JP2003304024A - 駆動回路内蔵光モジュール - Google Patents

駆動回路内蔵光モジュール

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明 大木
Atsushi Kanda
神田  淳
Yasuhiro Suzuki
安弘 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速の駆動回路内蔵小型光モジュールにおけ
る放熱の問題を解消し、小型・高速・かつ波長及び発光
強度の安定した光信号送信モジュールを提供することに
ある。 【解決手段】 高速の電気信号(2.5Gb/s以上)
を光信号に変換する機能を有する半導体光素子3と、該
半導体光素子3を駆動する電気回路6とを互いに異なる
キャリア1,5上に搭載して電気及び光信号の接続端子
付きモジュール筐体9に収容してなる駆動回路内蔵光モ
ジュールにおいて、前記半導体光素子3を搭載したキャ
リア1は、温度調節機能を有する素子10上に搭載さ
れ、前記電気回路6を搭載したキャリア5との間に熱伝
導性の低い材料11を挿入して、前記電気回路6から前
記半導体光素子3への熱伝導を抑制したことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、駆動回路内蔵光モ
ジュールに関する。詳しくは、高速のディジタル電気信
号を光ディジタル信号に変換して光ファイバ伝送するた
めの光送信モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、10Gb/s級の高速光信号を送
信する光送信モジュールは、多くのユーザーからの情報
を束ねて送信する基幹系ネットワークで用いられてき
た。基幹系ネットワークでは、伝送距離も長く、1モジ
ュールあたりのユーザー数も多いことから、コストより
も性能を重視したモジュール構成を採用している。その
ため、モジュールの筐体も金属を多用し、放熱性や信頼
性において優れる反面、高コストでモジュールサイズも
大きくなっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】アクセス系光ネットワ
ークのブロードバンド化とその普及拡大を実現するため
に、基幹系光ネットワークにおいても波長多重伝送(Wa
ve-length Division Multiplexing:WDM)方式による
大容量伝送を低コスト化することが求められている。特
に、基幹系用の高速光送信モジュールでは、低コスト化
だけでなく、ユーザーの利便性向上のため、WDM装置
小型化のためのモジュールの小型化や半導体光素子(la
ser diode:LD)を駆動する電気回路(以下、駆動回路
という)を内蔵することによる光送信モジュールが求め
られている。
【0004】しかし、10Gb/s級の光素子駆動回路
の発熱量は大きく、モジュールの小型化に伴う放熱性の
低下との相乗効果により光素子温度の管理が困難にな
り、発振波長や送信光強度の安定性が損なわれる等の問
題があった。本発明の目的は、高速の駆動回路内蔵小型
光モジュールにおける放熱の問題を解消し、小型・高速
・かつ波長及び発光強度の安定した光信号送信モジュー
ルを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の請求項1に係る駆動回路内蔵光モジュールは、高速
の電気信号(2.5Gb/s以上)を光信号に変換する
機能を有する半導体光素子と、該半導体光素子を駆動す
る電気回路とを互いに異なるキャリア上に搭載して電気
及び光信号の接続端子付きモジュール筐体に収容してな
る駆動回路内蔵光モジュールにおいて、前記半導体光素
子を搭載したキャリアは、温度調節機能を有する素子上
に搭載され、前記電気回路を搭載したキャリアとの間に
熱伝導性の低い材料或いは空間を挿入して、前記電気回
路から前記半導体光素子への熱伝導を抑制したことを特
徴とする。
【0006】上記課題を解決する本発明の請求項2に係
る駆動回路内蔵光モジュールは、請求項1において、前
記電気回路から雰囲気ガスを通じて前記半導体光素子に
熱が伝わることを防ぐために、前記モジュール筐体内面
に雰囲気ガスの流れを阻害する部品を付けたことを特徴
とする。
【0007】上記課題を解決する本発明の請求項3に係
る駆動回路内蔵光モジュールは、請求項1又は2におい
て、前記電気回路を搭載したキャリアは、前記温度調節
機能を有する素子が接触している筐体の面とは異なる筐
体面に主に接触していることを特徴とする。
【0008】上記課題を解決する本発明の請求項4に係
る駆動回路内蔵光モジュールは、請求項1,2又は3に
おいて、前記モジュール筐体は、体積1cc以下の小型
筐体であることを特徴とする。
【0009】〔作用〕本発明は、モジュール小型化によ
る放熱性の劣化を克服し、光素子温度の安定化を図るた
め、以下の手役を採用したものである。 1.素子温度の安定化が必要な半導体光素子と発熱量の
