CN110007490A - 光调制器及使用了该光调制器的光发送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抑制温度漂移、可靠性高、小型且低成本的光调制器及使用了该光调制器的光发送装置。光调制器具备：光波导基板(1)，形成有光波导；控制电极(未图示)，设置于该光波导基板，向该光波导施加电场；及中继基板(3)，配置在该光波导基板的附近，具备将来自外部的电信号向该控制电极中继的电气配线，所述光调制器的特征在于，该控制电极具有信号电极，所述光调制器具备终端单元(T)，该终端单元(T)包含使该信号电极终止的终端电阻(70)，该终端单元的至少一部分设置于该中继基板(3)。

Description

光调制器及使用了该光调制器的光发送装置
技术领域
本发明涉及光调制器及使用了该光调制器的光发送装置，特别是涉及具备在信号电极的终端配置有终端电阻的终端单元的光调制器及使用了该光调制器的光发送装置。
背景技术
近年来，在高速/大容量光纤通信系统中，多使用利用形成有光波导的基板的光调制器或组装有这样的光调制器的光发送装置。其中，将具有电光效应的LiNbO3(称为“LN”)使用于基板的光调制器与InP或Si或GaAs等半导体系材料的调制器相比，在高速/大容量光纤通信系统中被广泛使用。该使用了LN的光调制器具备将光禁闭在LN基板中进行引导的光波导，而且，形成有向光波导施加电场的控制电极。而且，控制电极包括施加高频信号的RF电极(信号电极)和施加低频信号、DC偏压的DC偏压电极。
受到近年来的传送容量的增大化的潮流的影响，高速/大容量光纤通信系统用的光调制器的调制方式从以往的强度调制(On-Off keying)等开始，使用了相位调制的QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，四相相移键控)或DP-QPSK(Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying，双极化四相相移键控)等多级调制或向多级调制取入了偏振复用的传送制式成为主流。而且，也提出了使用多个该DP-QPSK芯片进行多元件化，进一步提高传送容量的方案(例如参照专利文献1)。
如图1所示，在DP-QPSK光调制器中，在LN等的基板(光波导基板)1上形成有将由2个马赫-曾德尔型光波导构成的嵌套型光波导配置2个而成的光波导2。此外，为了向各马赫-曾德尔型光波导构成的调制部施加调制信号而在基板1上具备多个信号电极(未图示)。调制信号经由输入用连接器4向各信号电极输入。而且，在信号电极的终端连接有终端电阻70。在对应于各信号电极而设置终端电阻70的情况下，如图1那样，有时将多个终端电阻70设置在同一终端基板7上来谋求光调制器的小型化。将LN等基板(光波导基板)1或终端基板7配置在壳体9内而进行封装化。
光调制器以高速进行动作，因此使用输入的电信号在信号电极中传播而行进的行进波型的电极结构。向信号电极输入的信号频率是微波带的高频信号，上述输入的电能几乎全部被终端电阻70消耗，在此被转换成热量。
在DP-QPSK中，具有4个调制部。在本结构中为了应对相位调制方式而通过以往的单一调制器结构的强度调制方式的2倍的电压振幅(电力为4倍)来驱动。因此，在调制器内消耗的电力与以往的单一调制器结构的调制器相比成为16倍以上。而且，为了应对光调制器的小型化要求，需要将终端基板7靠近于光波导基板1配置，在终端基板产生的热量成为大的问题。
而且，在通过将2个以上的该DP-QPSK调制器结构组装于同一壳体来谋求传送容量的提高的多元件化的情况下，其发热量会产生以往的单一调制器结构的强度调制方式的32倍以上的热量。在终端基板产生的热量会使光调制器的温度漂移劣化。而且，终端电阻自身的发热成为终端电阻的经时劣化或破裂、剥离等发生的主要原因，成为对光调制器及使用了该光调制器的光发送装置的可靠性进行损害等严重的问题。
这些终端基板处的发热的影响固存于采用行进波型的电极结构的大部分的光调制器，但是以往针对该问题几乎未进行研讨、采取对策。反而是该发热的影响混入到放置光调制器的环境的温度变化或光调制器的不稳定性之中，作为本来的光调制器具有的温度漂移等的特性劣化的问题来处理。
