Calculation and measurement of optical coupling coefficient for bi-directional tancceiver module

양방향 송수신모듈 제작을 위한 광결합계수의 계산 및 측정

  • Kim, J. D. (Compound Semiconductor Department, Microelectronics Technology Lab., ETRI) ;
  • Choi, J. S. (Compound Semiconductor Department, Microelectronics Technology Lab., ETRI) ;
  • Lee, S. H. (Compound Semiconductor Department, Microelectronics Technology Lab., ETRI) ;
  • Cho, H. S. (Compound Semiconductor Department, Microelectronics Technology Lab., ETRI) ;
  • Kim, J. S. (Compound Semiconductor Department, Microelectronics Technology Lab., ETRI) ;
  • Kang, S. G. (Compound Semiconductor Department, Microelectronics Technology Lab., ETRI) ;
  • Lee, H. T. (Compound Semiconductor Department, Microelectronics Technology Lab., ETRI) ;
  • Hwang, N. (Compound Semiconductor Department, Microelectronics Technology Lab., ETRI) ;
  • Joo, G. C. (Compound Semiconductor Department, Microelectronics Technology Lab., ETRI) ;
  • Song, M. K. (Compound Semiconductor Department, Microelectronics Technology Lab., ETRI)
  • 김종덕 (한국전자통신연구원 회로소자기술연구소 화합물반도체부) ;
  • 최재식 (한국전자통신연구원 회로소자기술연구소 화합물반도체부) ;
  • 이상환 (한국전자통신연구원 회로소자기술연구소 화합물반도체부) ;
  • 조호성 (한국전자통신연구원 회로소자기술연구소 화합물반도체부) ;
  • 김정수 (한국전자통신연구원 회로소자기술연구소 화합물반도체부) ;
  • 강승구 (한국전자통신연구원 회로소자기술연구소 화합물반도체부) ;
  • 이희태 (한국전자통신연구원 회로소자기술연구소 화합물반도체부) ;
  • 황남 (한국전자통신연구원 회로소자기술연구소 화합물반도체부) ;
  • 주관종 (한국전자통신연구원 회로소자기술연구소 화합물반도체부) ;
  • 송민규 (한국전자통신연구원 회로소자기술연구소 화합물반도체부)
  • Published : 1999.12.01

Abstract

We designed and fabricated a bidirectional optical transceiver module for low cost access network. An integrated chip forming a pin-PD on an 1.3 urn FP-LD was assembled by flip-chip bonding on a Si optical bench, a single mode fiber with an angled end facet was aligned passively with the integrated chip on V-groove of Si-optical bench. Gaussian beam theory was applied to evaluate the coupling coefficients as a function of some parameters such as alignment distance, angle of fiber end facet, vertical alignment error. The theory is also used to search the bottle-neck between transmittance and receiving coupling efficiency in the bi-directional optical system. Tn this paper, we confirmed that reduction of coupling efficiency by the vertical alignment error between laser beam and fiber core axis can be compensated by controlling the fiber facet angle. In the fabrication of sub-module, a'||'&'||' we made such that the fiber facet have a corn shape with an angled facet only core part, the reflection of transmitted laser beam from the fiber facet could be minimized below -35 dE in alignment distance of 2: 30 /J.m. In the same condition, transmitted output power of -12.1 dEm and responsivity of 0.2. AIW were obtained.

레이저 다이오드와 수신광검출기가 집적된 소자를 V-홈을 가진 실리콘 광학벤치에 flip-chip 본딩하고, 경사면을 가진 하나의 단일모드 광섬유와 수동정렬하는 방법을 사용하여 가입자망을 위한 저가의 양방향 송수신 모듈을 설계, 제작하였다. 광섬유의 단면 경사각에 따른 송신광결합 효율과 수신광결합 효율사이의 병목점을 찾기 위해 Gaussian빔 모델을 사용하여 수평정렬거리, 광섬유 단면 경사각, 수직정렬오차등의 변수에 따른 광결합계수를 계산함으로써, 최적의 광정렬조건을 예측하였다. 또한 실리콘 광학벤치에서 광결합효율을 측정하여 광섬유의 수직정렬오차에 따른 광결합계수의 감소가 광섬유의 경사각에 의해 보상될 수 있다는 계산결과의 타당함을 확인하였다. 실제의 sub-module 제작 및 광결합 실험에서 송신빔이 광섬유 단면에 반사되어 PD로 입사되는 것을 최소화하기 위하여 광섬유 단면을 경사절두원추형으로 제작함으로써 PD의 수신 잡음을 $30mu$m 이상의 정렬거리에서 -35dB이하로 유지할 수 있었다. 같은 조건에서 단면 경사각이 $12^{\circ}$인 광섬유에 의해 -12.1dB의 송신출력과 0.2A/W의 responsivity를 얻을 수 있었다.

Keywords

References

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