大きな駆動回路とを異なるキャリア上に搭載し、熱的な
分離を図る。 2.半導体光素子を搭載したキャリアのみを温調素子上
に搭載し、その温度管理を行う。
【0010】3.駆動回路を搭載したキャリアと光素子
を搭載したキャリアの電位を共通にするため、2つのキ
ャリアとも筐体に電気的に接続するが、2つのキャリア
の接続点を筐体の異なる面にすることで、キャリア間の
熱的な分離を図る。 4.モジュール筐体内の雰囲気ガスの流れを阻害し、雰
囲気を通じた駆動回路から光素子への熱伝導を防ぐ。
【0011】このように、本発明を用いることで、縦1
3mm、横7.4mm、高さ6mm程度(体積約0.6
cc程度)の小型筐体であっても駆動回路内蔵小型光モ
ジュールが実現できる。このモジュールサイズは従来の
バタフライ型と呼ばれる筐体(縦21mm、横13m
m、高さ9mm程度)に比べて体積比で1/4であり、
WDM装置の小型化に貢献するだけでなく、筐体価格の
低コスト化にも貢献する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に本発明の効果を具体的な実
施形態を通じて説明する。本実施例は、本発明の効果を
示す一つの例示であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲
内で種々の変更を行い得ることは言うまでもない。 〔実施例1〕本発明の一実施例に係る駆動回路内蔵光モ
ジュールを図1に示す。本実施例は、mini−DIL
型筐体内に分布帰還型レーザダイオード(Distributed
Feedback laser diode:DFB−LD)とその駆動回路
を搭載した光送信モジュールに関する。
【0013】即ち、図1に示すように、mini−DI
L型筐体9には、温度調節機能を有する小型サーモモジ
ュール10を介して光サブキャリア1が搭載されると共
に駆動回路用キャリア5が搭載されている。mini−
DILモジュール筐体9は、電気及び光信号の接続端子
付き小型Dual In Line型筐体の略称であり、縦13m
m、横7.4mm、高さ6mm程度のサイズである。モ
ジュール筐体9の光取り出し窓には、アイソレータつき
光ファイバ12がアクティブアライメント固定されてい
る。
【0014】光サブキャリア1上のレンズ固定用のV溝
にはレンズ2が固定されると共に分布帰還型レーザダイ
オード搭載用マーカに合わせて2.5Gb/s以上の高
速の電気信号を光信号に変換(E/O変換)する機能を
有する分布帰還型レーザダイオード3が固定され、更
に、温度モニタ用のサーミスタ4がハンダ固定されてい
る。駆動回路用キャリア5には、分布帰還型レーザダイ
オード3を駆動するための電気回路6、光パワーモニタ
用PD7、高周波配線板8がそれぞれハンダ固定されて
いる。
【0015】光サブキャリア1、駆動回路用キャリア5
は、何れも金属或いはセラミック製の板である。ここ
で、キャリア間の熱的な分離を図るため、駆動回路用キ
ャリア5は、光サブキャリア1の小型サーモモジュール
10が接触している筐体の面とは異なる筐体面に主に接
触している。更に、mini−DILモジュール筐体9
内において、駆動回路用キャリア5と光サブキャリア1
との間には、駆動回路6からの雰囲気ガスを通じた熱伝
導を防ぐために、厚さ0.3mmのテフロン(商標名)
製の遮蔽板11が挿入されている。
【0016】遮蔽板11を挿入することにより、モジュ
ール筐体内面に雰囲気ガスの流れが阻害されるため、発
熱量の大きな電気回路6から雰囲気ガスを通じて分布帰
還型レーザダイオード3へ熱が伝わることを防ぐことが
できる。この熱伝導性の低い遮蔽板11に代えて空気を
介在させるようにして、電気回路6から分布帰還型レー
ザダイオード3への熱伝導を抑制するようにしても良
い。
【0017】本実施例に係る光送信モジュールの組み立
て手順を図1に示す。先ず、図1(a)に示すように、
DFB−LD素子を搭載するための光サブキャリア1を
作製する。光サブキャリア1は、レンズ固定用のV溝及
び分布帰還型レーザダイオード搭載用マーカが形成され
ており、レンズ2、分布帰還型レーザダイオード3、温
度モニタ用のサーミスタ4をキャリア上にハンダ固定す
ることで完成する。
【0018】次に、図1(b)に示すように、駆動回路
用キャリア5上に分布帰還型レーザダイオード駆動回路
6、光パワーモニタ用PD7、高周波配線板8をハンダ
固定して駆動回路用キャリア5を作製する。引き続き、
図1(c)に示すように、mini−DIL型電体9内
に光サブキャリア1冷却用の小型サーモモジュール1
0、駆動回路用サブキャリア5、光サブキャリア1の順
にハンダ固定する。この時、駆動回路用サブキャリア
は、小型サーモモジュール10の放熱面であるmini
−D1L型筐体9の底面ではなく、側面にハンダ固定さ
れ、光サブキャリアと駆動回路用キャリアの放熱パスを
なるべく分離する。
【0019】その後、駆動回路からの雰囲気ガスを通じ