然而，上述影响在如DP-QPSK结构的光调制器等那样(a)输入电信号的振幅大的结构，(b)具有多个终端电阻的结构，(c)终端电阻设置于同一基板的结构中，影响特别大，问题严重化。而且，由于光调制器(d)小型化的情况及(e)多个元件化(多元件化)的情况而其影响更加严重化。
作为减少这样的终端电阻的发热的问题的对策，如专利文献2所示，提出了增大终端电阻的面积，或者在终端基板上设置导热孔的方案。然而，在上述结构、方法中，终端基板自身变大，而且制造成本也增加，因此能够适应的用途产生限制。因此，希望能够适应于各种传送制式并符合小型化、低成本化的要求的解决对策。而且，要求通过搭载实施了发热对策的光调制器，能抑制温度漂移且可靠性高的光发送装置。
另外，在专利文献3中，为了抑制终端基板处的发热的影响波及到光波导基板而提出了抑制从终端基板向光波导基板的热量的传递的方法。然而，对于光调制器的进一步的小型化或终端基板处的发热的影响的抑制的需求日益升高，期待进一步的改善。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2015-69162号公报
【专利文献2】日本特开2014-199302号公报
【专利文献3】日本特开2017-134241号公报
发明内容
【发明要解决的课题】
如上所述，本发明要解决的课题在于提供一种抑制了终端电阻产生的发热的影响的光调制器或使用了该光调制器的光发送装置。特别是抑制如DP-QPSK光调制器那样在具有多个信号输入、多个终端电阻的光调制器中变得更显著的终端电阻的发热。而且，提供一种通过实施有效的发热对策来应对小型化、多元件化、以及低成本化的光调制器或使用了该光调制器的光发送装置。
【用于解决课题的方案】
为了解决上述课题，本发明的光调制器及使用了该光调制器的光发送装置具有以下那样的技术特征。
(1)一种光调制器，具备：光波导基板，形成有光波导；控制电极，设置于该光波导基板，向该光波导施加电场；及中继基板，配置在该光波导基板的附近，具备将来自外部的电信号向该控制电极中继的电气配线，所述光调制器的特征在于，该控制电极具有信号电极，所述光调制器具备终端单元，该终端单元包含使该信号电极终止的终端电阻，该终端单元的至少一部分设置于该中继基板。
(2)在上述(1)记载的光调制器中，其特征在于，在一个终端单元设有至少两个以上的终端电阻。
(3)在上述(1)或(2)记载的光调制器中，其特征在于，该控制电极具备信号电极和DC偏压电极，在该中继基板至少设有将DC偏压向该DC偏压电极中继的电气配线。
(4)在上述(1)至(3)的任一记载的光调制器中，其特征在于，所述光调制器具有接收在该光波导中传播的光波的一部分或从该光波导放射的放射光的一部分的光接收元件，用于将来自该光接收元件的光接收信号向外部导出的光接收用电气配线设置于该中继基板。
(5)在上述(4)记载的光调制器中，其特征在于，在设置于该中继基板的该终端单元与该光接收用电气配线之间，设有对DC偏压进行中继的电气配线、接地电极或形成于该中继基板的槽中的至少一个。
(6)在上述(1)至(3)的任一记载的光调制器中，其特征在于，所述光调制器具有接收在该光波导中传播的光波的一部分或从该光波导放射的放射光的一部分的光接收元件，用于将来自该光接收元件的光接收信号向外部导出的光接收用电气配线未配置于设有该终端单元的中继基板。
(7)在上述(1)至(6)的任一记载的光调制器中，其特征在于，所述光调制器具备搭载该光波导基板和该中继基板的壳体，该中继基板的厚度形成得比该光波导基板薄，在该壳体的搭载该中继基板的搭载面与该壳体的搭载该光波导基板的搭载面之间形成有阶梯。
(8)一种光发送装置，其特征在于，具备：上述(1)至(7)的任一记载的光调制器；数据产生部，产生向该光调制器施加的数据信号；及光源，向该光调制器输入光波。
【发明效果】
根据本发明，具备终端单元，该终端单元包含使信号电极终止的终端电阻，该终端单元的至少一部分设置于中继基板，因此通过比终端单元自身更大的基板，能够将终端电阻产生的热量有效地扩散放出。由此，能够抑制终端单元的局部性的发热，抑制发热对光波导基板的影响。而且，也不需要另行设置终端单元用的基板(终端基板)，也能够有助于装置整体的小型化、多元件化以及低成本化。
附图说明
图1是表示以往的DP-QPSK光调制器的例子的俯视图。
