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SUMMARY

CONTENTS

목차

제1장 서론 54

제2장 광통신부품 종합지원 기반 환경 구축 60

제1절 장비 구축 및 성능 개선 62

1. Multichannel All-Band Component Analyzer 62

2. RF Signal Generator 63

3. 편광모드분산 에뮬레이터 64

4. 다심 광섬유 융착접속기 65

5. Thermal Shock Chamber 성능 개선 66

6. Digital Sampling Oscilloscope 성능 개선 69

제2절 시험 및 분석 데이터의 신뢰성 제고를 위한 기반 구축 72

1. IS0/IEC 17025 품질시스템 운영 72

2. 시험 및 공정 장비 교정 76

제3절 사업 추진체계 및 전략 80

1. 추진체계 80

2. 추진전략 81

3. 과제수행방법 83

4. 기술지원 절차 84

제3장 광통신부품 시험기술 개발 지원 88

제1절 아날로그 광통신부품 측정 기술 90

제2절 OBI(Optical Beat Interferece) 기술 110

제3절 광통신부품 숙련도 시험데이터 분석 기술 120

제4장 광통신 부품/모듈 설계 및 공정기술 개발 지원 138

제1절 모놀리식 집적 설계 기술 140

제2절 WDM Color-free 광원 기술 155

제3절 2-Phase Heat Spreading 기술 168

제4절 Au-Sn 솔더 접합 공정 기술 183

제5장 광통신부품 산업체 고장분석/물성측정 기술 지원 194

제1절 LD 모듈 광섬유 파단 고장분석 지원 196

제2절 BOSA의 광출력 불량 고장분석 지원 201

제3절 광커넥터 및 광섬유 홀더 고장분석 지원 205

제4절 펌프모듈의 광섬유 메탈코팅 불량분석 지원 209

제5절 실리카 Splitter Chip 연마면 평탄도 측정 212

제6절 솔더의 Electromigration 고장분석 지원 220

제7절 ONT용 통신함체 고장분석 228

제6장 광통신부품 산업체 시험기술 지원 232

제1절 광통신수동부품 특성시험 결과 234

1. Photo Sensitive Fiber 234

2. Fiber Collimator 236

3. CWDM 239

4. 광아이솔레이터 250

5. EDWA 257

6. 현장조립형 광커넥터 260

제2절 광통신능동부품 특성시험 결과 262

1. PD 칩 262

2. TOSA 263

3. ROSA 268

4. VCSEL 270

5. Transceiver 277

제3절 광통신부품 신뢰성시험 결과 282

1. Transceiver 282

2. VCSEL 284

3. Tap PD 287

4. PD Module 294

5. LED Module 296

6. Pump LD 297

7. Optical Sensor Assembly 298

8. TO-Can Module 300

제7장 광통신부품 산업체 설계 및 공정기술 지원 306

제1절 고신뢰성 접합 공정기술 지원 308

제2절 LD와 Waveguide 간 렌즈의 수직 변위에 따른 광결합률 및 정렬공자 분석 316

제3절 FTTH용 IPTV STB 열설계 기술지원 331

제4절 PCB 기판을 이용한 Optical Hybrid Packaging 적용 기술 지원 340

제5절 광부품 히터모듈 열화상 분석기술 362

제6절 Multi-Channel Optical Transceiver Module RF 회로 설계 지원 및 검증 365

제7절 다중모드 광섬유 격자(MMFBG)를 이용한 스위칭 동작 특성분석 기술 지원 379

제8절 Au-Sn솔더 접합 공정기술 지원 392

제9절 광학 필터의 반사율 저감을 위한 표면 구조 설계 및 성능 분석 396

제10절 8도 Angled Fiber에서의 빛의 발산 및 Tilt 각도 분석 411

제11절 WDM Color-free 동작을 위한 레이저의 Injection Power Ratio에 따른 잡음특성 분석 421

제8장 주요 마일스톤 추진실적 및 사업성과 438

제1절 주요 마일스톤 추진실적 440

제2절 사업성과 447

1. 공통지표 447

2. 고유지표 449

제3절 기타성과 454

1. 광통신기술교육 내용 454

2. 수혜자 만족도 및 기술수요 조사 내용 458

3. 국가연구개발사업 우수성과 100선 선정 459

제9장 결론 460

부록 466

1. 광통신부품 장비구축 현황 468

2. 연구결과물 내역 476

3. 국가연구개발사업 우수성과 100선 선정 내용 482

〈표 2-2-1〉 교정장비 및 교정항목 76

〈표 2-2-2〉 편광모드분산 교정 79

〈표 2-2-3〉 편광의존손실 교정 79

〈표 3-3-1〉 코크란 검정의 기각한계치 131

〈표 3-3-2〉 그럽스 검정의 기각한계치 132

〈표 4-1-1〉 Element values for maximally flat time delay low-pass filter prototype(g0=1, wc=1)(이미지참조) 142

