KR20030047739A - 쌍방향 광통신용 광학부품 - Google Patents

Abstract

고효율로 소형, 염가로 제작할 수가 있는 쌍방향 광통신용광학부품을 제공한것을 과제로 한 것이며, 그 해결수단에 있어서, 광섬유 (12)의 끝면과 대향되는 제 1의면 (1la)과, 수광 소자 (13)와 대향되는 제 2의면 (1lb)과, 광섬유 (12)로부터 출사 되어 면 (1la)으로부터 입사하는 수신광 (21)을 면 (1lb)을 향해서 반사하고, 또한 발광소자 (l4)로부터 출사 된 송신광 (22)을 투과해 면 (11a)을 향하게 하는 제 3의면 (11c)에 의해 삼각형이 구성된 단면 삼각형의 프리즘 (11)의 면 (lla)의 광섬유 (l2)의 끝면과 대향하는 영역에, 굴절률이 프리즘 (11)보다 커지게 된 원주체 (32)를 매설한다. 원주체 (32)내에 들어간 광은 바깥쪽으로 누설하기 어렵고, 따라서 원주체 (32)가 없는 단순한 프리즘에 비해, 효율이 향상한다.

Description

쌍방향 광통신용 광학부품{OPTICAL COMPONENTS FOR BILATERAL OPTICAL COMMUNICATION}

본 발명은 한 개의 광섬유를 개재하여 광의 송수신을 실시하는 쌍방향 광통신에 이용하는 광학부품에 관하여, 특히 광섬유끝면에 대향 배치되어서, 광섬유로부터 출사 된 수신광을 수광 수단에 도입하여, 발광 수단으로부터 출사 된 송신광을 광섬유끝면에 입사 시키는 광학부품에 관한 것이다.

도 8은 이런 종류의 광학부품의 종래 예를, 광섬유 및 발광소자, 수광 소자 와 함께 도시한 것이며, 이 예에서는 광학부품은 프리즘 (11)으로 되고, 이 프리즘 (11)을 통해서 광의 송수신이 행하여지는 것으로 되어 있다.

프리즘 (1l)은 이 예에서는 단면 형상이 직각 이등변 삼각형을 이루는 것으로 되고, 그 직각을 사이에 두는 제l의 면 (1la)에 광섬유 (12)의 끝면이 근접 대향 배치 되고, 직각을 사이에 두는 제2의 면 (11b)에 수광 소자 (13)가 대향 배치된다. 한편, 사변(斜邊)을 구성하는 제3의 면 (11c)의 바깥쪽에는 발광소자 (14)가 배치된다.

수광 소자 (13) 및 발광소자 (14)는 이 예에서는 모두 리드 프레임 위에 탑재되어서 투명 수지에 의해 수지 밀봉된 구조로 되어 있으며 도면 중, (15, 16)은 리드 프레임을 표시하고, (17, 18)은 밀봉 수지를 표시한다. 또한, 밀봉 수지 (17,l8)에는 각각 렌즈부 (17a, 18a)가 돌출 형성되어 있으며 또 렌즈부 (17a, 18a)를 둘러싸서 렌즈부를 보호하는 볼록부 (17b, 18b)가 형성되어 있다.

발광소자 (l4)는 예를 들면 레이저 다이오드(LD)나 발광 다이오드(LED)로 되고, 수광 소자 (13)는 예를 들면 포토 다이오드(PD)로 된다.

상기와 같은 배치 구성에 의해, 광섬유 12의 끝면으로부터 출사 된 수신광 (21)은 면 (1la)으로부터 프리즘 (11)내에 입사 하고, 면 (11c)에서 반사되어서 면 (1lb)에 이르러, 수광 소자 (l3)에 입사 된다. 한편, 발광소자 (14)로부터 출사 된 송신광 (22)는 면 (11c)으로부터 프리즘 (l1)내에 입사 하고, 즉 면 (11c)를 투과 해서 면 (1la)에 이르러, 광섬유 (12)의 끝면에 입사 된다.

