CN1722551A - 光模块 - Google Patents

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Abstract

一种光模块(100)包括：电信号的输入电极、通过电信号调制激光的光调制器元件、终端电阻元件、与输入电极和光调制器元件连接的第1连接线、与光调制器元件和终端电阻元件连接的第2连接线，与输入电极和终端电阻元件连接的第3接合线。利用驱动阻抗设计成50Ω用的光调制器元件，在驱动阻抗为25Ω的情况下，能够很好地保证发送波形品质。

Description

光模块
技术领域
本发明涉及光通信用的光模块，特别涉及适于25Ω驱动的发送部的光模块。
背景技术
使用半导体激光的光发送模块是光纤传送用的关键设备之一。伴随着近年的宽带网的普及，期望光发送模块能够实现高速化，甚至10Gbits/s的位速率的光模块得到广泛应用。作为适于上述用途的光发送模块，要求能够实现良好的发送波形品质的同时，还要求小型、低成本。
在特开2001-308130号公报中，记载了如下模块，该模块通过协调连接调制器集成化光源的调制器和信号线的第一接合线和连接调制器和匹配电阻的第二接合线的电感的关系，来实现确保光调制其的小信号通过特性(S21)中的3dB频带和小信号反射特性(S11)的降低的两立。
另外，在ASIP公司的小册子“ASIP 1310nm EML TOSA”中记载了利用驱动阻抗50Ω搭载在终端电阻100Ω的CAN型封装上的电场吸收型光调制器集成激光模块。
为了进一步推进光发送模块的小型化，要求其插件采用CAN型封装。
在使用CAN型封装时，为了得到良好的发送波形，必须使驱动IC的输出阻抗和驱动IC与CAN型封装之间的传送线路的电阻为20Ω～30Ω。以下说明其理由。CAN型封装利用玻璃气密封闭·固定导引栓，在该部分形成同轴线路。因此，其特性电阻通常为20Ω～30Ω。可以通过使驱动信号路径的电阻与气密封固部分的电阻一致来避免由于多重反射引起的波形恶化。
在特开2001-308130号公报中，在将驱动阻抗变更为25Ω时，如果按比例将匹配电阻4的电阻值变更为1/2、将第1及第2接合线5、6的电感分别变更为1/2、将光调制器10的电容值变更为2倍，在理论上可以实现相同的品质。与此相对，当前使用的几乎所有光模块以驱动阻抗50Ω设计的。但是，如果在以驱动阻抗50Ω设计的光模块中，将调制器集成型半导体激光芯片的光调制器元件的电容变更为2倍，则得不到充分的频带，可能引起由于频带降低带来的波形品质恶化。
另外，根据发明者的检讨，在不使光调制器的电容值增加而利用适于现有的50Ω驱动的调制器集成型半导体激光芯片将驱动阻抗变更为25Ω、将终端电阻值变更为25Ω、将接合线5、6的电感变更为1/2的情况下，会在小信号通过特性S21中产生大的脉冲峰化，发送波形恶化。这样，在迄今为止的技术中，不能利用以50Ω设计的调制器集成型半导体激光芯片在驱动阻抗为25Ω时实现良好的波形品质。
这意味着需要设计、制造驱动阻抗25Ω用的调制器集成型半导体激光。但是，如果考虑设计费用、生产管理费用等，这意味着调制器集成型半导体激光芯片的成本增加。为了实现小型、低价格的CAN型光发送模块，需要避免其它品种的调制器集成型半导体激光的开发。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种光模块，该光模块利用以50Ω用设计驱动阻抗的光调制器元件，在驱动阻抗为25Ω时也能够保持发送波形品质良好。另外，本发明的其它目的在于提供CAN型封装的光模块。
本发明的主题是：由输入电信号的输入电极、通过输入电信号调制激光的光调制器元件、阻抗匹配用终端电阻元件、连接输入电极和光调制器元件的第1连接线、连接光调制器元件和终端电阻元件的第2连接线、连接输入电极和终端电阻元件的第3接合线构成的光模块。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的光发送模块的主要部分的平面图。
