KR20050058794A - 고분자 렌즈와 광섬유를 이용한 광통신용 시준 렌즈계 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고분자 렌즈와 광섬유를 이용한 광통신용 시준 렌즈계에 관한 것으로, 실리콘 기판과; 광신호를 전달하도록 상기 실리콘 기판에 장착된 광섬유와; 상기 광섬유로부터의 광신호를 일축 방향으로 시준하도록 상기 광신호의 진행 방향에 대하여 직각 방향으로 정렬된 원통 형상의 로드 렌즈와; 상기 로드 렌즈로부터의 광신호를 상기 일축 방향과 수직한 타축 방향으로 시준하도록 상기 실리콘 기판에 형성된 고분자 렌즈를; 포함하여 구성함으로써, 고주파 대역의 광 송수신 모듈 및 광 통신망에 적용되는 소형 경량화된 광 인터페이스 소자로서 저렴하게 제조할 수 있는 고분자 렌즈와 광섬유를 이용한 광통신용 시준 렌즈계를 제공한다.
Description
본 발명은 고분자 렌즈와 광섬유를 이용한 광통신용 시준 렌즈계에 관한 것으로, 상세하게는 광 송수신 모듈 및 광 통신망에 적용되는 소형 경량화된 광 인터페이스 소자로서 저렴하게 제조할 수 있는 고분자 렌즈와 광섬유를 이용한 광통신용 시준 렌즈계에 관한 것이다.
최근 정보 관련 기술은 다량의 정보를 송수신할 수 있는 고속 광섬유 통신 기술의 발전과 더불어 비약적으로 발전하고 있다. 특히, 동화상, 음성 신호 및 문자 신호 등 다양한 형태의 데이터를 포함한 멀티미디어 정보 전송이 고속화되고 쌍방향 대화형(interactive) 통신 환경이 대두되고 가입자가 폭발적으로 증가함에 따라, 기존의 구리 전송선을 사용한 통신망은 한계에 봉착하였으며, 높은 반송 주파수를 갖는 광신호 형태의 통신망이 그 대안으로 대두되고 있다.
전기적 신호를 송수신 하는 기존의 통신망은 논리 회로, 증폭기, 스위치 등의 집적 회로로 가입자 데이터 인터페이스를 저렴하게 구성할 수 있었다. 그에 반하여, 광을 정보 전달 신호로 사용하는 광 통신망의 경우에는, 가입자와 중계기 또는 통신 사업자를 연결하는 인터페이스가 논리 집적 회로 대신 광커넥터 모듈로 구성되어야 한다.
광통신망용 데이터 인터페이스는 광섬유로 된 전송선과 가입자를 연결시키기 위하여 광신호를 수신하는 데 사용되는 광수신 모듈, 광신호를 송신하는 데 사용되는 광송신 모듈, 광신호를 중계하는 데 사용되는 광중계 모듈 등으로 구성되며, 정밀 가공 및 세밀한 조립에 의존하여 제조되므로 제조 비용이 고가인 단점을 갖고 있었다.
이러한 한계를 극복하기 위하여, 반도체 제조 공정과 마이크로머시닝 기술을 이용한 정밀한 광섬유 통신용 부품이 연구 제작되고 있으며, 도1 및 도2는 광모듈 소자로서 초소형 구면 렌즈를 이용한 종래의 광통신용 시준 렌즈계를 나타낸 도면을 보여준다. 도1은 종래의 구면 렌즈를 이용한 광통신용 시준 렌즈계의 구성을 도시한 사시도, 도1은 종래의 구면 렌즈를 이용한 광통신용 시준 렌즈계의 구성을 도시한 사시도, 도2(a)는 도1의 작동 원리를 설명하기 위하여 정면에서 바라본 작동 개념도, 도2(b)는 측면에서 바라본 작동 개념도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 종래의 광통신용 시준 렌즈계는 실리콘 기판(1)과, 실리콘 기판에 형성된 지지홈(4)과, 광신호(7)를 전달하도록 지지홈에 고정된 광섬유(2)와, 광섬유(2)로부터의 광신호(7)를 시준(collation)하도록 광섬유(2) 끝단에 소정의 거리 이격되어 설치된 구면 렌즈(Spherical lens, 3)와, 실리콘 기판(1) 상에 광학 부품으로 형성되고 솔더링(soldering) 등의 방법으로 조립된 수광 소자(5)들과, 수광 소자(5)들에 전원을 공급하는 전기 배선(6)을 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 광통신용 시준 렌즈계는 광섬유(2)를 통해 전달된 광신호가 구면 렌즈(3)를 통과하면서 수평 방향 및 수직 방향으로 시준되어 수광 소자(5)로 들어가는 빛의 양을 증가시킴으로써 광효율을 높여준다. 그러나, 광신호의 시준에 사용되는 구면 렌즈(3)는 지름 1mm미만의 초소형 렌즈이므로 광통신용 시준 렌즈계와 같은 광모듈에 조립하기가 매우 까다로우며, 가격이 고가이므로 광통신용 시준 렌즈계를 구성하는 제조 비용을 증가시키게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 고주파 대역의 광 송수신 모듈 및 광통신망에 적용되는 소형 경량화된 광 인터페이스 소자로서 저렴하게 제조할 수 있는 고분자 렌즈와 광섬유를 이용한 광통신용 시준 렌즈계를 제공함을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 반도체 일괄 공정 및 마이크로머시닝 기술을 적용하여 시준 렌즈계를 제작함으로써, 광 송수신 모듈 및 광통신망에 사용되는 시준 렌즈계를 경량화하고, 조립이 용이하며, 저렴하게 제조할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 실리콘 기판과; 광신호를 전달하도록 상기 실리콘 기판에 장착된 광섬유와; 상기 광섬유로부터의 광신호를 일축 방향으로 시준하도록 상기 광신호의 진행 방향에 대하여 직각 방향으로 정렬된 원통 형상의 로드 렌즈와; 상기 로드 렌즈로부터의 광신호를 상기 일축 방향과 수직한 타축 방향으로 시준하도록 상기 실리콘 기판에 형성된 고분자 렌즈를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광통신용 시준 렌즈계를 제공한다.
