KR20030090816A - Bi-directional transceiver - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광송수신기에 관한 것으로서, 특히 양방향 광송수기에 관한 것이다.The present invention relates to an optical transceiver, and more particularly, to a bidirectional optical transmitter.
양방향 광송수신기는 광섬유를 이용한 광통신에서, 상이한 파장의 빛을 이용하여 복수의 채널을 동시에 전송하는 방식으로서, 단일 모드 광섬유에서는 감쇠가적은 1.3m와 1.55m 2종류의 광파장을 이용한다. 파이버 투 더 홈(FTTH)에서 파장 분할 다중 방식(WDM)을 이용하여 통신용 채널과 CATV용 채널을 한 줄의 광섬유에 집약하는 것이 가능하다. 송신과 수신을 위해 별도의 광섬유 선을 사용하는 대신 한개의 광섬유 선을 이용하여 송신 및 수신을 할 수 있도록 하면 광섬유의 포설에 드는 비용을 절감할 수 있으며, 이에 따라 여러 가지 광 부품의 수 또한 줄게 되어 더욱 경제성 있는 광통신을 구현할 수 있게 된다.In the optical communication using an optical fiber, a bidirectional optical transceiver uses a light of different wavelengths to simultaneously transmit a plurality of channels. In a single mode optical fiber, two types of optical wavelengths, which have less attenuation, are 1.3m and 1.55m. In fiber-to-the-home (FTTH), it is possible to aggregate the channel for communication and the channel for CATV into a single fiber using wavelength division multiplexing (WDM). Instead of using separate fiber optic wires for transmission and reception, using one fiber optic cable to transmit and receive can reduce the cost of laying fiber, thus reducing the number of different optical components. Thus, more economical optical communication can be realized.
도 1은 종래 기술에 따른 도파로를 구비한 양방향 광송수신기를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a bidirectional optical transceiver having a waveguide according to the prior art.
양방향 광송수신기는 외부에서 입력되는 광신호와 내부 반도체 레이저에서 출력되는 광신호 각각의 파장을 분배 해주는 파장 분배부(140), 입력 신호를 광신호로 변조시키는 반도체 레이저(111)와 상기 파장 분배기에서 분리된 각각의 파장을 인식하는 수광 소자(112,113)를 집합하여 구성된 송수신기 모듈(110)로 구성되어져 있다.The bidirectional optical transceiver includes a wavelength distributor 140 for distributing wavelengths of an optical signal input from an external device and an optical signal output from an internal semiconductor laser, a semiconductor laser 111 for modulating an input signal into an optical signal, and a wavelength divider at the wavelength divider. It consists of a transceiver module 110 composed of a collection of light receiving elements (112, 113) for recognizing each of the separated wavelengths.
상기 파장 분배부(140)는 상기 반도체 레이저(111)로부터 입력되는 광신호와 외부로부터 입력되는 광신호를 분할하는 파장 분배기(130)와 광신호들의 송수신 통로 역할을 하는 Y분배기(142)로 구성된다. 상기 파장 분배기(130)는 송수신기 모듈(110)과 Y분배기(142)의 중앙에 개재되어져 있으며, 상기 파장 분배기(130)로서는 입력 광신호를 파장 대역별로 다중 분할하는 파장 분할 다중화 필터(Wavelength Division Multiplexer)필터와 멀티플렉서 필터(Multiplexer Filter)또는 브래그 회절(Bragg)격자 등이 사용 가능하다. 상기 Y분배기(142)는 광도파로관으로서, 외부로부터 입력되는 광신호와 상기 반도체 레이저(111)로부터 출력되는 광신호 각각의 통로 역할을 하는 공통 도파로관을 구비하여 구성된다.The wavelength distributor 140 includes a wavelength divider 130 for dividing an optical signal input from the semiconductor laser 111 and an optical signal input from the outside, and a Y divider 142 serving as a transmission / reception path of the optical signals. do. The wavelength divider 130 is interposed at the center of the transceiver module 110 and the Y divider 142. The wavelength divider 130 includes a wavelength division multiplexer for multi-dividing an input optical signal into wavelength bands. Filter, multiplexer filter, or Bragg grating. The Y divider 142 is an optical waveguide tube, and includes a common waveguide tube serving as a path between each of an optical signal input from the outside and an optical signal output from the semiconductor laser 111.
