CN108693665B - 光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种实现高性能的光调制的光器件。光器件具备：电光元件；连接器，被输入电信号或输出电信号；中继基板，将连接器与光学元件电连接；一对支承部，支承中继基板；及壳体，将连接器固定，并收容光学元件、中继基板及一对支承部，光学元件具有在内部形成有光波导的基板和在基板的表面形成的调制电极，中继基板具有电介质基板、在电介质基板的一个主面设置的信号电极、在所述一个主面设置的接地电极，信号电极及接地电极与调制电极及连接器电连接，一对支承部在俯视图中夹持中继基板，在中继基板的另一个主面与壳体的内部底面之间形成有空隙。

Description

光器件
技术领域
本发明涉及光器件。
背景技术
以往，作为光器件，已知有光调制器，该光调制器具有：电光元件，具有光波导和调制电极；壳体，收容电光元件；中继基板，将从外部输入的调制信号向调制电极传输(例如，参照专利文献1)。
上述光调制器的电光元件具有如下结构：使用LiNbO3结晶或电光高分子材料等的表现出电光效应的材料作为基板，在该基板形成光波导，在光波导上形成有调制电极。
上述光调制器的壳体具有用于从外部输入调制信号的连接器部。连接器部具有同轴引脚。
上述光调制器的中继基板具有电介质基板和形成在电介质基板上的电极。中继基板在壳体内部配置于连接器部的同轴引脚与电光元件之间，将输入到连接器部的调制信号向调制电极传输。
通常在这样的光调制器中，要求将从外部输入到连接器部的调制信号(电信号)没有损失地向电光元件传播。而且，伴随着近年来的光通信的高速化，而要求应对更高的频率的电信号的光调制器(光器件)。
在此，在调制电极的输入输出部及中继基板的电极结构中，考虑到连接容易度，多使用共平面线路(Coplanar Waveguide：CPW)。
而且，在中继基板中，多使用的是在形成有共平面线路的面的相反面上也配置导体并将一个主面侧的接地电极与另一个主面侧的导体连接的CBCPW(Conductor BackedCoplanar Waveguide)结构的基板。
在CBCPW结构的中继基板中，作为传输特性劣化的要因之一，可列举向电介质基板的放射损失。向电介质基板的放射损失根据中继基板具有的电极的形状、大小及中继基板具有的电介质基板的介质特性而变化。
作为抑制CBCPW结构的中继基板的放射损失的方法之一，提出了在CBCPW结构的中继基板具有的电介质基板中，对形成有电极的面的相反侧的面实施槽加工的方法(例如，参照非专利文献1)。形成的槽在考虑中继基板的电特性的基础上，可以考虑作为“由低介电常数材料构成的层”。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本专利第4027109号公报
【非专利文献】
【非专利文献1】"Leakage Loss Analysis of Conductor Baked CoplanarWaveguide with Air-Gap-Spacing Dielectric Sheets",Hotta,et al.,IEICETRANS.ELECTRON.,vol.E85-C,NO.7,JULY 2002
发明内容
【发明的概要】
【发明要解决的课题】
然而，在非专利文献1记载的结构中，由于对电介质基板加工微细的槽，因此会导致制造成本增加。而且，非专利文献1记载的结构能够适用的电介质基板的材料局限于即便实施槽加工也能够维持机械强度的材料。因此，电介质基板的材料选择的范围变窄。
由此，要求一种技术，其具有能够抑制信号的传播损失的中继基板，在实现高性能的光器件的基础上，能够以更简易的结构实现与非专利文献1记载的结构同样的效果。
另外，上述课题并不局限于利用了电光效应的光调制器，在利用了电场吸收效应的电场吸收型调制器中也同样会产生。因此，同样要求改善。
本发明鉴于这样的情况而作出，目的在于提供一种实现高性能的光调制的光器件。
【用于解决课题的方案】
为了解决上述的课题，本发明的一方式提供一种光器件，具备：光学元件；连接器，被输入电信号或输出电信号；中继基板，将所述连接器与所述光学元件电连接；一对支承部，支承所述中继基板；及壳体，将所述连接器固定，并收容所述光学元件、所述中继基板及所述一对支承部，所述光学元件具有在内部形成有光波导的基板和在所述基板的表面形成的调制电极，所述中继基板具有电介质基板、在所述电介质基板的一个主面设置的信号电极、在所述一个主面设置的接地电极，所述信号电极及所述接地电极与所述调制电极及所述连接器电连接，所述一对支承部在俯视图中夹持所述中继基板，在所述中继基板的另一个主面与所述壳体的内部底面之间形成有空隙。