이와 같이 프리즘 (11)을 이용함으로써, 한 개의 광섬유 (12)에 대해서 송신광 (22)을 입사 시키는 발광 수단(발광소자 (14))과, 광섬유 (12)로부터 출사 되는 수신광 (21)을 수광하는 수광 수단(수광 소자 (13))을 양호하게 배치할 수 있는 것으로 되고 있다.

그런데, 이 도 8에 도시한 구성 에 있어서는, 도면중에 도시한 바와 같이 광섬유 (12)의 직경을 A₀, 광섬유 (12)의 끝면위치에 있어서의 송신광 (22)의 폭 넓어지기를 A₁로 했을 때, 프리즘 (l1)의 면 (11c)으로부터 입사 하고, 프리즘 (11)을 투과 해 온 송신광 (22)의 광량에 대해, 광섬유 (12)에 입사 하는 송신광 (22)의 광량은, A₀ ²/A₁ ²가 되어, 상당한 효율 저하를 초래하고 있었다.

한편, 수광 소자 (l3)의 전면에 위치 하는 렌즈부 (17a)의 직경을 B₀, 이 렌즈부 (17a)의 위치에 있어서의 수신광 (21)의 폭 넓어지기를 B₁으로 했을때, 프리즘 (11)의 면 (11c)에 의해 반사되어 온 수신광 (21)의 광량에 대해, 렌즈부 (17a)에 입사 하는 수신광 (21)의 광량은, B₀ ²/B_l ²가 되어, 송신 측과 마찬가지로, 수신 측에 있어서도 효율은 양호하다고는 할 수 없는 것으로 되어 있었다.

효율을 올리기 위해서는, 예를 들면 렌즈나 미러등의 광학계를 이용하는 것을 고려할 수 있으나, 프리즘 (11)과는 별도로, 이들 광학계를 배치 하면, 전체적으로 형상이 크게 되고, 또 그 만큼 고가로 된다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상술한 문제에 비추어, 고효율이고, 또한 소형, 염가로 제작할 수가 있는 쌍방향 광통신용광학부품을 제공하는 것에 있다.

청구항 1의 발명에 의하면, 한 개의 광섬유를 개재하여 송수신을 실시하는 쌍방향 광통신에 이용하는 광학부품은, 광섬유의 끝면과 대향되는 제1의 면과, 수광 수단과 대향되는 제2의 면과, 상기끝면으로부터 출사 되어서 제1의 면으로부터 입사 하는 수신광을 제2의 면에 향해서 반사 하고, 또한 발광 수단으로부터 출사 된 송신광을 투과 해서 제1의 면의 상기끝면과 대향하는 영역으로 향하게 하는 제3의 면에 의해서 삼각형이 구성된 단면 삼각형을 이루는 프리즘으로 되고, 상기 영역에 굴절률이 프리즘보다 크게 된 원주체(円柱體)가 매설되어 있는 것으로 된다.

청구항 2의 발명에서는 청구항 1의 발명 에 있어서, 상기 삼각형이 직각 이등변 삼각형으로 되고, 그 사변에 제3의 면이 위치하고 있는 것으로 된다.

청구항 3의 발명에 의하면, 한 개의 광섬유를 개재하여 송수신을 실시하는 쌍방향 광통신에 이용하는 광학부품은, 광섬유의 끝면과 대향되는 제l의 면과, 수광 수단과 대향되는 제2의 면과, 상기끝면으로부터 출사 되어서 제1의 면으로부터 입사 하는 수신광을 반사 하고, 또한 발광 수단으로부터 출사 된 송신광을 투과 해서 제1의 면의 상기끝면과 대향하는 영역으로 향하게 하는 제3의 면과, 그 제3의 면과 대향 되고, 그 제3의 면에 의해서 반사되어 온 수신광을 제2의 면에 향해서 반사하는 제4의 면 에 의해 사각형이 구성된 단면 사각형을 이루는 프리즘으로 되고, 상기 영역에, 굴절률이 프리즘보다 크게 된 원주체가 매설되어 있는 것으로 된다.

