하는 각각의 입출력 정렬 포트(45a,45b)를 구비한다.
결과적으로, 상기 입력 정렬 포트(45a)는 단일 광섬유 블럭(50)과 대면하여정렬 결합되고, 상기 출력 정렬 포트(45b)는 단일 광섬유 블럭(50)과 대면하지 않는다. 또한, 상기 입력 정렬 포트(45a)는 다수 개의 포트들 중, 최 외곽에 제공된다.
바람직하게, 상기 정렬 도파로(45)는 적어도 한 개 이상 평면 광도파로 소자(40)에 필요에 따라서 직선 도파로로 구성되며, 상기 더미 도파로(46)도 적어도 한 개 이상 출력 도파로(44)의 외곽에 구비되어진다.
한편, 상기 평면 광도파로 소자(40)와 정렬되어 결합되는 단일 광섬유 블럭(50)도 상기 복수 개의 포트(41a,44a,45a,46a)와 정렬되어 접착제(B)를 이용하여 결합되기 위하여 상응하는 포트(P)들을 구비하게 된다. 상기 단일 광섬유 블럭(50)은 광섬유(F3)를 지지하기 위한 블럭으로서, 보통 실리콘 기판 또는 쿼츠 기판(S)에 V-홈(V-groove)(미 도시됨)을 형성하여 광섬유, 바람직하게 리본형 광섬유(F3)를 배열하고, 접착제(B)를 이용하여 고정된다. 도 6에는 이해를 돕기위하여 접착제(B)를 삭제하여 도시하였다.
상기한 구성에 따라서 상기 입력 포트(41a)를 경유하여 상기 입력 도파로(41)로 입사한 빛은 제1성형 결합기(42), 광도파로열 격자(AWG1) 및 제2성형 결합기(43)와 출력 도파로(44)를 경유하여 출력 포트(44a)로 출력되는 광경로를 가진다.
부가적으로, 상기 평면 광도파로 소자(40)의 가공성을 좋게 하기 위하여 광학용 유리 상판(G5,G6)을 부착할 수 도 있고, 상기 광섬유 블럭(50)에 정렬된 리본 광섬유(F3)를 정렬한 후, 우수한 가공성을 제공하기 위하여 유리 상판(G7)을 부착할 수 있으며, 상기 출력 정렬 도파로(45b)의 직전에 미 도시된 렌즈를 제공함으로써, 정렬 과정 전, 상기 렌즈를 통하여 광파워를 측정한 후에 단일 광섬유 블럭(50)의 초기 정렬을 수행한다. 이때, 상기 입력 도파로(41)에 빛을 입사하고, 이어서 더미 도파로(46)의 광파워를 측정함으로써, 광도파로열 격자(AWG1)와 단일 광섬유 블럭(50)간의 정렬을 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 평면 광도파로 소자의 정렬 장치를 나타내는 사시도이다. 도 8은 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 평면 광도파로 소자와 단일 광섬유 블럭간의 정렬 상태를 확대하여 나타내는 평면도이다. 도 7, 도 8을 참조하여 본 발명의 제2실시 예에 따른 평면 광도파로 소자(60)의 정렬 장치에 대해서 설명하기로 한다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 평면 광도파로 소자(60)의 정렬 장치는 입력 도파로(61)의 입력 포트(61a)와, 복수 개의 출력 도파로(64)의 출력 포트(64a)들과, 입출력 포트(61a,64a)들과 동일한 면(S3)에 제공되는 정렬 도파로(65)의 입출력 정렬 포트(65a,65b)를 포함하는 평면 광도파로 소자(60)와, 상기 평면 광도파로 소자와 정렬되어 결합되는 광섬유 블럭(70)으로 구성된다. 상기 단일 광섬유 블럭(70)은 상기 입력 도파로(61)의 입력 포트(61a)와, 출력 도파로(64)의 출력 포트(64a)와, 정렬 도파로의 입출력 포트(65a,65b)와 정렬되어 접착제(B2)를 이용하여 결합되기 위하여 다수의 포트들(P1)이 구비된다. 이때, 상기 정렬 도파로(65)는 입출력 도파로(61,64) 및 제1,2성형 결합기(62,63)와 광도파로열 격자(AWG2)를 따라서 근접하게 디자인되며, 특히 직선 도파로와 곡선 도파로로 구성되어진다.
상기 평면 광도파로 소자(60)는 단일 광섬유 블럭(70)과의 상호 결합 시, 상기 평면 광도파로 소자(60)의 입출력 포트(61a,64a)와, 상기 단일 광섬유 블럭(70)의 입출력 정렬 포트(65a,65b)들이 대면하여 결합되며, 특히 상기 입출력 정렬 포트(65a,65b)는 평면 광도파로 소자(60)와 광섬유 블럭(70)간의 초기 정렬을 위하여 구비된다.