〈표 4-1-2〉 선형 위상을 갖는 저역통과필터의 파라미터 144

〈표 4-1-3〉 파워 디바이더의 규격 및 설계 값 151

〈표 4-3-1〉 Heat pipe-TEC 냉각 시스템 보드의 성능 실험 결과 181

〈표 4-4-1〉 증착에 사용한 재료의 특성 186

〈표 4-4-2〉 UBM 구조 및 증착두께 186

〈표 5-7-1〉 부품별 Foot print 및 Heat flux 230

〈표 5-7-2〉 통신함체 내부 칩의 발열 온도 예측결과 231

〈표 6-3-1〉 VCSEL module 의 Internal moisture test 결과(07-019-01 참조) 287

〈표 6-3-2〉 LED module 의 Internal moisture test 결과(07-065-01 참조) 297

〈표 6-3-3〉 980 Pump LD의 Internal moisture test 결과(07-012-01 참조) 298

〈표 7-1-1〉 와이어 본딩 시험 조건 313

〈표 7-1-2〉 와이어 본딩강도 시험결과 314

〈표 7-4-1〉 반사면의 각도에 따른 아웃 커플링 지점의 변화 344

〈표 7-5-1〉 히터 선정기준에 따른 히터모듈 성능 분석 364

〈표 7-8-1〉 Au/Sn 솔더 본딩강도 측정결과 393

〈표 7-9-1〉 분석을 위한 기본 설정 396

〈표 7-9-2〉 자유공간 도파 설계 구조 396

〈표 7-9-3〉 Reflection monitor 분석 398

〈표 7-9-4〉 reflection monitor 분석 400

〈표 7-9-5〉 Width 및 length 변화에 따른 reflection(%) 값 403

〈표 7-9-6〉 Width, height 변화에 따른 reflection 값(%) 407

〈표 7-9-7〉 Reflection 값 410

〈표 7-10-1〉 광섬유 설계 변수 411

〈표 7-10-2〉 z 축에 대한 빛의 세기의 중심 및 1/e width 크기 415

〈표 7-10-3〉 발산 및 tilt 각도(x축) 415

〈표 7-11-1〉 변수 명, 표현 식, 값 422

[그림 2-1-1] 다채널, 다파장 component analyzer 62

[그림 2-1-2] RF 신호발생기 63

[그림 2-1-3] 편광모드분산 에뮬레이터 65

[그림 2-1-4] 다심 광섬유 융착접속기 66

[그림 2-1-5] 86105C/54754A module 70

[그림 2-3-1] 광통신부품 기술 지원 수행체계 80

[그림 2-3-2] 광통신부품 기술 지원 추진전략 82

[그림 2-3-3] 과제수행 방법 83

[그림 2-3-4] 단계별 과제수행 내용 84

[그림 2-3-5] 설계, 공정, 시험 및 공정기술 지원 절차 85

[그림 3-1-1] 혼변조왜곡 신호 90

[그림 3-1-2] 3차 혼변조왜곡 91

[그림 3-1-3] P1dB의 정의 92

[그림 3-1-4] IP3의 정의 93

[그림 3-1-5] Laser diode의 비선형성 측정 셋업 94

[그림 3-1-6] IMD3 측정 결과 97

[그림 3-1-7] P1dB 측정 결과 98

[그림 3-1-8] IP3 측정 결과 99

[그림 3-1-9] 동작영역 측정 결과 100

[그림 3-1-10] 혼변조왜곡 현상 101

[그림 3-1-11] Two-tone 신호를 이용한 IMD 측정 셋업 103

[그림 3-1-12] 신호의 위상과 합성 신호의 peak 대 average 관계 104

[그림 3-1-13] 서로 다른 위상 조합에 따른 IMD 측정 결과 106

[그림 3-1-14] LD의 IMD 측정 구성 107

[그림 3-1-15] LD의 IMD 측정셋업 107

[그림 3-1-16] LD의 IMD3 측정결과 107

[그림 3-1-17] PD의 IMD 측정 구성 108

[그림 3-1-18] PD의 IMD 측정셋업 109

[그림 3-1-19] PD의 IMD 측정결과 109

[그림 3-2-1] 양방향 전송을 위한 광 SCM 전송시스템 112

[그림 3-2-2] RF 신호와 OBI 잡음의 관계 113

[그림 3-2-3] 광간섭잡음 측정구성 115

[그림 3-2-4] 광간섭잡음 측정셋업 116

[그림 3-2-5] 광간섭잡음 측정결과 116

[그림 3-2-6] PD의 IMD 측정구성도 IMD measurement configuration of PD 117

[그림 3-2-7] 광간섭잡음과 IMD2 특성 118

[그림 3-2-8] 파장 간격에 의한 IMD2 특성 119

[그림 3-3-1] 해석을 위한 측정결과를 조사하기 위하여 권장하는 서식 124

[그림 4-1-1] 혼성신호 서브시스템 개략도 141

[그림 4-1-2] Insertion loss method를 이용한 필터 설계 과정 141

[그림 4-1-3] (a) General structure of stepped-impedance low-pass microstrip filter. (b) L-C ladder type of low-pass filter. 143

[그림 4-1-4] (a) 설계된 선형위상을 갖는 저역통과필터 레이아웃, (b) 계산된 산란계수 특성, (c) 계산된 group delay 특성, (d) 계산된 계단응답 특성, 그리고 (e) 계산된 3.25 Gb/s 아이 다이어그램 147