상기 송수신기 모듈(110)은 입력 신호를 광신호로 변조시키는 반도체 레이저(111)와 상기 반도체 레이저의 광세기를 모니터링하는 수광 소자(112)와 외부로부터 입력되는 광신호를 검출하는 수광 소자(113)로 구성되어진다. 상기 수광소자(112,113)에는 각각 검출하는 파장 영역에 적합한 포토 다이오드를 사용한다.The transceiver module 110 includes a semiconductor laser 111 for modulating an input signal into an optical signal, a light receiving element 112 for monitoring light intensity of the semiconductor laser, and a light receiving element 113 for detecting an optical signal input from the outside. It consists of. Photodiodes suitable for the wavelength range to be detected are used for the light receiving elements 112 and 113, respectively.
도 2는 종래 기술에 따른 캔을 구비한 양방향 광송수신기를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a bidirectional optical transceiver having a can according to the prior art.
상기 양방향 광송수신기는 수광소자(221)와 반도체 레이저(211)를 구비하는 각각의 티오캔(210,220)과 상기 광섬유(240)와 투 캔의 사이에 개재된 빔분할기 형태의 파장 분배기(230)를 구비하여 구성된다.The two-way optical transceiver includes a wavelength divider 230 in the form of a beam splitter interposed between each of the thiocans 210 and 220 including the light receiving element 221 and the semiconductor laser 211 and the optical fiber 240 and two cans. It is provided.
상기 티오캔의 정면에는 시창 구실을 하는 윈도우(212,222)가 삽입되어져 있다. 상기 반도체 레이저를 실장한 티오캔(210)은 전기 신호를 광신호(201)로 변조하여 상기 광섬유(240)로 입력시킨다. 반면에 수광소자를 실장한 티오캔(220)은 외부로부터 입력된 광신호(202)를 입력받아 검출한다.In front of the thiocan, windows 212 and 222 serving as a sight glass are inserted. The thiocan 210 mounted with the semiconductor laser modulates an electric signal into an optical signal 201 and inputs the optical signal to the optical fiber 240. On the other hand, the thiocan 220 mounted with the light receiving element receives and detects the optical signal 202 input from the outside.
상기 파장 분배기(230)는 상기 반도체 레이저를 실장한 티오캔(210)에서 나온 광신호(201)를 투과시키고 외부로부터 입력되는 광신호(202)를 수직 반사시켜 상기 수광소자를 구비한 티오캔(220)으로 전송시키는 기능을 한다.The wavelength divider 230 transmits the optical signal 201 from the thiocan 210 mounted with the semiconductor laser, and vertically reflects the optical signal 202 input from the outside. 220).
상기 PLC 기판 상에 광소자를 집적한 형태의 양방향 광송수신기는 Y 분배기로 인한 광신호의 삽입 손실이 증가하여 송신되는 광출력과 수신되는 광의 수신 감도가 약화되며, 각각의 소자를 별도로 제작하고 각각의 광축에 정렬하여 제작함으로써, 모듈의 제작 원가 및 제작 시간이 증대되어 생산성 저하와 소형화가 어려운 문제점이 있다. 또한, 상기 PLC 기판 상에 집적된 양방향 광송수신기는 Y분배기를 사용하여 광신호를 분할 전송하므로 단일 파장을 사용할 경우에 송수신 광신호 상호간의 광신호 교란의 위험이 크다. 빔분할기 형태의 파장 분배기와 티오캔 형태의 송수신기를 구비한 양방향 광송수신기는 상기 파장 분배기를 광축 상에 특정 각도로 배열하여 상기 반도체 레이저로부터 나오는 광신호는 투과시키고 입력 광신호는 반사 상기 수광 소자를 구비한 티오캔으로 입력 시켜야 하므로 광축 정렬이 어렵고 불량의 위험이 커지는 문제점이 있다.The bidirectional optical transceiver having an optical element integrated on the PLC substrate increases the insertion loss of the optical signal due to the Y splitter, thereby reducing the optical power transmitted and the reception sensitivity of the received light. By manufacturing aligned with the optical axis, the production cost and manufacturing time of the module is increased, there is a problem that the productivity decrease and miniaturization is difficult. In addition, since the bidirectional optical transceiver integrated on the PLC substrate transmits the optical signal using a Y divider, there is a high risk of optical signal disturbance between the transmitted and received optical signals when using a single wavelength. A bi-directional optical transceiver having a beam splitter-type wavelength divider and a thiocan-type transceiver is arranged at a specific angle on the optical axis so that the optical signal from the semiconductor laser is transmitted and the input optical signal reflects the light receiving element. Since the thiocan must be input, there is a problem in that the alignment of the optical axis is difficult and the risk of failure increases.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 제작 공정이 단순하고, 소형 제작이 용이한 양방향 광송수신기를 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, the object of the present invention is to provide a two-way optical transmitter, the production process is simple, easy to manufacture small.