상기 다수 개의 포트들의 배열 순서를 평면 광도파로 소자(60)의 상측을 기준으로 살펴보면, 상기 정렬 도파로의 출력 정렬 포트(65b), 더미 도파로의 포트(66b), 출력 도파로의 출력 포트(64a), 더미 도파로의 포트(66a), 입력 도파로의 입력 포트(61a), 정렬 도파로의 입력 정렬 포트(65a)가 위치한다. 특히, 상기 입력 정렬 포트(65a)와 출력 정렬 포트(65b)는 각각 최외각에 위치한다.
결과적으로, 본 발명의 제2실시 예에 따른 정렬 장치는 제1실시 예과 비교하여, 차이점은 상기 정렬 도파로의 출력 정렬 포트(65b)가 입력 정렬 포트(65a)와 동일한 면(S3)에 제공된다는 것이다.
그리고, 상기 정렬 도파로(65)는 단 한 개로 한정될 필요는 없으며, 적어도 한 개 이상 구비되어질 수 있다. 아울러, 상기 단일 광섬유 블럭(70)도 상기 평면 광도파로 소자의 다수 개의 포트들과 정렬되어 접착제를 이용하여 결합되기 위하여 상응하는 포트들(P1)과 리본 광섬유(F4)를 구비한다.
아울러, 상기 광섬유(F4)는 다 수의 채널을 제공할 수 있는 리본 광섬유가 바람직하며, 상기 평면 광도파로 소자(60)는 가공성을 좋게 하기 위하여 양측에 각각 유리 상판(G8,G9)이 접착제(B2)를 이용하여 부착되어질 수 있으며, 상기 광섬유블럭(70)은 정렬된 광섬유(F4)를 고정하여 우수한 가공성을 제공하기 위하여 유리 상판(G10)이 부착될 수 있다.
도 9, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제3실시 예 따른 정렬 장치는 동일면(S4)에 구비된 입출력 포트(81a,84a)를 포함하는 평면 광도파로 소자(80)와, 상기 평면 광도파로 소자(80)의 복수 개의 도파로에 정렬되어 접착제(B1)(에폭시 수지나 열경화형 접착제 또는 용접) 등을 이용하여 결합되는 단일 광섬유 블록(90)(single optical fiber block)으로 구성된다.
상기 단일 광섬유 블럭(90)은 평면 광도파로 소자(80)의 입력 도파로(81)의 입력 포트(81a)와 출력 도파로(84)의 출력 포트(84a)들과 정렬되어 결합되어져야 하며, 상기 평면 광도파로 소자(80)는 입력 포트(81a)와 출력 포트(84a)들이 동일한 방향, 구체적으로 평면 광도파로 소자(80)의 동일한 면(S4)에 설계된다. 바람직하게 상기 입력 도파로(81)의 입력 포트(81a)와 출력 도파로(84)의 출력 포트(84a)들은 단일 광섬유 블럭(90)과 정렬되어 결합되어 질 수 있는 위치에 제공된다.
상기 평면 광도파로 소자(80)에 제공된 광도파로열 격자(AWG3)는 실리콘이나 퀄츠 기판(S)에 여러 층의 실리카 또는 폴리머 박막을 증착하여 코아와, 이를 감싸고 있는 클래딩의 굴절률 차를 이용하여 도파로라고 불리는 코어의 설계에 따라 일정한 디자인으로 형성된다. 공지의 코아와 클래딩 및 광도파로열 격자에 대해서는 당해분야에서 통상의 지식을 가진자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
상기 평면 광도파로 소자(80)와 단일 광섬유 블럭(90)을 상호 정렬 시, 상기 평면 광도파로 소자(80)의 입출력 포트(81a,84a)들과 단일 광섬유 블럭(90)은 대면하여 결합된다. 이때, 상기 입력 도파로(81)의 입력 포트(81a)는 출력 도파로(84)들의 출력 포트(84a)들 사이에 위치한다. 즉, 상기 입력 도파로의 입력 포트(81a) 외곽으로 출력 도파로의 출력 포트(84a)들이 배열된다.