청구항 4의 발명에서는 청구항 3의 발명 에 있어서, 상기 사각형이 예각이 45°의 평행 사변형으로 되고, 그 예각을 사이에 두어 제1의 면과 제3의 면이 위치하고 있는 것으로 된다.

청구항 5의 발명에서는 청구항 3의 발명 에 있어서, 제4의 면이 구면 형상또는 비구면 형상을 이루는 것으로 되고, 그 표면에 전반사 미러 가공이 실시되고 있는 것으로 된다.

청구항 6의 발명에서는 청구항 1 내지 5의 어느 한항의 발명에 있어서, 제2의 면에 집광용 렌즈가 일체로 형성되어 있는 것으로 된다.

[도 1]

A는 청구항1의 발명에 의한 광학부품의 일 실시예를 표시하는 사시도, B는 그 광학부품을 통해서 광의 송수신을 행하는 모양을 표시하는 도면.

[도 2]

A는 도 1B에 있어서의 송신광의 광로상세를 설명하기 위한 도면, B는 도 1B에 있어서의 수신광의 광로상세를 설명하기 위한 도면.

[도 3]

A는 청구항 6의 발명에 의한 광학부품의 일 실시예를 표시하는 사시도, B는 그 광학부품을 통해서 광의 송수신이 행하여지는 모양을 표시하는 도면.

[도 4]

A는 청구항 3의 발명에 의한 광학부품의 일 실시예를 표시하는 사시도, B는 그 광학부품을 통해 광의 송수신을 하는 모양을 표시하는 도면.

[도 5]

청구항 5의 발명에 의한 광학부품의 일 실시예를 통해서 광의 송수신이 행하여지는 모양을 표시하는 도면.

[도 6]

도 5의 광학부품에 대해, 집광용 렌즈를 일체로 형성한 광학부품을 통해서 광의 송수신이 행하여지는 모양을 표시하는 도면.

[도 7]

도 1에 표시한 광학부품이 광섬유 커넥터에 결합된 상태를 표시하는 저면도

[도 8]

종래의 광학부품(프리즘)을 통해서 광의 송수신이 행하여지는 모양을 표시하는 도면.

(발명의 실시형태)

이 발명의 실시의 형태를 도면을 참조해서 실시예에 의해 설명한다.

도 1A는 본 발명에 의한 광학부품의 일 실시예를 도시한 것이며, 도 1B는 그 광학부품을 광섬유 및 발광소자, 수광 소자와 함께 도시한 것이다. 또한, 도 8과 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 상세한 설명을 생략 한다.

이 예에서는 광학부품 (31)은 단면 직각 이등변 삼각형을 이루는 프리즘 (11)의 제1의 면 (1la)의 광섬유 (12)의 끝면과 대향되는 영역에, 프리즘 (11)의 굴절률보다 굴절률이 조금 높은(큰) 원주체 (32)가 매설된 것으로 된다.

도 2A는 발광소자 (14)로부터 출사 된 송신광 (22)이, 이 광학부품 (31)을 통해서 광섬유 (12)의 끝면에 입사 되는 모습을 도시한 것이며, 원주체 (32)내에 들어간 송신광 (22)은 광섬유와 동일한 원리로 바깥쪽으로 누설하기 어렵고, 즉 굴절률이 높은 원주체 (32)중에서 굴절률이 낮은 바깥쪽의 프리즘 (11)에의 송신광 (22)의 누설은 적은 것으로 된다.

따라서, 광섬유 (12)의 직경(≠원주체 32의 직경)을 A₀, 원주체 (32)의 내끝면위치에 있어서의 송신광 (22)의 폭 넓어지기를 A₂로 하면, 프리즘 (11)의 제3의 면 (11c)로부터 입사 한 송신광 (22)의 광량에 대해, 광섬유 (12)에 입사 하는 송신광 (22)의 광량은, A₀ ²/A₂ ²가 되어, A₂는 도 8에 도시한 종래예에 있어서의 A_l에 대해, A₂<A_l의 관계로부터, 종래보다 강한 송신광 (22)을 광섬유 (12)에 입사 하는 것이 가능해진다.