图2是表示本发明的光调制器的第一实施例的俯视图。
图3是表示本发明的光调制器的第二实施例的俯视图。
图4是表示本发明的光调制器的第三实施例的俯视图。
图5是表示本发明的光调制器的第四实施例的俯视图。
图6是表示本发明的光调制器的第五实施例的俯视图。
图7是表示本发明的光调制器的第六实施例的图。
图8是表示本发明的光调制器的第七实施例的图。
图9是表示本发明的光调制器的第八实施例的图。
图10是表示光调制器的一例的剖视图。
图11是说明将本发明的光调制器组装于光发送装置的例子的图。
标号说明
1 光波导基板
2 光波导
3、33、34 中继基板
30、32、35 电气配线
31 光接收用电气配线
4 输入输出用引脚(连接器)
6 电气连接线(Au键合)
7 终端基板
9 壳体
具体实施方式
以下，关于本发明的光调制器，使用图2至11进行详细说明。
图2至6是光调制器的俯视图，在本发明中，涉及一种光调制器，具备形成有光波导的光波导基板1、设置于该光波导基板并向该光波导施加电场的控制电极(未图示)、配置在该光波导基板的附近且具备将来自外部的电信号向该控制电极中继的电气配线的中继基板3，其特征在于，该控制电极具有信号电极，该光调制器具备终端单元T，该终端单元T包含使该信号电极终止的终端电阻70，该终端单元的至少一部分设置于该中继基板3。
作为光波导基板1，存在使用了LiNbO3或LiTaO3等电介质、或者InP或Si等半导体的结构等。在本发明的光调制器中，虽然光波导基板的材料没有特别限定，但是可以使用一直以来公知的电介质或半导体的基板。而且，在光波导的形成时，也可以使用使Ti向LiNbO3的电介质基板进行热扩散来形成光波导的方法或脊型光波导等公知的技术。
在光波导基板上，沿着光波导2形成有控制电极。作为控制电极，形成用于通过高频信号进行调制动作的信号电极、偏压控制用的DC偏压电极。在图2等中，仅描绘有控制电极的输入端部(焊盘部)。控制电极在光波导基板上形成衬底电极的图案，然后，通过镀敷法由Au等形成几十μm的厚度的电极。
光波导的结构是将1个马赫-曾德尔型光波导、2个马赫-曾德尔型光波导配置成套匣型的所谓嵌套型光波导。此外，可以使用如图2至6也公开的DP-QPSK光调制器等那样将嵌套型光波导配置2个而成的结构等各种光波导的形状。在图2至6中，示出光调制器的一例，由输入用光纤20输入的光波在光波导2中传播时，通过未图示的控制电极接受光调制。从光波导基板1射出的光波由偏振合成单元8进行偏振合成，并入射到输出用光纤21。
另外，关于向光波导的调制部施加输入电信号的信号电极的个数，也并未局限于如图2等所示具备4个信号电极的DP-QPSK光调制器，在单型(调制用的信号电极为1处)、双型(调制用的信号电极为2处)、DQPSK结构调制器(调制用的信号电极为2处)等各种结构中能够适用本发明。特别是信号电极的个数越多，则本发明越能有效地适用，例如，在组装2个DP-QPSK光调制器且输入电信号为8处的多元件化的结构中，能够特别有效地适用。
在光波导基板的附近配置中继基板3。而且，根据需要也可以配置终端基板7。中继基板或终端基板使用的材料由于在微波带等的高频下使用，因此多使用高频特性优异的氧化铝等陶瓷材料等。在中继基板上形成有对于从输入输出用引脚4向光波导基板的控制电极输入的电信号或DC偏压进行中继用的电气配线的一部分或全部。而且，输入输出用引脚4与中继基板3上的电气配线30之间，或者中继基板3的电气配线30与光波导基板1的控制电极的输入端部之间通过Au等的导电线进行引线键合。
本发明的光调制器的特征在于如图2等所示在中继基板3设置终端单元T。在信号电极的终端设有用于吸收调制信号并抑制反射的终端电阻70。以往，如图1所示，形成为组装终端电阻70的终端基板7，但是向1个基板内组装的终端电阻的个数增加，终端电阻的发热量增加，因此终端基板整体成为大的热源，对光波导基板进行加热等的不良情况明显化。为了消除这样的不良情况，如图2等所示，将终端电阻70的至少一部分作为终端单元T而组装于中继基板3。而且，作为设置终端单元T的中继基板，优选使用至少形成有将DC偏压向光波导基板的DC偏压电极进行中继的电气配线的中继基板。也可以在仅形成有将高频信号向光波导基板的信号电极中继的电气线路的中继基板上设置终端单元T。但是，这种情况下，为了避免从终端单元漏出的高频信号混入到向信号电极输入电信号的电气线路，必须实施对策。