在本发明的一方式中，可以是，所述一对支承部的表面由导电性材料形成，所述一对支承部与所述接地电极和所述壳体电连接。
在本发明的一方式中，可以是，所述一对支承部是与所述壳体分开形成的构件，固定于所述壳体的内部空间。
在本发明的一方式中，可以是，所述一对支承部分别具有能够供所述中继基板的周缘部插入的狭缝。
在本发明的一方式中，可以是，所述基板具有电光效应。
在本发明的一方式中，可以是，所述信号电极和所述接地电极形成共平面线路。
在本发明的一方式中，可以是，所述光器件是光调制器。
【发明效果】
根据本发明，能够提供一种实现高性能的光调制的光器件。
附图说明
图1是表示实施方式的光器件的概略立体图。
图2是表示中继部的附近的概略放大图。
图3是表示在中继部附近进行组装的情况的说明图。
图4是表示在中继部附近进行组装的情况的说明图。
图5是表示支承部的变形例的示意图。
【标号说明】
10…壳体，10x…底面(内部底面)，13…同轴连接器(连接器)，20…电光元件，21…基板，22…调制电极，23…信号电极，24…接地电极，31…中继基板，32、33、35、36…支承部，100…光器件，201、211…光波导，311…电介质基板，311a…一个主面，311b…另一个主面，312…信号电极，313、314…接地电极，321、331…狭缝，V…空隙
具体实施方式
以下，参照图1～图5，说明本发明的第一实施方式的光器件100。需要说明的是，在以下的全部的附图中，为了便于观察附图，而使各结构要素的尺寸或比率等适当不同。
图1是表示本实施方式的光器件100的概略立体图。如图所示，本实施方式的光器件100是具有壳体10、电光元件20、中继部30、终端部40的光调制器。
(壳体)
壳体10是收容电光元件20的俯视观察矩形的箱状构件。壳体10具有上部开口的有底的外罩101和将外罩101的上部的开口部闭塞的盖件102。
壳体10的形成材料只要不阻碍电光元件20的动作，就可以根据电光元件20的特性进行选择，没有特别限定。作为壳体10的形成材料，可以使用例如不锈钢或可伐合金(Kovar)。可伐合金的线膨胀系数比例如不锈钢更接近陶瓷的线膨胀系数。
在将光器件100向其他的设备安装时，壳体10被连接于(接地于)基准电位点。因此，外罩101和盖件102的表面优选由导电性比外罩101或盖件102的形成材料高的金属材料包覆。作为这样的金属材料，可列举例如镍或金。
在壳体10的一端侧10a，在外罩101设有贯通孔101a。在贯通孔101a插入光纤11。光纤11连接于电光元件20的一端。
在壳体10的另一端侧10b，在外罩101设有贯通孔101b。在贯通孔101b插入光纤12。光纤12连接于电光元件20的另一端。
在壳体10的侧面10c设有用于输入调制信号(电信号)的同轴连接器(连接器)13。
在壳体10的内部空间的底面(内部底面)10x安装有电光元件20、中继部30、终端部40。
(电光元件)
电光元件20具有基板21、调制电极22。
基板21是以具有电光效应的材料为形成材料的板状构件。作为基板21的形成材料，可以使用铌酸锂(LiNbO3：LN)、钽酸锂(LiTaO3)、锆钛酸铅镧(PLZT)等结晶材料。
在使用结晶材料作为基板21的形成材料时，通过使用对于以结晶材料为形成材料的板材实施Ti等金属的热扩散、基于蚀刻加工的肋形成、质子交换等公知的技术，能够形成光波导。
另外，作为基板21的形成材料，也可以使用使非线性光学有机化合物分散在高分子材料中的有机电光高分子材料。
在使用有机电光高分子材料作为基板21的形成材料时，首先，以硅或石英等为基材，使用折射率不同的两种以上的高分子材料，在基材上层叠高折射率层及低折射率层。而且，对于高折射率层或低折射率层实施基于蚀刻加工或盖印的成形，由此将光波导图形化。此时，高折射率层和低折射率层的至少一部分使用有机电光高分子材料，由此能够形成基板21。
基板21在内部形成有光波导211。如图1所示，本实施方式的光器件100具有的光波导211是单一的马赫-曾德尔型光波导。光波导211具有沿基板21的长度方向延伸的两条平行的光波导211c。
调制电极22包括信号电极23和接地电极24。调制电极22设置在基板21的上部的表面。在本实施方式中，调制电极22具有1个信号电极23和2个接地电极24。
调制电极22在从基板21的法线方向的视场中(俯视图)，设置在与构成光波导211c的2条平行的光波导不重叠的位置。具体而言，信号电极23在该视场中设置在构成光波导211c的2条平行的光波导之间。接地电极24在该视场中设置在光波导211c与基板21的周缘之间。