图2是本发明的实施例1的光发送模块的主要电路图。
图3是表示说明本发明的实施例1的光调制器的电容和7.5GHz下的反射系数的关系的图。
图4是表示说明本发明的实施例1的反射系数的频率依存性的图。
图5是表示说明本发明的实施例的光调制器的电容和电气-光通过特性(S21)的3dB频带的关系的图。
图6是表示说明本发明的实施例的光调制器的电容和过量增益特性的关系的图。
图7是说明本发明的实施例的特性电阻Z0为25Ω的史密斯圆图。
图8是表示本发明的实施例1的调制器集成型半导体激光芯片的芯片带载体的平面图。
图9是表示本发明的实施例1的调制器集成型半导体激光芯片的芯片带载体的平面图。
图10是表示本发明的实施例2的光发送模块的主要部分的平面图。
图11是本发明的实施例2的光发送模块的主要部分电路图。
具体实施方式
以下利用实施例参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[实施例1]
参照图1图9对本发明的实施例1进行说明。在此，图1是表示本发明的实施例1的光发送模块的主要部分的平面图。图2是本发明的实施例1的光发送模块的主要部分和驱动部的电路图。图3是表示说明本发明的实施例的光调制器的电容和7.5GHz下的反射系数的关系的图。图4是表示说明本发明的实施例的反射系数的频率依存性的图。图5是表示说明本发明的实施例的光调制器的电容和电气-光通过特性(S21)的3dB频带的关系的图。图6是表示说明本发明的实施例的光调制器的电容和过量增益特性的关系的图。图7是说明本发明的实施例的特性电阻Zo为25Ω的史密斯圆图(Smith chart)。图8及图9是表示本发明的实施例1的调制器集成型半导体激光芯片的芯片带载体的平面图。
首先，利用图1说明光发送模块的构成。光发送模块100使用CAN型的封装框体作为框体，符号30是其金属轴杆，符号29是主要部分搭载用的金属台座。在金属轴杆30上设有与圆筒状的贯通孔40、43相通的圆柱装导引拴39、42，通过封固玻璃41固定它们。在金属台座29上搭载有中继板37和载体基板23。在中继基板37上设有传送线路38。在载体基板23的表面上设有电阻元件24、接地金属25、输入电极27的各图形，接地金属25通过柱孔26与载体基板23的里面电极连接。在载体基板23上搭载由半导体芯片22及旁路电容28。
半导体芯片22是在其表面设有半导体激光二极管元件20及光调制器元件21的调制器集成型半导体激光芯片。从半导体激光二极管元件20输出的连续激光在经过光调制器元件21后通过图中没有示出的结合透镜出射到光纤。调制器元件21通过来自外部驱动用IC的10Gbits/s的电气调制信号将连续激光调制成光调制信号。从半导体激光二极管元件20到图中没有示出的光纤的路径被成为光轴。输入电极27和电阻元件24分别配置在光轴的其它侧面。
另外，在金属轴杆30上设有监视用光点二极管36，该光电二极管固定在能够接收半导体激光二极管元件20的后方输出光的位置。第1接合线31连接输入电极27和光调制器元件21，第2接合线32连接光调制器元件21和电阻元件24。第3接合线33连接输入电极27和电阻元件24。另外，载体基板23上的输入电极27和中继基板37上的传送线路38通过带状线等低电感连接。传送线路38和导引拴29通过AuSn合金接合。通过这些构成从导引拴39到光调制器元件21的电信号输入路径。半导体激光二极管元件20通过供电用接合线34、35与导引拴42连接，从在此供给直流电流。
