4채널 1-fiber 전송 광송신/광수신 모듈 개발 2011. 1. 10 임권섭 ETRI 호남권연구센터

목차 1 연구 개요 2 개발기술 3 개발결과 4 개발기술의 우수성 5 기대효과 6 사업화 방안

1. 연구 개요 개발목표 개발내용 고화질 영상 및 대용량 데이터 전송을 위한 4채널 광송신기/광수신기 모듈 단일 광섬유 집적형 4채널 1-fiber 전송 광송신기/광수신기 모듈 WDM 기술 및 기존의 TO-CAN BOSA 공정기술 적용 개발내용

2. 개발기술 (1) 기술 개념 주요내용 기술개념 및 주요 내용 하나의 파이버를 이용 HDMI, DisplayPort, DVI 등의 고화질 멀티미디어(A/V) 데이터 및 기기간 대용량 데이터 전송이 가능한 4채널 1-fiber 전송 광송신/광수신 모듈 Single-Mode 파이버를 이용 고속 장거리 전송이 가능 주요내용 4채널 1-fiber 전송 광송신/광수신 모듈: 4 TOSA, ROSA & BOSA Single TO-CAN 2 OSA: 2 TOSA, ROSA & BOSA 수신부: 하나의 Ball Lens 사용 저가격화 표면실장기술 이용 (No platform) VCSEL and PIN-PD 이용 저전력화 Data rate: > 2.5 Gb/s/Ch. 장거리 전송: > 10 km 4채널 1-fiber 전송 광송신/광수신 모듈 2 OSA

2. 개발기술 (2) 고화질 영상전송 정의 기술개념 및 주요 내용 비압축 방식의 디지털 A/V 인터페이스 규격의 하나 셋탑박스, DVD 재생기 등의 멀티미디어 소스에서 A/V기기, 모니터, 디지털 텔레비전 등의 장치들 사이의 인터커넥션을 제공 HD콘텐츠를 데이터 손실 없이 전달할 수 있는 고품질 멀티미디어 전송 규격 - 다양한 A/V format 지원 - 간단한 커넥터를 사용해 복잡하게 연결된 케이블을 하나로 통합 - 통합 리모트 컨트롤 지원 - 복제방지를 위한 HDCP 지원 ※HDCP (High-bandwidth Digital Content Protection) : 고대역 디지털 콘텐츠 보호로 영상 저작권 보호기술의 하나

2. 개발기술 (3) 고화질 영상전송 방법 고화질 영상전송 응용분야 Electrical Cable : 최대 전송거리 5m(HDMI V1.3), EMI, RFI 등 잡음 유입, 응답 속도가 느림 Optical Cable : 최대 전송거리 25km 이상 가능, 장거리 전송시 화질 열화 없음, EMI, RFI 등 잡음 유입 없음 출처: hdmi.org 고화질 영상전송 응용분야 출처: Humanlight

2. 개발기술 (4) 표준화 동향 HDMI V1.3의 레인당 최대 전송속도는 3.4Gbps로 최대 13.6Gbps의 throughput 지원해야 하고, HDMI V1.4에서는 3D 및 4k x 2k 해상도 지원 (표준화 단체 : HDMI LLC) DisplayPort 1.1a의 레인당 최대 전송속도는 2.7Gbps, 최대 10.8Gbps의 throughput 가지며, 현재 진행중인 DisplayPort 1.2는 각 레인의 최대 전송속도를 5.4Gbps로 배속화하는 것으로 발표함 (표준화 단체 : VESA) USB 3.0은 다양한 기기의 고속화 요구에 대응하기 위해 전송속도를 기존 대비 10배 향상된 5Gbps로 결정하고 SuperSpeed USB라함. Intel의 경우 5Gbps 이상의 전송속도 구현을 위해 Optical USB 개발중에 있음 (표준화 단체 : USB-IF) IEEE1394는 Serial Bus Interface 규격의 전송기술로 홈 네트워크 구성이 가능하며, 현재 800Mbps의 전송속도를 지원하는 제품이 출시되어 판매되고 있으며, IEEE1394b에서는 최대 3.2Gbps를 지원하고 향후 6.4Gbps를 지원할 예정에 있음 (표준화 단체 : IEEE1394TA)

