CN108693663B - 光控制元件模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光控制元件模块，其改善由输入信号的输入阻抗与光控制元件的特性阻抗的不匹配所引起的电反射特性，同时也能够实现光控制元件模块整体的小型化。光控制元件模块在壳体内配置有光控制元件和电连接部(S3)，该光控制元件在基板上具备光波导和控制电极(S1)，该电连接部(S3)与该控制电极电连接，并沿着与该基板的配置有该控制电极的平面交叉的方向延伸，所述光控制元件模块具备配线基板，该配线基板具备与该电连接部电连接且至少一部分配置在该壳体的外部的输入信号线路(S4)，所述光控制元件模块的特征在于，该电连接部的阻抗设定得比该输入信号线路的阻抗小。

Description

光控制元件模块
技术领域
本发明涉及光控制元件模块，尤其是涉及如下的光控制元件模块：其在配置于壳体内的光控制元件与至少一部分配置于壳体的外部的配线基板之间具有将两者电连接的电连接部，且该电连接部沿着与该光控制元件的配置有控制电极的平面交叉的方向延伸。
背景技术
在光通信领域中，使用了光调制器等光控制元件的光收发机正被逐步利用。近年来，由于光传送系统的小型化的要求，关于在光收发机模块(应答机)内搭载的光控制元件的电气接口部即RF接口连接，也具有短尺寸化的倾向。
例如，在100G DP-QPSK(Dual Polarization Quadrature Phase ShiftKeying：双极化正交相移键控)的传送制式的光调制器等中，伴随着市场的低价格化、装置的小型化的要求，关于RF接口连接，也从以往的利用了同轴连接器的连接结构转变为采用专利文献1或2所示那样的使用柔性电路基板(FPC)进行钎焊连接的连接结构。
图1示出在构成光收发机模块的外部电路基板上配置有光控制元件模块的情况。作为实现短尺寸化的手段，使用了基于FPC的配线基板。图2示出图1的箭头A-A’处的剖面状态。光控制元件将光控制元件收容在金属制壳体内且被气密密封。收容在壳体内的光控制元件与外部电路基板经由FPC的配线基板和在壳体的贯通孔配置的引脚而被电连接。引脚在附图中表示为“电连接部”。而且，配线基板与引脚直接连接。引脚与光控制元件之间通过金线等电线进行引线接合。
接下来，图3是表示在光控制元件与电连接部之间配置有中继基板的例子的剖视图。在图2或图3所示的电连接部，为了确保气密密封的可靠性而多使用玻璃引脚。
另外，中继基板使用例如氧化铝等的陶瓷材料。玻璃引脚如图4所示，以包围中心导体S3的方式配置玻璃材料等绝缘材料C，进而在其外侧配置导体G。以往，玻璃引脚设计成始终具有恒定的阻抗，例如50Ω。
另一方面，在光调制器等光控制元件中，使用铌酸锂等的具有电光效应的基板，应对宽带化或低驱动电压化，因此实施了减薄基板，或提高电极的厚度，或缩窄信号电极与接地电极的间隔等研究。然而，在采用了这样的结构的情况下，光控制元件的特性阻抗下降至20～40Ω左右。
从外部电路基板将调制信号等输入信号向FPC等配线基板导入。然而，FPC等配线基板的输入阻抗通常为50Ω，因此在FPC等配线基板的特性阻抗与光控制元件的特性阻抗之间产生不匹配。以往，为了抑制阻抗不匹配引起的微波的反射，在光控制元件的控制电极S1或中继基板的配线S2中形成有阻抗调整用的传送线路。
然而，当在光控制元件或中继基板形成阻抗调整用的传送线路时，产生光控制元件或装入有该光控制元件的光控制元件模块难以小型化等新的问题。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2014-195061号公报
【专利文献2】日本特开2012-48121号公报
发明内容
【发明的概要】
【发明要解决的课题】
本发明要解决的课题在于解决上述那样的问题，提供一种光控制元件模块，其能够改善由输入信号的输入阻抗与光控制元件的特性阻抗的不匹配所引起的电反射特性，并且也能够实现光控制元件模块整体的小型化。
【用于解决课题的方案】
为了解决上述课题，本发明的光控制元件模块具备如下的技术特征。
(1)一种光控制元件模块，在壳体内配置有光控制元件和电连接部，该光控制元件在基板上具备光波导和控制电极，该电连接部与该控制电极电连接，并沿着与该基板的配置有该控制电极的平面交叉的方向延伸，所述光控制元件模块具备配线基板，该配线基板具备与该电连接部电连接且至少一部分配置在该壳体的外部的输入信号线路，所述光控制元件模块的特征在于，该电连接部的阻抗设定得比该输入信号线路的阻抗小。
(2)在上述(1)记载的光控制元件模块中，其特征在于，该电连接部由玻璃引脚形成。
(3)在上述(2)记载的光控制元件模块中，其特征在于，该玻璃引脚的外皮导体直径沿着引脚的延伸方向变化。