利用例如Φ5.6mm的TO-56型的框体等作为CAN型的封装框体。使用廉价的铁作为金属轴杆30、金属台座29的材料可以降低成本。中继基板37及载体基板23利用氧化铝、氮化铝等电介质材料构成。在采用热传导率高的氮化铝做载体基板23时，可以降低从半导体芯片22到金属台座29的热阻抗，利于抑制元件温度的上升。另外，也可以利用氮化铝等电介质基板和铜钨等金属板的粘合基板构成载体基板23，该构成有利于进一步降低热阻抗。电阻元件24利用氮化钽膜构成，利用激光修剪将电阻值调整为50Ω。半导体芯片22采用利用n型Inp基板在其表面形成为分布反馈型激光二极管(DFB-LD：Distributed FeedBack Laser Diode)的半导体激光二极管元件20和为电场吸收型调制器(EAM：Electro Absorption Modulator)的光调制器元件21的芯片。在芯片的表面设半导体激光二极管元件20和光调制器元件21的各阳极电极。在以光调制器元件21的阳极电极为中继点，利用一根连续的电线直线形成第1接合线31和第2接合线32时，可以使光调制器元件21的阳极电极的面积最小，有利于降低元件电容Cmod。具体地讲，球焊输入电极27，在光调制器元件21的阳极电极不切断电线而进行焊接，在电阻元件24焊接后切断电线即可。另外，也可以用相反的顺序进行。
半导体芯片22的里面电极作为半导体激光二极管元件20和光调制器元件21的共通阴极电极。监视用光电二极管36的输出通过其它导引拴(图中省略)输出。旁路电容28如果采用以单层的高电介质基板构成的平行平板型电容，有利用实现小型化。
接着，参照图2说明电路构成。首先，驱动用IC61输出的电气调制信号通过外部传送线路60输入给载体基板23的输入电极27。驱动用IC61的输出电阻为25Ω。传送线路60由搭载驱动用IC61的印制电路板上的传送线路、连接印制线路板和导引拴39的挠性基板上的传送线路、由贯通孔40和导引拴39以及封固玻璃41构成的同轴线路、中继基板37上的传送线路38构成，各个特性电阻统一为25Ω。R24是电阻元件24的电阻值，L31、L32、L33分别是第1、第2、第3接合线31、32、33的电感值。电气调制信号通过这些电路元件输入给光调制器元件21的阳极。光调制器元件21的阴极接地。另一方面，作为偏置电流从外部向半导体激光二极管元件20供给正方向的直流电流I bias，使其输出激光。通常，为了向电场吸收型调制器施加反偏置以使其动作，在本实施例中采用-5.2V等负电源及用于激光元件的+3.3V等正电源两方。
在本实施例中，Cmod：0.4pF，L31：0.4nH，L32：0.8nH，L33：1.2nH，R24：50Ω。
接着参照图3～图7对本实施例的光发送模块的特性进行说明。
如图3所示，直到特开2001-308130号公报的2根电线，在25Ω驱动时产生反射系数S11特性的恶化，通过附加第3接合线，大幅度地改善了反射系数特性。即使图4所示的反射系数S11的频率依赖性中，也通过附加第3接合线来在0(DC)～12GHz等宽范围内改善了反射系数，得到了将反射系数抑制在-15dB以下的效果。另外，如图5、图6所示的，3dB频带、过剩利增益特性都示出了充分的特性，附加第3接合线可以得到适于驱动阻抗25Ω的光发送模块的特性。根据图3、图5及图6，光调制器的元件电容Cmod在0.35pF～0.60pF的范围即可。
通过图7对由于附加第3接合线而带来的反射系数S11的抑制效果的原理进行说明。图7是特性电阻Zo为25Ω的史密斯圆图，在该史密斯圆图上分别表示出附加第3接合线前后的反射系数S11的轨迹。已往(表示2根线)，在驱动阻抗50Ω时，通过第1接合线形成的串联元件、具有电容性的光调制元件形成的分流元件、第2接合线形成的串联元件对电阻匹配用的终端电阻50Ω构成T型的匹配电路，在7.5GHz附近决定各元件的参数以便接近匹配。其结果，如图7所示的，S11的轨迹在该频率附近接近50Ω，在描绘一次环形后远离50Ω。该环形对于25Ω处于脱离的点，与25Ω驱动时的反射系数S11的恶化对应。在本实施例中，通过设第3接合线来打破T型匹配电路，通过第3接合线使其从输入看终端电阻为50Ω。可以看到发明者通过该方式消灭了图7所示的S11轨迹中的环形，可以在频率7.5GHz附近向接近25Ω方向改变轨迹。与现有技术相比，通过该方式可以如以上所述的大幅度改善反射系数特性。