상기 평면 광도파로 소자(80)는 상기 평면 광도파로 소자(80)와 단일 광섬유 블럭(90)간의 정렬 시, 상호간의 초기 정렬을 수행하기 위하여 부가적으로 적어도 하나 이상의 정렬 도파로(85)(aligning waveguide)들을 더 구비하며, 상기 출력 도파로(84)의 양측으로 적어도 하나 이상의 더미 도파로(86)(dummy waveguide)들을 추가하여 버어니어 형식의 소자를 구비한다. 도 9, 도 10에는 한 개의 정렬 도파로(85)와 한 개의 더미 도파로(86)가 제공된 평면 광도파로 소자가 도시되었다.
이 때, 상기 정렬 도파로(85)는 입력 정렬 포트(85a)(input aligning port)와 출력 정렬 포트(85b)(output aligning port)를 구비하며, 상기 입력 정렬 포트(85a)와 출력 정렬 포트(85b)는 동일한 면(S2)에 배치된다. 상기 정렬 도파로(85)는 직선형 도파로와 곡선형 도파로로 구성된다.
결과적으로, 상기 입력 정렬 포트(85a)와 출력 정렬 포트는는 단일 광섬유 블럭(90)과 대면하여 정렬 결합되고, 상기 입출력 정렬 포트(85a,85b)는 다수 개의 포트들 중, 최 외곽에 제공된다.
바람직하게, 상기 정렬 도파로(85)는 적어도 한 개 이상 평면 광도파로 소자(80)에 필요에 따라서 구비될 수 있고, 상기 더미 도파로(86)도 적어도 한 개 이상 출력 도파로(84)의 외곽에 구비될 수 있다.
상기 기술한 평면 광도파로 소자(80)는 광신호를 다중화하는 소자로서, 입력광이 입력되는 입력 도파로(81), 제1성형 결합기(82), 광도파로열 격자(AWG3), 제2성형 결합기(83), 출력 도파로(84)를 포함한다. 상기 입력 도파로(81)는 출력 도파로(84)들 사이에 위치하여 나란하게 배열된다. 그리고, 상기 광도파로열 격자(AWG3)와 제1,2성형 결합기(82,83)의 구성 및 작동에 대해서는 당해분야에서 통상의 지식을 가진자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
한편, 상기 평면 광도파로 소자(80)와 정렬되어 결합되는 단일 광섬유 블럭(90)도 상기 복수 개의 포트(81a,84a,85a,85b,86a,86b)와 정렬되어 접착제(B3)를 이용하여 결합되기 위하여 상응하는 포트(P2)들을 구비하게 된다. 상기 단일 광섬유 블럭(90)은 광섬유(F5)를 지지하기 위한 블럭으로서, 보통 실리콘 기판 또는 쿼츠 기판에 V자형-홈(V-groove)(미 도시됨)을 형성하여 광섬유, 바람직하게 리본형 광섬유(F5)를 배열하고, 접착제(B)를 이용하여 고정된다. 도 10에는 이해를 돕기위하여 접착제(B)를 삭제하여 도시하였다. 상기한 구성에 따라서 상기 입력 포트(81a)를 경유하여 상기 입력 도파로(81)로 입사한 빛은 제1성형 결합기(82), 광도파로열 격자(AWG3) 및 제2성형 결합기(83)와 출력 도파로(84)를 경유하여 출력 포트(84a)로 출력되는 광경로를 가진다.
부가적으로, 상기 평면 광도파로 소자(80)의 가공성을 좋게 하기 위하여 광학용 유리 상판(G11,G12)을 부착할 수 도 있고, 상기 광섬유 블럭(90)에 정렬된 광섬유(F5)를 고정하여 우수한 가공성을 제공하기 위하여 유리 상판(G13)을 부착할 수 있으며, 상기 출력 정렬 도파로(85b)의 직전에 미 도시된 렌즈를 제공함으로써,상기 렌즈를 통하여 광파워를 측정한 후, 이어서 단일 광섬유 블럭(80)의 초기 정렬을 수행한다. 이때, 상기 입력 도파로(81)에 빛을 입사하면서 더미 도파로(86)의 광파워를 측정함으로써, 광도파로열 격자(AWG3)와 단일 광섬유 블럭(90)의 정렬을 수행할 수 있다.
도 11, 도 12에 도시된 평면 광도파로 소자는 빔 스플릿터(220)를 지칭한다. 이하에서는 빔 스플릿터(220)의 패키징 장치에 대해서 설명하기로 한다. 본 발명의 바람직한 제4실시 예 따른 빔 스플릿터(210)의 패키징 장치는 동일면(S5)에 위치하고, 소정의 거리로 이격된 위치에 제공된 하나의 입력 포트(210a)와, 다수의 출력 포트(210b))를 포함하는 빔 스플릿터(210)와, 상기 평빔 스플릿터(210)의 대면하는 면(S5)에 정렬되어 접착제(B1)(에폭시 수지나 열경화형 접착제 또는 용접) 등을 이용하여 결합되는 단일 광섬유 블록(220)(single optical fiber block)으로 구성된다.