调制电极22通过向信号电极23与接地电极24之间施加的电场而使光波导211产生电光效应，使光波导211的折射率变化。由此，进行在光波导211中传播的光的光调制。
调制电极22的种类没有特别限定。例如，在使用LiNbO3等结晶基板作为基板21的电光元件中，多采用共平面线路。而且，在使用了利用有机电光高分子材料的基板作为基板21的电光元件中，多采用微带线路。
在图1所示的光器件100中，调制电极22的个数为1，但也可以为多个。在光器件具有多个调制电极22的情况下，调制电极22的配置、个数可以根据基板21的结晶轴的朝向、电光元件20的调制方式来设定。
在调制电极22的端部，为了容易与中继基板31电连接而优选设置连接用焊盘。作为连接用焊盘的电极的种类，可以采用共平面线路、接地共平面线路。
(中继部)
中继部30对于从外部供给的电信号即调制信号进行中继而向电光元件20输出。关于中继部30的具体的结构，在后文叙述。
图2是表示中继部30的附近的概略放大图。如图所示，中继部30具有中继基板31和一对支承部32、33。
(中继基板)
中继基板31具有电介质基板311、信号电极312、接地电极313、314。信号电极312和接地电极313、314设置于电介质基板311的一个主面311a，形成共平面线路作为高频的信号线路。
信号电极312及接地电极313、314相当于本发明中的“共平面线路”。
作为电介质基板311的形成材料，没有特别限定，但可以优选使用相对介电常数低的材料。作为电介质基板311的形成材料，可以优选使用例如相对介电常数为10以下的材料。作为电介质基板311，可以使用例如以Al2O3、AlN等陶瓷为形成材料的陶瓷基板或蓝宝石基板、石英基板。
在本发明中，作为电介质基板311，可以使用例如将这样的陶瓷基板成形为俯视图矩形的板材，不需要槽或凹部等的微细加工。而且，电介质基板311为了抑制在信号电极312及接地电极313、314中传播的调制信号的放射损失而优选较薄。电介质基板311的厚度可以根据中继基板31的机械强度、传播的调制信号的频率进行设定。
一对支承部32、33在俯视图中夹持中继基板31，并支承中继基板31。一对支承部32、33安装于壳体10的底面10x。一对支承部32、33为了使组装或处理容易而优选为与壳体10分开形成的构件。需要说明的是，一对支承部32、33也可以与壳体10一体成形。
支承部32、33优选由例如金属材料等导电性材料形成。作为支承部32、33的形成材料，可以采用例如与壳体10的形成材料同样的材料。支承部32、33可以是至少表面由导电性材料形成，也可以是支承部32、33的整体由导电性材料形成。
在本实施方式中，支承部32及支承部33是大致长方体状的构件。在支承中继基板31的姿势下，支承部32在与支承部33相对的面上具有狭缝321。同样，支承部33在与支承部32相对的面上具有狭缝331。在支承部32、33支承中继基板31时，中继基板31的周缘部插入于狭缝321、331。只要能够将中继基板31插入，狭缝321、331的截面形状就可以采用各种形状。
信号电极312的一端通过接合线39而与在电光元件20的基板21表面设置的信号电极23电连接。
接地电极313、314的一端通过接合线39而与在电光元件20的基板21表面设置的接地电极24电连接。
另外，信号电极312的另一端与在壳体10的侧面10c设置的同轴连接器13的中心导体131电连接。中心导体131与信号电极312由例如焊料或金锡等的钎料37来连接。
接地电极313、314的另一端与外部导体电连接。在本实施方式中，使用壳体10作为外部导体。
另外，接地电极313、314在狭缝321、331的内部与由导电性材料形成的支承部32、33分别相接。支承部32、33安装于壳体10的底面10x并导通。由此，电光元件20经由接地电极313、314及支承部32、33而接地。需要说明的是，接地电极313、314与支承部32、33也可以由焊料或金锡等的钎料、导电性的粘结剂等来连接。
另外，接地电极313、314的另一端可以通过焊料或金锡等的钎料38、导电性的粘结剂等与壳体10的侧面10c连接。
这样的中继部30的安装例如通过如下的步骤进行。
首先，如图3所示，向一对支承部32、33的狭缝321、331插入中继基板31的周缘部，来组装中继部30。
接下来，如图4所示，在壳体10内且在同轴连接器13附近的规定位置，配置并固定组装后的中继部30。中继部30的固定优选使用焊料或金锡等的钎料。
然后，通过进行中继部30与电光元件20的电连接、同轴连接器13与中继部30的电连接，能够将中继部30安装于壳体10。