如图2所示，在1个终端单元T，从成本、组装上的容易性出发，优选设置至少2个以上的终端电阻70。在1个光调制器设置的终端电阻的元件数根据光调制器的结构、电极设计、壳体设计而适当选择。在图2的DP-QPSK结构的光调制器中设置4个终端电阻，其一部分作为终端单元T而形成于中继基板3。而且，其余的终端电阻70形成作为以往的终端基板7。
除了如图2的第一实施例那样将终端电阻的一部分设置于中继基板3的情况以外，也可以如图3的第二实施例所示将全部的终端电阻70作为终端单元T而设置于中继基板。通过在中继基板3设置终端单元，能够利用具有比终端单元自身大的面积或体积的基板，能够将终端电阻产生的热量有效地向基板整体扩散、放出。
另外，在光调制器中，如图4至6所示，为了进行偏压控制等而设有用于检测在光波导中传播的光波的一部分或从光波导放射的放射光的光接收元件PD。光接收元件不仅可以如图4等那样配置在光波导基板1上，而且也可以配置在光波导基板1的附近，检测从该基板放出的光波。
如图4所示，从光接收元件输出的检测(光接收)信号经由光波导基板1上的配线向中继基板3上的光接收用电气配线31传送，通过输入输出用引脚41向外部输出。在中继基板3设置终端单元T的情况下，由终端电阻70终止的高频信号的一部分从终端电阻70放出，进入光接收用电气配线31，会成为检测信号的噪声。光接收元件PD的检测信号包含偏压控制使用的特定的频率成分，对于高频信号的扰乱、噪声更容易受到影响。
在本发明中，如图4的第三实施例那样将终端单元T和光接收用电气配线31配置于同一中继基板3的情况下，优选将两者的间隔分离配置，以避免从终端单元T漏出的高频信号向光接收用电气配线31内混入。
在设置光接收元件PD的情况下，也可以如图5的第四实施例所示，通过2个基板(33及34)形成中继基板，将设置终端单元T的基板33与形成光接收用电气配线31的基板34分离。在像这样基板不同时，能有效地抑制高频信号的混入。
此外，也可以如图6的第五实施例那样，光接收用电气配线未形成于中继基板而通过引线键合6来替代。虽然基于键合的工时稍增加，但是能够增大光接收元件PD的配置设计或各种配线图案等的配置设计等设计的自由度，并能够将光接收元件PD的信号线与形成有终端电阻的中继基板隔离，成为优选的实施例。需要说明的是，在图5及6中，输入输出用引脚41输出光接收元件的检测信号，输入输出用引脚43供给DC偏压。输入输出用引脚44主要供给调制用的电信号。需要说明的是，一部分也可以用于DC偏压用。
另外，如图7至9所示，在设置于中继基板3的终端单元T与光接收用电气配线31之间可以设置对DC偏压进行中继的电气配线33、接地电极G或形成于该中继基板的槽C的至少1个。通过设置这样的结构，能够抑制从终端电阻70漏出的高频信号向光接收用电气配线31的混入。图8的接地电极G与设置于终端单元的接地电极电连接，但是并不局限于此，也可以与向控制电极的电气配线使用的接地电极电连接，还可以另行接地于壳体等。
作为提高中继基板的散热效果并抑制向光波导基板的导热的方法，可以采用中继基板的厚度比光波导基板形成得薄，且在该壳体的搭载该中继基板的搭载面与该壳体的搭载该光波导基板的搭载面之间形成有阶梯的结构。
中继基板使用的陶瓷材料通常与金属材料相比导热性差，因此为了使终端基板产生的热量有效地向基板外转移，而使终端基板为薄板化的情况有效。
中继基板3的薄板化的厚度需要综合性地考虑基板使用的材料的强度、导热性、大小等来选定，但是优选至少形成光波导，且比设置在中继基板的旁边的芯片(光波导基板)的厚度(通常0.5mm～2.0mm)薄。当考虑到终端电阻产生的热量的散热时，越薄越有利，但是考虑到机械强度或向控制电极的电气线路的阻抗或终端电阻的阻抗的设计时，优选设定为0.05mm～0.8mm的范围。
如图10所示，壳体9的中继基板3的上表面、光波导基板1的安装面为了抑制电信号的劣化而相互成为大致相同高度。伴随着中继基板3的薄板化，将中继基板3的下方的壳体的厚度构成得比光波导基板1的下方的壳体的厚度厚，在两者之间构成阶梯。通过该阶梯，如专利文献3中说明那样，能够抑制从中继基板向光波导基板的导热。此外，通过在阶梯部分形成槽(未图示)或者组合使中继基板3的前端从阶梯突出的结构等，能够进一步提高抑制导热的效果。