(4)在上述(1)至(3)中任一记载的光控制元件模块中，其特征在于，该电连接部的阻抗为50Ω以下。
(5)在上述(1)至(4)中任一记载的光控制元件模块中，其特征在于，具有中继基板，该中继基板具备将该控制电极与该电连接部之间电连接的中继信号线路，该中继基板的配置有该中继信号线路的平面与该基板的配置有该控制电极的平面平行。
(6)在上述(1)至(5)中任一记载的光控制元件模块中，其特征在于，该配线基板是柔性电路基板。
【发明效果】
本发明涉及一种光控制元件模块，在壳体内配置有光控制元件和电连接部，该光控制元件在基板上具备光波导和控制电极，该电连接部与该控制电极电连接，并沿着与该基板的配置有该控制电极的平面交叉的方向延伸，所述光控制元件模块具备配线基板，该配线基板具备与该电连接部电连接且至少一部分配置在该壳体的外部的输入信号线路，其中，该电连接部的阻抗设定得比该输入信号线路的阻抗小，因此，能够改善由输入信号的输入阻抗与光控制元件的特性阻抗的不匹配所引起的电反射特性，同时也能够实现光控制元件模块整体的小型化。
附图说明
图1是表示在外部电路基板上配置有光控制元件模块的情况的图。
图2是表示图1的单点划线A-A’处的剖视图的图。
图3是表示在壳体内配置有中继基板的光控制元件模块的剖面的一部分的图。
图4是图2或图3的电连接部使用的引脚的概略图。
图5是说明本发明的光控制元件模块涉及的另一实施例的剖视图。
图6是图5的实施例使用的引脚的侧视图。
图7是图6的引脚的剖视图。
【标号说明】
S1光控制元件的控制电极
S2中继基板的中继信号线路
S3电连接部(中心导体)
S4配线基板的输入信号线路
C绝缘材料
G外皮导体
具体实施方式
以下，关于本发明的光控制元件模块，使用优选例进行详细说明。
如图2或3所示，本发明的光控制元件模块在壳体内配置有光控制元件和电连接部(S3)，该光控制元件在基板上具备光波导和控制电极(S1)，该电连接部(S3)与该控制电极电连接，并沿着与该基板的配置有该控制电极的平面交叉的方向延伸，所述光控制元件模块具备配线基板，该配线基板具备与该电连接部电连接且至少一部分配置在该壳体的外部的输入信号线路(S4)，所述光控制元件模块的特征在于，该电连接部的阻抗设定得比该输入信号线路的阻抗小。
在图2中，未使用中继基板，但是也可以如图3所示使用具备将控制电极S1与电连接部S3之间电连接的中继信号线路S2的中继基板。通常，中继基板的配置有中继信号线路S2的平面(图3的包含左右方向且与纸面垂直的平面)与构成光控制元件的基板的配置有控制电极S1的平面(与前述的说明相同)配置成相互平行。由此，使光控制元件与中继基板的电连接容易，并实现电信号的传播损失的降低。
本发明的特征在于，如图2或3所示，在将输入信号从配线基板(输入信号线路)向光控制元件(控制电极)传送时，在将两者电连接的线路的中途设有电连接部。并且，该电连接部沿着与构成光控制元件的基板的配置有控制电极的平面(图2或3的包含左右方向且与纸面垂直的平面)交叉的方向(在图2或3中为上下方向)延伸。
作为电连接部，可以是图4所示的玻璃引脚那样的由包围信号线(S3)的绝缘材料(C)和进而将该绝缘材料的周围包围的导电性的外皮(G)构成的结构。电连接部的外形没有限定为图4那样的圆柱状，也可以为棱柱状。而且，如后述的图5至7那样，还可以采用圆锥台或棱锥台的结构。绝缘材料(C)主要使用玻璃，但只要是陶瓷等的绝缘性高的材料即可，可以设为任意的材料。
光控制元件通过向由铌酸锂等的具有电光效应的基板材料或半导体材料形成的基板装入光波导或控制电极而构成。在使用微波那样的高频的输入信号的情况下，为了使微波的传播速度与光的传播速度相匹配(速度匹配)，而实施了将基板的厚度较薄地加工为20μm以下或者将控制电极的厚度较厚地形成为几十μm以上等的措施。而且，为了降低输入信号的驱动电压，也采取了将构成控制电极的信号电极与接地电极的间隔缩窄的结构。
实施了这样的措施的光控制元件的特性阻抗低于通常的50Ω，表现出20～40Ω左右的值。另一方面，在外部配置的输入信号线路(S4)的输入阻抗通常为50Ω。因此，在输入信号线路(S4)的输入阻抗与光控制元件的特性阻抗之间产生阻抗不匹配。为了解决这种问题，需要设置阻抗调整用的传送线路。
在本发明中，阻抗调整用的传送线路由引脚等电连接部进行。例如，在图2的光控制元件模块中，光控制元件的特性阻抗为25Ω且与外部的驱动电路连接的配线基板的输入阻抗为50Ω的情况下，也可以将各个特性阻抗的几何平均数即约35.4Ω作为电连接部的特性阻抗。
在通过图4那样的圆柱状的玻璃引脚构成特性阻抗为约35.4Ω的电连接部的情况下，如果设绝缘材料(C)的介电常数为4，则中心导体(S3)的外径为0.3mm，外皮导体(G)的内径(绝缘材料的外径)成为0.98mm。