여기서, 상기 일축 방향은 상기 실리콘 기판에 대한 수직 방향이고, 상기 타축 방향은 상기 실리콘 기판에 대한 수평 방향인 것이 로드 렌즈의 장착 측면에서 효과적이다.
이는 실리콘 기판과; 광신호를 전달하도록 상기 실리콘 기판에 장착된 광섬유와; 상기 광섬유로부터의 광신호를 일축 방향으로 시준하도록 상기 광섬유로부터의 광신호 경로에 형성된 고분자 렌즈와; 상기 고분자 렌즈로부터의 광신호를 상기 일축 방향과 수직한 타축 방향으로 시준하도록 상기 고분자 렌즈로부터의 광신호의 진행 방향에 대하여 직각 방향으로 정렬된 원통 형상의 로드 렌즈를; 포함하여 구성될 수도 있으며, 고분자 렌즈와 광섬유를 이용함으로써 고주파 대역의 광 송수신 모듈 및 광통신망에 적용되는 소형 경량화된 광 인터페이스 소자로서 저렴하게 제조할 수 있도록 하기 위함이다.
그리고, 상기 광섬유와 상기 로드 렌즈를 정확하게 정렬하여 장착하고 조립을 용이하도록 하기 위하여 실리콘 기판에 지지홈이 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 고분자 렌즈는 상기 지지홈과 동시에 형성된 것이 제조 공정을 줄일 수 있으므로 효과적이다.
이 때, 상기 고분자 렌즈는 사진 묘화 공정을 이용하여 광감응성 다중체나 후막 감광막을 패터닝함으로서 형성된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 고분자 렌즈는 광신호가 유입되는 일면은 평탄한 면으로 형성되고, 광신호가 유출되는 타면은 상기 로드 렌즈의 곡면과 수직한 방향의 곡면으로 형성된 것이 효과적이다.
또한, 상기 로드 렌즈는 광섬유로 형성된 것이 제조 비용 절감 측면에서 바람직하다.
한편, 본 발명의 또 다른 분야에 의하면, 본 발명은 광통신용 모듈의 광섬유로부터 전송되는 광신호를 시준하는 방법에 있어서, 상기 광섬유로부터의 광신호를 일축 방향으로 시준하도록 상기 광섬유로부터의 광신호와 수직한 방향으로 원통 형상의 로드 렌즈를 정렬시키고, 상기 로드 렌즈로부터의 광신호를 상기 일축 방향에 수직한 타축 방향으로 시준하도록 상기 로드 렌즈의 곡면과 수직한 방향의 곡면이 형성된 고분자 렌즈를 광신호 경로에 정렬시키는 방법을 제공한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도3 내지 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 렌즈와 광섬유를 이용한 광통신용 시준 렌즈계에 관한 것으로, 도3은 사시도, 도4는 도3의 작동 원리를 설명하기 위하여 측면에서 바라본 작동 개념도, 도5는 도3의 작동 원리를 설명하기 위하여 상면에서 바라본 작동 개념도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 렌즈와 광섬유를 이용한 광통신용 시준 렌즈계는 구성 부품을 지지하고 설치하는 실리콘 기판(10)과, 광신호를 전달하는 광섬유(20)와, 광섬유(20)로부터의 광신호를 수직 방향으로 시준하도록 광섬유(30)로부터의 광신호 진행 방향에 직각 방향으로 설치된 원통 형상의 로드 렌즈(30)와, 로드 렌즈(30)로부터의 광신호를 수평 방향으로 시준하는 고분자 렌즈(Polymer lens, 40)를 포함하여 구성된다.