根据本实施例1的构成，通过使光调制器元件21的元件电容(Cmod)为0.4pF、第1接合线的电感L31为0.4nH、第2接合线的电感L32为0.8nH、终端电阻值R24为50Ω，可以在设置图8所示的第3接合线前的芯片带载体(chip on carrier)状态下，得到适于驱动阻抗50Ω的光发送模块的特性。将7.5GHz下的反射系数(S11)表示在图3中，将电气-光通过特性S21中的3dB频带(f3dB)表示在图5中，将S21的频带内的过量增益(Excess gain)的元件电容依赖性表示在图6中。在此，作为能够得到良好的发送波形的特性，在50Ω驱动时，分别能够满足发明者等估算的数字范围。
另外，在此，所谓芯片带载体是指在载体基板23上搭载半导体芯片22，能够进行电气评价的状态。
要高精度地测定调整为25Ω驱动用的芯片带载体的高频率特性，必须准备特性电阻为25Ω的特殊评价系统，为了构筑该测定系统需要高额的费用和时间。根据实施例1的构成，在图8所示的50Ω驱动的芯片带载体下，通过使高频探针与输入电极27和接地电极25接触，可以通过通常的特性电阻50Ω的评价系统测定高频特性(S11、S21、线性调频脉冲参数等)。之后，通过附加第3接合线33改造成图9的25Ω驱动用芯片带载体。这是利用通常的50Ω测定系统实施芯片带载体的特性选择的优势。
根据实施例1，可以提供如下光发送模块，即，通过在驱动阻抗设计成50Ω用的电路中追加1根接合线，在驱动阻抗为25Ω的情况下，也能够很好地保证发送波形品质的光模块。另外，能够提供CAN型封装的光发送模块。
在上述实施例1种，电阻元件24的电阻值为50Ω，但是，根据与驱动用IC的相性等，该值可以在40～60Ω的范围内变化。另外，在图2中，驱动用IC61的输出电阻为25Ω，但是该值可以在20～30Ω的范围内变化。另外，通过贯通孔40、导引拴39和封固玻璃41构成的同轴线路的特性电阻为25Ω，但是，根据其部件形状及适于封固的玻璃的材质的选择，同轴线路的特性电阻可以在20～30Ω的范围内变化。另外，与此相伴，构成传送线路60的其它传送线路也分别可以在20～30Ω的范围内变化。
在上述实施例1种，与激光二极管一起集成光调制器，但是，也可以是单体的光调制器模块。光发送模块和光调制器模块都被称为光模块。在上述实施例1的光发送模块中附加驱动用IC等周边电路的模块也是光模块。
[实施例2]
参照图10及图11对本发明的实施例2进行说明。在此，图10是表示本发明的实施例2的光发送模块的主要部分的平面图。图11是本发明的实施例2的光发送模块的主要部分和驱动部的电路图。
首先，参照图10对光发送模块的构成进行说明。与实施例1不同之处在于使用由半绝缘性InP基板构成的半导体芯片52作为调制器集成型半导体激光芯片。在半导体芯片52的表面，设有半导体激光二极管元件50和光调制器元件51。在芯片的表面，设有半导体激光二极管50的阳极电极和阴极电极以及光调制器元件51的阳极电极和阴极电极。第1接合线31与输入电极27和光调制器元件51的阴极电极连接，第2接合线32与光调制器元件51的阴极电极和电阻元件24连接。第3接合线33与输入电极27和电阻元件24连接。而且，通过接合线53以低电感连接光调制器元件51的阳极电极和接地电极25。半导体激光二极管元件50的阴极电极通过接合线54与接地电极25连接，阳极电极通过供电用接合线34、35与导引拴39连接。
将电路构成表示在图11中，但是，与实施例1的主要不同之处在于将光调制器元件51的二极管极性倒了过来。通过该方式，即使是正电源也可以向光调制器元件51施加反偏置。根据本实施例2，可以实现只使用+5.0V的正电源动作的光发送模块。
根据本实施例2的构成，与实施例1时同样，通过使光调制器元件21的元件电容(Cmod)为0.4pF、第1接合线的电感L31为0.4nH、第2接合线的电感L32为0.8nH、终端电阻值R24为50Ω，可以得到适于驱动阻抗50Ω的光发送模块的特性。通过进一步附加第3接合线33并使其电感L33为1.2nH，可以得到适于驱动阻抗25Ω的光发送模块的特性。