한편, 도 2B는 광섬유 (12)의 끝면으로부터 출사 된 수신광 (21)이 광학부품 (31)을 통해 수광 소자13에 입사 되는 모습을 도시한 것이며, 원주체 (32)내에 들어간 수신광 (21)은 상기와 마찬가지로 누설이 적고, 즉 원주체 (32)는 광섬유 (12)자체가 수광 소자 (13)에 근접한 것과 마찬가지의 작용을 하는 것으로 된다.

따라서, 렌즈부 (17a)의 직경을 B₀, 렌즈부 (17a)의 위치에 있어서의 수신광(21)의 폭 넓어지기를 B₂로 하면, 프리즘(1l)의 면(11c)에 의해서 반사되어 온 수신광 (21)의 광량에 대해, 렌즈부 (l7a)에 입사 하는 수신광 (21)의 광량은, B₀ ²/B₂ ²로, B₂는 도 8에 있어서의 B_l에 대해, B₂<B_l의 관계로부터, 종래보다 강한 수신광 (21)을 수광 소자(13)에 입사 하는 것이 가능해진다.

따라서, 이러한 광학부품 (31)을 이용함으로써, 종래에 비해, 수신 측, 송신 측 모두, 광의 결합 효율을 향상시킬 수가 있다.

상기와 같은 구조를 가지는 광학부품 (31)은 예를 들면 프리즘11에 구멍을뚫어 그 구멍에 원주체 (32)를 매설함으로써 제작된다. 또한, 프리즘 (11)및 원주체 (32)의 구성 재료는 유리에 한정하지 않고, 투명도가 높은 수지를 사용해도 되고, 이 경우, 2색 성형에 의해 광학부품 (31)을 제작하는 일도 가능하다.

또, 굴절률을 바꾼 원주체 (32)를 제작해서 매설하는 대신에, 예를 들면 시판하는 플라스틱 파이버를 사용 하고, 그것을 필요한 치수로 절단해서 매설한다는 구성도 채용할 수가 있다.

도 3는 상술한 광학부품 (31)에 대해, 수신 측의 효율을 더 향상시킨 구성을 도시한 것이며, 이 도 3에 도시한 광학부품 (33)에서는 광학부품 (31)의 프리즘 (11)의 수광 소자 (l3)와 대향하는 제 2의면 (1lb)에 집광용 렌즈 (34)가 일체로 형성된 것으로 되어 있다.

이러한 집광용 렌즈 (34)를 설치함으로써, 광학부품 (31)보다 더 강한 수신광 (21)을 수광 소자 (13)에 입사 하는 것이 가능해진다.

도 4는 상술한 예와 달라, 수광 소자 (13)와 발광소자 (14)가 병렬로 배치되고 있는 경우에 대응하는 광학부품의 구성을 도시한 것이며, 이 예에서는 광학부품 (35)은 예각이 45°를 이루는 평행 사변형 단면의 프리즘 (36)에, 도 1에 도시한 광학부품 (31)과 마찬가지로, 굴절률이 프리즘 (36)보다 조금 높은 원주체 (32)가 매설된 것으로 된다.

원주체 (32)는 프리즘 (36)의 예각을 사이에 두는 제1의면 (36a)의 광섬유 (12)의 끝면과 대향되는 영역에 매설되어 있으며, 이 제 l의면 (36a)과 평행한 제 2의면 (36b)에 수광 소자 (l3)가 대향 배치된다. 한편, 제 1의면 (36a)과 함께 예각을 사이에 두는 제 3의면 (36c)의 바깥쪽에는 수광 소자 (13)와 병렬로 된 발광소자 (14)가 위치 된다.