상기 실리콘 기판(10)에는 광통신용 시준 렌즈계 모듈에 사용되는 각 부품들이 설치될 위치에 부식이나 식각(etching)으로 지지홈(11a,11b) 등이 형성되어, 실리콘 기판(10)에 설치될 각 부품들은 x,y,z의 3축 방향으로의 정확한 정렬이 가능해지고, 아울러 수동 정렬(passive alignment)도 가능해진다. 실리콘 기판(10) 상에는 고분자 렌즈(40)로부터의 광신호(53)를 수광하는 수광 소자(12)들이 형성되며, 이들을 금속 배선 공정에 의하여 전기적으로 연결시키도록 전기 배선(13)이 형성된다.
상기 고분자 렌즈(40)는 사진 묘화 공정 등을 이용하여 후막 감광막 또는 광감응성 다중체를 패터닝함으로써 형성된 렌즈로서, 로드 렌즈(30)로부터의 광신호가 유입되는 일면(41)은 평탄한 면으로 형성되고, 고분자 렌즈(40)를 통과하여 광신호가 유출되는 타면(42)은 로드 렌즈(30)의 곡면과 수직한 방향의 곡면으로 형성된다. 고분자 렌즈(40)는 실리콘 기판(10)에 광섬유(20) 등을 정렬하기 위하여 지지홈(11a,11b)을 형성하는 과정에서 함께 형성되므로, 고분자 렌즈(40)는 종래의 구면 렌즈(3)와 달리 추후 정렬 과정을 거칠 필요가 없게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 렌즈와 광섬유를 이용한 광통신용 시준 렌즈계는, 실리콘 기판(10)에 부식이나 식각을 하여 지지홈(11a,11b)과 수평 방향으로 시준하는 고분자 렌즈(40)를 형성하고, 광섬유(20)를 지지홈(11a)에 정렬 고정하고, 수직 방향으로 시준하는 원통 형상의 로드 렌즈(30)를 지지홈(11b)에 정렬 고정하고, 수광 소자(12)들을 부착시킨 후, 금속 배선 공정으로 수광 소자(12)들 간의 전기 배선(13)을 형성시킴으로써 만들어진다. 즉, 상기 광통신용 시준 렌즈계는 마이크로머시닝 기술을 이용하여 종래의 초소형 구면 렌즈(3)를 초소형 원통형 로드 렌즈(30)와, 고분자 렌즈(40)로 대체하여 제작된 것으로, 취급이 까다로운 종래의 구면 렌즈(3)를 취급하지 않아도 동일한 효과를 얻을 수 있게 되며, 고분자 렌즈(30)를 실리콘 기판(10)상에 수동 정렬 등을 위하여 형성하는 미세 구조물인 지지홈(11a,11b)을 함께 형성할 수 있게 됨에 따라, 광통신용 시준 렌즈계의 조립이 용이해지며 제조 비용이 절감된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 광통신용 시준 렌즈계에 의하여 광섬유(20)로부터의 광신호(51)는 광섬유(20)의 후방에 광신호(51)의 진행 방향에 수직 방향으로 설치된 초소형 원통 형상의 로드 렌즈(30)를 통과하면서 도4에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(10)의 상면을 기준으로 수직 방향으로 시준된 광신호(52)가 되며, 다시 로드 렌즈(30)의 후방에 설치된 고분자 렌즈(40)를 통과하면서 도5에 도시된 바와 같이 수평 방향으로도 시준된 광신호(53)가 되어, 수광 소자(12)로 유입되는 빛을 증가시켜 광신호(53)의 광효율을 높여주게 된다.
상기 광통신용 시준 렌즈계는 반도체 공정에 의하여 제작되는 광통신 모듈용 소자로서, WDM(wavelength-division-multiplex) 광 네트워크 상에서 광신호를 송수신하거나 중계하는 데 사용될 수 있으며, 광통신망에 적용되는 다른 광 인터페이스 소자에 응용될 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 실리콘 기판과; 광신호를 전달하도록 상기 실리콘 기판에 장착된 광섬유와; 상기 광섬유로부터의 광신호를 일축 방향으로 시준하도록 상기 광신호의 진행 방향에 대하여 직각 방향으로 정렬된 원통 형상의 로드 렌즈와; 상기 로드 렌즈로부터의 광신호를 상기 일축 방향과 수직한 타축 방향으로 시준하도록 상기 실리콘 기판에 형성된 고분자 렌즈를; 포함하여 구성함으로써, 고주파 대역의 광 송수신 모듈 및 광통신망에 적용되는 소형 경량화된 광 인터페이스 소자로서 저렴하게 제조할 수 있는 고분자 렌즈와 광섬유를 이용한 광통신용 시준 렌즈계를 제공한다.