[그림 4-1-5] 설계된 혼성신호 멀티플렉서의 개략도 149

[그림 4-1-6] 혼성신호 멀티플렉서의 시뮬레이션 결과 149

[그림 4-1-7] 혼성신호 서브시스템 시험 환경 152

[그림 4-1-8] 제작된 혼성신호 멀티플렉서의 Top과 Bottom 모습 153

[그림 4-1-9] 혼성신호 멀티플렉서의 측정 결과 153

[그림 4-1-10] 혼성신호 서브시스템 측정 결과 154

[그림 4-2-1] Taper 된 광섬유에 격자를 형성하여 external cavity 형성 157

[그림 4-2-2] Planar waveguide에 격자를 형성하여 external cavity 형성 157

[그림 4-2-3] 9.953 GHz 에서 모드 lock 된 펄스의 파워 스펙트럼(좌), 2kHz span 에서의 파워 스펙트럼(우) 157

[그림 4-2-4] RSOA의 기본 개념도 158

[그림 4-2-5] RSOA에서의 하향 신호의 재사용 및 상향 전송 158

[그림 4-2-6] WL FP-LD를 이용한 시스템 개념도 159

[그림 4-2-7] PLC-ECL의 구조(ETRI WPON 기술팀) 160

[그림 4-2-8] AlGaAs 기반의 FP-LD의 기본적인 구조 Basic structure of AlGaAs FP-LD 161

[그림 4-2-9] Quantum well 이 1개 이고 AlGaAs(x=0.6)일 때 광 모드 162

[그림 4-2-10] Quantum well 이 1개 이고 AlGaAs(x=0.6)일 때의 L-I-V 특성 162

[그림 4-2-11] Quantum well 이 2개이고 AlGaAs(x=0.6)일 때의 L-I-V 특성 163

[그림 4-2-12] Quantum well 이 5개이고 AlGaAs(x=0.6)일 때의 L-I-V 특성 163

[그림 4-2-13] InP 기반의 FP-LD의 기본적인 구조 164

[그림 4-2-14] Quantum well 이 1개 일 때 광 모드 165

[그림 4-2-15] Quantum well 이 1개 일때의 L-I-V 특성 165

[그림 4-2-16] Quantum well 이 6개일 때의 L-I-V 특성 166

[그림 4-2-17] Quantum well 10 개일 때의 L-I-V 특성 166

[그림 4-3-1] 일반적인 LD 모듈의 열 제어계의 구성 169

[그림 4-3-2] 2-Phase(기체/액체) Heat pipe 원리 170

[그림 4-3-3] 일반적인 열전냉각기의 구조 171

[그림 4-3-4] 일반적인 열전냉각기의 외기온도와 제어온도의 차이에 따른 성능그래프 171

[그림 4-3-5] Heat pipe - TEC hybrid 냉각 시스템의 FEM 모델링 172

[그림 4-3-6] 냉각방식에 따른 광통신시스템 소비전력 비교 173

[그림 4-3-7] 작동 구간별 소비전력 변화 174

[그림 4-3-8] 독립 냉각방식의 광모듈 숫자에 따른 소비전력의 변화 175

[그림 4-3-9] 통합냉각방식의 광 모듈의 숫자에 따른 소비전력변화를 시뮬레이션한 결과 175

[그림 4-3-10] 4채널 독립 냉각방식과 통합 냉각방식에서의 소비전력 시뮬레이션 결과 176

[그림 4-3-11] 통합냉각방식의 광 모듈 수 에 따른 소비전력 감소율 177

[그림 4-3-12] 설계된 히트파이프와 외부 열전냉각기를 이용한 통합냉각 시스템 178

[그림 4-3-13] 제작된 Heat pipe-TEC 냉각 시스템 보드 구성 179

[그림 4-3-14] Heat pipe-TEC 냉각 시스템 보드의 성능 실험 180

[그림 4-4-1] Au/Sn 이원 상태도 183

[그림 4-4-2] 기판 솔더의 용융 시험결과 188

[그림 4-4-3] 칩 솔더의 용융 시험결과 188

[그림 4-4-4] 시험에 사용된 플립칩본더 189

[그림 4-4-5] 플립칩본딩의 온도 및 시간 조건 190

[그림 4-4-6] 플립칩본딩의 압력 조건 191

[그림 4-4-7] 다이전단 시험기 (모델 : Royce system 522) 192

[그림 4-4-8] Au/Sn 솔더 플립칩본딩 시제품 193

[그림 5-1-1] 광파이버 파단된 LD 고장품 196

[그림 5-1-2] 시험편 절단에 사용한 미세절단기 197

[그림 5-1-3] 미세 절단기로 절단된 시험편 197

[그림 5-1-4] 시험편의 마운팅 프레스 198

[그림 5-1-5] 마운팅 프레스한 후의 시험편 198

[그림 5-1-6] 시험편 연마시 사용한 연마장치 199

[그림 5-1-7] 연마한 후의 시험편 199

[그림 5-1-8] 광섬유 파단 장소 고장분석 200

[그림 5-2-1] 광파워가 불안정한 BOSA 201

[그림 5-2-2] 미세 절단기로 절단된 시험편 202

[그림 5-2-3] 마운팅 프레스한 후의 시험편 202

[그림 5-2-4] 연마한 후의 시험편 203

[그림 5-2-5] 광섬유와 페룰의 접속상태가 양호한 경우 204

[그림 5-2-6] 광섬유와 페룰의 접속상태가 불량한 경우 204

[그림 5-3-1] 고장분석용 커넥터 외관 205

[그림 5-3-2] 마운팅 프레스한 후의 시험편 206

[그림 5-3-3] 연마한 후의 고장난 시험편 206

[그림 5-3-4] 커넥터 내부구조(강도 보강재가 있는 경우) 207

[그림 5-3-5] 커넥터 내부구조(강도 보강재 없는 경우) 207

[그림 5-3-6] Receptacle 내부구조 208

[그림 5-3-7] Receptacle 광섬유 홀더 208

[그림 5-4-1] 고장난 펌프모듈의 마운팅 프래스 상태 210

[그림 5-4-2] 파이버 코팅이 벗겨진 부분의 상태 (시험편 1) 210