需要说明的是，在电连接部的阻抗为50Ω的情况下，外皮导体(G)的内径(绝缘材料的外径)成为1.5mm左右。
即，如果中心导体(S3)的外径、绝缘材料(C)的介电常数、及外皮导体(G)的厚度相同，则当特性阻抗减小时，玻璃引脚的外径也减小。
换言之，玻璃引脚的外径影响光控制元件模块的壳体尺寸，因此通过在电连接部设置阻抗调整用的传送线路而能够实现壳体尺寸的小型化。
在上述的例子中，能够使壳体尺寸以特性阻抗为约35.4Ω时的外皮导体(G)的内径(绝缘材料的外径)0.98mm与特性阻抗为50Ω时的外皮导体(G)的内径1.5mm之差即0.52mm的量小型化。
如图3所示，在使用中继基板的结构中，在使中继基板的特性阻抗与光控制元件的特性阻抗相同的情况下，电连接部的特性阻抗与图2的情况同样地设定为约35.4Ω。而且，阻抗调整用的传送线路除了用于电连接部之外，也可以使用于中继基板。例如，设光控制元件为25Ω、配线基板为50Ω，为了进行阻抗调整，而将中继基板的特性阻抗设定为约31.5Ω，将电连接部的特性阻抗设定为约39.7Ω。例如，在使用介电常数为4的绝缘材料的情况下，此时的电连接部的尺寸中，中心导体(S3)的外径成为0.2mm，外皮导体(G)的内径(绝缘材料的外径)成为0.75mm。
在这样的结构中，与电连接部的特性阻抗为50Ω的情况相比，也能够减小玻璃引脚的外径，因此能够实现壳体尺寸的小型化。
此外，如图5至7所示，也可以设为电连接部的特性阻抗连续地变化的结构。在阻抗调整的传送线路中，设置阻抗连续地变化的部分能够进一步改善由阻抗不匹配所引起的电反射特性。
在图5的电连接部中，使用圆锥台形状的玻璃引脚。图6是引脚的侧视图，图7是引脚的剖视图。例如，将图3的光控制元件的特性阻抗设定为25Ω，将中继基板的特性阻抗设定为约31.5Ω，将配线基板的输入阻抗设定为50Ω的情况下，将电连接部的特性阻抗设定为从约50Ω至约39.6Ω连续地变化。这种情况下，假定绝缘材料的介电常数为4且中心导体(S3)的外径为0.2mm时，图6及7所示的圆锥台的引脚的尺寸中，圆锥台的下底的外皮导体(G)的内径(绝缘材料的外径)的直径成为约1.05mm，上底的直径成为约0.75mm。
在这样的结构中，与电连接部的特性阻抗为50Ω的情况相比，也能够减小玻璃引脚的外径，因此能够实现壳体尺寸的小型化。
图5的圆锥台的电连接部当然可以适用于图2的情况。圆锥台的阻抗的变化也可以设定为从配线基板的输入阻抗至光控制元件或中继基板的特性阻抗连续地变化。
如专利文献1或2所示，配线基板由柔性电路基板构成。而且，在上述说明中，配线基板的输入阻抗设为与外部的驱动电路相同的50Ω，但也可以在配线基板的输入信号线路的中途附加阻抗调整用的结构。在这种情况下，优选也包含电连接部的特性阻抗在内而进行整体的阻抗调整。
【产业上的可利用性】
如以上说明所述，根据本发明，能够提供一种光控制元件模块，其能够改善由输入信号的输入阻抗与光控制元件的特性阻抗的不匹配所引起的电反射特性，并且也能够实现光控制元件模块整体的小型化。

Claims (6)

1.一种光控制元件模块，在壳体内配置有光控制元件和电连接部，
该光控制元件在基板上具备光波导和控制电极，
该电连接部与该控制电极电连接，并沿着与该基板的配置有该控制电极的平面交叉的方向延伸，
所述光控制元件模块具备配线基板，该配线基板具备与该电连接部电连接且至少一部分配置在该壳体的外部的输入信号线路，
所述光控制元件模块的特征在于，
该电连接部的阻抗设定得比该输入信号线路的阻抗小，且该电连接部的阻抗设定得比该光控制元件的阻抗大。
2.根据权利要求1所述的光控制元件模块，其特征在于，
该电连接部由玻璃引脚形成。
3.根据权利要求2所述的光控制元件模块，其特征在于，
该玻璃引脚的外皮导体直径沿着引脚的延伸方向变化。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光控制元件模块，其特征在于，
该电连接部的阻抗为50Ω以下。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的光控制元件模块，其特征在于，
所述光控制元件模块具有中继基板，该中继基板具备将该控制电极与该电连接部之间电连接的中继信号线路，该中继基板的配置有该中继信号线路的平面与该基板的配置有该控制电极的平面平行。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的光控制元件模块，其特征在于，
该配线基板是柔性电路基板。
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