본 발명의 또 다른 목적은 좁은 영역의 파장 범위를 사용한 파장 분할 다중화기에 있어서, 송수신 광신호 상호간의 중첩으로 인한 노이즈 발생이 적은 양방향 광송수신기를 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide a bidirectional optical transceiver having a low noise generation due to overlapping transmission and reception optical signals in a wavelength division multiplexer using a narrow wavelength range.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 양방향 광송수신기는 입력 신호를 광신호로 변조하여 전송하는 레이저 다이오드와, 상기 레이저 다이오드로부터 소정 간격으로 이격되어져 있으며, 입력 광신호를 수광하는 광신호 감시기와, 상기 레이저 다이오드 및 광신호 감시기의 전방에 위치하며, 상기 레이저 다이오드로부터 입력되는 광신호를 투과시키고, 외부로부터 입력되는 광신호를 소정 각도로 회절시켜서 상기 광신호 감시기로 입력시키는 파장 분배기와 상기 레이저 다이오드, 상기 광신호 감시기, 상기 파장 분배기를 실장하는 단일 티오캔(TO-can)을 포함하여 구성된다.In order to achieve the above objects, the bidirectional optical transceiver according to the present invention is a laser diode for modulating and transmitting an input signal to an optical signal, and an optical signal monitor that is spaced apart from the laser diode at predetermined intervals and receives an input optical signal. And a wavelength divider positioned in front of the laser diode and the optical signal monitor, transmitting the optical signal input from the laser diode, diffracting the optical signal input from the outside at a predetermined angle, and inputting the optical signal to the optical signal monitor. It comprises a laser diode, the optical signal monitor, and a single thiocan (TO-can) for mounting the wavelength divider.
도 1은 종래 기술에 따른 도파로를 구비한 양방향 광송수신기를 나타내는 단면도,1 is a cross-sectional view showing a two-way optical transceiver having a waveguide according to the prior art,
도 2는 종래 기술에 따른 캔을 구비한 양방향 광송수신기를 나타내는 단면도,2 is a cross-sectional view showing a bidirectional optical transceiver having a can according to the prior art;
도 3은 본 발명에 따른 양방향 광송수신기를 나타내는 단면도,3 is a cross-sectional view showing a bidirectional optical transceiver according to the present invention;
도 4는 도 3에 도시된 양방향 광송수신기를 구비한 광송수신기 모듈을 나타내는 단면도.4 is a cross-sectional view showing an optical transceiver module having a bidirectional optical transceiver shown in FIG.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; In describing the present invention, detailed descriptions of related well-known functions or configurations are omitted in order not to obscure the subject matter of the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 양방향 광송수신기를 나타내는 단면도이다. 도 4는 도 3에 도시된 양방향 광송수신기를 구비한 광송수신기 모듈을 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a bidirectional optical transceiver according to the present invention. 4 is a cross-sectional view showing an optical transceiver module having a bidirectional optical transmitter shown in FIG.