[그림 5-4-3] 파이버 코팅이 벗겨진 부분의 상태 (시험편 2) 211

[그림 5-5-1] 측정에 사용된 표면형상측정기(Surface Profiler) 212

[그림 5-5-2] 시험편 1의 표면 이미지 214

[그림 5-5-3] 시험편 1의 표면 조도 측정결과 214

[그림 5-5-4] 시험편 2의 표면 이미지 215

[그림 5-5-5] 시험편 2의 표면 조도 측정결과 215

[그림 5-5-6] 시험편 3의 2 차원 이미지 216

[그림 5-5-7] 시험편 3의 표면 조도 측정결과 216

[그림 5-5-8] 시험편 4의 2 차원 이미지 217

[그림 5-5-9] 시험편 4의 표면 조도 측정결과 217

[그림 5-5-10] 시험편 5의 2 차원 이미지 218

[그림 5-5-11] 시험편 5의 표면 조도 측정결과 218

[그림 5-5-12] 시험편 6의 2 차원 이미지 219

[그림 5-5-13] 시험편 6의 표면 조도 측정결과 219

[그림 5-6-1] 솔더볼(BGA) 광학현미경 사진 220

[그림 5-6-2] SAM 시험 장치 외관 (모델 FS 300) 221

[그림 5-6-3] 비파괴 분석을 위한 25MHz 프로브 장착 222

[그림 5-6-4] SAM으로 비파괴 분석시의 파형 222

[그림 5-6-5] 솔더볼 표면에서 생성된 파형 223

[그림 5-6-6] 솔더볼 표면에서 생성된 이미지 223

[그림 5-6-7] 솔더볼 중심부분에서 생성된 파형 224

[그림 5-6-8] 솔더볼 중심부분의 이미지 224

[그림 5-6-9] 솔더볼 기공에서 생성된 파형 225

[그림 5-6-10] 솔더볼 기공에서 생성된 이미지 225

[그림 5-6-11] 솔더볼 하부의 PCB 기판에서 생성된 파형 226

[그림 5-6-12] 솔더볼 하부의 생성된 이미지 226

[그림 5-6-13] 솔더볼의 공공의 분율 227

[그림 5-7-1] 3차원 해석에 반영된 ONT 통신함체 229

[그림 5-7-2] 수직 냉각핀 모델링 및 온도분포 해석 230

[그림 5-7-3] 보드상의 칩 온도분포 해석 231

[그림 6-1-1] Near field pattern 시험구성 235

[그림 6-1-2] Far field pattern 시험구성 237

[그림 6-1-3] 출력파워 P₁ 측정 Measurement of output power P₁ 238

[그림 6-1-4] 입력파워 P0 측정 Measurement of input power P0(이미지참조) 238

[그림 6-1-5] DUT의 광출력 P₁ 측정 240

[그림 6-1-6] 입력 파워 P0(이미지참조) 측정 240

[그림 6-1-7] 반사손실 보정 241

[그림 6-1-8] DUT의 반사손실 측정 241

[그림 6-1-9] DUT의 출력단에서 또 다른 출력단을 통과한 광출력 P₁ 측정 241

[그림 6-1-10] DUT로 입사된 입력 파워 P0(이미지참조) 측정 242

[그림 6-1-11] DUT의 광출력 P₁(λK(이미지참조)) 측정 242

[그림 6-1-12] DUT로 입사된 입력 파워 P0 (λK) 측정(이미지참조) 242

[그림 6-1-13] DUT의 PDL 측정 243

[그림 6-1-14] # 1의 Insertion Loss, Bandpass 시험 결과 244

[그림 6-1-15] # 1의 PDL 시험 결과 245

[그림 6-1-16] # 1의 Isolation 시험 결과 245

[그림 6-1-17] # 2의 Insertion Loss, Bandpass 시험 결과 246

[그림 6-1-18] # 2의 PDL 시험 결과 247

[그림 6-1-19] # 2의 Isolation 시험 결과 247

[그림 6-1-20] #3의 Insertion Loss, Bandpass 시험 결과 248

[그림 6-1-21] #3의 PDL 시험 결과 249

[그림 6-1-22] #3의 Isolation 시험 결과 249

[그림 6-1-23] DUT의 광출력 P₁ 측정 251

[그림 6-1-24] DUT로 입사된 입력 파워 P0(이미지참조) 측정 251

[그림 6-1-25] DUT의 광출력 P₁(λk(이미지참조)) 측정 251

[그림 6-1-26] DUT로 입사된 입력 파워 P0(λk) 측정(이미지참조) 252

[그림 6-1-27] DUT의 PDL 측정 252

[그림 6-1-28] DUT의 PMD 측정 253

[그림 6-1-29] Insertion Loss 시험 결과 (Insertion Loss of DUT) 254

[그림 6-1-30] Isolation 시험 결과 255

[그림 6-1-31] 측정 셋업 258

[그림 6-1-32] DUT를 통과한 후 신호 259

[그림 6-1-33] DUT를 통과한 후 신호의 Peak Power 259

[그림 6-1-34] DUT의 광출력 P₁ 측정 260

[그림 6-1-35] 입력 파워 P0(이미지참조) 측정 260

[그림 6-1-36] 반사손실 보정 261

[그림 6-1-37] DUT의 반사손실 측정 261

[그림 6-2-1] TOSA의 Bandwidth 측정구성도 264

[그림 6-2-2] TOSA의 3 dB Bandwidth 측정구성도 266

[그림 6-2-3] TOSA #1 : 3 dB 대역폭 : 6.20 GHz @ 30mA 267

[그림 6-2-4] TOSA #2 : 3 dB 대역폭 : 6.25 GHz @ 30mA 267

[그림 6-2-5] Eye pattern 시험구성 268

[그림 6-2-6] Reference TX의 eye pattern 269

[그림 6-2-7] DUT의 eye pattern 269