광섬유 (12)의 끝면으로부터 출사 된 수신광 (21)은 광학부품 (35)내에 입사 해서 면 (36c)에서 반사 되고, 이 반사된 수신광 (21)은 면 (36c)과 대향하는 프리즘 (36)의 제 4의면 (36d)에 의해 또 반사되어서 면 (36b)에 이르러, 수광 소자 (l3)에 입사 된다. 한편, 발광소자 (14)로부터 출사 된 송신광 (22)은 면 (36c)으로부터 광학부품 (35)내에 입사 해서 면 (36a)에 이르러, 광섬유 (12)의 끝면에 입사 된다.

이 구성 에 있어서 도 프리즘 (36)보다 굴절률이 조금 높은 원주체 (32)가 광섬유 (12)의 끝면과 대향하는 영역에 매설되어 있으므로써, 수신 측, 송신 측 모두, 원주체 (32)가 없는 단순한 프리즘만의 구성에 비해, 광의 결합 효율은 향상되는 것이 된다.

또한, 이 예에 있어서는, 송신 측은 도 1에 도시한 광학부품31과 마찬가지로 효율이 향상되지만, 수신 측은 원주체 (32)의 내끝면위치로부터 수광 소자 (13)에 이를 때까지의 광로 길이가 길어져, 그 만큼 수신광 (21)이 퍼져서 광량이 감소하는 경향에 있으며, 이것을 개선하기 위해서 도 5에 도시한 바와 같은 구성을 채용할 수 있다.

이 도 5에 도시한 광학부품 (37)은 도 4에 도시한 광학부품 (35)의 프리즘 (36)의 제 4의면 (36d)을 구면 형상으로 하고, 그 표면에 전반사 미러 가공을 실시한 것이며, 면 (36d)을 이러한 구성으로 함으로써, 도 5에 도시한 바와 같이 수신광 (21)을 집광시켜,광의 결합 효율을 큰폭으로 개선할 수가 있다. 도면 중, 2점 쇄선 (38)은 전반사 미러 가공의 영역을 표시한다.

이러한 전반사 미러는 예를 들면 알루미늄을 면 (36d)에 증착함으로써 형성 되고, 또 유전체 미러 구조를 형성하도록 해도 된다.

또한, 면 (36d)은 구면 형상에 한정하지 않고, 비구면 형상으로해도 되고, 또 예를 들면 전반사 미러가공이 없는 구조로 할수도 있다.

도 6는 도 5에 도시한 광학부품 (37)에 있어서, 수신광 (2l)의 면 (36d)에 의한 집광스폿에 수광 소자 (13)를 위치 시키려고 하면, 광학부품 (37)에 대해, 수광 소자 (13)가 떨어지는 경향이 있기 때문에 이것을 개선할 수 있도록 한 광학부품 (39)을 도시한 것이며, 이 광학부품 (39)에서는 광학부품 (37)의 프리즘 (36)의 수광 소자 (13)와 대향하는 면 (36b)에 집광용 렌즈 (40)가 일체로 형성된 것으로 되어 있다.

이러한 집광용 렌즈 (40)를 설치함으로써, 도 6에 도시한 바와 같이 수광 소자 (13)를 광학부품 (39)에 접근하는 것이 가능해진다.

도 7는 이 발명에 의한 쌍방향 광통신용광학부품의 사용예로서, 광전변환용의 1심의 광섬유 커넥터 (41)에 탑재되고 있는 상태를 도시한 것이며, 이 예에서는 도1에 도시한 광학부품 (31)이 커넥터에 조립된 것으로 되어 있다. 도면 중, (42)는 광섬유 플러그가 삽입되는 슬리브를 표시한다.

이 도 7에 도시한 바와 같이, 광학부품 (31)은 고효율이고 또한 소형이기 때문에, 이러한 광섬유 커넥터 (41)에의 조립에 매우 적합한 것으로 된다.