상기 단일 광섬유 블럭(220)은 평면 빔 스플릿터(210)의 입력 도파로(212)의 입력 포트(210a)와, 출력 도파로(214)의 출력 포트(210b)들과 이격된 상태에서 정렬되어 결합되어져야 하며, 상기 빔 스플릿터(210)는 입력 포트(210a)와 출력 포트(210b)들이 동일한 방향, 구체적으로 빔 스플릿터(2100)의 동일면(S5)에 위치된다. 바람직하게 상기 입력 도파로(212)의 입력 포트(210a)와 출력 도파로(214)의 출력 포트(210b)들은 단일 광섬유 블럭(220)과 정렬되어 결합되어 질 수 있는 위치, 즉 상기 입력 도파로(212)의 입력 포트(201a)와 출력 도파로(214)의 출력 포트(210b)의 거리가 상기 광섬유 블록(220)의 대면하는 결합면내에 제공된다.
그리고, 상기 빔 스플릿터(210)는 단일 광섬유 블럭(220)간의 정렬 시, 상호간의 초기 정렬을 수행하기 위하여 부가적으로 적어도 하나 이상의 정렬 도파로(216)(aligning waveguide)들을 더 구비한다. 도 11, 도 12에는 한 개의 정렬 도파로(216)가 도시되었다.
이때, 상기 정렬 도파로(216)는 입력 정렬 포트(210c)(input aligning port)와 출력 정렬 포트(210d)(output aligning port)를 구비하며, 상기 입력 정렬 포트(210c)는 단일 광섬유 블럭(50)과 정렬되어 결합되지만, 상기 출력 정렬 포트(210d)는 상기 입력 정렬 포트(210c)와 동일한 면(S1)에 배치되지 않는다. 상기 출력 정렬 포트(210d)는 상기 면(S5)에 반대방향에 위치하는 면(S6)에 배치된다. 즉, 상기 정렬 도파로(216)는 직선 도파로로 구성되어 서로 상이한 면에 위치하는 각각의 입출력 정렬 포트(210c,210d))를 구비한다. 또한, 상기 입력 정렬 포트(210c)는 다수 개의 포트들 중, 최 외곽에 제공된다.
한편, 상기 빔 스플릿터(210)와 정렬되어 결합되는 단일 광섬유 블럭(50)도 상기 복수 개의 포트(210a,210b,210c)와 정렬되어 접착제를 이용하여 결합되기 위하여 상응하는 포트(220a)들을 구비하게 된다. 상기한 구성에 따라서 상기 입력 포트(210a)를 경유하여 상기 입력 도파로(212)로 입사한 빛은 출력 도파로(214)를 경유하여 출력 포트(210b)들로 출력되는 광경로를 가진다.
결과적으로, 본 발명은 평면 광도파로 소자의 입출력 포트를 동일한 면에 구비하여 광섬유 블럭과 단 한번의 정렬 과정으로 결합시킬 수 있게 되었다.
이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 입출력 도파로의 입출력 포트를 단일 광섬유 블럭과 정렬하여 결합시킬 수 있게 됨으로써, 광통신 모듈의 크기를 줄일 수 있게 되었고, 단 한번의 정렬 과정으로 평면 광도파로 소자와 단일 광섬유 블럭을 정렬 결합시키게 되어 정렬 시간을 단축할 수 있게 되는 이점을 제공하게 되었다. 한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

Claims (21)

  1. 평면 광도파로 소자와 광섬유 블럭간을 정렬하는 패키징 장치에 있어서,
    (a) 입력 도파로의 입력 포트와, 상기 입력 도파로의 입력 포트와 동일면에 배치되는 출력 도파로들의 출력 포트들을 각각 구비하며, 상기 출력 도파로들의 외곽측으로 적어도 한 개 이상의 더미 도파로가 구비되고, 상기 더미 도파로의 출력 포트가 상기 입력 도파로의 입력 포트 및 상기 출력 도파로들의 출력 포트들과 동일면에 배치되는 평면 광도파로 소자; 및
    (b) 상기 입력 도파로의 입력 포트 및 출력 도파로들의 출력 포트들과 대면하여 정렬 결합되도록 상응하는 다 수의 포트들을 구비한 단일 광섬유 블럭으로 구성되어짐을 특징으로 하는 패키징 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 평면 광도파로 소자는 초기 정렬을 위하여 적어도 한 개 이상의 정렬 도파로를 더 구비함을 특징으로 하는 패키징 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 정렬 도파로는 광 측정기를 이용하여 광파워를 측정하는데 사용될 수 있음을 특징으로 하는 패키징 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 정렬 도파로는 입력 정렬 포트와, 출력 정렬 포트를 포함하며, 상기 정렬 도파로의 입력 정렬 포트는 상기 입력 도파로의 입력 포트 및 상기 출력 도파로들의 출력 포트들과 동일면에 배치되는 구성임을 특징으로 하는 패키징 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 정렬 도파로는 상기 출력 도파로들과 나란하게 위치하며, 상기 출력 도파로들로부터 최외곽에 위치하는 직선 도파로로 구성되어짐을 특징으로 하는 패키징 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 정렬 도파로의 출력 정렬 포트는 상기 입력 도파로의 입력 포트 및 상기 출력 도파로들의 출력 포트들과 동일면에 배치되지 않는 구성임을 특징으로 하는 패키징 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 입력 도파로의 입력 포트는 상기 출력 도파로들의 출력 포트들 사이에 위치함을 특징으로 하는 패키징 장치.