[그림 6-2-8] Eye pattern mask 시험구성 275

[그림 6-2-9] VCSEL : #1 : eye pattern mask (STM-16/0C-48 mask) 275

[그림 6-2-10] VCSEL : #2 : eye pattern mask (STM-16/0C-48 mask) 276

[그림 6-2-11] VCSEL : #3 : eye pattern mask (STM-16/0C-48 mask) 276

[그림 6-2-12] 850nm VCSEL 트랜시버 측정셋업 277

[그림 6-2-13] LD의 IMD3 측정셋업 279

[그림 6-2-14] 소광비 시험구성 280

[그림 6-2-15] Eye pattern (필터 사용) 281

[그림 6-3-1] 트랜시버의 송신 파워 측정셋업 283

[그림 6-3-2] 트랜시버의 수신 감도 측정셋업 283

[그림 6-3-3] VCSEL module 내부습도 시험 셋업 287

[그림 6-3-4] Tap PD의 responsivity 측정셋업 289

[그림 6-3-5] Acceleration profile (20 ~ 2,000Hz, 20G) 291

[그림 6-3-6] 진동시험 구성도 295

[그림 6-3-7] LED module 내부습도 시험 셋업 296

[그림 6-3-8] 980 Pump LD 내부습도 시험 셋업 298

[그림 7-1-1] Die Shear test 방법 309

[그림 7-1-2] 다이본딩 강도의 MIL 규격 311

[그림 7-1-3] 와이어 본더 (모델 : ball type, K & S INC.) 312

[그림 7-1-4] 와이어 본딩에 사용한 케필러리 312

[그림 7-1-5] 와이어 강도 측정을 위한 셋팅 314

[그림 7-1-6] 와이어본딩 강도의 MIL 규격 314

[그림 7-1-7] 와이어 본딩 시제품 사진 315

[그림 7-2-1] Lightpath사의 370635 렌즈의 설계 변수 316

[그림 7-2-2] CODE V를 이용한 구조 설계 317

[그림 7-2-3] 설계된 구조에 대한 Ray trace (YZ 평면) 317

[그림 7-2-4] XZ축에 대한 Gaussian beam trace (NAx(이미지참조)=0.12) 319

[그림 7-2-5] YZ축에 대한 Gaussian beam trace (NAy(이미지참조)=0.6) 319

[그림 7-2-6] BPM 분석에 따른 Gaussian beam 정보 320

[그림 7-2-7] LD에서 방출되는 Gaussian beam의 모양 321

[그림 7-2-8] 렌즈의 왼쪽 표면에서의 Gaussian beam의 모양 322

[그림 7-2-9] 렌즈의 오른쪽 표면에서의 Gaussian beam의 모양 322

[그림 7-2-10] Image 면에서의 beam의 모양(렌즈에 의해 결상 됨) 323

[그림 7-2-11] 광 결합률 분석에 사용된 광섬유의 변수 324

[그림 7-2-12] Image 면에서의 beam의 모양이 [그림 7-2-10]과 같을 때 광 결합 효율 (렌즈의 변위가 0일 때) 325

[그림 7-2-13] 렌즈의 변위가 +1 um일 때의 beam의 모양 325

[그림 7-2-14] 렌즈의 변위가 +1 um일 때의 광 결합효율 326

[그림 7-2-15] 렌즈의 변위가 -1 um일 때의 beam의 모양 326

[그림 7-2-16] 렌즈의 변위가 -1 um일 때의 광 결합효율 327

[그림 7-2-17] 렌즈의 변위(Ly)에 따른 y축에 대한 광결합 효율 328

[그림 7-2-18] 렌즈의 변위(Ly)에 따른 최대 광결합 효율 변화 328

[그림 7-2-19] 렌즈의 변위(Ly)에 따른 최대 광결합 y축 좌표 변화 및 각각의 FWHM 범위 329

[그림 7-2-20] Ly에 대한 광 결합률 분석에 따른 FWHM 계산 330

[그림 7-3-1] FTTH 용 IPTV settop box 331

[그림 7-3-2] FTTH 용 IPTV settop box의 온도 실험 셋업 332

[그림 7-3-3] 챔버를 이용한 FTTH 용 IPTV settop box의 작동온도 실험 333

[그림 7-3-4] 다 지점 온도측정을 위한 Field pointer 333

[그림 7-3-5] 상온 외기조건에서의 Settop box 화면 출력 상태에 따른 온도 모니터링 결과 334

[그림 7-3-6] 외기온도 45℃ 조건에서의 Settop sample #1의 화면 출력 상태에 따른 온도 모니터링 결과 335

[그림 7-3-7] 외기온도 25℃ 조건에서의 Settop sample #1의 화면 출력 상태에 따른 온도 모니터링 결과 336

[그림 7-3-8] 외기온도 5℃ 조건에서의 Settop #1의 화면 출력 상태에 따른 온도 모니터링 결과 337

[그림 7-3-9] 외기온도 35,40,45℃ 조건에서의 2번 Settop 화면 출력 상태에 따른 온도 모니터링 결과 338

[그림 7-4-1] 반사면을 갖는 광도파로 341

[그림 7-4-2] 반사면의 각도에 따른 Ray optics 시뮬레이션의 결과. 343

[그림 7-4-3] 유리와 공기층의 경계면에서 발생하는 반사특성 345

[그림 7-4-4] 제작된 1x4 optical coupler의 사진. 입출력 광섬유 어레이(FA)로 pigtailing 되어 있다. 출력 광섬유 어레이가 부착된 곳에 금속반사면이 형성되어 있다. 346

[그림 7-4-5] 금속 반사면에 의해 아웃 커플링된 650 nm의 빛의 Spot. 입력 광섬유 어레이에 의해 입력된 빛(파장 650 nm)이 광도파로를 진행하다, 금속반사면에서 반사됨을 알 수 있다. 347