또한, 본 발명은 반도체 일괄 공정 및 마이크로머시닝 기술을 적용하여 시준 렌즈계를 제작함으로써, 광 송수신 모듈 및 광통신망에 사용되는 시준 렌즈계를 경량화하고, 조립이 용이하며, 저렴하게 제조할 수 있도록 하며, 이를 WDM(Wavelength-Division-Multiplex) 광 네트워크 상에서 광송수신 모듈이나 광중계 모듈 등의 광 인터페이스 소자로 광범위하게 응용할 수 있게 된다.
도1은 종래의 구면 렌즈를 이용한 광통신용 시준 렌즈계의 구성을 도시한 사시도
도2는 도1의 작동 원리를 설명하기 위하여 도면으로서, 도2(a)는 정면에서 바라본 작동 개념도, 도2(b)는 측면에서 바라본 작동 개념도
도3 내지 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 렌즈와 광섬유를 이용한 광통신용 시준 렌즈계에 관한 것으로,
도3은 사시도
도4는 도3의 작동 원리를 설명하기 위하여 측면에서 바라본 작동 개념도
도5는 도3의 작동 원리를 설명하기 위하여 상면에서 바라본 작동 개념도
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10: 실리콘 기판 11a,11b: 지지홈
12: 수광 소자 20: 광섬유
30: 로드 렌즈 40: 고분자 렌즈
50,51,52,53: 광신호
Claims (11)
- 실리콘 기판과;광신호를 전달하도록 상기 실리콘 기판에 장착된 광섬유와;상기 광섬유로부터의 광신호를 일축 방향으로 시준하도록 상기 광신호의 진행 방향에 대하여 직각 방향으로 정렬된 원통 형상의 로드 렌즈와;상기 로드 렌즈로부터의 광신호를 상기 일축 방향과 수직한 타축 방향으로 시준하도록 상기 실리콘 기판에 형성된 고분자 렌즈를;포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광통신용 시준 렌즈계.
- 제 1항에 있어서,상기 일축 방향은 상기 실리콘 기판에 대한 수직 방향이고, 상기 타축 방향은 상기 실리콘 기판에 대한 수평 방향인 것을 특징으로 하는 광통신용 시준 렌즈계.
- 실리콘 기판과;광신호를 전달하도록 상기 실리콘 기판에 장착된 광섬유와;상기 광섬유로부터의 광신호를 일축 방향으로 시준하도록 상기 광섬유로부터의 광신호 경로에 형성된 고분자 렌즈와;상기 고분자 렌즈로부터의 광신호를 상기 일축 방향과 수직한 타축 방향으로 시준하도록 상기 고분자 렌즈로부터의 광신호의 진행 방향에 대하여 직각 방향으로 정렬된 원통 형상의 로드 렌즈를;포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광통신용 시준 렌즈계.
- 제 2항에 있어서,상기 일축 방향은 상기 실리콘 기판에 대한 수평 방향이고, 상기 타축 방향은 상기 실리콘 기판에 대한 수직 방향인 것을 특징으로 하는 광통신용 시준 렌즈계.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서,상기 광섬유와 상기 로드 렌즈를 장착하도록 상기 실리콘 기판에 지지홈이 형성된 것을 특징으로 하는 광통신용 시준 렌즈계.
- 제 5항에 있어서,상기 고분자 렌즈는 상기 지지홈과 동시에 형성된 것을 특징으로 하는 광통신용 시준 렌즈계.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서,상기 고분자 렌즈는 사진 묘화 공정을 이용하여 광감응성 다중체를 패터닝 함으로서 형성된 것을 특징으로 하는 광통신용 시준 렌즈계.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서,상기 고분자 렌즈는 사진 묘화 공정을 이용하여 후막 감광막을 패터닝 함으로서 형성된 것을 특징으로 하는 광통신용 시준 렌즈계.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서,상기 고분자 렌즈는 광신호가 유입되는 일면은 평탄한 면으로 형성되고, 광신호가 유출되는 타면은 상기 로드 렌즈의 곡면과 수직한 방향의 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 광통신용 시준 렌즈계.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서,상기 로드 렌즈는 광섬유로 형성된 것을 특징으로 하는 광통신용 시준 렌즈계.
- 광통신용 모듈의 광섬유로부터 전송되는 광신호를 시준하는 방법에 있어서,상기 광섬유로부터의 광신호를 일축 방향으로 시준하도록 상기 광섬유로부터의 광신호와 수직한 방향으로 원통 형상의 로드 렌즈를 정렬시키고, 상기 로드 렌즈로부터의 광신호를 상기 일축 방향에 수직한 타축 방향으로 시준하도록 상기 로드 렌즈의 곡면과 수직한 방향의 곡면이 형성된 고분자 렌즈를 광신호 경로에 정렬시키는 방법.
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