在本实施例中，具有如下优势，即，在设置第3接合线之前，以50Ω的评价系统测定高频特性(S11、S21、线性调频脉冲参数等)。之后，可以通过附加第3接合线33改造成25Ω驱动的芯片带载体并利用通常的50Ω测定系统实施芯片带载体的特性选择。
根据本实施例，能够提供如下光发送模块，即，通过在驱动阻抗设计成50Ω用的电路中追加1根接合线，在驱动阻抗为25Ω的情况下，也能够很好地保证发送波形品质的光模块。另外，能够提供单一电源的CAN型封装的光发送模块。
根据本实施例，能够提供如下光发送模块，即，利用驱动阻抗设计成50Ω用的调制器，在驱动阻抗为25Ω的情况下，也能够很好地保证发送波形品质的光模块。另外，能够提供发送波形品质良好的CAN型封装的光发送模块。

Claims (13)

1、一种光模块，包括：通过输入电信号来调制激光的光调制器元件；上述输入电信号的输入电极；阻抗匹配用终端电阻元件；连接上述输入电极和上述光调制器元件的第1连接线；以及连接上述光调制器元件和上述终端电阻元件的第2连接线，其特征在于，
还用第3连接线连接着上述输入电极和上述终端电阻元件。
2、一种光模块，包括：集成了输出激光的激光二极管元件和通过输入电信号调制上述激光的光调制器元件的半导体芯片；上述输入电信号的输入电极；以及阻抗匹配用终端电阻元件，其特征在于，包括：
连接上述输入电极和上述光调制器元件的第1连接线；
连接上述光调制器元件和上述终端电阻元件的第2连接线；和
连接上述输入电极和上述终端电阻元件的第3连接线。
3、一种光模块，包括：集成了输出激光的激光二极管元件和通过输入电信号调制上述激光的光调制器元件的半导体芯片；配置在上述半导体芯片的光轴的一侧的上述输入电信号的输入电极；以及配置在上述光轴的另一侧的电阻元件，其特征在于，
上述输入电极、上述光调制器元件和上述电阻元件由1条连续的第1连接线连接着；
还用第2连接线连接着上述输入电极和上述电阻元件。
4、如权利要求1所述的光模块，其特征在于，
还包括其同轴线路的阻抗为20Ω至30Ω的封装；
上述终端电阻元件的电阻值在40Ω至60Ω的范围内。
5、如权利要求2所述的光模块，其特征在于，
还包括其同轴线路的阻抗为20Ω至30Ω的封装；
上述终端电阻元件的电阻值在40Ω至60Ω的范围内。
6、如权利要求3所述的光模块，其特征在于，
还包括其同轴线路的阻抗为20Ω至30Ω的封装；
上述终端电阻元件的电阻值在40Ω至60Ω的范围内。
7、如权利要求1所述的光模块，其特征在于，
还包括输出上述输入电信号的驱动IC；
上述驱动IC的输出阻抗在20Ω至30Ω的范围内。
8、如权利要求2所述的光模块，其特征在于，
还包括输出上述输入电信号的驱动IC；
上述驱动IC的输出阻抗在20Ω至30Ω的范围内。
9、如权利要求3所述的光模块，其特征在于，
还包括输出上述输入电信号的驱动IC；
上述驱动IC的输出阻抗在20Ω至30Ω的范围内。
10、如权利要求4所述的光模块，其特征在于，
还包括输出上述输入电信号的驱动IC；
上述驱动IC的输出阻抗在20Ω至‰Ω的范围内。
11、如权利要求5所述的光模块，其特征在于，
还包括输出上述电信号的驱动IC；
上述驱动IC的输出阻抗在20Ω至30Ω的范围内。
12、如权利要求6所述的光模块，其特征在于，
还包括输出上述电信号的驱动IC；
上述驱动IC的输出阻抗在20Ω至30Ω的范围内。
13、一种光模块，把通过输入电信号来调制激光的光调制器元件、上述输入电信号的输入电极、以及阻抗匹配用的终端电阻元件收容在CAN型封装内，其特征在于，
上述终端电阻元件的电阻值在40Ω至60Ω的范围内；
频率7.5GHz的反射系数小于或等于-15dB。
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