[그림 7-4-6] 아웃 커플링 빛의 진행 여부를 확인하기 위한 Setup 349

[그림 7-4-7] NIR 영역에서 아웃 커플링 빛의 진행 여부를 확인하기 위한 Setup 350

[그림 7-4-8] 평평한 루프의 와이어 인력 시험 352

[그림 7-4-9] ETRI-A 샘플 실험 후 사진. 모두 2nd point가 끊어짐 355

[그림 7-4-10] ETRI-B 샘플 실험 후 사진. Hooker의 위치에 따라 1st/2nd point가 끊어짐 355

[그림 7-4-11] PS-B-2 샘플 실험 후 사진. 모두 1st point가 끊어짐 355

[그림 7-4-12] PS-B-1 샘플 실험 후 사진. 모두 2nd point가 끊어짐 356

[그림 7-4-13] PS-A-2 샘플 실험 후 사진. 모두 2nd point가 끊어짐 357

[그림 7-4-14] PS-A-1 샘플 실험 후 사진. 모두 2nd point가 끊어짐 357

[그림 7-4-15] 주요 wiring bonding 지점 360

[그림 7-4-16] Capillary 에 따른 2nd point 에서 wire 형상 360

[그림 7-4-17] Capillary 에 따른 2nd point 에서 wire 의 형상 (네모 : 포토닉솔루션, 원 : ETRI) 361

[그림 7-5-1] 광모듈 히터의 열화상 화상촬영 363

[그림 7-5-2] 열화상분석 결과를 통한 히터 선정 기준 설정 363

[그림 7-6-1] 다중 레이어 거버 파일 import 설정 365

[그림 7-6-2] 송신모듈 레이아웃 365

[그림 7-6-3] 수신 모듈 레이아웃 366

[그림 7-6-4] 포트 설정 367

[그림 7-6-5] 시영역 파형분석 368

[그림 7-6-6] 누화 370

[그림 7-6-7] Electric-field Distributions - 송신모듈 371

[그림 7-6-8] Surface Current Distributions - 수신 모듈 371

[그림 7-6-9] Port Definition 373

[그림 7-6-10] Scattering Parameters : 송신모듈 374

[그림 7-6-11] Scattering Parameters : 수신모듈 375

[그림 7-6-12] TDR 해석 376

[그림 7-6-13] Eye-diagram 해석 377

[그림 7-7-1] 일반적으로 이용되는 위상마스크 방법에 의한 FBG 제작 380

[그림 7-7-2] 단일모드 광섬유격자의 전형적 투과스펙트럼 381

[그림 7-7-3] 멀티모드 광섬유격자의 전형적 투과/반사 스펙트럼 382

[그림 7-7-4] 경사진 각도로 새겨진 단일모드 및 멀티모드 광섬유격자의 투과스펙트럼 383

[그림 7-7-5] MMFBG에 정렬오차에 따른 OSA 투과/반사 특성 384

[그림 7-7-6] MMFBG에 정렬오차에 따른 OSA 투과 변화특성 385

[그림 7-7-7] MMFBG를 이용한 광섬유 레이저 개략도 386

[그림 7-7-8] MMFBG 의 일반적인 투과 스펙트럼(reference 포함된상태) 387

[그림 7-7-9] MMFBG 이용한 광섬유 레이저의 lasing : (a)와 (b)는 약5 um offset 차이가 있음 388

[그림 7-7-10] MMFBG와 AOM 을 이용한 자동제어 파장스위칭 장치 390

[그림 7-8-1] LD 칩 플립칩본딩된 시험편 394

[그림 7-8-2] mPD 칩 플립칩본딩된 시험편 394

[그림 7-8-3] PD1 칩 플립칩본딩된 시험편 394

[그림 7-8-4] PD2 칩 플립칩본딩된 시험편 395

[그림 7-9-1] 자유공간 도파 분석을 위한 설계 구조 397

[그림 7-9-2] 자유공간에서의 FDTD 분석 결과 397

[그림 7-9-3] 시간에 따른 monitor 분석 398

[그림 7-9-4] 이종 평행 균질 도파 구조 399

[그림 7-9-5] 이종 평행 균질 매질에 대한 FDTD 분석 결과 399

[그림 7-9-6] 시간에 따른 monitor 분석. Reflection monitor는 Mon#2. 400

[그림 7-9-7] 삼각형 표면 구조 설계 401

[그림 7-9-8] 삼각형 표면의 세부 구조 401

[그림 7-9-9] Width = 0.5 um, length = 0.2 um 일 때의 FDTD 분석 402

[그림 7-9-10] 시간에 따른 monitor 분석. Reflection monitor는 Mon#23 402

[그림 7-9-11] Width 및 length 변화에 따른 reflection 분석 403

[그림 7-9-12] 원뿔 표면 구조 설계 404

[그림 7-9-13] 원뿔 표면의 세부 구조 405

[그림 7-9-14] Width = height = 0.5 um, length = 0.1 um 일 때의 FDTD 분석 405

[그림 7-9-15] 시간에 따른 monitor 분석. Reflection monitor는 Mon#3이다. 406

[그림 7-9-16] Width, height 변화에 따른 reflection 분석. Length = 0.1 um 406

[그림 7-9-17] 반구 표면 구조 설계 407

[그림 7-9-18] 반구 표면의 단면 구조 408

[그림 7-9-19] 반구 표면의 세부 구조 408

[그림 7-9-20] radius = 0.5 um 일 때의 FDTD 분석 409

[그림 7-9-21] radius = 0.5 um 일 때의 monitor 분석. Reflection monitor는 Mon#2. 409

[그림 7-9-22] Reflection 분석 410

[그림 7-10-1] BeamPROP에서의 광섬유 설계 412

[그림 7-10-2] Fundamental mode of the fiber. Effective index is 1.451963738. 412

[그림 7-10-3] 구현된 8도 경사진 광섬유 413

[그림 7-10-4] z 축에 대한 8 도 경사진 광섬유에서의 빛의 도파 특성 414

[그림 7-10-5] 중심 위치 및 1/e width 크기의 그림 415

[그림 7-10-6] 직선의 교차 각도 계산 416

[그림 7-10-7] 입사각에 따른 반사각도 417

[그림 7-10-8] 0 도 필터로의 입사 각도를 계산하기 위한 모식도 419

[그림 7-11-1] Intracavity photon number P(t) with Pm = 0 and Φm = 0(이미지참조) 424

[그림 7-11-2] Phase Φ(t) with Pm = 0 and Φm = 0(이미지참조) 424

[그림 7-11-3] Carrier number N(t) with Pm = 0 and Φm = 0(이미지참조) 425

[그림 7-11-4] Spectrum with Pm = 0 and Φm = 0(이미지참조) 425

[그림 7-11-5] Injection power ratio에 따른 laser 동작 특성 Operation characteristics of the laser with respect to the injection power ratio 427

[그림 7-11-6] Intracavity photon number P(t) with Pinj/Pout=4.5×10-5, Δf=1.9GHz(이미지참조) 428

[그림 7-11-7] Phase Φ(t) with Pinj/Pout=4.5x10-5, Δf=1.9GHz(이미지참조) 428

[그림 7-11-8] Carrier number N(t) with Pinj/Pout=4.5x10-5, Δf=1.9GHz(이미지참조) 429

[그림 7-11-9] Spectrum with Pinj/Pout=4.5x10-5, Δf=1.9GHz(이미지참조) 429

[그림 7-11-10] Intracavity photon number P(t) with Pinj/Pout=2×10-⁴, Δf=-2GHz(이미지참조) 430

