본 기술은 "DBR 파장가변 레이저 집적 EAM 개발” (협약과제번호: 17AB2200)에서 개발되었으며, 과제 결과물 중 하나인 “파장가변 DBR 레이저 반도체 칩 기술“ 이전을 통해 차세대 이동통신 프런트홀망 광트랜시버 개발을 위한 핵심칩을 제공하고자 함.
? 전 세계 모바일 데이터 트래픽은 15년은 약 4.2EB에서 19년에 약 24.3EB로 예상되며, 매년 57% 수준으로 성장하고 있음.
? 국내 이동통신 프런트홀망은 기존 CWDM (coarse wavelength division multiplexing)망에서 다수의 서브채널을 포함한 구성을 통해 전송용량을 증가시켜 LTE-A를 서비스 하고 있으며, 현재 5G 수용을 위해 채널수와 변조속도를 증가시켜 대용량화를 시키고 있음.
? 채널형태는 기존의 파장고정 대신 인벤토리 저감 및 시스템 관리 및 통제를 위해 아래 그림과 같이 파장가변 시스템으로 전환되고 있음.
? 광트랜시버의 구성은 아래그림과 같이 TOSA(transmitter optical sub-assembly), ROSA(receiver optical sub-assembly), PCB(printed circuit board), housing으로 구성되며, 소정의 form-factor 내에 모두 실장되며, 본 기술이전의 내용은 TOSA에 들어가는 Tunable DBR-LD 칩 기술임.
? 광트랜시버 제작시 원재료 비용은 광원칩 (39.5%), IC (12.4%), isolator (10.4%), PD (10.2%) 순이며, 광원칩은 단가면에서도 여타 부품에 비해 매우 높은 가격으로 기존에는 100% 전량 수입에 의존하고 있었으나, 파장고정 광원의 경우 최근 SKT 망에 국산 DFB-LD 제품이 적용됨.
? 국내 광트랜시버 업체 (㈜오이솔루션, ㈜빛과 전자)의 6G이내의 광원칩 수요는 약 200억이 넘고 있으며, ㈜큐에스아이, ㈜ARTECH 등 비통신용 광원칩 혹은 기능성 트랜시버 생산업체를 고려할 경우 년 300억 이상의 내수가 추정됨.
? 파장가변 광원은 그림 2에 나타난 바와 같이 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 기술이전은 tunable DBR 구조로서 가격, 크기, 안정성, 동작의 간편성 측면에서 가장 우수한 형태로 평가되고 있음.
? 상기 tunable DBR-LD의 구성은 ETRI에서 처음 제안하였고, 아래그림에 나타낸 바와 같이 gain과 DBR section으로 구성되어 있으며, gain section에는 전류주입을 통해 광이득을 제공하고, DBR section에는 파장가변을 발생시킴.
? DBR section에는 2종류의 패드가 존재하는데, 하나는 상단부에 위치한 패드로써, 전류 주입을 통해 코어층 밴드갭을 변화시키는 plasma tuning (단파장 이동)과 다른 하나는 하단부에 위치한 패드로써 칩 상단부에 전기신호 인가를 통해 heating을 시켜 thermal tuning (장파장 이동)을 시키는 구성임
? 현재 국내업체는 6 Gbps급 20km 전송용 파장고정형 DFB-LD (distributed feedback laser diode)칩을 개발하여, SK 텔레콤망에 적용하였으나, 상술한 바와 같이 파장가변 광원 기반의 변조광원의 개발이 절실히 요구되고 있어, 한국전자통신연구원이 보유하고 있는 파장가변 광원 칩을 기업에 제공하여, 업체의 트랜시버 개발을 앞당기고자 함.
본 기술이전을 통해 제공된 파장가변 반도체 광원 칩을 장착하여 트랜시버를 개발함으로써 업체의 트랜시버 개발 시간과 비용을 절감하여, 국산화 달성 및 시장 선점의 기회 확보
ETRI 보유 프로그램 및 특허를 활용하여, 칩과 관련기술 (교육포함) 제공
? 구체적으로 정적특성에서 발진개시 전류(Ith)는 6~6.5mA, 동작전류 40mA와 80mA에서의 slope efficiency는 각각 0.2~0.2 W/A와 0.16~0.18W/A이며, 동작영역에서 소자저항은 7.5~8.5 ohm으로 얻어졌음.
? 약 20nm의 파장가변 범위에서 약 40dB 이상의 SMSR(side mode suppression ratio)과 동일한 이득전류에서 4dB 이내의 광출력 변동이 얻어졌음.
기술명: 파장가변 DBR 레이저 반도체 칩 기술
세부 기술: 통신용 파장영역에 대한 광트랜시버 개발을 위한 칩 솔루션 제공
1) ETRI 개발 파장가변 광원 반도체 칩 제공
2) 요구사항을 반영한 칩 구현 및 솔루션 제공
1) ETRI 파장가변 광원 칩 제공
- C-밴드내에 단일모드 동작 반도체 광원 칩 (ETRI 자체개발 구조)
- 칩 개수: 조정가능(100개 이내)
- 적용칩에 대해 업체 사용 허가 및 인증
2) 요구사항 만족 파장가변 칩 및 솔루션 제공
- 추가요구사항 반영구조에 대해 제작 (2회 이내)
- 칩 개수: 조정가능 (100개 이내)
- 마운트 구성 및 동작형태 솔루션 제공
? 지난 몇 년간 CWDM 망 기반 3G-PP LTE 및 LTE-A의 국내 무선 이동통신 상용 서비스의 시행으로 인해 파장고정 Gb/s급 광원의 수요가 폭발적으로 증가하였으며, 이후 파장가변 광원 시스템으로의 변화에 맞춰 국내의 광통신 모듈회사가 이를 수용하여 신규로 형성되는 시장에 진입가능성이 높음.
? 세계적으로 수직계열 인수합병을 통해 칩 수급이 어려워지고 있는 상황에서 상용화 경험을 보유한 업체에서 이를 수행해서 시장요구에 대응하는 제품개발시 국내시장 활성화 뿐 아니라, 세계시장 진입도 가능할 것으로 판단됨.
? 국내업체에서 기보유하고 있는 제작기술과 ETRI의 성능평가기술과 결합하여 요구조건에 만족하는 국내솔루션 개발의 성공 가능성 높음.