た熱伝導を防ぐために、厚さ0.3mmのテフロン(商
標名)製の遮蔽板11を光サブキャリア1と駆動回路用
キャリア5との境界付近に挿入する。更に、各サブキャ
リア上の電気接続パッド間及びmini−DIL型筐体
9の対応する電気端子間とをワイヤボンディングにより
接続する。最後に、mini−DIL型筐体9に蓋をシ
ーム溶接して気密封止し、光取り出し窓にアイソレータ
つき光ファイバ12をアクティブアライメント固定する
ことでモジュールは完成する。
【0020】このようにして組み立てたモジュールの信
号端子に10Gb/sの擬似ランダム電気信号(231
1)を、その他の給電及び温調用端子には、所定の電源
及び制御用回路を接続して、モジュール性能を評価し
た。駆動回路の変調電流振幅を50mA、バイアス電流
を15mAに、温度モニタ用サーミスタを25℃に設定
して測定した送信光のアイパタンを図2に示す。図2に
示すように、クリアなアイ開口が得られており良好な特
性を有していることが判る。
【0021】また、このモジュールを恒温槽内に設置し
て環境温度を0℃〜70℃まで変化させて送信光強度及
び信号光波長を測定した結果を図3に示す。図3に示す
ように、光素子の温度調節が良く機能しているため、強
度・波長ともに安定していることが判る。このように説
明したように、本発明は、熱安定性に優れた駆動回路内
蔵光モジュールを実現することを目的とし、光素子とそ
の駆動回路を異なるキャリア上に搭載し、両者を熱的に
分離したものである。
【0022】
【発明の効果】以上に詳細に説明したように、本発明で
は、広い環境温度範囲で使用可能な駆動回路内蔵光送信
モジュールが実現でき、光送信モジュールの小型・低コ
スト化だけでなく、光送信モジュールの電気インタフェ
ースのディジタル化にも極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る光送信モジュールの組
み立て工程を示す説明図である。
【図2】本発明の一実施例に係る光送信モジュールの1
0Gb/s信号での光のアイパタンを示すグラフであ
る。
【図3】本発明を用いた光送信モジュールの発光強度と
信号光波長の環境温度依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 光サブキャリア 2 レンズ 3 分布帰還型レーザダイオード(DFB−LD) 4 温度モニタ用のサーミスタ 5 駆動回路用キャリア 6 分布帰還型レーザダイオード駆動回路 7 光パワーモニタ用PD 8 高周波配線板 9 mini−DIL型笛体 10 小型サーモモジュール 11 テフロン製遮蔽板 12 アイソレータつき光ファィバ
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 安弘 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 2H037 AA01 BA03 DA03 DA04 DA05 DA35 DA38 5F073 AA64 AB21 AB28 AB30 BA02 EA03 EA15 EA29 FA02 FA25 FA30 GA23

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高速の電気信号(2.5Gb/s以上)
    を光信号に変換する機能を有する半導体光素子と、該半
    導体光素子を駆動する電気回路とを互いに異なるキャリ
    ア上に搭載して電気及び光信号の接続端子付きモジュー
    ル筐体に収容してなる駆動回路内蔵光モジュールにおい
    て、前記半導体光素子を搭載したキャリアは、温度調節
    機能を有する素子上に搭載され、前記電気回路を搭載し
    たキャリアとの間に熱伝導性の低い材料或いは空間を挿
    入して、前記電気回路から前記半導体光素子への熱伝導
    を抑制したことを特徴とする駆動回路内蔵光モジュー
    ル。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記電気回路から雰
    囲気ガスを通じて前記半導体光素子に熱が伝わることを
    防ぐために、前記モジュール筐体内面に雰囲気ガスの流
    れを阻害する部品を付けたことを特徴とする駆動回路内
    蔵光モジュール。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において、前記電気回路
    を搭載したキャリアは、前記温度調節機能を有する素子
    が接触している筐体の面とは異なる筐体面に主に接触し
    ていることを特徴とする駆動回路内蔵光モジュール。
  4. 【請求項4】 請求項1,2又は3において、前記モジ
    ュール筐体は、体積1cc以下の小型筐体であることを
    特徴とする駆動回路内蔵光モジュール。
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