상기 양방향 광송수신기는 입력 신호를 광신호로 변조하는 반도체 레이저(310)와 상기 반도체 레이저(310)의 광신호 세기 변화를 감지하는 광세기 감시기(320)와 상기 반도체 레이저(310)에서 나온 광신호(301)는 직진 투과시키고 반대편 광송수신기로부터 입력되는 광신호(302)는 소정의 각도로 회절 시키는 파장 분배기(340)와, 상기 파장 분배기(340)로부터 소정의 각도로 회절 되어 입사되는 광신호(302)를 수광 하는 광신호 감시기(330)와 상기 소자들을 포함하여 구성되는 단일 티오캔(TO-Can)구조이다.The two-way optical transceiver includes a semiconductor laser 310 that modulates an input signal into an optical signal, an optical intensity monitor 320 that detects a change in the optical signal intensity of the semiconductor laser 310, and an optical signal from the semiconductor laser 310. 301 transmits the light signal 302 which is transmitted straight through and the optical signal 302 inputted from the opposite optical receiver is diffracted at a predetermined angle, and the optical signal diffracted at a predetermined angle from the wavelength divider 340 and incident The optical signal monitor 330 receiving the light source 302 and the single thiocan structure including the elements are included.
상기 반도체 레이저(310)는 상기 티오캔의 돌출된 투스템(350,TO-Stem)에 접합되어지며, 입력 신호는 상기 반도체 레이저에서 광신호(301)로 변조되어 상기 파장 분배기(340)를 투과한다. 상기 반도체 레이저(310)는 항상 단면발산 광원이다. 상기 반도체 레이저(310)에 순바이어스를 가하면 활성층으로 주입된 전자들의 재결합으로 광자의 자연 방출이 일어나며 방출된 광의 일부는 귀환하여 주입된 전자들을 유도한다. 전류밀도가 충분히 높아지면 주입된 많은 양의 전하들이 재결합을 유도하므로 광이득이 커진다. 광이득이 상기 반도체 레이저(310)의 손실을 상쇄할 수 있을 만큼 충분히 커지면 상기 반도체 레이저(310)가 공진 가능한 문턱 전류에 도달되어 레이저광의 공진이 시작된다. 상기 반도체 레이저(310)에 일반적으로 사용되는 공진기의 형태는 양쪽 단면에 유전체 코팅으로 형성된 한 쌍의 반사 미러 또는 정밀하게 가공된 금속 미러를 접합하여 사용한다.The semiconductor laser 310 is bonded to the protruding totem system 350 of the thiocan, and an input signal is modulated into an optical signal 301 in the semiconductor laser to transmit the wavelength divider 340. do. The semiconductor laser 310 is always a cross-sectional divergent light source. When forward bias is applied to the semiconductor laser 310, natural emission of photons occurs due to recombination of electrons injected into the active layer, and a part of the emitted light is returned to guide the injected electrons. When the current density is high enough, the light gain is increased because a large amount of injected charges induce recombination. When the light gain is large enough to offset the loss of the semiconductor laser 310, the semiconductor laser 310 reaches a threshold current that can be resonated to start resonance of the laser light. The type of resonator generally used in the semiconductor laser 310 is used by bonding a pair of reflective mirrors or a precision machined metal mirror formed on both end surfaces with a dielectric coating.
상기 광세기 감시기(320)는 상기 반도체 레이저(310)를 중심으로 상기 파장 분배기(340)와 대칭 되는 위치의 상기 티오캔의 바닥면 상에 접합되어져 있다. 상기한 바와 같이 상기 반도체 레이저(310)는 단면 발산 광원이므로, 정면에 위치한 상기 파장 분배기(340)와 대칭 되게 위치한 상기 광세기 감시기(320)는 상기 반도체 레이저로부터 출력되는 광신호의 세기 변화를 모니터링하는 기능을 제공한다. 상기 광세기 감시기(320)로는 작고 경량이며, 감도가 좋고, 빠른 동작 특성을 갖는 포토 다이오드를 통상적으로 사용하고 있다.The light intensity monitor 320 is bonded to the bottom surface of the thiocan at a position symmetrical with the wavelength divider 340 around the semiconductor laser 310. As described above, since the semiconductor laser 310 is a cross-section divergent light source, the optical intensity monitor 320 symmetrically with the wavelength divider 340 positioned at the front side monitors the intensity change of the optical signal output from the semiconductor laser. Provides the ability to As the light intensity monitor 320, a photodiode having a small size, light weight, good sensitivity, and fast operating characteristics is commonly used.