[그림 7-11-11] Phase Φ(t) with Pinj/Pout=2x10-⁴, Δf=-2GHz(이미지참조) 430

[그림 7-11-12] Carrier number N(t) with Pinj/Pout=2x10-⁴, Δf=-2GHz(이미지참조) 431

[그림 7-11-13] Spectrum with Pinj/Pout=2x10-⁴, Δf=-2GHz(이미지참조) 431

[그림 7-11-14] Intracavity photon number p(T) with Pinj/Pout=3.5x10-5, Δf=0.5GHz(이미지참조) 432

[그림 7-11-15] Phase Φ(t) with Pinj/Pout=3.5x10-5, Δf=0.5GHz(이미지참조) 432

[그림 7-11-16] Carrier number N(t) with Pinj/Pout=3.5x10-5, Δf=0.5GHz(이미지참조) 433

[그림 7-11-17] Spectrum with Pinj/Pout=3.5x10-5, Δf=0.5GHz(이미지참조) 433

[그림 7-11-18] Intracavity photon number P(t) with Pinj/Pout=6.1x10-⁴, Δf=0.9GHz(이미지참조) 434

[그림 7-11-19] Phase Φ(t) with Pinj/Pout=6.1x10-⁴, Δf=0.9GHz(이미지참조) 434

[그림 7-11-20] Carrier number N(t) with Pinj/Pout=6.1x10-⁴, Δf=0.9GHz(이미지참조) 435

[그림 7-11-21] Spectrum with Pinj/Pout=6.1x10-⁴, Δf=0.9GHz(이미지참조) 435

1. 제목

광통신부품 개발기술 지원

2. 연구개발의 목적 및 중요성

국내 광산업을 적극 육성하고, 광 술에 대한 국제 경쟁력을 조기 발성하기 위해 국내에 선진국 수준의 광산업단지를 조성ㆍ 집중 육성하고 있으며, 정보통선산업의 지역 균형발전과 IT 산업(특히, FTTH 도입 등) 집적화를 통하여 산업의 촉진화를 추진하고 있다.

본 연구사업은 공정하고 효과적인 광통신부품 시험, 설계, 공정 및 고장분석 기술지원을 위한 환경을 구축하고 이를 효율적으로 운영함으로써 국내 정보통신 광산업체의 국내외 시장 경쟁력 향상에 기여하고 있다. 광통신부품 중소/벤처기업에 대한 개발 R&D 인프라를 제공함으로써 제품 개발단계에서부터 설계품질 고도화를 위한 기술지원을 통해 국내 광제품의 신뢰도를 향상시켜 국가 품질경쟁력 및 기술경쟁력 장화를 목적으로 하고 있다. 또한 국내 광산업분야의 중소/벤처기업들이 필요로 하는 애로기술의 지원, 대형ㆍ 고가의 첨단시설 지원 등 국내 광산업체 집적화가 활발한 광산업 단지의 기술개발을 지원하기 위해 광통신부품 종합지원센터를 구축하고 있다. 세계 최고 품질의 시험기술, 설계 및 공정기술, 고장분석 기술 개발 및 지원을 위하여 해외 우수 연구기관 및 기업체와 기술협력 구축, 기술교류 등을 통한 국산 광부품, 장비 및 서비스의 기술경쟁력을 제고하고자 한다. 결과적으로 광통신부품 기술개발 단계에서부터 설계, 공정 핵심 요소기술 개발 및 고장분석기술 지원을 통한 생산성 향상을 가져옴으로써 광산업단지의 활성화에 기여할 수 있다.

3. 연구개발의 내용 및 범위

○ 광통신부품 종합지원 기반 환경 구축

- Multichannel All-Band Component Analyzer 등 4종 장비 구축

- 광통신부품 시험장비 성능개선

- ISO/IEC 17025 품질경영시스템 운영

- 장비 유지보수, 시험실 시설 및 장비 교정

○ 광통신부품 시험기술 개발 지원

- 아날로그 광통신부품 측정 기술 개발 지원

- OBI(Optical Beat Interference) 기술 개발 지원

- 광통신부품 숙련도 시험데이터 분석 기술 적용

- 광통신부품 산업체에 특성측정, 신뢰성시험/분석 기술 지원

○ 광통신 부품/모듈 설계 및 공정기술 개발 지원

- 모놀리식 집적 설계기술 개발 지원

- WDM color-free 광원 기술개발 지원

- 2-Phase heat spreading 기술 개발 지원

- Au-Sn 솔더 접합 공정 기술 개발 지원

- 광통신부품 산업체에 광학, RF, 열 설계 기술 및 본딩, 정렬 기술 지원

○ 광통신 부품/모듈 고장분석/물성측정 기술 지원

- Electromigration 고장분석 기술 개발 지원

- 광통신부품 산업체에 고장분석/물성측정 기술지원

○ 광통신부품 기술교육 서비스 제공 및 정책지원

- 광통신기술교육 실시

- 광통신부품기술워크샵 개최

- 광통신부품기술발전위원회 운영

4. 연구개발 결과

○ 광통신부품 종합지원 기반 환경 구축

- Multichannel All-Band Component Analyzer 등 4종 장비 구축 완료(자산관리대장)

- 광통신부품 시험장비 성능개선

ㆍ 열충격 챔버 등 장비 업그레이드

- ISO/IEC 17025 품질경영시스템 운영

ㆍ 미국 A2LA로부터 국제공인시험기관 자격 유지 현장심사('07.6.27)

ㆍ 품질경영시스템 운영(장비 중간점검 기록서 등)

- 장비 유지보수, 시험실 시설 및 장비 교정

ㆍ Tunable laser source 시험 장비 등 40여대 교정(교정 성적서)

○ 광통신부품 시험기술 개발 지원

- 아날로그 광통신부품 측정 기술 개발 지원

ㆍ 아날로그 광통신부품(LD, PD)의 특성측정 항목 도출

ㆍ IMD 측정환경 구축(기술문서)

ㆍ Transceiver(DFB-LD)의 IMD3 특성측정 산업체 기술지원(결과보고서)

- OBI(Optical Beat Interference) 기술 개발 지원

ㆍ WDM/SCM 시스템에서의 잡음측정 기술 도출 및 OBI 측정환경 구축(기술문서, 논문)