这样，通过与壳体10分开地形成支承部32、33，与同轴连接器13的相对位置或高度的调整变得容易。通过该结构，关于壳体10的大小、同轴连接器的安装位置等，即便包含各结构构件的制作中的制造误差，误差的校正也容易。
支承部32、33如上所述支承中继基板31，由此在电介质基板311的另一个主面311b与壳体10的底面10x之间，即中继基板31与壳体10的底面10x之间形成有空隙V。
通过设置空隙V，在调制信号在中继基板31中传播时，电场容易集中于共平面线路(信号电极312及接地电极313、314)，能够抑制放射损失。而且，即使在提高向中继基板31输入的调制信号的频率的情况下，也同样能够抑制放射损失。
另外，在光器件100中，通过利用支承部32、33夹持并支承中继基板31而形成空隙V。即，在形成空隙V时，不需要对电介质基板311的加工。因此，能够以简易的结构来抑制信号的传播损失。
因此，根据以上那样的结构的光器件100，能够提供一种抑制信号的传播损失并实现高性能的光调制的光器件。
需要说明的是，在本实施方式的光器件100中，使用了分别具有狭缝321、322的支承部32、33作为支承部，但是并不局限于此。
例如，可以如图5所示的支承部35、36那样，取代狭缝而设为具有载置中继基板31的载置面351、361和与载置面351、361连续的壁面352、362的结构。在利用载置面351、361载置中继基板31时，壁面352、362被使用作为拦挡。由此，中继基板31的定位变得容易。
以上，参照附图而说明了本发明的优选实施方式例，但是本发明当然没有限定为上述例子。在上述的例子中所示的各结构构件的各种形状、组合等是一例，在不脱离本发明的主旨的范围内基于设计要求等能够进行各种变更。
例如，在上述的实施方式中，光器件是在通信设备中使用于发送侧的收发机等的光调制器，但是并不局限于此。例如，也可以是在通信设备中使用于接收侧的接收机等的光接收器。此外，即使是光开关也能够同样地得到发明的效果。
另外，在上述的实施方式中，光器件具有的光学元件是利用了电光效应的电光元件，但是并不局限于此。在本发明中，也可以是，光器件具有的光学元件是利用了电场吸收效应的半导体元件，光器件是电场吸收型调制器。
另外，光学元件也可以是利用了热光效应的石英系元件或聚合物元件。
即使在这种情况下，通过设为本发明的结构的具有中继基板的光器件，也能够抑制信号的传播损失，实现高性能的光调制。
另外，在上述的实施方式中，中继基板使用于与输入调制信号的同轴连接器之间的连接，但是并不局限于此。
例如，在与图1所示的光器件100不同而终端部设置于壳体外的情况下，需要将壳体内的光学元件与壳体外的终端部进行电连接。在这样的情况下，可以在壳体上另行设置连接器，并通过上述实施方式中说明的中继基板将光学元件与连接器电连接，而且，将连接器与壳体外的终端部电连接。
此外，在光调制器中，存在将光电二极管连接于偏压控制电路并确认动作的情况，但是也可以通过上述实施方式中说明的中继基板将该光电二极管与光学元件连接。
即使在这种情况下，通过设为本发明的结构的具有中继基板的光器件，也能够抑制信号的传播损失，实现高性能的光调制。

Claims (6)

1.一种光器件，具备：
光学元件；
连接器，被输入电信号或输出电信号；
中继基板，将所述连接器与所述光学元件电连接；
一对支承部，支承所述中继基板；及
壳体，将所述连接器固定，并收容所述光学元件、所述中继基板及所述一对支承部，
所述光学元件具有在内部形成有光波导的基板和在所述基板的表面形成的调制电极，
所述中继基板具有电介质基板、在所述电介质基板的一个主面设置的信号电极、在所述一个主面设置的接地电极，
所述信号电极及所述接地电极与所述调制电极及所述连接器电连接，
所述一对支承部在俯视图中夹持所述中继基板，且所述一对支承部的整体由导电性材料形成，所述一对支承部与所述接地电极及所述壳体电连接，
在所述中继基板的另一个主面与所述壳体的内部底面之间形成有空隙。
2.根据权利要求1所述的光器件，其中，
所述一对支承部是与所述壳体分开形成的构件，固定于所述壳体的内部空间。
3.根据权利要求1或2所述的光器件，其中，
所述一对支承部分别具有能够供所述中继基板的周缘部插入的狭缝。
4.根据权利要求1或2所述的光器件，其中，
所述基板具有电光效应。
5.根据权利要求1或2所述的光器件，其中，
所述信号电极和所述接地电极形成共平面线路。
6.根据权利要求1或2所述的光器件，其中，
所述光器件是光调制器。
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