  8. 평면 광도파로 소자와 광섬유 블럭을 정렬하는 패키징 장치에 있어서,
    (a) 입력 도파로의 입력 포트와, 상기 입력 포트와 동일한 면에 배치되는 출력 도파로들의 출력 포트들과, 상기 입력 도파로의 입력 포트와 상기 출력 도파로들의 출력 포트들과 동일한 면에 배치되는 적어도 하나 이상의 정렬 포트를 구비한 정렬 도파로를 포함하는 평면 광도파로 소자; 및
    (b) 상기 입력 도파로의 입력 포트와, 상기 출력 도파로들의 출력 포트들 및 상기 정렬 포트와 대면하여 정렬 결합되도록 상응하는 다 수의 포트들을 구비한 단일 광섬유 블럭으로 구성되어짐을 특징으로 하는 패키징 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 정렬 포트는 입력 정렬 포트와 출력 정렬 포트로 구성되어짐을 특징으로 하는 패키징 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 입력 정렬 포트와 출력 정렬 포트는 동일한 면에 배치되는 구성임을 특징으로 하는 패키징 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 입력 정렬 포트와 출력 정렬 포트는 서로 이격된 상태로 상기 출력 도파로들로부터 최외각에 각각 배치되는 구성임을 특징으로 하는 패키징 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 정렬 도파로는 상기 입력 도파로와 출력 도파로를 따라서 근접하게 디자인되는 구성임을 특징으로 하는 패키징 장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 정렬 도파로는 직선 도파로와 곡선 도파로로 구성되어짐을 특징으로 하는 패키징 장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 출력 도파로는 더미 도파로를 더 구비함을 특징으로 하는 패키징 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 더미 도파로는 출력 도파로들로부터 최외곽에 배치되는 구성임을 특징으로 하는 패키징 장치.
  16. 빔 스플릿터와 광섬유 블럭을 정렬하여 모듈로 제작하기 위한 패키징 장치에 있어서,
    (a) 입력 도파로의 입력 포트와, 상기 입력 포트와 동일한 면에 배치되는 출력 도파로들의 출력 포트들과, 상기 입력 도파로의 입력 포트와 상기 출력 도파로들의 출력 포트들과 동일한 면에 배치되는 정렬 포트를 구비한 정렬 도파로를 포함하는 빔 스플릿터; 및
    (b) 상기 입력 도파로의 입력 포트와, 상기 출력 도파로들의 출력 포트들 및 상기 정렬 포트와 대면하여 정렬 결합되도록 상응하는 다 수의 포트들을 구비한 단일 광섬유 블럭으로 구성되어짐을 특징으로 하는 패키징 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 정렬 포트는 입력 정렬 포트와 출력 정렬 포트로 구성되어짐을 특징으로 하는 패키징 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 입력 정렬 포트와 출력 정렬 포트는 동일한 면에 배치되는 구성임을 특징으로 하는 패키징 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 입력 정렬 포트와 출력 정렬 포트는 서로 이격된 상태로 상기 출력 도파로들로부터 최외각에 각각 배치되는 구성임을 특징으로 하는 패키징 장치.
  20. 제16항에 있어서, 상기 정렬 도파로는 상기 입력 도파로를 따라서 근접하게 디자인되는 구성임을 특징으로 하는 패키징 장치.
  21. 제16항에 있어서, 상기 정렬 도파로는 직선 도파로로 구성되어짐을 특징으로 하는 패키징 장치.
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