또한, 상술한 실시예에서는, 도 1에 도시한 바와 같이 광학부품 (31)의 원주체 (32)가 매설되는 프리즘 (11)의 단면 형상을 직각 이등변 삼각형으로 하고, 또 도 4에 도시한 바와 같이 광학부품 (35)의 원주체 (32)가 매설되는 프리즘 (36)의 단면 형상을 예각이 45°의 평행 사변형으로하고 있지만, 삼각형상 및 4각형 형상은 이들에 한정하는 것은 아니고, 사용 상태에 따라 적당히 선정된다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면 광섬유로부터 출사 된 수신광을 수광 수단으로 이끌어, 발광 수단으로부터 출사 된 송신광을 광섬유끝면에 입사 시키는 프리즘의 광섬유끝면과 대향하는 영역에, 굴절률이 프리즘보다 크게 된 원주체를 매설 하고, 굴절률차이에 의해 이 원주체내에 들어간 광의 바깥쪽으로의 누설을억제해 즉 광의 폭 넓어지기를 억제해서 송신광, 수신광 모두, 광의 결합 효율을 향상시킨 것으로 되어 있으며, 종래의 단순한 프리즘만의 것에 비해, 형상을 크게 하는 일 없이, 효율의 향상을 도모할 수 있고, 또 효율을 올리기 위한 광학계를 프리즘과는 별도로 배치 하지 않아도 되고, 따라서 고효율이고, 또한 소형 염가인 쌍방향 광통신용광학부품을 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. 한 개의 광섬유를 개재하여 송수신을 실시하는 쌍방향 광통신에 이용하는 광학부품으로서,

   상기 광섬유의 끝면과 대향되는 제 1의 면과, 수광 수단과 대향되는 제 2의 면과,

   상기끝면으로부터 출사 되어서 상기 제 1의 면으로부터 입사 하는 수신광을 상기 제 2의 면을 향해 반사 하고, 또한 발광 수단으로부터 출사 된 송신광을 투과 해서 상기 제 1의 면의 상기끝면과 대향하는 영역을 향하게 하는 제3의 면 에 의해서 삼각형이 구성된 단면 삼각형을 이루는 프리즘으로 되고,

   상기 영역에, 굴절률이 상기 프리즘보다 크게 된 원주체가 매설되어 있는 것을 특징으로 하는 쌍방향 광통신용광학부품.
2. 제 1항에 있어서, 상기 삼각형이 직각 2등변 3각형으로 되고, 그 사변(斜邊)에 상기 제 3의 면이 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 쌍방향 광통신용광학부품.
3. 한 개의 광섬유를 개재하여 송수신을 실시하는 쌍방향 광통신에 이용하는 광학부품으로서,

   상기 광섬유의 끝면과 대향되는 제 1의 면과, 수광 수단과 대향되는 제 2의 면과,

   상기끝면으로부터 출사 되어서 상기 제 1의 면으로부터 입사 하는 수신광을 반사 하고, 또한 발광 수단으로부터 출사 된 송신광을 투과해서 상기 제 l의 면의 상기끝면과 대향하는 영역을 향하게 하는 제 3의 면과,

   그 제 3의 면과 대향 되고, 그 제3의 면에 의해서 반사되어 온 수신광을 상기 제 2의 면을 향해 반사하는 제4의 면 에 의해 4각형이 구성된 단면 4각형을 이루는 프리즘으로 되고,

   상기 영역에, 굴절률이 상기 프리즘보다 크게 된 원주체가 매설되어 있는 것을 특징으로 하는 쌍방향 광통신용광학부품.
4. 제 3항에 있어서, 상기 4각형이 예각이 45˚의 평행 4변형으로 되고, 그 예각을 사이에 두어 상기 제 1의 면과 제 3의 면이 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 쌍방향 광통신용광학부품.
5. 제 3항에 있어서, 상기 제 4의 면이 구면(球面) 형상 또는 비구면 형상을 이루는 것으로 되어서, 그 표면에 완전반사 미러 가공이 실시되고 있는 것을 특징으로 하는 쌍방향 광통신용광학부품.
6. 제 1항∼제 5항의 어느한 항에 있어서, 상기 제 2의 면에 집광용 렌즈가 일체 형성되고 있는 것을 특징으로 하는 쌍방향 광통신용광학부품.