2. 개발기술 (5) 시장 규모 및 동향 광대역 인터커넥션 기술은 A/V 분야 및 PC 및 주변기기의 인터커넥션 채용으로 산업용에서 민수용으로 확대됨에 따라 폭발적인 시장 증가 예상 광대역 인터페이스 세계시장 규모는 2016년 30조원으로 증가 (CAGR 60%) AOC(능동 광케이블) 세계 시장 규모는 2017년 35억불로 지속적인 성장 예상 2010~2014년 BUS type별 시장은 HDMI와 USB로 양분될 것으로 전망 포설비용 절감을 위해 4-파이버, 2-파이버 구조에서 1-파이버 구조로 전환을 위한 기술이 요구됨 장거리 전송뿐만 아니라 고분기가 가능한 AOC 광모듈 채용으로 CPEX/OPEX 절감이 요구됨 Source: IGI report

2. 개발기술 (6) AOC 분야 특허 포트폴리오 분석 한국, 미국, 일본, 유럽 모두 출원건수와 출원인수가 지속적으로 증가함으로써, 발전기 단계에 해당 분석구간(포트폴리오) : 한국, 미국, 일본, 유럽 - '89~'93, '94~'98, '99~'03, '04~'09(출원년도)

2. 개발기술 (7) 개발목표 평가항목 (주요성능) 단위 세계 최고수준 연구개발전 국내수준 개발목표치 채널당 전송 속도 Gb/s 3.2 1.65 > 2.5 전송 거리 m 300 > 500 Fiber 수 - 1 Fiber 종류 Multi-mode Single-mode

2. 개발 기술 (12) Flexible PCB 설계 및 제작 기술 HDMI V1.4a & DisplayPort 1.2 등 고속 신호 전송을 위한 FPCB 설계 및 제작 송신부 수신부

Data Rate: > 2.5 Gbps/Ch. 3. 개발결과 (1) 4채널 1-fiber 광송신/광수신 모듈 시제품 제작 S 4Ch. TX 4Ch. RX 2 OSA 2 Optical Module TOSA/ROSA/BOSA 4Ch. Optical Module TOSA/ROSA/BOSA Data Rate: > 2.5 Gbps/Ch. Transmission: > 10 km

4채널 광송신기 RF특성 – EYE & Extinction Ratio 3. 개발 결과 (2) 4채널 광송신기 RF특성 – EYE & Extinction Ratio 채널 시험항목 Unit 측정값 Ch. 1 (1060 nm) 전송속도 Gbps 2.5 소광비 > 6 dB dB 9.90 Ch. 2 (1270 nm) 8.59 Ch.3 (1330 nm) 8.67 Ch. 4 (1550 nm) 9.86 Ch. 1 Ch. 2 Ch 3 Ch. 4

4채널 광송신기 RF특성 – 3dB Bandwidth 3. 개발 결과 (3) 4채널 광송신기 RF특성 – 3dB Bandwidth 채널 시험항목 Unit 측정값 Ch. 1 (1060 nm)  2 GHz GHz 5.17 Ch. 2 (1270 nm) 4.57 Ch. 3 (1330 nm) 4.47 Ch. 4 (1550 nm) 3.91 Ch. 1 Ch. 2 Ch 3 Ch. 4

3. 개발 결과 (4) 4채널 광송신기 출력 스펙트럼 Mkr4: 1044 nm Mkr3: 1271 nm

BER (B-B & 40km) 3dB Bandwidth 3. 개발 결과 (5) 4채널 광수신기 RF 특성 BER (B-B & 40km) 3dB Bandwidth 40 km B-B 40km 전송 Penalty: ~1.2 dB (w/ Ref. TX) 3-dB BW: 4.3 GHz