图11是搭载有本发明的光调制器的光发送装置的结构例。
光发送装置的基本结构由产生向光调制器导入的光波的光源、光调制器、向光调制器施加信号的数据生成部及用于将从光调制器产生的调制光向外部导出的光纤构成。
光发送装置当开始运转时，光调制器发生温度漂移。为了使传送特性为高品质且稳定化，需要以保持适当的状态的方式控制光调制器的动作点并进行运用。以往，该温度漂移被考虑为是光源或数据生成部等光调制器周边设备的发热的影响。
然而，在DP-QPSK光调制器或小型光调制器等中，在光发送装置的运转刚开始之后产生大的温度漂移，产生光传送装置的传送特性变得非常不稳定的情况。作为其原因之一，光调制器自身的内部的终端电阻的发热产生影响。特别是高频信号进行多个输入的光调制器结构，或者将多个终端电阻形成于同一基板的情况下，输入信号的振幅大的情况下，以及光调制器为小型的情况下等，该现象特别显著。
针对该问题，通过将实施了本发明的光调制器配置于光发送装置，能够减少终端电阻的发热引起的温度漂移，能够使传送特性为高品质且稳定化。
上述的实施例并不局限于使用了LiNbO3基板的DP-QPSK光调制器的结构，只要是具有终端电阻的光调制器且终端电阻的发热对光调制器的特性造成影响的情况，无论调制方式如何都能够适用本发明。而且，光波导基板可以是InP或Si等半导体系材料的基板，即便在使用LiNbO3基板的情况下，当然无论Xcut或Zcut等结晶方位如何都能够适用本发明。
另外，在上述的实施例中，示出了仅将终端电阻形成于终端单元的例子，但是可以将电容器或其他的电子部件、贯通导体或包含多层化的电子电路组装于相同终端单元。
产业利用性
以上，如说明所述，根据本发明，能够提供一种抑制温度漂移、可靠性高、小型且低成本的光调制器。而且，能够提供一种搭载有本发明的光调制器的可靠性高且抑制了温度漂移的光发送装置。

Claims (8)

1.一种光调制器，具备：
光波导基板，形成有光波导；
控制电极，设置于该光波导基板，向该光波导施加电场；及
中继基板，配置在该光波导基板的附近，具备将来自外部的电信号向该控制电极中继的电气配线，
所述光调制器的特征在于，
该控制电极具有信号电极，
所述光调制器具备终端单元，该终端单元包含使该信号电极终止的终端电阻，
该终端单元的至少一部分设置于该中继基板。
2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，
在一个终端单元设有至少两个以上的终端电阻。
3.根据权利要求1或2所述的光调制器，其特征在于，
该控制电极具备信号电极和DC偏压电极，
在该中继基板至少设有将DC偏压向该DC偏压电极中继的电气配线。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光调制器，其特征在于，
所述光调制器具有接收在该光波导中传播的光波的一部分或从该光波导放射的放射光的一部分的光接收元件，
用于将来自该光接收元件的光接收信号向外部导出的光接收用电气配线设置于该中继基板。
5.根据权利要求4所述的光调制器，其特征在于，
在设置于该中继基板的该终端单元与该光接收用电气配线之间，设有对DC偏压进行中继的电气配线、接地电极或形成于该中继基板的槽中的至少一个。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的光调制器，其特征在于，
所述光调制器具有接收在该光波导中传播的光波的一部分或从该光波导放射的放射光的一部分的光接收元件，
用于将来自该光接收元件的光接收信号向外部导出的光接收用电气配线未配置于设有该终端单元的中继基板。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的光调制器，其特征在于，
所述光调制器具备搭载该光波导基板和该中继基板的壳体，
该中继基板的厚度形成得比该光波导基板薄，
在该壳体的搭载该中继基板的搭载面与该壳体的搭载该光波导基板的搭载面之间形成有阶梯。
8.一种光发送装置，其特征在于，具备：
权利要求1～7中任一项所述的光调制器；
数据产生部，产生向该光调制器施加的数据信号；及
光源，向该光调制器输入光波。
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