- 광통신부품 숙련도 시험데이터 분석 기술 적용

ㆍ 광통신부품의 숙련도 시험(광전류등 3항목) 실시

ㆍ 숙련도 시험 결과데이터 분석(기술문서)

- 광통신부품 산업체에 특성측정, 신뢰성시험/분석 기술 지원

ㆍ 27개 산업체에 188건 시험지원(국제공인시험성적서 및 시험결과보고서)

○ 광통신 부품/모듈 설계 및 공정기술 개발 지원

- 모놀리식 집적 설계기술 개발 지원

ㆍ 디지털과 RF 혼성신호 시험셋업 및 성능평가(기술문서)

ㆍ 모놀리식 디지털/아날로그 혼성선호 파워 디바이더 설계(논문, 특허)

ㆍ PCB 기판을 이용한 optical hybrid packaging 기술 산업체 지원(결과보고서)

- WDM color-free 광원 기술개발 지원

ㆍ Color-free 광원 기초 연구 및 구조 시뮬레이션(기술문서)

ㆍ WDM color-free 광원용 광대역 광원의 출력 안정화를 위한 온도 조절 장치(특허)

ㆍ WDM color-free 동작을 위한 레이저의 injection power ratio 에 따른 잡음특성 분석 산업체 기술지원(결과보고서)

- 2-Phase heat spreading 기술 개발 지원

ㆍ TEC-heatpipe 하이브리드 냉각시스템 구현(기술문서)

ㆍ 광통신시스템의 냉각장치 및 이를 이용한 냉각방법(특허, 논문)

- Au-Sn 솔더 접합 공정 기술 개발 지원

ㆍ 기판과 칩에 Au-Sn 솔더 및 UBM 종착한 시험제품 제작(시제품)

ㆍ Au-Sn 솔더 플럽칩본ELD 공정조건 설정(기술문서)

ㆍ Au-Sn 솔더 접합 공정기술 산업체 지원(결과보고서, 논문)

- 광통신부품 산업체에 광학, RF, 열 설계 기술 및 본딩, 정렬 기술 지원

ㆍ 10개 산업체에 11건 기술지원(결과보고서)

○ 광통신 부품/모듈 고장분석/물성측정 기술 지원

- Electromigration 고장분석 기술 개발 지원

ㆍ 전자이동에 의한 고장 메커니즘 조사분석 및 고장분석 사례조사(기술문서)

ㆍ 솔더의 전자이동 고장분석 산업체 기술지원(결과보고서)

- 광통신부품 산업체에 고장분석/물성측정 기술지원

ㆍ 5개 산업체에 7건 기술지원(결과보고서)

○ 광통신부품 기술교육 서비스 제공 및 정책지원

- 광통신기술교육 실시(6회)

ㆍ "아날로그 광통신부VA 측정, 광중계기 핵심부품 기술" 등 광통신기술교육 6회 실시 총 227명 참가(단행본)

- 광통신부품기술워크샵 개최

ㆍ "제7회 광통신부품기술워크샵-FTTG 기반 융합 기술 중심으로" 개최(10/25~26)

ㆍ 250여명의 산학연관 광통신전문가 참석

ㆍ 전시관 운영 : 22개 광통신산업체 참가

- 광통신부품기술발전위원회 운영

ㆍ 워크샵 프로그램 구성 2회 운영

ㆍ 보유기술 등 산업체를 대상으로 설명회 개최를 통해 기술지원을 수행(2/27)

ㆍ 광통신분야 국제공인시험기관 수행업무 안내자료 배포(3/23): 160여개 광통신부품 산업체에 배포(홍보 팸플릿)

ㆍ 기술지원 활성화 및 효율적인 사업수행을 위한 수요조사 실시(상반기, 하반기)

ㆍ 장비 중복도입 방지를 위한 장비도입심의위원회 개최 운영

○ 기타 수행 실적물

- 국내특허 등록: 1건, 국내특허 출원: 9건, 국제특허 출원 1건

- SCI급 논문: 1편, 국내저널 1편

- 국제학술대회: 6편, 국내학술대회: 6편

- 프로그램 등록: 3건

- 광통신부품 특성 및 신뢰성 시험 절차서: 6건 채택

- "국가연구개발 우수성과 100선"에 선정(2007.10)

5. 활용에 대한 건의

광통신산업체 수는 연평균 20% 이상 증가하고 있으나, 시험기술, 제품 설계, 공정기술 등 핵심 기반 수준이 낮고 고가의 장비 및 전문인력 부족으로 많은 어려움을 겪고 있다. 국내 광통신 산업체의 해외시장 조기 진입을 위한 신제품 개발 및 제품 품질향상을 위해 연구개발단계부터 설계기술, 공정기술 및 시험기술 등 핵심 요소기술 지원이 필요하다. 따라서 본 사업의 결과는 광클러스터 조성 및 종합적인 기술지원 성과확산을 위한 환경 구축에 기반을 두고 사업을 중점적으로 수행하여 정부에서 추진하고 있는 광집적화 정책으로 활용 할 수 있으며 시험기술지원 환경을 조기에 정착시킴으로써 공인정부의 정보통신 시험 정책 및 표준화 정책 운영 기반 조성의 토대를 제공한다. 또한 광가입자(FTTH)용 광통신부품 상용화 기술지원을 통해 광가입자망 및 BcN 구축 정책에 반영 될 수 있다.

6. 기대효과

ISO 17025 품질 시스템구축과 국제공인 시험기관 운영으로 국내 광통신부품의 해외 수출 증대와 국산 광통신부품의 국제공인 시험기간 단축 및 시험비용 절감효과를 가져왔다. 또한 광통신부품의 개발단계에서부터 설계, 공정, 시험, 고장분석기술의 One-stop 지원체계를 구축하여 광통신부품의 조기 상용화에 따른 Time-to-Market 에 효과적인 대응이 가능하며 이로 인해 시장진입장벽을 최소화함으로써 산업체의 국제경쟁력을 제고할 수 있다.