상기 광신호 감시기(330)는 통상적으로 포토 다이오드와 같은 검광 소자를 사용하며, 상기 광세기 감시기(320)와 동일한 선상 소정의 거리만큼 떨어진 곳에위치하여, 상기 파장 분배기(340)로부터 회절 입사되는 광신호(302)를 검출한다.The optical signal monitor 330 typically uses a detector such as a photodiode, and is located at a predetermined distance on the same line as the optical intensity monitor 320 and is diffracted from the wavelength divider 340. Detect signal 302.
상기 파장 분배기(340)는 상기 반도체 레이저(310)의 정면에 위치하여 시창 역할을 하며, 상기 반도체 레이저(310)로부터 입력된 광신호(301)는 직진 투과시키고 외부로부터 입력되는 광신호(302)는 소정의 각도로 회절 시켜 상기 광신호 감시기(330)로 입력시킨다. 소정 파장의 광원은 회절 시키고 소정 파장의 광신호는 투과시키는 상기 파장 분배기(340)는 일정한 주기를 갖는 투과형 회절 격자 등을 홀로그래픽 기술로 제작한 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Element)이다. 상기 홀로그래픽 광학 소자는 기존의 광학 소자에 비해 대량 생산이 가능하여 값이 싸고 하나의 소자로 여러 가지 기능을 동시에 할 수 있다는 특징을 가지고 있다.The wavelength divider 340 is positioned in front of the semiconductor laser 310 to serve as a sight glass, and the optical signal 301 input from the semiconductor laser 310 passes straight through and is received from an external optical signal 302. Is diffracted at a predetermined angle and input to the optical signal monitor 330. The wavelength divider 340 that diffracts a light source having a predetermined wavelength and transmits an optical signal having a predetermined wavelength is a holographic optical element manufactured by holographic technology such as a transmission diffraction grating having a predetermined period. The holographic optical device can be mass-produced compared to the conventional optical device, and is inexpensive, and has a feature of simultaneously performing various functions with one device.
상기 양방향 광송수신기는 상기 소자들을 단일 티오캔에 실장하며, 상기 분배기로는 홀로그래픽 광학 소자를 사용하여 제품의 소형화와 광축 상에 소자 정열이 용이하다. 또한, 상기 홀로그래픽 광학 소자는 원판 제작 후에, 추후 생산되는 모든 제품은 상기 원판을 기준으로 제작하므로 크기 조절이 용이하며 안정적인 제품 특성 재현이 가능하다.The two-way optical transceiver mounts the devices in a single thiocan, and the distributor uses a holographic optical device to facilitate product miniaturization and device alignment on the optical axis. In addition, since the holographic optical device is manufactured on the original plate, all products to be produced later are manufactured based on the original plate, so that the size of the holographic optical device can be easily adjusted and stable product characteristics can be reproduced.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 홀로그램 파장 분배기와 상기 레이저 다이오드와 상기 광신호,광세기 감시기 각각을 단일 티오캔에 실장한 양방향 광송수신기는 상기 홀로그램 파장 분배기를 상기 티오캔의 윈도우로 사용하여, 상기 양방향 광송수신기를 단일 티오캔 패키지로 구성함으로써 구조와 공정이 단순한 양방향 광송수신기를 제공할 수 있다는 이점이 있다.As described above, the two-way optical transmitter and receiver equipped with the hologram wavelength divider, the laser diode, the optical signal and the light intensity monitor in a single thiocan use the hologram wavelength divider as a window of the thiocan. In addition, the bidirectional optical transceiver is configured in a single thiocan package to provide a bidirectional optical transmitter having a simple structure and process.
또한, 본 발명에 따른 상기 양방향 광송수신기는 상기 레이저 다이오드와 상기 광신호 감시기 각각을 구성하던 티오캔을 단일 구조로 통합함으로서 광송수신기 모듈 구성이 단순하고 생산성 향상이 가능하다.In addition, the bi-directional optical transceiver according to the present invention is simple in the configuration of the optical transceiver module and productivity can be improved by integrating the thiocans constituting each of the laser diode and the optical signal monitor in a single structure.
또한, 상기 양방향 광송수신기에 구비된 파장 분배기는 홀로그램 광소자를 사용함으로써, 생산비 절감 및 소형 제품에 적용이 가능한 이점이 있다.In addition, the wavelength divider provided in the bidirectional optical transceiver has the advantage that it can be applied to a small product by reducing the production cost by using a holographic optical element.
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