3. 개발 결과 (7) Q-mark 인증 획득 4Ch. TX 4Ch. RX

1-Fiber(CWDM) 4(8) Colors 4. 개발 기술의 우수성 (1) Optical HDMI 기술 비교 Samsung OWLink OMRON ETRI Gennum 전송방식 1-Fiber (TDM) (WDM +TDM) 1-Fiber(CWDM) 4(8) Colors 1-Fiber(WDM) 4 Colors Copper w/ Equalizer MMF SMF/MMF Copper 전송속도 2.5Gbps 12.5Gbps 3.2Gbps/Ch. 2.5Gbps/Ch. (BW: > 4 GHz) 5Gbps/Ch. 전송거리 400m 300m > 10 km 100m Product Cf. Conventional copper can’t do much better than 5 Gb/s over distances greater than 5 meters.

4. 개발 기술의 우수성 (2) 1 TO x 4 2 TO x 2 4 2 Aspherical Lens - TX: 4 or 5 4채널 1-fiber 전송 광모듈 사양 비교 1 TO x 4 2 TO x 2 TO-Stem 4 2 TO-Cap TO-Ring Housing Welding Sleeve Lens Type -Quantity Aspherical Lens - TX: 4 or 5 - RX: 4 or 5 Ball Lens - TX: 5 - RX: 1 APC 기능 OK Laser VCSEL & FP VCSEL Laser Welding 공정

4. 개발 기술의 우수성 (3) 기술의 우수성 하나의 파이버를 이용 HDMI, DisplayPort, DVI 등의 고화질 멀티미디어(A/V) 데이터 및 기기간 대용량 데이터 전송이 가능한 4채널 1-fiber 전송 광송신/광수신 모듈 Single-Mode 파이버를 이용 고속 장거리 전송 및 광분배기를 이용한 고분기가 가능하여 COPEX 및 OPEX 비용 절감: 가격 경쟁력 우수함 단일 파이버 집적형 4채널 광송신기/광수신기 모듈로 공정 단순화 및 TO-BOSA 공정 적용으로 기존의 생산라인을 그대로 사용가능 4파장 뿐만 아니라 2파장 광모듈을 이용한 다양한 응용분야에 적용이 가능 TPS(Triple Play Service)/QPS(Quadruple Play Service) 및 RFoG 등을 위한 Triplexer/Quadplexer 모듈로 활용 가능

5. 기대효과 기술 적용 분야 HDMI, DVI, HD-SDI, Displayport, Fiber channel, Infiniband, USB 등 프로세서, 메모리, 스토리지는 물론 영상 및 디스플레이 기기간 대용량 데이터 전송을 위한 광기반 광대역 인터페이스관련 산업분야 전반에 활용 가능 회의실, 장거리 멀티미디어 콘솔, 의료 시스템, 대형 LED 디스플레이, 옥외용 광고 디스플레이, 거리 정보 시스템 등과 같은 산업용 멀티미디어 응용 제품 Home cinema system, Digital TV, PDP TV, Home theater, LCD monitor 등과 같은 민수용 멀티미디어 응용 제품 Wholesales mart, 교회, 학교 등과 같이 동일한 화면으로 정보전달을 위한 시스템을 제공하고자 하는 중대형업체 및 공공기관에 납품 1-fiber 전송 다채널 광모듈 기술은 고선명 멀티미디어 전송 뿐만 아니라, 대용량 데이터 전송을 필요로 하는 기간망, 조선, 항공, 컨벤션 센터, 캠퍼스, 종교단체, 의료, 방송, 광고, SAN(Storage Area Network) 등 다양한 분야에 활용가능

6. 사업화 방안 사업화 방안 국제공인시험 및 마케팅을 통한 국내/외 시장 진입 시도 사업화를 위한 추가기술개발 -> 국제공인시험성적서 발급 -> 광통신전문전시회 (OFC/미국, ECOC/유럽, InterOpto/일본, PC/한국 등) 전시 및 홍보 사업화를 위한 추가기술개발 -> 기술이전을 통한 추가기술개발 사업 발굴 (중기청 등) -> APC 기능 추가 적용 -> PCB 보드 및 기구물 소형화 -> 각종 시험 인증 획득